人類應(yīng)用干燥技術(shù)的歷史源遠(yuǎn)流長,我們的祖先在6000年前就開始運(yùn)用干燥技術(shù)制陶和曬鹽。而許多古老的干燥技術(shù),其應(yīng)用一直延續(xù)至今。例如利用太陽光和風(fēng)力對(duì)谷物和食品進(jìn)行干燥在世界很多地區(qū)(包括我國)仍在普遍采用?？梢哉f,干燥技術(shù)從誕生起就一直是人類發(fā)展生產(chǎn)、改善生活的重要手段。
在擁有現(xiàn)代文明的今天,干燥技術(shù)更是與我們周圍的生產(chǎn)和生活息息相關(guān)。在對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要影響的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,例如化工、輕工、煤炭、冶金、石油、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、食品、醫(yī)藥、建材、紡織、電子、環(huán)保等,干燥技術(shù)都在發(fā)揮著不可或缺的作用。而人們生活中的衣、食、住、行及各項(xiàng)活動(dòng)幾乎處處離不開用干燥技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品。
在現(xiàn)代化生產(chǎn)中,干燥技術(shù)的應(yīng)用不僅僅是為了方便產(chǎn)品的儲(chǔ)藏、運(yùn)輸和使用。而且在提高產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)值、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和環(huán)境污染、降低成本和能源消耗等方面都能發(fā)揮巨大的作用。因此,發(fā)達(dá)國家都非常重視干燥技術(shù)的應(yīng)用。據(jù)資料記載,發(fā)達(dá)國家工業(yè)耗能的14%被用于干燥,而有些行業(yè)的干燥耗能甚至占到生產(chǎn)總耗能的35%。這一數(shù)據(jù)說明了干燥技術(shù)在現(xiàn)代化生產(chǎn)中有著至關(guān)重要的地位。相對(duì)而言,發(fā)展中國家對(duì)干燥技術(shù)的應(yīng)用卻處于較低的水平。對(duì)此,國際干燥會(huì)議常任主席ArunS.Mllumdar教授曾撰文闡明自己的觀點(diǎn):“發(fā)展中國家目前的燥耗能較低,但今后勢(shì)必迅猛增長。我認(rèn)為用于干燥的能量與一個(gè)國家的生活水平存在一定的關(guān)系。”對(duì)這一觀點(diǎn)可以作以下的理解,即:當(dāng)一個(gè)國家的國民對(duì)日常生活的質(zhì)量有較高要求時(shí),則在商品生產(chǎn)中普遍采用先進(jìn)的干燥技術(shù)就屬必然。而國民生活質(zhì)量水平與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是密切相關(guān)的。所以,通過觀察一個(gè)國家在生產(chǎn)過程中采用現(xiàn)代干燥技術(shù)的程度,可以衡量出這個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平。發(fā)展中國家由于經(jīng)濟(jì)落人民生活比較貧困,因此在生產(chǎn)中往往沒有能力、也沒有必要采用先進(jìn)的干燥技術(shù)。從而形成干燥耗能占生產(chǎn)總耗能的比例數(shù)值較低的局面。當(dāng)發(fā)展中國家一旦擺脫落后而步入健康發(fā)展的軌道時(shí),干燥技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用程度就會(huì)迅猛增長。Mllumdar教授的觀點(diǎn)對(duì)于一個(gè)小國來說可能有失偏頗,但對(duì)于一個(gè)大國或一個(gè)較大的地區(qū)來說都應(yīng)該是適用的。近二十幾年來,干燥技術(shù)應(yīng)用事業(yè)在中國取得飛速發(fā)展的歷程充分證明了這一點(diǎn)。
