中國干燥技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1、中國干燥技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢摘要: 對中國干燥技術(shù)、干燥理論研究及技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展現(xiàn)狀作了評述; 對干燥技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀作了全面介紹; 對干燥技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展道路與發(fā)展趨勢作了分析與探討。關(guān)鍵詞: 干燥技術(shù); 理論研究; 技術(shù)創(chuàng)新; 應(yīng)用現(xiàn)狀; 發(fā)展道路1 干燥技術(shù)現(xiàn)狀第一屆全國干燥會議于1975 年6 月23 日至30 日在南京召開, 至今已30 年了。30 多年來, 我國干燥技術(shù)研究隊伍不斷壯大。目前我國從事干燥技術(shù)研究的大專院校、科研院所大約有50 多家, 領(lǐng)域涉及化工、醫(yī)藥、染料、輕工、林業(yè)、食品、糧食、造紙、硅酸鹽、水產(chǎn)等行業(yè)。全國共有設(shè)備制造廠600 多家, 企業(yè)自身也已擁有一支

2、強有力的干燥科研開發(fā)隊伍。通過廣泛開展干燥技術(shù)基礎(chǔ)研究、工藝研究及工業(yè)化應(yīng)用研究, 使得我國干燥技術(shù)正在走近國際先進水平, 而在某些技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)達到國際先進水平。30 多年來, 我國干燥技術(shù)學(xué)術(shù)交流活躍。中國化工學(xué)會化學(xué)工程委員會干燥技術(shù)專業(yè)組主辦的全國干燥技術(shù)會議已舉辦10 屆, 共發(fā)表論文665篇。這是我國規(guī)模最大、涉及行業(yè)最廣的干燥技術(shù)交流盛會。除此之外, 中國農(nóng)業(yè)機械學(xué)會加工機械分會干燥技術(shù)專業(yè)委員會舉辦過農(nóng)產(chǎn)品干燥技術(shù)研討會9 屆; 中國林學(xué)會木材工業(yè)分會木材干燥學(xué)組舉辦過全國木材干燥學(xué)術(shù)討論會10 屆, 共發(fā)表論文537 篇; 中國制冷學(xué)會舉辦過全國真空冷凍學(xué)術(shù)討論會10 屆, 凍

3、干技術(shù)交流活躍; 全國微波能應(yīng)用學(xué)術(shù)會議由中國電子學(xué)會微波分會、中國電子學(xué)會真空電子學(xué)分會主辦, 也已達10 屆, 微波干燥是會議內(nèi)容之一。30 年來, 中國的許多干燥技術(shù)已得到了工業(yè)化應(yīng)用, 主要有噴霧干燥、流態(tài)化干燥( 普通流化床,振動流化床, 內(nèi)加熱流化床, 流化床噴霧造粒干燥) 、蒸汽回轉(zhuǎn)干燥、氣流干燥、回轉(zhuǎn)圓筒干燥、旋轉(zhuǎn)快速干燥、圓盤干燥、帶式干燥、雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥、槳葉式干燥、冷凍干燥、微波及遠紅外干燥、糧食干燥等。常規(guī)干燥設(shè)備基本可以滿足生產(chǎn)需要,有部分機型已達到國際當(dāng)代水平并出口到國外。干燥單元的重要性不僅在于它對產(chǎn)品生產(chǎn)過程的效率和總能耗有較大的影響, 還在于它往往是生產(chǎn)過程

4、的最后工序, 操作的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量, 從而影響市場競爭力和經(jīng)濟效益。我國有許多產(chǎn)品, 就純度而言已經(jīng)達到甚至超過國外產(chǎn)品, 只是因為干燥技術(shù)不如國外, 堆積密度、粒度、色澤等物性指標(biāo)上不去, 在國際市場競爭中處于劣勢, 有的售價僅為國外同類產(chǎn)品的三分之一。目前我國某些大型石化干燥裝備還依賴進口。椐估計, 我國生產(chǎn)的干燥設(shè)備種類僅為國外的30%40% 。由此可見, 我國干燥技術(shù)研究仍然是任重而道遠。2 干燥理論研究及技術(shù)創(chuàng)新2 . 1 基礎(chǔ)理論與實用工程技術(shù)研究近30 年, 我國學(xué)者在干燥技術(shù)領(lǐng)域取得了許多成果, 以下是部分實例。中國科學(xué)院工程熱物理研究所劉登瀛研究員的在微時間尺度和高熱流

5、密度作用下的超急速傳熱傳質(zhì)一文, 用實驗驗證了非傅立葉導(dǎo)熱( 非平衡) 效應(yīng)的存在, 首次提出了非傅立葉熱效應(yīng)和非費克擴散效應(yīng)對于干燥過程的影響趨勢, 并對多層流化床干燥機和對撞流干燥機中非穩(wěn)態(tài)干燥過程作了全面研究。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)劉相東教授在“多孔介質(zhì)內(nèi)部濕分遷移過程的孔道網(wǎng)絡(luò)模擬及分形網(wǎng)絡(luò)模擬”研究中對物料和干燥介質(zhì)之間的質(zhì)熱傳遞過程作出了新的解釋, 為干燥技術(shù)提供了理論支持。他還對“脈動燃燒干燥”技術(shù)作了深入研究。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)曹崇文教授是中國的谷物干燥專家, 他在谷物干燥過程的計算機模擬方面開發(fā)了多種軟件, 研究開發(fā)的5HG- 4 , 5 糧食干燥成套設(shè)備已推廣百余臺。中國林業(yè)大學(xué)張璧光教授

