同其他工業(yè)技術(shù)一樣,干燥技術(shù)在應用過(guò)程中也得到長(cháng)足的進(jìn)步。目前已開(kāi)發(fā)出的干燥機的種類(lèi)已達400多種,而且有約200多種干燥機已應用于工業(yè)化生產(chǎn),其中出現了許多新型干燥機,它們有的是對普通干燥機進(jìn)行結構上的改進(jìn),有的借鑒吸收了其他干燥機的優(yōu)點(diǎn),有的完全是一種新想法。
干燥又是工業(yè)耗能相當大的一個(gè)單元操作,據資料記載,發(fā)達國家工業(yè)耗能的14%被用于干燥,有些行業(yè)的干燥耗能甚至占到生產(chǎn)總耗能的35%,而且這個(gè)數字在不斷地增大。同時(shí),運用礦物燃料作為熱源進(jìn)行干燥操作產(chǎn)生大量的二氧化碳等氣體。干燥設備的尾氣(這些氣體中夾帶一些粉塵)對大氣環(huán)境有不良的影響,這對于日益引起全球關(guān)注的“環(huán)境保護”是一個(gè)巨大的挑戰。
幾乎所有的工業(yè)都離不開(kāi)干燥操作,雖然正確地了解干燥及干燥設備的工作機理有助于成功地完成干燥過(guò)程,但是仍然需要我們不斷地投人人力和物力去進(jìn)一步進(jìn)行干燥技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā),以使其在生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí),有效地利用能源,減少對環(huán)境的不利影響,并且更易于實(shí)現過(guò)程操作和控制。
一、干燥技木的特點(diǎn)
干燥技術(shù)有很寬的應用領(lǐng)域,面對眾多的產(chǎn)業(yè)、理化性質(zhì)各不相同的物料、產(chǎn)品質(zhì)量及其他方面千差萬(wàn)別的要求,干燥技術(shù)是一門(mén)跨行業(yè)、跨學(xué)科、具有實(shí)驗科學(xué)性質(zhì)的技術(shù)。通常,在干燥技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應用中需要具備三個(gè)方面的知識和技術(shù)。第一是需要了解被干燥物料的理化性質(zhì)和產(chǎn)品的使用特點(diǎn);第二是要熟悉傳遞工程的原理,即傳質(zhì)、傳熱、流體力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)等能量傳遞的原理;第三要有實(shí)施的手段,即能夠進(jìn)行干燥流程、主要設備、電氣儀表控制等方面的工程設計。顯然,這三方面的知識和技術(shù)不屬于一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。而在實(shí)踐中,這三方面的知識和技術(shù)又缺一不可。所以干燥技術(shù)是一門(mén)跨行業(yè)、跨學(xué)科的技術(shù)。
現代干燥技術(shù)雖已有一百多年的發(fā)展史,但至今還屬于實(shí)驗科學(xué)的范疇。大部分干燥技術(shù)目前還缺乏能夠精準指導實(shí)踐的科學(xué)理論和設計方法。實(shí)際應用中,依靠經(jīng)驗和小規模實(shí)驗的數據來(lái)指導工業(yè)設計還是主要的方式,造成這一局面的原因有以下幾方面:
原因之一是干燥技術(shù)所依托的一些基礎學(xué)科,(主要是隸屬于傳遞工程范疇的學(xué)科)本身就具有實(shí)驗科學(xué)的特點(diǎn)。例如,空氣動(dòng)力學(xué)的研究發(fā)展還要靠“風(fēng)洞”實(shí)驗來(lái)推動(dòng),就說(shuō)明它還沒(méi)有脫離實(shí)驗科學(xué)的范疇,而這些基礎學(xué)科自身的發(fā)展水平直接影響和決定了干燥技術(shù)的發(fā)展水平。
原因之二是很多干燥過(guò)程是多種學(xué)科技術(shù)交匯進(jìn)行的過(guò)程,牽涉面廣、變化因素多、機理復雜。例如在噴霧干燥技術(shù)領(lǐng)域里,被霧化的液滴在干燥塔內的運行軌跡是工程設計的關(guān)鍵。液滴的軌跡與自身的體積、質(zhì)量、初始速度和方向及周?chē)渌旱魏蜔峥諝獾牧飨?、流速有關(guān)。但這些參數由于傳質(zhì)、傳熱過(guò)程的進(jìn)行,無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生著(zhù)變化、而且初始狀態(tài)時(shí),無(wú)論是液滴的大小還是熱空氣的分布都不可能是均勻的。顯然,對于如此復雜、多變的過(guò)程只憑借理論計算來(lái)進(jìn)行工程設計是不可靠的。
原因之三是被干燥物料的種類(lèi)是多種多樣的,其理化性質(zhì)也是各不相同。不同的物料即使在相同的干燥條件下,其傳質(zhì)、傳熱的速率也可能有較大的差異。如果不加以區別對待,就有可能造成不盡人意的后果。例如某些中草藥的干燥,雖然同屬一種藥材,只因為藥材產(chǎn)地或收獲期存在區別就須改變干燥條件,否則產(chǎn)品質(zhì)量就會(huì )受到影響。