我國是世界上^大的發(fā)展中國家。改革開放以來,我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平取得了舉世矚目的成就。與此同時(shí),干燥技術(shù)的應(yīng)用在市場(chǎng)需求日漸旺盛的刺激下也出現(xiàn)了Mllumdar教授所說的“迅猛增長”的勢(shì)頭。^初,由于我國在干燥技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域長期處于封閉落后的狀態(tài),屈指可數(shù)的干燥設(shè)備制造廠家對(duì)許多先進(jìn)的干燥技術(shù)和裝備不了解、也不知道如何制造。所以,大量引進(jìn)先進(jìn)干燥技術(shù)和設(shè)備曾是滿足市場(chǎng)需求的主要手段。進(jìn)口干燥設(shè)備大都具有兩個(gè)特點(diǎn):一是作為機(jī)電設(shè)備其結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單,絕大部分零部件我國的企業(yè)都能夠制做。二是價(jià)格昂、利潤豐厚。這兩個(gè)特點(diǎn)勢(shì)必也^終導(dǎo)致了各類新型國產(chǎn)干燥設(shè)備產(chǎn)品紛紛誕生及國內(nèi)新興的干燥設(shè)備廠不斷涌現(xiàn)。從而形成了我國干燥設(shè)備制造業(yè)百舸爭流、欣欣向榮的發(fā)展局面。隨之,大規(guī)模引進(jìn)干燥技術(shù)和裝備的時(shí)代即告結(jié)束。目前在國內(nèi)市場(chǎng)份額中,進(jìn)口干燥設(shè)備僅占3%。從中可以看出國產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)成為滿足國內(nèi)市場(chǎng)需要的主力軍。目前,我國干燥技術(shù)應(yīng)用事業(yè)仍保持著方興未艾的發(fā)展勢(shì)頭。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2001年我國干燥設(shè)備制造業(yè)年創(chuàng)產(chǎn)值17億元人民幣,與1986年相比增長了24倍。而國內(nèi)的專業(yè)干燥設(shè)備制造廠商已達(dá)400家,使我國成為世界上擁有干燥設(shè)備制造廠數(shù)量^多的國家。同時(shí),產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)近萬種,流行于世的絕大部分類型的干燥設(shè)備國內(nèi)都已能生產(chǎn)。過去我國是干燥設(shè)備的純進(jìn)口國,而現(xiàn)在中國干燥設(shè)備出口海外,甚至出口發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的現(xiàn)象已不再鮮見。2001年我國干燥設(shè)備出口總值為2000萬元人民幣,雖然數(shù)額不大但逐漸增長的趨勢(shì)已初見端倪。縱觀二十幾年的發(fā)展歷程可以看出,自改革開放以來我國干燥技術(shù)應(yīng)用事業(yè)取得了飛躍性的發(fā)展。干燥設(shè)備行業(yè)的發(fā)展速度明顯超過了國民經(jīng)濟(jì)的平均發(fā)展速度。雖然干燥設(shè)備行業(yè)自身創(chuàng)造的直接經(jīng)濟(jì)效益還很有限,但受益于干燥技術(shù)應(yīng)用的企業(yè)和產(chǎn)品所創(chuàng)造出的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益無疑是巨大的。
雖然我國干燥技術(shù)應(yīng)用事業(yè)取得了巨大的發(fā)展。但這一發(fā)展仍不足以使我國進(jìn)入干燥技術(shù)應(yīng)用和干燥設(shè)備生產(chǎn)大國的行列。在該項(xiàng)事業(yè)的方方面面,我國還是處于發(fā)展中國家的水平線上。例如:先進(jìn)的谷物干燥技術(shù)不僅能夠擺脫繁重的體力勞動(dòng)、減少浪費(fèi)有利貯藏增加農(nóng)作物產(chǎn)量(種子處理需要機(jī)械化干燥技術(shù)),并且可以使糧食制品外形完整并保持上佳的口味。而在國際競(jìng)爭中,糧食產(chǎn)品的外形完整和口味已越來越受到關(guān)注。目前,我國大部分的谷物沒有條件獲得先進(jìn)干燥技術(shù)的處理。即使是對(duì)我國糧食增產(chǎn)有重要作用的水稻和小麥種子干燥技術(shù),其應(yīng)用程度不過50%。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì),由于得不到及時(shí)的干燥處理我國平常年景損失的糧食達(dá)50億kg。