人類應用干燥技術的歷史源遠流長,我們的祖先在6000年前就開始運用干燥技術制陶和曬鹽。而許多古老的干燥技術,其應用一直延續至今。例如利用太陽光和風力對谷物和食品進行干燥在世界很多地區(包括我國)仍在普遍采用?？梢哉f,干燥技術從誕生起就一直是人類發展生產、改善生活的重要手段。
在擁有現代文明的今天,干燥技術更是與我們周圍的生產和生活息息相關。在對國民經濟發展有著重要影響的產業領域,例如化工、輕工、煤炭、冶金、石油、農業、林業、食品、醫藥、建材、紡織、電子、環保等,干燥技術都在發揮著不可或缺的作用。而人們生活中的衣、食、住、行及各項活動幾乎處處離不開用干燥技術生產出的產品。
在現代化生產中,干燥技術的應用不僅僅是為了方便產品的儲藏、運輸和使用。而且在提高產品的質量和價值、減輕勞動強度和環境污染、降低成本和能源消耗等方面都能發揮巨大的作用。因此,發達國家都非常重視干燥技術的應用。據資料記載,發達國家工業耗能的14%被用于干燥,而有些行業的干燥耗能甚至占到生產總耗能的35%。這一數據說明了干燥技術在現代化生產中有著至關重要的地位。相對而言,發展中國家對干燥技術的應用卻處于較低的水平。對此,國際干燥會議常任主席ArunS.Mllumdar教授曾撰文闡明自己的觀點:“發展中國家目前的燥耗能較低,但今后勢必迅猛增長。我認為用于干燥的能量與一個國家的生活水平存在一定的關系。”對這一觀點可以作以下的理解,即:當一個國家的國民對日常生活的質量有較高要求時,則在商品生產中普遍采用先進的干燥技術就屬必然。而國民生活質量水平與國民經濟發展水平是密切相關的。所以,通過觀察一個國家在生產過程中采用現代干燥技術的程度,可以衡量出這個國家國民經濟發展的水平。發展中國家由于經濟落人民生活比較貧困,因此在生產中往往沒有能力、也沒有必要采用先進的干燥技術。從而形成干燥耗能占生產總耗能的比例數值較低的局面。當發展中國家一旦擺脫落后而步入健康發展的軌道時,干燥技術在生產中的應用程度就會迅猛增長。Mllumdar教授的觀點對于一個小國來說可能有失偏頗,但對于一個大國或一個較大的地區來說都應該是適用的。近二十幾年來,干燥技術應用事業在中國取得飛速發展的歷程充分證明了這一點。
我國是世界上^大的發展中國家。改革開放以來,我國國民經濟的發展和人民生活水平取得了舉世矚目的成就。與此同時,干燥技術的應用在市場需求日漸旺盛的刺激下也出現了Mllumdar教授所說的“迅猛增長”的勢頭。^初,由于我國在干燥技術應用領域長期處于封閉落后的狀態,屈指可數的干燥設備制造廠家對許多先進的干燥技術和裝備不了解、也不知道如何制造。所以,大量引進先進干燥技術和設備曾是滿足市場需求的主要手段。進口干燥設備大都具有兩個特點:一是作為機電設備其結構相對比較簡單,絕大部分零部件我國的企業都能夠制做。二是價格昂、利潤豐厚。這兩個特點勢必也^終導致了各類新型國產干燥設備產品紛紛誕生及國內新興的干燥設備廠不斷涌現。從而形成了我國干燥設備制造業百舸爭流、欣欣向榮的發展局面。隨之,大規模引進干燥技術和裝備的時代即告結束。目前在國內市場份額中,進口干燥設備僅占3%。從中可以看出國產設備已經成為滿足國內市場需要的主力軍。目前,我國干燥技術應用事業仍保持著方興未艾的發展勢頭。據不完全統計,2001年我國干燥設備制造業年創產值17億元人民幣,與1986年相比增長了24倍。而國內的專業干燥設備制造廠商已達400家,使我國成為世界上擁有干燥設備制造廠數量^多的國家。同時,產品規格型號近萬種,流行于世的絕大部分類型的干燥設備國內都已能生產。過去我國是干燥設備的純進口國,而現在中國干燥設備出口海外,甚至出口發達國家和地區的現象已不再鮮見。2001年我國干燥設備出口總值為2000萬元人民幣,雖然數額不大但逐漸增長的趨勢已初見端倪?？v觀二十幾年的發展歷程可以看出,自改革開放以來我國干燥技術應用事業取得了飛躍性的發展。干燥設備行業的發展速度明顯超過了國民經濟的平均發展速度。雖然干燥設備行業自身創造的直接經濟效益還很有限,但受益于干燥技術應用的企業和產品所創造出的經濟和社會效益無疑是巨大的。