6、在木材干燥領(lǐng)域研發(fā)了“木材除濕干燥機”和“多功能熱泵干燥機”,在太陽能木材干燥過程的傳熱傳質(zhì)研究方面也取得多項研究成果。中國林業(yè)科學(xué)院林化所的王宗濂研究員與課題組的同志一起在上世紀80 年代就開發(fā)了10 萬厘泊高粘度物料的噴霧干燥技術(shù), 在離心噴霧霧化器的研究中以三支點力學(xué)模型解決了撓性軸系的一系列理論問題。還研制了生產(chǎn)能力50t/d 的能生產(chǎn)0.3 0.5mm 粒徑的分散染料高壓噴霧干燥設(shè)備。大連理工大學(xué)王喜忠教授和同事王寶和教授、于才淵教授對中國的噴霧干燥設(shè)備進行了廣泛研究, 設(shè)計了年產(chǎn)萬噸的大型干燥裝置。在磷脂油腳和番茄紅素的微膠囊化技術(shù)、靜電霧化技術(shù)、超臨界干燥和納米粉體干燥研究方面也

7、都處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。香港科技大學(xué)化工系的陳國華博士對紙的熱風(fēng)沖擊、穿透及沖擊穿透干燥方面作了深入研究,并首次發(fā)現(xiàn)有二次升速階段天津科技大學(xué)的潘永康教授在研究生物活性物料和蔬果動態(tài)干燥時發(fā)現(xiàn), 有些生物物料干燥時如果進風(fēng)的濕球溫度接近于生物物料的發(fā)酵溫度,則可最大限度地保存生物產(chǎn)品的活性( 90% 以上) 。蔬果切片的動態(tài)快速干燥可在0.5 小時內(nèi)將濕含量從90% 降至10% , 其有效營養(yǎng)成分損失甚少。還對流化床的工業(yè)應(yīng)用作了開發(fā)研究。東北大學(xué)徐成海教授近年來研制成功了“連續(xù)真空干燥設(shè)備”和“連續(xù)真空冷凍干燥設(shè)備”, 可冷凍干燥活菌、活毒、皮膚、骨骼、角膜等生物制品, 在醫(yī)學(xué)上有重要意義。山東

8、省科學(xué)院史勇春研究員及其團隊在流態(tài)化干燥技術(shù)、蒸汽回轉(zhuǎn)干燥技術(shù)研究方面, 在國內(nèi)位處前列。研究的內(nèi)加熱流化干燥機在純堿干燥煅燒、精制鹽干燥中替代了傳統(tǒng)產(chǎn)品和進口產(chǎn)品。在國內(nèi)首次研究出PTA 干燥工業(yè)模型。2 . 2 技術(shù)創(chuàng)新企業(yè)是技術(shù)創(chuàng)新的主體, 我國干燥技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化走了一條產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的路子。目前我國干燥機類型有20 多個系列250 多種規(guī)格品種。有些產(chǎn)品已達到國際水平, 可替代進口。以下是國內(nèi)生產(chǎn)的部分干燥設(shè)備與技術(shù)現(xiàn)狀。帶式干燥機: 有穿流氣流帶式干燥機和多層帶式干燥機, 生產(chǎn)廠家較多, 有六七個型號, 廣泛用于化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)。國外有240m大型帶式干燥機, 我國現(xiàn)有設(shè)備的最大干

9、燥面積為140m。大型設(shè)備開發(fā)是今后的主要任務(wù)。箱式干燥機: 生產(chǎn)廠家較多, 國內(nèi)有熱風(fēng)循環(huán)、藥用GMP 烘箱和隧道式結(jié)構(gòu), 三類烘箱型號有20 多種。噴霧干燥機: 生產(chǎn)廠家較多, 霧化器仍然是壓力式、離心式和氣流式三種。型號近30 種。噴霧干燥技術(shù)已比較成熟, 干燥機的質(zhì)量和綜合性能已接近丹麥尼魯公司水平。近20 年來噴霧干燥技術(shù)與設(shè)備的進步主要體現(xiàn)在: 解決了粘壁問題, 改善了產(chǎn)品物性, 生產(chǎn)了噴霧與其他操作單元相結(jié)合的一體化干燥機, 開發(fā)了噴霧和其他干燥裝置結(jié)合的組合干燥工藝。流態(tài)化干燥設(shè)備: 包括普通流化床干燥機、振動流化床干燥機( 臥式振動流化床干燥機, 立式振動流化床干燥機, 雙質(zhì)

10、體振動流化床干燥機) 、內(nèi)加熱流化床干燥機、攪拌流化床干燥機、惰性粒子流化床干燥機。型號近50 種。其中普通流化床干燥機、振動流化床干燥機為常規(guī)產(chǎn)品, 生產(chǎn)廠家很多,有幾百家。內(nèi)加熱流化床干燥機近年來技術(shù)進步很快, 達到了國際先進水平, 可替代德國蘇爾壽產(chǎn)品。氣流干燥機: 有直管氣流、脈沖氣流、強化氣流、旋風(fēng)氣流、蝸旋氣流等型式, 是我國散粒狀物料干燥的實用技術(shù)。生產(chǎn)廠家很多, 型號近40 種。閃蒸干燥機: 國內(nèi)生產(chǎn)廠家很多, 自上世紀80 年引進以來, 已發(fā)展到第四代, 在技術(shù)水平上已可以替代安海達諾干燥機。型號近10 種。槳葉式干燥機: 是在吸收日本奈良機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的, 主要用于精