如遇到災(zāi)年損失則更大。至于干燥技術(shù)對(duì)糧食產(chǎn)品外形和口味的影響尚無力顧及慮。但是我國入世后與進(jìn)口糧食產(chǎn)品競(jìng)爭的局面遲早要出現(xiàn)。屆時(shí),這方面的缺陷無疑將削弱我國產(chǎn)品的競(jìng)爭力。再如,在林區(qū)對(duì)圓木就地進(jìn)行先期干燥處理,不僅可以減少木材的裂紋而且能夠有效地保持木材原有的鮮亮色澤。很多國家采用了此項(xiàng)技術(shù),從而生產(chǎn)出國際流行的高檔本色家具或裝飾材料。但此項(xiàng)技術(shù)在我國尚無應(yīng)用實(shí)例。這樣的例子還有很多,就不再一一枚舉。目前我國干燥設(shè)備行業(yè)年產(chǎn)值雖已達(dá)17億元人民幣,但這對(duì)于擁有13億人口的大國來說是微不足道的。而從另一個(gè)角度來衡量,如果我國干燥耗能達(dá)到發(fā)達(dá)國家的水平,即干燥耗能占工業(yè)耗能14%,則我國干燥設(shè)備行業(yè)的年產(chǎn)值也絕不止17億元人民幣。這說明有眾多生產(chǎn)領(lǐng)域還沒有采用先進(jìn)的干燥技術(shù)和裝備,更為巨大的潛在市場(chǎng)還有待于開發(fā)。總之,我國的干燥技術(shù)應(yīng)用事業(yè)盡管取得了很大成績,但總體還處在較低的水平上,與發(fā)達(dá)國家相比還有不小的差距。究其原因,干燥技術(shù)應(yīng)用事業(yè)的發(fā)展不僅僅取決于我國干燥界自身的努力,而且更有賴于國家綜合國力和人民生活水平的提高。所以,雖然我國干燥技術(shù)在國民生產(chǎn)中的應(yīng)用程度還很低,但與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平卻是相適宜的。
綜上所述,可以看出：
現(xiàn)代干燥技術(shù)在國民生產(chǎn)中應(yīng)用的程度與一個(gè)國家的綜合國力和國民生活質(zhì)量的水平密切相關(guān)。從某種意義上說,它標(biāo)志著這個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)文明的發(fā)達(dá)程度。
在發(fā)展中國家(或地區(qū)),干燥技術(shù)的應(yīng)用蘊(yùn)藏著巨大的潛力。這個(gè)國家一旦步入經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的軌道,干燥技術(shù)的應(yīng)用將在一個(gè)時(shí)期內(nèi)成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“超前產(chǎn)業(yè)”,其發(fā)展速度要快于國民經(jīng)濟(jì)的平均發(fā)展速度。因此,它不僅可以服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而且可以拉動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
干燥設(shè)備制造業(yè)是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)。這使得我國的國產(chǎn)干燥設(shè)備價(jià)格相對(duì)低廉且具有較強(qiáng)的競(jìng)爭能力。在國內(nèi)市場(chǎng)上,我國國產(chǎn)新型干燥設(shè)備歷經(jīng)從無到有、從小到大^終取得優(yōu)勢(shì)地位的事實(shí)就有力地證明了這一點(diǎn)。日后在國際市場(chǎng)競(jìng)爭中,依然有理由相信中國產(chǎn)品可以取得某種程度的優(yōu)勢(shì)。所以,在中國加入WTO的形勢(shì)下,干燥設(shè)備制造業(yè)所面臨的更多是機(jī)遇而不是風(fēng)險(xiǎn)。如果我們能夠克服自身的一些缺陷,加強(qiáng)實(shí)力積極進(jìn)取,則中國干燥設(shè)備完全有望成為我國機(jī)電產(chǎn)品輸出的一個(gè)新的增長點(diǎn)。
干燥技術(shù)的定義與范疇
在人類的生產(chǎn)和生活中經(jīng)常遇到要需要把某一種物體除去濕分的情況。這種物體可以是固態(tài),也可以是液態(tài)或氣態(tài)。在大多數(shù)情況下物體所含的濕分是水分,有時(shí)卻是其他的成分,例如無機(jī)酸、有機(jī)溶劑等。這一除去物體中濕分的過程被稱為“去濕”。人們將去濕的方法依據(jù)工作原理的不同分為若干類,干燥是其中的一類。
