粉體干燥-造粒-微波加熱干燥新工藝路線的探討（1）

時間：2016-03-10

1. ?概述

? ? 隨著工業(yè)發(fā)展的需要，在化工，食品，醫(yī)藥，電子，塑料生物化工等工業(yè)部門應用粉體物料種類越來越多，且粒度越來越細。如**細碳酸鈣的顆粒度為5μm，二氧化鈦3μm，食品黃、酒石黃10μm，白云石15μm，黃色氧化鐵5μm，硅酸鋁20μm，淀粉白碳黑45μm等等?，F(xiàn)代快速發(fā)展**細粉體——納米粉體。粒度很細的粉料其堆積密度很小，重量輕，在操作過程中易飛揚，不僅造成物料損失且污染了環(huán)境，其中有刺激有毒的細粉逸出，對環(huán)境會造成嚴重危害。因為細粉末的堆積密度小，不便運輸。微細的化學肥料施于田里易于流失，這樣就產生了不利的一面，那么就有了把細小粉末聚集成較大的實體——造粒的需求。造粒方法有滾動法和壓力法。滾動造粒是將松散的濕物料（細粉和適量的潤濕液）加入制粒裝置內，攪拌翻動，初始形成團粒**。隨后，**以團聚和包層兩種方式長大，團聚的顆粒球形不規(guī)則，表面粗糙。包層制粒表面光滑呈球形，斷面為一層包一層的“洋蔥皮”結構，可以控制操作條件，使其中一種方式成為造粒的主導，形成光滑規(guī)則的強度高的球形顆粒。攪拌混合造粒、噴霧流化造粒等方法均是松散濕物料或膏狀或熔融的物料、溶液、漿狀的物料。壓力法造粒是將濕含量較低的細粉物料在壓片機、滾壓機、輥壓機、螺旋擠壓機等造粒機中受壓力或主要受剪切力被壓實成粒。其中輥壓機可實現(xiàn)強壓造粒。壓力范圍為2.5MPa~560MPa，可將粉末壓得很密實，使粉末間分子力起主導作用，使顆粒獲得較大的抗拉、抗壓、抗磨耗強度。近四十年來對上千種細粉干物料進行強壓造粒實驗，均獲得造粒成功的數(shù)據。但對那些濕含量很低（如**0.2%）、粒度很細（d97<45um）、堆積密度很小(<200kgm-3)、孔隙率大、內摩擦力小、流動性好的細粉物料進行壓力法造粒是較困難的。不但耗能大，且成粒率低，單機產量低。如果在上述特性的物料中加入相應的適量的濕潤劑，則造粒條件大為改善，如*很強的造粒壓力就能實現(xiàn)成粒率高，單機產量大，環(huán)境無粉塵飛揚等目的。不過顆粒中會含有一定量的濕分。顆粒表面沒有自由水分，內部濕分的遷移成為控制因素，此時外部可變條件無法改變強化干燥速率，即顆粒干燥需要很長時間，耗費很多能量。如果采用微波加熱干燥低濕含量的顆粒物料，可快速得到所需的干度均勻的顆粒成品。據此提出如下粉體前期恒速干燥階段（即將粉體干至含水量**20%）——對輥壓力法造?！w粒微波加熱干燥的造粒干燥路線。這樣的造粒干燥路線科學合理、經濟效益高。

2. ?粉體造粒前期干燥——終濕含量控制在10%~20%

? ? 多數(shù)粉體是由固體物料的溶液、濾餅、膏狀原料經干燥后得到的平均粒徑小于100μm以下的干粉。如化肥、染料及其助劑、食品及其助劑、聚合物樹脂等粉體，它們都由初含濕量（30%~80%）干燥為終含濕量0.02%~9%的干粉，其平均粒徑在5μm~50μm范圍內，要求干燥器蒸發(fā)強度很高。大部分時間是花費干燥最后的20%水分。如白炭黑粉，由膏狀含水80%，干燥至含水為6%的粉體，其粒徑為45μm，堆積密度為240kgm-3，在強化沸騰干燥器中進行干燥，干燥器直徑為150mm，進氣溫度為300oC，每小時產量為5kg。黑炭黑由膏狀含水92%干燥至含水為2%的粉體，在強化沸騰干燥器進行干燥，干燥直徑為150mm，進氣溫度為300oC，每小時僅能獲得1.3kg的干粉。根據干燥機理和實驗干燥曲線分析可知，恒速干燥階段，熱空氣的熱量傳至物料表面，使表面自由水分迅速蒸發(fā)，表皮水分降低，物料開始升溫，并在其內部形成溫度梯度，熱量由外部傳至內部，濕分從物料內部向表面遷移，濕分遷移的動力主要靠擴散、毛細流和由于干燥過程物料體積收縮而產生的內部壓力。所以在臨界濕含量出現(xiàn)至物料干燥到很低的較終濕含量時，內部濕分遷移成為控制因素。一些外部可變量如熱空氣的用量，溫度無法強化其濕分遷移速率，只有施加振動、脈沖、超聲波等手段促進其內部濕分的擴散。所以一般物料在濕含量**20%時，干燥是困難的，稱為降速干燥階段。在此階段干燥時間長，消耗能源多。為降低一般干燥器的負荷，另一方面為保有物料特定濕含量要求，已便于加工、成型或造粒。目前**為減少原材料的損失和粉塵對環(huán)境的污染，要求將粉體原料進行造粒，粒度在20目至8mm范圍內。當粉體物料含濕量在10%~20%較有利于壓力法造粒。對高濕含量的物料用對流、傳導、輻射對物料加熱干燥，完成恒速干燥階段（即終含水量在10%~20%間）即終止，得到的松散的濕物料進行造粒。此種物料易于成粒，而且顆粒均勻，無粉塵飛揚，即物料損失小，環(huán)境無污染。