11、細化工、石油化工產(chǎn)品的干燥。大型的槳葉式干燥機主要用于城市的污泥干燥。目前國內(nèi)已有多家企業(yè)能制造這種設(shè)備,型號有七八種, 但僅限于雙軸式, 四軸以上的大型設(shè)備未見有制造的報道。最近我國又引進了日本栗本鐵工所槳葉技術(shù)。盤式干燥機: 上世紀80 年代初期, 上?；ぱb備研究所開始開發(fā)此項技術(shù), 近幾年國內(nèi)多家干燥企業(yè)開始開發(fā)此類產(chǎn)品, 目前技術(shù)已基本成熟,用于化工、醫(yī)藥、食品的干燥。規(guī)格有近20 種。管束干燥機: 熱效率高, 總傳熱效率可達80%90% , 特別適用于干燥溫度在150以下的物料。國外較有代表性的企業(yè)是日本大川原化機株式會社。國內(nèi)生產(chǎn)廠家較多, 主要用于槽渣和礦物的干燥, 型號有五六

12、種。直接換熱回轉(zhuǎn)圓筒干燥機: 有普通回轉(zhuǎn)圓筒干燥機、自清理回轉(zhuǎn)圓筒干燥機、打散回轉(zhuǎn)圓筒干燥機、穿流回轉(zhuǎn)圓筒干燥機等, 是最古老的干燥設(shè)備之一。經(jīng)過對回轉(zhuǎn)圓筒內(nèi)抄板形式的改進, 使其具有更廣闊的應(yīng)用空間, 廣泛用于化工、建材、飼料和冶金等領(lǐng)域。型號有近20 種。蒸汽干燥機: 屬間接傳熱式干燥機, 與普通回轉(zhuǎn)干燥機的差別在于在筒內(nèi)安裝有貫穿于整個干燥機的蒸汽加熱管, 適用于連續(xù)干燥大批量物料, 廣泛應(yīng)用于化工、石化、冶金、飼料、環(huán)保等行業(yè)。該干燥機用于PTA 干燥, 屬于重大干燥裝備的國產(chǎn)化項目, 型號有十一二種。制藥造粒包衣設(shè)備: 生產(chǎn)廠家以常州地區(qū)最為集中, 主要有噴霧干燥制粒機、一步制粒機、

13、高效沸騰制粒機, 以小型制藥設(shè)備為主, 機型有20 多種, 已出口到國外。冷凍干燥機: 主要有醫(yī)藥類和食品類凍干設(shè)備, 型號近20 種, 部分產(chǎn)品出口到國外。真空干燥設(shè)備: 有真空耙式干燥機、雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機、真空干燥機, 用于制藥、化工、食品等行業(yè), 有20 多種機型。微波干燥設(shè)備: 有箱式微波干燥機、隧道式微波干燥機、平板式微波干燥機, 用于食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)的干燥滅菌和化工、冶金、電子、陶瓷等行業(yè)的微波干燥。設(shè)備型號有近20 種。組合干燥技術(shù): 組合干燥有利于節(jié)約能源和保證產(chǎn)品質(zhì)量, 操作更靈活。常用的組合干燥有氣流流化床干燥系統(tǒng)、轉(zhuǎn)筒振動流化床干燥系統(tǒng)、雙級氣流干燥系統(tǒng)、槳葉閃蒸干燥

14、系統(tǒng)、噴霧帶式干燥系統(tǒng)等十幾種。部分具有特色的成套技術(shù): 江蘇宜興格蘭特干燥濃縮設(shè)備有限公司生產(chǎn)的淀粉成套設(shè)備, 鄭州中原干燥設(shè)備有限公司聚酯切片成套生產(chǎn)裝置, 東臺食品機械廠生產(chǎn)的變性淀粉成套設(shè)備, 山東天力干燥設(shè)備有限公司生產(chǎn)的大型氯化膽堿成套設(shè)備、用脫硫石膏生產(chǎn)石膏板的成套裝置和純堿煅燒、干燥成套裝置, 沈陽新陽速凍設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的食品速凍成套裝置, 天水花園公司生產(chǎn)的微波真空干燥中藥浸膏成套裝置, 石家莊工大化工設(shè)備公司研制的碳酸鈣生產(chǎn)成套裝置等。3 干燥技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用3 . 1 化工化工行業(yè)需要處理的物料種類繁多, 大量的無機鹽與有機物特性各異, 達數(shù)千種。它們性狀差異極大

15、, 質(zhì)量要求各不相同。就形態(tài)而言, 有溶液、懸浮體、淤漿、粘膏、粉體、顆粒、塊狀體、纖維、不定形狀的散亂物料等; 就性質(zhì)而言, 有松散和粘結(jié)性的,有耐熱和高熱敏性的, 受熱脫水時有不變形和易開裂變形的; 物料中的水分也有表面水、孔隙水和結(jié)晶水等不同的貯存形態(tài)。干燥產(chǎn)物的質(zhì)量除了濕含量這一最基本的要求外, 一般還要求化學(xué)、生化甚至電、磁性質(zhì)保持不變; 有許多產(chǎn)品對堆積密度、粒度和色澤等物理性質(zhì)有特定的要求; 某些物料還要求干燥過程中不發(fā)生變形、斷裂等。顯然, 不同類型的物料要求用不同的技術(shù)和設(shè)備解決其干燥問題?；どa(chǎn)中, 常用的干燥設(shè)備有十幾種, 有近百個規(guī)格。常用的干燥機類型有: 廂式、洞道

16、式、帶式、氣流、噴霧、流化床及振動流化床、內(nèi)加熱流化床、流化床噴霧造粒、回轉(zhuǎn)、滾筒、真空耙式、真空雙錐回轉(zhuǎn)、槳葉式、閃蒸、微波及遠紅外干燥機等, 以及上述這些干燥方式的兩種以上的組合。經(jīng)過20 多年發(fā)展, 大多數(shù)干燥設(shè)備我國都能制造, 扭轉(zhuǎn)了干燥設(shè)備靠進口的局面, 有的已達到國際先進水平。但是, 我國干燥技術(shù)在基礎(chǔ)理論研究、加工質(zhì)量、自控水平、實驗條件和能力、特殊物料干燥工藝的研究及設(shè)備的大型化、成套化、標(biāo)準化方面與國外仍有差距。我國化工行業(yè)對干燥設(shè)備需求量巨大, 已成為世界主要精細化工產(chǎn)品生產(chǎn)國之一, 染料產(chǎn)量已穩(wěn)居世界第一位, 農(nóng)藥也居第一位, 涂料居第四位。各類精細化工產(chǎn)品不僅能基本滿足