通常,人們把采用熱物理方法去濕的過程稱為“干燥”。其特征是采用加熱、降溫、減壓或其他能量傳遞的方式使物料中的濕分產(chǎn)生揮發(fā)、冷凝、升華等相變過程與物體分離以達(dá)到去濕目的。不具備這一特征的去濕方法通常不列入干燥技術(shù)的范疇。
有的去濕手段,例如液體被加熱而濃縮,雖然也具備熱物理法去濕的特征,但人們習(xí)慣上不認(rèn)為濃縮屬干燥技術(shù)。而隨著時(shí)代的發(fā)展,人們卻逐漸將一些不屬于熱物理法的去濕新技術(shù)納入干燥技術(shù)的范疇,例如分子篩、超臨界流萃取等。所以,干燥技術(shù)的定義與范疇是一個(gè)約定俗成的,而又在不斷拓展的概念。
傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)普遍采用的干燥技術(shù)主要有:廂式干燥、隧道干燥、轉(zhuǎn)筒干燥、轉(zhuǎn)鼓干燥、帶式干燥、盤式干燥、槳葉式干燥、流化床干燥、噴動(dòng)床干燥、噴霧干燥、氣流干燥真空冷凍干燥、太陽能干燥、微波和高頻干燥、紅外熱輻射干燥等。此外在各個(gè)行業(yè),例如谷物、水果和蔬菜、木材、茶葉、乳品、中藥材等行業(yè)也有適合自身特點(diǎn)的專有干燥技術(shù)這些傳統(tǒng)的干燥技術(shù)發(fā)展歷史較長、成熟可靠,在世界及我國已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。
近些年來,國際上涌現(xiàn)出一批新型的干燥技術(shù)。作為代表的有:脈沖燃燒干燥、對(duì)撞流干燥、沖擊穿透干燥、聲波場(chǎng)干燥、超臨界流體干燥、過熱蒸汽干燥、接觸吸附干燥等等.這些新技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)干燥技術(shù)在機(jī)理上有一定的突破,但在工業(yè)化應(yīng)用方面仍有待于完善目前在我國這些新型的干燥技術(shù)還處于前期研究的階段。
上述傳統(tǒng)和新型的干燥技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代干燥技術(shù)。
干燥技術(shù)的特點(diǎn)
干燥技術(shù)有很寬的服務(wù)領(lǐng)域。面對(duì)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別的要求,干燥技術(shù)是一門跨行業(yè)、跨學(xué)科、具有實(shí)驗(yàn)科學(xué)性質(zhì)的技術(shù)。
通常,在干燥技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用中需要具備三個(gè)方面的知識(shí)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(shè)備、電氣儀表控制等方面的工程設(shè)計(jì)。顯然,這三方面的知識(shí)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(shí)和技術(shù)又缺一不可。所以干燥技術(shù)是一門跨行業(yè)、跨學(xué)科的技術(shù)。
現(xiàn)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(yàn)科學(xué)的范疇。大部分干燥技術(shù)目前還缺乏能夠精準(zhǔn)指導(dǎo)實(shí)踐的科學(xué)理論和設(shè)計(jì)方法。實(shí)際應(yīng)用中,依靠經(jīng)驗(yàn)和小規(guī)模試驗(yàn)的數(shù)據(jù)來指導(dǎo)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(chǔ)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(yàn)科學(xué)的特點(diǎn)。例,空氣動(dòng)力學(xué)的研究發(fā)展還要靠“風(fēng)洞”試驗(yàn)來推動(dòng),就說明它還沒有脫離實(shí)驗(yàn)科學(xué)的范疇。