人类应用干燥技术的历史源远流长,我们的祖先在6000年前就开始运用干燥技术制陶和晒盐。而许多古老的干燥技术,其应用一直延续至今。例如利用太阳光和风力对谷物和食品进行干燥在世界很多地区(包括我国)仍在普遍采用。可以说,干燥技术从诞生起就一直是人类发展生产、改善生活的重要手段。
在拥有现代文明的今天,干燥技术更是与我们周围的生产和生活息息相关。在对国民经济发展有着重要影响的产业领域,例如化工、轻工、煤炭、冶金、石油、农业、林业、食品、医药、建材、纺织、电子、环保等,干燥技术都在发挥着不可或缺的作用。而人们生活中的衣、食、住、行及各项活动几乎处处离不开用干燥技术生产出的产品。
在现代化生产中,干燥技术的应用不仅仅是为了方便产品的储藏、运输和使用。而且在提高产品的质量和价值、减轻劳动强度和环境污染、降低成本和能源消耗等方面都能发挥巨大的作用。因此,发达国家都非常重视干燥技术的应用。据资料记载,发达国家工业耗能的14%被用于干燥,而有些行业的干燥耗能甚至占到生产总耗能的35%。这一数据说明了干燥技术在现代化生产中有着至关重要的地位。相对而言,发展中国家对干燥技术的应用却处于较低的水平。对此,国际干燥会议常任主席ArunS.Mllumdar教授曾撰文阐明自己的观点:“发展中国家目前的燥耗能较低,但今后势必迅猛增长。我认为用于干燥的能量与一个国家的生活水平存在一定的关系。”对这一观点可以作以下的理解,即:当一个国家的国民对日常生活的质量有较高要求时,则在商品生产中普遍采用先进的干燥技术就属必然。而国民生活质量水平与国民经济发展水平是密切相关的。所以,通过观察一个国家在生产过程中采用现代干燥技术的程度,可以衡量出这个国家国民经济发展的水平。发展中国家由于经济落人民生活比较贫困,因此在生产中往往没有能力、也没有必要采用先进的干燥技术。从而形成干燥耗能占生产总耗能的比例数值较低的局面。当发展中国家一旦摆脱落后而步入健康发展的轨道时,干燥技术在生产中的应用程度就会迅猛增长。Mllumdar教授的观点对于一个小国来说可能有失偏颇,但对于一个大国或一个较大的地区来说都应该是适用的。近二十几年来,干燥技术应用事业在中国取得飞速发展的历程充分证明了这一点。
我国是世界上^大的发展中国家。改革开放以来,我国国民经济的发展和人民生活水平取得了举世瞩目的成就。与此同时,干燥技术的应用在市场需求日渐旺盛的刺激下也出现了Mllumdar教授所说的“迅猛增长”的势头。^初,由于我国在干燥技术应用领域长期处于封闭落后的状态,屈指可数的干燥设备制造厂家对许多先进的干燥技术和装备不了解、也不知道如何制造。所以,大量引进先进干燥技术和设备曾是满足市场需求的主要手段。进口干燥设备大都具有两个特点:一是作为机电设备其结构相对比较简单,绝大部分零部件我国的企业都能够制做。二是价格昂、利润丰厚。这两个特点势必也^终导致了各类新型国产干燥设备产品纷纷诞生及国内新兴的干燥设备厂不断涌现。从而形成了我国干燥设备制造业百舸争流、欣欣向荣的发展局面。随之,大规模引进干燥技术和装备的时代即告结束。目前在国内市场份额中,进口干燥设备仅占3%。从中可以看出国产设备已经成为满足国内市场需要的主力军。目前,我国干燥技术应用事业仍保持着方兴未艾的发展势头。据不完全统计,2001年我国干燥设备制造业年创产值17亿元人民币,与1986年相比增长了24倍。而国内的专业干燥设备制造厂商已达400家,使我国成为世界上拥有干燥设备制造厂数量^多的国家。同时,产品规格型号近万种,流行于世的绝大部分类型的干燥设备国内都已能生产。过去我国是干燥设备的纯进口国,而现在中国干燥设备出口海外,甚至出口发达国家和地区的现象已不再鲜见。2001年我国干燥设备出口总值为2000万元人民币,虽然数额不大但逐渐增长的趋势已初见端倪。纵观二十几年的发展历程可以看出,自改革开放以来我国干燥技术应用事业取得了飞跃性的发展。干燥设备行业的发展速度明显超过了国民经济的平均发展速度。虽然干燥设备行业自身创造的直接经济效益还很有限,但受益于干燥技术应用的企业和产品所创造出的经济和社会效益无疑是巨大的。