17、國民經(jīng)濟發(fā)展的需要, 而且許多產(chǎn)品在國際市場上已占有相當(dāng)份額有的甚至具有舉足輕重的地位。作為終端環(huán)節(jié), 干燥設(shè)備需求量大。在無機鹽化工行業(yè), 許多產(chǎn)品需要干燥處理, 如硫酸鉀、元明粉、氯化鈉、硫酸鎂、硫酸鋇、精制鹽等。目前, 化工行業(yè)干燥設(shè)備正在向大型化方向發(fā)展。如我國生產(chǎn)的閃蒸干燥設(shè)備, 直徑可達2.4m, 槳葉干燥機的傳熱面積可達160m, 盤式干燥機最大傳熱面積已達到180m。機械離心式噴霧干燥機的處理量可達45t/h , 機電一體的離心霧化器的處理量也已達5t/h 的規(guī)模, 離心噴霧干燥機直徑已達10m以上。壓力式噴霧干燥機可以達到直徑8m、總高約50m, 處理能力4t/h ?；剞D(zhuǎn)圓筒

18、干燥機直徑可達3m、長30m。帶式干燥機面積也達到140 m。蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機直徑可以達到4m、長48m。換熱面積達2400 m的內(nèi)加熱流化床干燥機、24 m的普通流化床干燥機也實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。20 多年來, 在化工領(lǐng)域有關(guān)干燥理論和技術(shù)的研究與開發(fā)主要集中在以下幾方面: 提高效率, 降低能耗; 提高干燥速率, 使設(shè)備緊湊; 提高控制水平, 優(yōu)化干燥機性能, 改善產(chǎn)品質(zhì)量; 安全操作和控制環(huán)境污染; 增強靈活性, 開發(fā)可用于多種產(chǎn)品的干燥系統(tǒng); 開發(fā)多目標(biāo)加工系統(tǒng), 使干燥與化學(xué)反應(yīng)、燒結(jié)、加熱或冷卻、涂布、混合、分級等過程中的二種或幾種結(jié)合在同一裝置中進行。在化工行業(yè), 成套裝備是明確的發(fā)展

19、目標(biāo), 即以干燥為核心, 向上下游發(fā)展, 形成成套技術(shù), 從而實現(xiàn)行業(yè)突破。3 . 2 石化自上世紀80 年代以來, 我國石油化工重大技術(shù)裝備研制和國產(chǎn)化取得了很大的成績。煉油設(shè)備國產(chǎn)化率已達到90% 以上, 化工設(shè)備國產(chǎn)化率已達到70% 左右, 一批重大裝備已達到或接近國際先進水平, 石化裝備行業(yè)的綜合實力有了很大提高。石化裝備的特點是技術(shù)先進、研制難度大、成套性強、關(guān)聯(lián)度大, 是知識密集、技術(shù)密集和資本密集型產(chǎn)品。在石化行業(yè), 流化床干燥機( 普通床、振動床、雙質(zhì)體振動床、內(nèi)加熱流化床) 、閃蒸干燥機、槳葉干燥機、蒸汽回轉(zhuǎn)干燥機、轉(zhuǎn)鼓結(jié)片干燥機應(yīng)用廣泛, 很多產(chǎn)品已替代進口。石化裝備制造業(yè)

20、是我國大型裝備國產(chǎn)化重點支持領(lǐng)域。目前某些裝備已實現(xiàn)了國產(chǎn)化。如內(nèi)加熱流化床用于乙二酸的干燥, 已替代了進口產(chǎn)品。20 萬噸/ 年HD PE 蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機及40 萬噸/年TA 裝置蒸汽管回轉(zhuǎn)干燥機已實現(xiàn)了國產(chǎn)化。差距主要表現(xiàn)在設(shè)備大型化方面, 在即將建設(shè)的40 50 萬噸/ 年聚乙烯和聚丙烯裝置以及60 萬噸/ 年聚酯裝置的大型干燥機有待開發(fā)。PTA( 精對苯二甲酸) 干燥裝置是重大國產(chǎn)化項目, 目前我國一些科研院所、企業(yè)單位已作了一些卓有成效的開發(fā)、設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化工作。已研究出大型蒸汽干燥機的工業(yè)模型, 正在研制直徑4m、長48m 的用于PTA 干燥的蒸汽干燥機。為適應(yīng)石油化學(xué)工業(yè)日益激烈

21、的國際競爭, 降本增效和提高產(chǎn)品的競爭能力, 建設(shè)大型化裝置、發(fā)展規(guī)模經(jīng)營是實現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑。石化裝備將向著大型化、高效化、節(jié)能降耗方向發(fā)展。在這個過程中, 干燥設(shè)備廠家應(yīng)積極參與新工藝新技術(shù)的研究與開發(fā), 新工藝需要新設(shè)備去實現(xiàn)。裝備的新設(shè)計、新材料和新制造技術(shù)是在化工工藝的新要求下發(fā)展起來的。要擺脫依賴引進的落后局面, 逐步提高自主開發(fā)能力, 開創(chuàng)先進的工藝流程, 也需要干燥裝備企業(yè)的參與配合。干燥單元在石化工程設(shè)計中, 常被視為輔助性單元而被忽略。實際上它是降低能耗的重要環(huán)節(jié)。在繁雜的化工工程設(shè)計中, 工程設(shè)計單位常缺少精力去改善這些單元的性能。然而這些恰恰是裝備制造企業(yè)的技術(shù)專長