3. ?粉料壓力法造粒

? ? 20世紀70年代開始進行粉體的造粒研究，上千家客戶送來幾千種干粉物料進行造粒實驗，當時對這些物料不加任何粘結劑進行造粒實驗，稱為強壓干法造粒，**了可喜成果。絕大部分干粉能制強度合格的各種不同尺寸的顆粒，但成粒率不是很高，有些干粉在強壓下（350MPa~560MPa）進行造粒，其成粒率不到70%，返料在30%以上，因此單機造粒產量受到影響，而且在造粒工程中，篩分時粉塵飛揚，環(huán)境受到污染。如果在干粉中加入10%左右的液體粘結劑（如水、**溶劑等），用對輥壓力機連續(xù)輥壓造粒過程十分順利，不但成粒率高，且粒度均勻、強度高，制粒過程無粉塵飛揚。

? ? 另外濕法滾動造粒時，要求松散的濕物料含濕量在10%到20%，較多達30%，粉料的粒度分布有嚴格的要求，如較大粒徑為30~50目，至少要有25%細粉粒徑小于200目。鐵礦石造粒的給料中，小于325目細粉應占40%~80%。而濕含量為10%左右細粉用輥壓力機連續(xù)造粒就沒有這方面的要求。壓力范圍在2.5~140MPa，即可成粒，能耗大大降低，耗能量為（2~4）kw/ht。如果不在造粒前另加粘結劑、潤滑劑、增塑劑、潤濕劑、殺菌劑等，而直接用未干透的濕物料（濕量在10%~20%間）用輥壓連續(xù)造粒不僅科學合理且具有很明顯的經濟效益。

4. ?微波加熱對顆粒物料進行較終干燥

? ? 微波加熱人們已不陌生，家用微波爐，城市居民應用得非常熟練。尤其對熟食品的再加熱，大家都體會到微波加熱速度快，如加熱饅頭、面包、包子時，會對上述食品先在水中浸一下，再放在微波爐加熱，這樣不但加熱時間短，而且包子、饅頭松軟不會變硬。在微波爐內為什么濕饅頭比干饅頭熱及快？為什么松軟而不變硬？要回答這些問題，應了解微波與物料相互關系及微波加熱的特點。

? ? 所謂微波就是頻率范圍在3×108Hz~3×1011Hz間，波長在1m~1mm間的電磁波。物質與電磁波間有下列相互關系：

? ? （1）導體：這類物質反射電磁波，如微波爐的金屬殼體，貯存微波能，使微波不泄露。

? ? （2）絕緣體：這類物質不反射也不吸收微波，對微波是透明的，如微波碗、盒，都用絕緣體如玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯樹脂等做成的。

? ? （3）介電體：這類物質不同程度吸收微波能轉換為熱能，其中水的介電參數(shù)較大，即較易吸收微波能轉換為熱能。

? ? （4）鐵氧體：這類物質也吸收、反射、穿透電磁波，同電磁波的磁場分量發(fā)生作用，產生熱量。

一般的粉體物料均為介電體，其濕分多為水或**溶劑，如乙醇等，濕分的介電參數(shù)遠遠大于固體的介電參數(shù)，如水在80左右而干砂只有2.55，可以簡單地說，水吸收微波能的能力比干砂高30多倍?？烧J為微波加熱干燥時，微波能大部分消耗在欲除去的濕分中。

? ? 微波具有波粒二象性，根據**理論，電磁輻射的能量不是連續(xù)的，而是一個個的“能**”所組成，每個**具有與其頻率成正比能量。

詞條
詞條說明
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聯(lián)合國當前的需要，國內市場的常規(guī)干燥設備，以及主要的**市場干燥設備，基本都在中國制造，這表明，在中國干燥設備進口為導向的歷史已經結束。但是，仍存在一些問題和困難。的問題，據中國通用機械干燥設備行業(yè)協(xié)會預測，未來幾年，中國的需求，化工行業(yè)將干燥設備3000(套)左右;制藥干燥設備的年需求量將達到3000(套)左右;農業(yè)，林業(yè)，糧食，輕工等行業(yè)，如干燥設備，年需求量預計將達到5000(套)左右。目
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