虽然我国干燥技术应用事业取得了巨大的发展。但这一发展仍不足以使我国进入干燥技术应用和干燥设备生产大国的行列。在该项事业的方方面面,我国还是处于发展中国家的水平线上。例如:先进的谷物干燥技术不仅能够摆脱繁重的体力劳动、减少浪费有利贮藏增加农作物产量(种子处理需要机械化干燥技术),并且可以使粮食制品外形完整并保持上佳的口味。而在国际竞争中,粮食产品的外形完整和口味已越来越受到关注。目前,我国大部分的谷物没有条件获得先进干燥技术的处理。即使是对我国粮食增产有重要作用的水稻和小麦种子干燥技术,其应用程度不过50%。据有关统计,由于得不到及时的干燥处理我国平常年景损失的粮食达50亿kg。如遇到灾年损失则更大。至于干燥技术对粮食产品外形和口味的影响尚无力顾及虑。但是我国入世后与进口粮食产品竞争的局面迟早要出现。届时,这方面的缺陷无疑将削弱我国产品的竞争力。再如,在林区对圆木就地进行先期干燥处理,不仅可以减少木材的裂纹而且能够有效地保持木材原有的鲜亮色泽。很多国家采用了此项技术,从而生产出国际流行的高档本色家具或装饰材料。但此项技术在我国尚无应用实例。这样的例子还有很多,就不再一一枚举。目前我国干燥设备行业年产值虽已达17亿元人民币,但这对于拥有13亿人口的大国来说是微不足道的。而从另一个角度来衡量,如果我国干燥耗能达到发达国家的水平,即干燥耗能占工业耗能14%,则我国干燥设备行业的年产值也绝不止17亿元人民币。这说明有众多生产领域还没有采用先进的干燥技术和装备,更为巨大的潜在市场还有待于开发。总之,我国的干燥技术应用事业尽管取得了很大成绩,但总体还处在较低的水平上,与发达国家相比还有不小的差距。究其原因,干燥技术应用事业的发展不仅仅取决于我国干燥界自身的努力,而且更有赖于国家综合国力和人民生活水平的提高。所以,虽然我国干燥技术在国民生产中的应用程度还很低,但与国民经济发展的水平却是相适宜的。
综上所述,可以看出：
现代干燥技术在国民生产中应用的程度与一个国家的综合国力和国民生活质量的水平密切相关。从某种意义上说,它标志着这个国家国民经济和社会文明的发达程度。
在发展中国家(或地区),干燥技术的应用蕴藏着巨大的潜力。这个国家一旦步入经济高速发展的轨道,干燥技术的应用将在一个时期内成为国民经济发展的“超前产业”,其发展速度要快于国民经济的平均发展速度。因此,它不仅可以服务于国民经济的发展而且可以拉动国民经济的发展。
干燥设备制造业是劳动密集型产业。这使得我国的国产干燥设备价格相对低廉且具有较强的竞争能力。在国内市场上,我国国产新型干燥设备历经从无到有、从小到大^终取得优势地位的事实就有力地证明了这一点。日后在国际市场竞争中,依然有理由相信中国产品可以取得某种程度的优势。所以,在中国加入WTO的形势下,干燥设备制造业所面临的更多是机遇而不是风险。如果我们能够克服自身的一些缺陷,加强实力积极进取,则中国干燥设备完全有望成为我国机电产品输出的一个新的增长点。
干燥技术的定义与范畴
在人类的生产和生活中经常遇到要需要把某一种物体除去湿分的情况。这种物体可以是固态,也可以是液态或气态。在大多数情况下物体所含的湿分是水分,有时却是其他的成分,例如无机酸、有机溶剂等。这一除去物体中湿分的过程被称为“去湿”。人们将去湿的方法依据工作原理的不同分为若干类,干燥是其中的一类。
通常,人们把采用热物理方法去湿的过程称为“干燥”。其特征是采用加热、降温、减压或其他能量传递的方式使物料中的湿分产生挥发、冷凝、升华等相变过程与物体分离以达到去湿目的。不具备这一特征的去湿方法通常不列入干燥技术的范畴。
有的去湿手段,例如液体被加热而浓缩,虽然也具备热物理法去湿的特征,但人们习惯上不认为浓缩属干燥技术。而随着时代的发展,人们却逐渐将一些不属于热物理法的去湿新技术纳入干燥技术的范畴,例如分子筛、超临界流萃取等。所以,干燥技术的定义与范畴是一个约定俗成的,而又在不断拓展的概念。
传统的工业生产普遍采用的干燥技术主要有:厢式干燥、隧道干燥、转筒干燥、转鼓干燥、带式干燥、盘式干燥、桨叶式干燥、流化床干燥、喷动床干燥、喷雾干燥、气流干燥真空冷冻干燥、太阳能干燥、微波和高频干燥、红外热辐射干燥等。此外在各个行业,例如谷物、水果和蔬菜、木材、茶叶、乳品、中药材等行业也有适合自身特点的专有干燥技术这些传统的干燥技术发展历史较长、成熟可靠,在世界及我国已经得到广泛的应用。