22、。同時, 裝備制造企業(yè)具有利用和綜合各行各業(yè)用戶同類共性技術(shù)的條件, 企業(yè)又有較強的專業(yè)性產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)人才, 因此有能力為用戶提供所需的模塊式先進操作單元。這不但擴展了市場, 提高了自身的經(jīng)濟效益, 也可在石化行業(yè)找到自己的定位。因此石化行業(yè)是干燥裝備企業(yè)大有可為的市場領(lǐng)域。3 . 3 醫(yī)藥干燥設(shè)備在制藥行業(yè)的應(yīng)用, 已有相當(dāng)長的歷史, 從20 世紀六七十年代就已大量使用的箱式烘房或熱風(fēng)循環(huán)烘房, 到20 世紀80 年代的真空干燥設(shè)備, 再到20 世紀90 年代沸騰床與噴霧干燥、包衣、造粒設(shè)備的廣泛應(yīng)用, 20 世紀末期真空冷凍干燥機、微波干燥機也能自己生產(chǎn), 基本能滿足制藥行業(yè)要求, 特別

23、是本世紀初醫(yī)藥行業(yè)實行的GMP認證。一臺合格的制藥干燥設(shè)備, 不僅需滿足干燥操作要求, 還應(yīng)滿足GMP 要求; 既要滿足設(shè)備強度、精度、表面粗糙度及運轉(zhuǎn)可靠性等要求, 還要考慮結(jié)構(gòu)可拆卸、易清洗、無死角, 避免污染物滲入。設(shè)計時要消除難以清洗和檢查的部位, 采用可靠的密封。制造時設(shè)備內(nèi)壁光潔度要高, 所有轉(zhuǎn)角要圓滑過渡。沸騰制粒干燥和噴霧沸騰制粒干燥于上世紀90 年代在國內(nèi)制藥工業(yè)開始應(yīng)用?，F(xiàn)在傳統(tǒng)的多單元干燥裝置已完全被符合GMP 要求的一步制粒干燥機所取代, 在一臺設(shè)備中同時完成混合、制粒和干燥。我國制粒干燥技術(shù)裝備已接近國際水平。冷凍干燥技術(shù)是將濕物料凍結(jié)到冰點以下, 然后使水分由固態(tài)直

24、接升華成氣態(tài)水蒸汽, 從而使物料中水分含量降低得到干物料要求的一種干燥技術(shù)。生產(chǎn)流程有四步: 前處理、速凍、脫水和后處理。醫(yī)藥用凍干機主要用于血清、血漿、疫苗、酶、抗生素等的生產(chǎn)和藥品保存。藥品凍干包括西藥和中藥兩部分。西藥凍干在國內(nèi)已經(jīng)開展起來, 較大型的制藥廠都有凍干設(shè)備。今后研究的方向是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下, 如何提高凍干效率、縮短干燥時間、節(jié)約能源。中藥凍干在國內(nèi)還沒完全展開, 目前局限于人參、鹿茸、山藥、冬蟲夏草等少量藥材, 大量中成藥還沒有凍干工藝。我國中藥凍干工藝的研究很有潛力。微波具有穿透非金屬、被金屬反射、被水或含水物質(zhì)吸收的特性。微波能量直接輻射到物料層內(nèi)部, 使料層內(nèi)部

25、溫度升高, 生產(chǎn)壓力, 蒸發(fā)的濕分向表面轉(zhuǎn)移并被熱氣帶走, 干燥時間縮短2/3 , 同時具有消毒作用。微波干燥主要用于中藥, 干燥速度快,能源利用率高, 干燥滅菌效果好、品質(zhì)優(yōu), 且可以進行連續(xù)化、自動化生產(chǎn), 生產(chǎn)環(huán)境符合GMP 要求,值得推廣應(yīng)用。但微波技術(shù)不適于熱敏性物料的干燥。此外, 是否會影響藥物的穩(wěn)定性、療效等, 尚需深入研究和探討。3 . 4 食品食品冷凍干燥技術(shù)凍干產(chǎn)品能夠維持原有的形狀, 保持原由的色香味及營養(yǎng)成分, 保質(zhì)期長, 因而在果蔬類、調(diào)味品、糖料類、固體飲料類、牛初乳、方便食品類、香精類干制中應(yīng)用廣泛。食品凍干設(shè)備約于1943 年出現(xiàn)在丹麥。發(fā)展至今, 各工業(yè)發(fā)達國

26、家?guī)缀醵忌a(chǎn)食品用凍干機。以凍干面積分, 有小到0.1m的實驗凍干機和大到200m的生產(chǎn)用凍干機; 從凍干箱形狀看, 有方形、圓形和隧道式; 從自動化程度看, 可手動、半自動和全自動; 從工作方式看, 有間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式; 從冷凍方式看, 有凍干合一型和凍干分離型, 凍干合一型又可分直冷直熱式、直冷間熱式、間冷直熱式和間冷間熱式等幾種類型。食品凍干設(shè)備的生產(chǎn)廠家在世界上較有影響的有丹麥Atlas 公司和日本共和真空株式會社。我國第一臺凍干機是1951 年由上海葛學(xué)煊工程師設(shè)計的, 當(dāng)時主要是仿制。以后20 多年間發(fā)展很慢, 80 年代開始才有了較大發(fā)展。目前國內(nèi)生產(chǎn)的食品凍干機其性能指