而這些基礎(chǔ)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程是多種學(xué)科技術(shù)交匯進(jìn)行的過程,牽涉面廣、變數(shù)多、機(jī)理復(fù)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(nèi)的運(yùn)行軌跡是工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。而液滴的軌跡與自身的體積、質(zhì)量、初始速度和方向及周圍其他液滴和熱風(fēng)的流向流速有關(guān)。但這些參數(shù)由于傳質(zhì)、傳熱過程的進(jìn)行,無時(shí)無刻不在發(fā)生著變化。而且初始狀態(tài)時(shí),無論是液滴的大小還是熱風(fēng)的分布都不可能是均勻的。顯然,對(duì)于如此復(fù)雜、多變的過程只憑借理論計(jì)算來進(jìn)行工程設(shè)計(jì)是不可靠的。
原因之三是被干燥物料的種類是多種多樣的,其理化性質(zhì)也是各不相同的。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(qū)別對(duì)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?yàn)樗幉漠a(chǎn)地或收獲期存在區(qū)別就須改變干燥條件,否則產(chǎn)品質(zhì)量就會(huì)不合格。
以上三方面的原因決定了干燥技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用要以試驗(yàn)為基礎(chǔ)。但干燥技術(shù)的這些特點(diǎn)往往被人有意或無意地忽視。制造廠商由于試驗(yàn)裝置缺乏或類型不全(這在我國是一個(gè)普遍存在的現(xiàn)象)經(jīng)?；乇軕?yīng)做的干燥實(shí)驗(yàn),而用戶由于不了解干燥技術(shù)的特點(diǎn),也經(jīng)常放棄進(jìn)行必要試驗(yàn)的要求。其結(jié)局是裝置使用效果不佳,甚至于報(bào)廢。在我國,這樣的事例屢見不鮮,曾有過一套價(jià)值2000萬元人民幣的工業(yè)干燥裝置因達(dá)不到使用要求而被閑置的教訓(xùn)。因此,建設(shè)工業(yè)干燥裝置尤其是較大的裝置之前,一定要進(jìn)行充分的、有說服力的試驗(yàn),并以試驗(yàn)結(jié)果作為工業(yè)裝置建設(shè)的依據(jù)。這是干燥技術(shù)應(yīng)用的顯著特點(diǎn)。
此外,種類繁多、各具用途也是干燥技術(shù)的一個(gè)特點(diǎn)。每一種技術(shù)都有自己適宜應(yīng)用的領(lǐng)域。在工程實(shí)踐中,要根據(jù)具體情況選擇適用的干燥技術(shù)種類。這對(duì)投資費(fèi)用、操作成本、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保要求等方都會(huì)產(chǎn)生重大的影響。例如某一企業(yè),在白炭黑濾餅干燥技術(shù)上曾經(jīng)分別選用過廂式干燥、噴霧干燥、旋轉(zhuǎn)氣流快速干燥三種模式。^終他們體會(huì)到這三種技術(shù)各有所長。廂式干燥生產(chǎn)白碳黑雖然生產(chǎn)效率低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大;但產(chǎn)品質(zhì)量好。與橡膠混煉后所生成的制品扯斷強(qiáng)度值較高。旋轉(zhuǎn)氣流快速干燥設(shè)備緊湊、投資少、生產(chǎn)效率高,但所生成的橡膠制品的強(qiáng)度指標(biāo)卻是三者間^差的。噴霧干燥生產(chǎn)白碳黑,產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)在三者間居中,但具有產(chǎn)品流動(dòng)性好、粉塵污染小,深受用戶及本廠操作者歡迎的特點(diǎn)。在20世紀(jì)90年代,為白炭黑生產(chǎn)中采用哪種干燥方式更為先進(jìn)的問題,曾在我國干燥界引發(fā)過爭論。其實(shí),三種設(shè)備各有特點(diǎn),選用哪種類型的技術(shù)要看用戶自身的條件和產(chǎn)品要求。不存在哪種技術(shù)更為先進(jìn)的結(jié)論。類似的例子有很多,都表明了干燥技術(shù)種類繁多、各具用途的特點(diǎn)。所以在應(yīng)用中要仔細(xì)比較、慎重選擇技術(shù)方案,而通過干燥試驗(yàn)來考核技術(shù)方案也是必不可少的步驟。