近些年来,国际上涌现出一批新型的干燥技术。作为代表的有:脉冲燃烧干燥、对撞流干燥、冲击穿透干燥、声波场干燥、超临界流体干燥、过热蒸汽干燥、接触吸附干燥等等.这些新技术相对传统干燥技术在机理上有一定的突破,但在工业化应用方面仍有待于完善目前在我国这些新型的干燥技术还处于前期研究的阶段。
上述传统和新型的干燥技术构成了现代干燥技术。
干燥技术的特点
干燥技术有很宽的服务领域。面对众多的产业、理化性质各不相同的物料、产品质量及其他方面千差万别的要求,干燥技术是一门跨行业、跨学科、具有实验科学性质的技术。
通常,在干燥技术的开发及应用中需要具备三个方面的知识和技术。第一是需要了解被干燥物料的理化性质和产品的使用特点。第二是要熟悉传递工程的原理,即传质、传热、流体力学和空气动力学等能量传递的原理。第三要有实施的手段,即能够进行干燥流程、主要设备、电气仪表控制等方面的工程设计。显然,这三方面的知识和技术不属于一个学科领域。而在实践中,这三方面的知识和技术又缺一不可。所以干燥技术是一门跨行业、跨学科的技术。
现代干燥技术虽已有一百多年的发展史,但至今还属于实验科学的范畴。大部分干燥技术目前还缺乏能够精准指导实践的科学理论和设计方法。实际应用中,依靠经验和小规模试验的数据来指导还是主要的方式。造成这一局面的原因有以下几方面：
原因之一是干燥技术所依托的一些基础学科,(主要是隶属于传递工程范畴的学科)本身就具有实验科学的特点。例,空气动力学的研究发展还要靠“风洞”试验来推动,就说明它还没有脱离实验科学的范畴。而这些基础学科自身的发展水平直接影响和决定了干燥技术的发展水平。
原因之二是很多干燥过程是多种学科技术交汇进行的过程,牵涉面广、变数多、机理复杂。例如在喷雾干燥技术领域里,被雾化的液滴在干燥塔内的运行轨迹是工程设计的关键。而液滴的轨迹与自身的体积、质量、初始速度和方向及周围其他液滴和热风的流向流速有关。但这些参数由于传质、传热过程的进行,无时无刻不在发生着变化。而且初始状态时,无论是液滴的大小还是热风的分布都不可能是均匀的。显然,对于如此复杂、多变的过程只凭借理论计算来进行工程设计是不可靠的。
原因之三是被干燥物料的种类是多种多样的,其理化性质也是各不相同的。不同的物料即使在相同的干燥条件下,其传质、传热的速率也可能有较大的差异。如果不加以区别对待,就有可能造成不尽人意的后果。例如某些中草药的干燥,虽然同属一种药材只因为药材产地或收获期存在区别就须改变干燥条件,否则产品质量就会不合格。
以上三方面的原因决定了干燥技术的开发与应用要以试验为基础。但干燥技术的这些特点往往被人有意或无意地忽视。制造厂商由于试验装置缺乏或类型不全(这在我国是一个普遍存在的现象)经常回避应做的干燥实验,而用户由于不了解干燥技术的特点,也经常放弃进行必要试验的要求。其结局是装置使用效果不佳,甚至于报废。在我国,这样的事例屡见不鲜,曾有过一套价值2000万元人民币的工业干燥装置因达不到使用要求而被闲置的教训。因此,建设工业干燥装置尤其是较大的装置之前,一定要进行充分的、有说服力的试验,并以试验结果作为工业装置建设的依据。这是干燥技术应用的显著特点。
此外,种类繁多、各具用途也是干燥技术的一个特点。每一种技术都有自己适宜应用的领域。在工程实践中,要根据具体情况选择适用的干燥技术种类。这对投资费用、操作成本、产品质量、环保要求等方都会产生重大的影响。例如某一企业,在白炭黑滤饼干燥技术上曾经分别选用过厢式干燥、喷雾干燥、旋转气流快速干燥三种模式。^终他们体会到这三种技术各有所长。厢式干燥生产白碳黑虽然生产效率低、人员劳动强度大;但产品质量好。与橡胶混炼后所生成的制品扯断强度值较高。旋转气流快速干燥设备紧凑、投资少、生产效率高,但所生成的橡胶制品的强度指标却是三者间^差的。喷雾干燥生产白碳黑,产品各项指标在三者间居中,但具有产品流动性好、粉尘污染小,深受用户及本厂操作者欢迎的特点。在20世纪90年代,为白炭黑生产中采用哪种干燥方式更为先进的问题,曾在我国干燥界引发过争论。其实,三种设备各有特点,选用哪种类型的技术要看用户自身的条件和产品要求。不存在哪种技术更为先进的结论。类似的例子有很多,都表明了干燥技术种类繁多、各具用途的特点。所以在应用中要仔细比较、慎重选择技术方案,而通过干燥试验来考核技术方案也是必不可少的步骤。