27、標(biāo)完全可以達到國際同類產(chǎn)品的水平, 價格僅為引進設(shè)備的1/21/4 。食品凍干技術(shù)今后的發(fā)展方向是提高產(chǎn)品質(zhì)量, 降低產(chǎn)品成本。凍干工藝研究方向應(yīng)該是建立最佳凍干工藝和尋求凍干產(chǎn)品質(zhì)量的檢查方法。凍干理論的研究包括三部分內(nèi)容: 被凍干物料在預(yù)凍和干燥過程中傳熱傳質(zhì)的理論研究; 凍干機內(nèi)非穩(wěn)態(tài)溫度場和稀薄氣體流動的理論研究; 預(yù)凍過程中物料內(nèi)水分的液固相變, 干燥過程中物料內(nèi)水分的固汽相變, 捕水器內(nèi)水蒸氣的汽固相變的理論研究。果蔬干燥技術(shù)果蔬干燥技術(shù)是一個非?；钴S的研究方向。果蔬通過脫水干燥, 可提高原料可溶性物質(zhì)的濃度,阻礙微生物繁殖, 抑制蔬菜中酶的活性, 從而使脫水后的蔬菜能夠在常溫下較

28、久保存, 且便于運輸和攜帶。果蔬可采用常壓熱風(fēng)干燥( 如網(wǎng)帶式干燥機) 、真空冷凍干燥、微波干燥、遠紅外干燥、滲透干燥和過熱蒸汽干燥。近年來新開發(fā)的干燥設(shè)備有噴射泵式真空凍干設(shè)備、真空油炸果蔬脆片設(shè)備、氮氣干燥器、太陽能成套干燥設(shè)備、微波真空干燥機、振動流化床干燥機等。我國目前生產(chǎn)果蔬的主流干燥設(shè)備普遍存在干燥速度慢、能耗大、成本高、產(chǎn)品復(fù)水性能差、品質(zhì)保存率低等缺陷, 導(dǎo)致了果蔬制品在國際市場的價格滑坡、國內(nèi)市場打不開銷路的嚴峻局面。果蔬干燥研究存在的問題: 一是對各種脫水果蔬的復(fù)水性能缺乏研究, 較少了解某些干制品改善復(fù)原性常用的手段; 二是選擇合適干制手段的能力較弱。近年來有過分夸大某種

29、干燥方式的優(yōu)點, 而忽略其缺點的趨勢。如一味強調(diào)凍干產(chǎn)品品質(zhì)的優(yōu)點, 而忽略其易吸潮、易碎、設(shè)備投資大、操作費用高等缺點。果蔬干燥研究方向:在保證品質(zhì)方面, 開發(fā)選用不同干制技術(shù)以適應(yīng)不同果蔬的干制特性, 從而保障干制品的品質(zhì)。如真空冷凍干燥、過熱蒸汽干燥分別適用于熱敏性和過敏性物料的干燥; 微波加熱均勻, 可以避免一般加熱干燥過程由于內(nèi)外加熱不勻而引起的品質(zhì)下降, 能充分保持新鮮蔬菜原有的營養(yǎng)成分, 并具有反應(yīng)靈敏、便于控制、熱效率高、無余熱、無污染等顯著特點; 遠紅外干燥可使干燥效率和干燥質(zhì)量顯著提高; 連續(xù)冷凍干燥則是一種發(fā)展趨勢。微波干燥、遠紅外干燥和聲波干燥是國際上應(yīng)用較為普及的三種

30、高效節(jié)能新技術(shù)。國際趨勢是將微波或遠紅外與真空低溫技術(shù)結(jié)合, 避免內(nèi)部升溫失控。熱泵和太陽能干燥是近年才應(yīng)用在果蔬干燥中的節(jié)能新技術(shù), 但干制溫度低、干燥時間較長。3 . 5 糧食國外現(xiàn)在使用的糧食干燥機按其結(jié)構(gòu)及干燥原理分主要有順流式、橫流式、混流式、逆流式和內(nèi)循環(huán)移動式幾種。我國目前使用的干燥機按其結(jié)構(gòu)及干燥原理分主要有:( 1 ) 塔式干燥機塔體采用磚鋼混合結(jié)構(gòu), 處理量大, 一次降水不低于10% , 主要用于玉米、小麥的烘干。( 2 ) 滾筒式干燥機干燥段的筒體為鋼筒, 緩蘇、冷卻段為磚混結(jié)構(gòu), 主要用于水稻、小麥的烘干。( 3 ) 流化床干燥機結(jié)構(gòu)簡單, 主要用于水稻、小麥和油菜籽的

31、烘干。( 4 ) 網(wǎng)柱式干燥機糧食在雙層網(wǎng)狀板間流動, 形成的糧柱與干燥介質(zhì)成錯流運動, 主要用于玉米、水稻、小麥的烘干。( 5 ) 順逆流干燥機糧食與熱風(fēng)同方向運動,干燥均勻, 熱效率較高; 冷風(fēng)與糧食反方向運動, 干燥后糧食品質(zhì)好。( 6 ) 蒸汽干燥機利用一定壓力的蒸汽, 通過換熱器間接烘干糧食。( 7 ) 順流式干燥機它可以使用較高的風(fēng)溫而不降低糧食品質(zhì)。( 8 ) 循環(huán)式干燥機屬批式干燥機, 濕糧喂入干燥機后, 在機內(nèi)循環(huán), 同時受熱風(fēng)的作用使水分蒸發(fā), 達到要求的終水分后, 停機卸糧。( 9 ) 順混流式干燥機綜合了順逆干燥適合濕糧的特點和混流干燥均勻及干后水分低的特點。一次干燥流

32、程即達到安全水分。據(jù)統(tǒng)計我國農(nóng)用糧食干燥機的擁有量為1 萬余臺, 而日本僅水稻干燥機的擁有量就有150 萬臺。另外, 我國糧食干燥技術(shù)與國外的差距主要表現(xiàn)為以下幾個方面: 干燥機的自動控制水平低缺乏先進的傳感器和測試儀器, 糧食水分在線測試裝置的精度和可靠性差, 出機糧食水分不能準確控制; 供熱系統(tǒng)是糧食干燥機的重要組成部分, 我國由于石油資源不豐富, 糧食干燥機主要用煤作為熱源, 而燃煤熱風(fēng)爐壽命短、熱效率低( 一般不超過75% ) 、鋼材消耗量大、制造成本高、對氣流的阻力大; 我國干燥機生產(chǎn)和熱風(fēng)爐生產(chǎn)脫離, 造成干燥機和熱源匹配性差; 糧食干燥對環(huán)境的污染嚴重; 通用化、標(biāo)準化、系列化程

33、度低。在干燥機理、應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面, 中國農(nóng)大、東北農(nóng)學(xué)院、華南農(nóng)大、江蘇理工大學(xué)作了大量的研究工作, 分別建立了谷物熱特性、水分擴散特性、干燥速率等實驗測定裝置。中國農(nóng)大率先開展了谷物干燥的計算機模擬研究, 使國內(nèi)谷物干燥技術(shù)研究接近和達到了國際先進水平。3 . 6 木材木材干燥方法已實現(xiàn)工業(yè)化的常用人工木材干燥方法包括:常規(guī)干燥、高溫干燥、除濕干燥、太陽能干燥、真空干燥、高頻干燥, 微波干燥及煙氣干燥等。常規(guī)干燥以常壓濕空氣作為干燥介質(zhì), 以蒸汽、熱水、爐氣或熱油作熱源, 間接加熱空氣, 干燥介質(zhì)溫度在100以下。高溫干燥的干燥介質(zhì)溫度在100以上, 其干燥介質(zhì)可以是常壓過熱蒸汽, 也可以

34、是濕空氣, 但以常壓過熱蒸汽居多。常規(guī)爐氣干燥和煙氣干燥都配有燃燒木廢料( 或其它燃料) 的燃燒爐, 以燃燒產(chǎn)生的煙氣作熱源。煙氣干燥一般指土法建造的干燥窯, 以燃料燃燒生成的煙氣直接或間接加熱干燥木材。除濕干燥( 又稱熱泵干燥) 與常規(guī)干燥的干燥介質(zhì)相同, 都是濕空氣, 二者區(qū)別在于空氣的降濕方式。常規(guī)干燥空氣采用開式循環(huán), 即定期從干燥室排出一部分濕度大的熱空氣, 同時從外界吸入等量的冷空氣, 故常規(guī)干燥的換氣熱損失比較大。除濕干燥時, 濕空氣經(jīng)過除濕機的制冷系統(tǒng), 冷卻脫濕并經(jīng)再加熱后回到干燥室, 進行空氣的閉式循環(huán)。它與蒸汽干燥相比, 其節(jié)能率一般在40% 以上。高頻和微波干燥是以木材

35、濕分作電介質(zhì), 在交變電磁場的作用下使木材中的水分子高速頻繁的轉(zhuǎn)動, 水分子之間發(fā)生摩擦而生熱, 使木材從內(nèi)到外同時加熱干燥。這兩種干燥方法的特點是干燥速度快, 木材內(nèi)溫度場均勻, 殘余應(yīng)力小, 干燥質(zhì)量較好。高頻與微波干燥的區(qū)別是前者的頻率低、波長較長, 對木材的穿透深度較深, 適于大斷面的厚木材。微波干燥的頻率比高頻更高( 又稱超高頻) , 但波長較短, 其干燥效率比高頻高, 但穿透木材的深度不及高頻方式。木材真空干燥時, 木材內(nèi)外的水蒸汽壓差增大, 加快木材內(nèi)水分遷移速度, 故其干燥速度明顯高于常規(guī)干燥; 同時由于真空狀態(tài)下水的沸點低,它可在不高的干燥溫度( 如70左右) 下達到較高的干

36、燥速率, 干燥周期短、應(yīng)力小、質(zhì)量好。木材太陽能干燥一般是利用太陽能直接加熱空氣, 依靠風(fēng)機使空氣在太陽能集熱器和干燥室材堆之間循環(huán)。一般有溫室( 暖房) 型和集熱器型兩種。太陽能干燥由于受氣候條件限制, 常與爐氣、蒸汽、熱泵等聯(lián)合使用。木材干燥理論研究我國現(xiàn)有2000 多種木材。實施天然林保護工程后, 木材干燥的對象有所變化, 主要是速生材、小徑材、進口材等, 木材干燥研究的任務(wù)十分艱巨。目前理論研究方向是: 木材干燥的數(shù)學(xué)模型與數(shù)值模擬, 木材干燥過程的傳熱傳質(zhì), 干燥新技術(shù)與新工藝, 干燥過程的檢測與控制, 木材干燥室的優(yōu)化設(shè)計, 木材干燥對環(huán)境的影響。木材干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢常規(guī)蒸汽干燥

37、仍占主導(dǎo)地位, 除濕、真空、微波及高頻干燥將呈增長趨勢, 組合干燥技術(shù)是今后發(fā)展的重點, 如除濕和微波聯(lián)合干燥等。4 干燥技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展道路干燥操作涉及的領(lǐng)域極為廣泛, 在化工、醫(yī)藥、食品、造紙、木材、糧食與農(nóng)副產(chǎn)品加工、建材、環(huán)保等領(lǐng)域, 干燥操作常常成為其生產(chǎn)過程的主要耗能環(huán)節(jié); 同時, 干燥單元對環(huán)境的污染也相當(dāng)嚴重。按照國家“十一五”規(guī)劃要求, 干燥技術(shù)必須走綠色可持續(xù)發(fā)展道路。4 . 1 改進干燥工藝, 改變單一粗放型干燥方式目前, 我國多數(shù)產(chǎn)品的干燥操作是在單一干燥設(shè)備內(nèi)在一種干燥參數(shù)下完成的。從物料干燥動力學(xué)特性可以看出, 物料在不同的干燥階段, 其最優(yōu)干燥參數(shù)是不同的。采用單

38、一干燥設(shè)備和單一干燥參數(shù), 不僅造成能源與資源的浪費, 還會影響干燥質(zhì)量與產(chǎn)量。因此, 首先必須從干燥工藝上進行改進, 例如采用組合干燥方式, 即在物料的不同干燥階段, 采用不同干燥參數(shù)和干燥方式, 可實現(xiàn)對干燥過程的優(yōu)化控制。同時吸收綠色設(shè)計的理念, 改變粗放型的干燥方式, 逐步向循環(huán)經(jīng)濟的方向發(fā)展, 即實現(xiàn)無廢棄物、零污染排放、高效優(yōu)化用能和優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。4 . 2 進行全面節(jié)能技術(shù)改造, 實現(xiàn)裝備的升級換代全面節(jié)能應(yīng)包括過程節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能和單元設(shè)備節(jié)能幾個方面, 其根本目的是提高能源的利用效率, 以降低一次能源消耗和提高單位能耗產(chǎn)值。過程節(jié)能指生產(chǎn)過程的節(jié)能。對整個工業(yè)生產(chǎn)而言, 是爭取實現(xiàn)

39、循環(huán)經(jīng)濟, 即上游生產(chǎn)的產(chǎn)品或副產(chǎn)品可作為下游生產(chǎn)的原料或燃料。在循環(huán)經(jīng)濟理念中是沒有廢物, 而只是處于不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的資源。如對干燥尾氣的循環(huán)利用, 既達到了節(jié)能目的, 又防止了廢氣物的排放。系統(tǒng)節(jié)能是指對干燥系統(tǒng)進行總能系統(tǒng)分析,以實現(xiàn)系統(tǒng)中各單元設(shè)備的優(yōu)化配置, 實現(xiàn)能源的對口合理梯級利用。單元設(shè)備節(jié)能包括干燥器和熱源設(shè)備的節(jié)能改造。目前, 在我國的干燥設(shè)備中, 低效高污染的老式設(shè)備仍占大多數(shù), 低水平重復(fù)的現(xiàn)象相當(dāng)嚴重。除了采用經(jīng)濟和行業(yè)標(biāo)準手段, 逐漸淘汰這些落后設(shè)備以外, 應(yīng)當(dāng)加大開發(fā)先進節(jié)能干燥設(shè)備的技術(shù)投入和推廣力度, 重視干燥基礎(chǔ)理論研究, 加快引進其它領(lǐng)域的科研成果, 如熱

40、管技術(shù)、超臨界流體技術(shù)、熱泵技術(shù)、計算機智能技術(shù)、脈動燃燒技術(shù)等。干燥單元操作可以采取下列節(jié)能措施: 提高入口空氣溫度; 降低出口空氣溫度; 降低蒸發(fā)負荷; 預(yù)熱料液; 減少空氣從聯(lián)接處漏入; 用廢氣預(yù)熱干燥介質(zhì); 采用組合干燥; 利用內(nèi)換熱器; 廢氣循環(huán); 改變熱源; 干燥區(qū)域保溫, 防止干燥過度。要采用先進的制造技術(shù)理念, 如綠色制造、智能設(shè)計、并行設(shè)計技術(shù), 以實現(xiàn)干燥裝備的升級換代。4 . 3 大力發(fā)展應(yīng)用新能源與工業(yè)余熱的干燥技術(shù)大力調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu), 是我國實施中長期能源發(fā)展規(guī)劃的主要戰(zhàn)略措施之一。我國有豐富的太陽能資源, 生物能資源、風(fēng)能和地?zé)崮? 這些都是寶貴的新能源。國內(nèi)外

41、專家學(xué)者已對太陽能干燥技術(shù)進行了大量研究工作并取得了一些成果, 譬如利用太陽能作為補充熱力的熱源已獲成功。另外可采用先進節(jié)能技術(shù)如熱管技術(shù)和熱泵技術(shù)對余熱進行回收, 以達到節(jié)能的目的。5 干燥技術(shù)發(fā)展趨勢5.1 干燥技術(shù)理論研究上世紀70 年代-2000 年:在全球能源危機的促動下, 研究及應(yīng)用的側(cè)重點是提高能源的利用率。理論研究的熱點集中在干燥動力學(xué)、干燥器操作機理方面。隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展、國民消費水平的提高, 提高產(chǎn)品品質(zhì)和研究產(chǎn)品質(zhì)量降解動力學(xué), 在食品及農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域成了熱門課題。在全球計算機技術(shù)的普及推動下, 干燥過程的模型、模擬等研究也漸成熱點。關(guān)注產(chǎn)品質(zhì)量, 研究內(nèi)容放在干燥器的自動控制上。追求干燥過程的整體效益, 進行復(fù)合干燥條件、組合干燥器與自動控制操作方面的研究。對新型干燥技術(shù)與設(shè)備進行探索研究, 力圖在干燥領(lǐng)域進行干燥技術(shù)革命。針對工程領(lǐng)域出現(xiàn)的新材料的干燥要求( 如納米材料, 生物技術(shù)材料) , 開發(fā)專用干燥工藝及設(shè)備。2000 年- 未來趨勢:在相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域( 如新能源、材料、工程熱物理、生物、計算機等) 新成果、新技術(shù)的推動下, 進行新技術(shù)、新能源、新工藝、新設(shè)備的開發(fā)研究。深入模型、模擬領(lǐng)域的研究( 如微孔級模型的建立、多相流的模擬、CF