雖然我國干燥技術應用事業取得了巨大的發展。但這一發展仍不足以使我國進入干燥技術應用和干燥設備生產大國的行列。在該項事業的方方面面,我國還是處于發展中國家的水平線上。例如:先進的谷物干燥技術不僅能夠擺脫繁重的體力勞動、減少浪費有利貯藏增加農作物產量(種子處理需要機械化干燥技術),并且可以使糧食制品外形完整并保持上佳的口味。而在國際競爭中,糧食產品的外形完整和口味已越來越受到關注。目前,我國大部分的谷物沒有條件獲得先進干燥技術的處理。即使是對我國糧食增產有重要作用的水稻和小麥種子干燥技術,其應用程度不過50%。據有關統計,由于得不到及時的干燥處理我國平常年景損失的糧食達50億kg。如遇到災年損失則更大。至于干燥技術對糧食產品外形和口味的影響尚無力顧及慮。但是我國入世后與進口糧食產品競爭的局面遲早要出現。屆時,這方面的缺陷無疑將削弱我國產品的競爭力。再如,在林區對圓木就地進行先期干燥處理,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技術,從而生產出國際流行的高檔本色家具或裝飾材料。但此項技術在我國尚無應用實例。這樣的例子還有很多,就不再一一枚舉。目前我國干燥設備行業年產值雖已達17億元人民幣,但這對于擁有13億人口的大國來說是微不足道的。而從另一個角度來衡量,如果我國干燥耗能達到發達國家的水平,即干燥耗能占工業耗能14%,則我國干燥設備行業的年產值也絕不止17億元人民幣。這說明有眾多生產領域還沒有采用先進的干燥技術和裝備,更為巨大的潛在市場還有待于開發?？傊?我國的干燥技術應用事業盡管取得了很大成績,但總體還處在較低的水平上,與發達國家相比還有不小的差距。究其原因,干燥技術應用事業的發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,雖然我國干燥技術在國民生產中的應用程度還很低,但與國民經濟發展的水平卻是相適宜的。
綜上所述,可以看出：
現代干燥技術在國民生產中應用的程度與一個國家的綜合國力和國民生活質量的水平密切相關。從某種意義上說,它標志著這個國家國民經濟和社會文明的發達程度。
在發展中國家(或地區),干燥技術的應用蘊藏著巨大的潛力。這個國家一旦步入經濟高速發展的軌道,干燥技術的應用將在一個時期內成為國民經濟發展的“超前產業”,其發展速度要快于國民經濟的平均發展速度。因此,它不僅可以服務于國民經濟的發展而且可以拉動國民經濟的發展。
干燥設備制造業是勞動密集型產業。這使得我國的國產干燥設備價格相對低廉且具有較強的競爭能力。在國內市場上,我國國產新型干燥設備歷經從無到有、從小到大^終取得優勢地位的事實就有力地證明了這一點。日后在國際市場競爭中,依然有理由相信中國產品可以取得某種程度的優勢。所以,在中國加入WTO的形勢下,干燥設備制造業所面臨的更多是機遇而不是風險。如果我們能夠克服自身的一些缺陷,加強實力積極進取,則中國干燥設備完全有望成為我國機電產品輸出的一個新的增長點。
干燥技術的定義與范疇
在人類的生產和生活中經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,也可以是液態或氣態。在大多數情況下物體所含的濕分是水分,有時卻是其他的成分,例如無機酸、有機溶劑等。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生揮發、冷凝、升華等相變過程與物體分離以達到去濕目的。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,但人們習慣上不認為濃縮屬干燥技術。而隨著時代的發展,人們卻逐漸將一些不屬于熱物理法的去濕新技術納入干燥技術的范疇,例如分子篩、超臨界流萃取等。所以,干燥技術的定義與范疇是一個約定俗成的,而又在不斷拓展的概念。
傳統的工業生產普遍采用的干燥技術主要有:廂式干燥、隧道干燥、轉筒干燥、轉鼓干燥、帶式干燥、盤式干燥、槳葉式干燥、流化床干燥、噴動床干燥、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。此外在各個行業,例如谷物、水果和蔬菜、木材、茶葉、乳品、中藥材等行業也有適合自身特點的專有干燥技術這些傳統的干燥技術發展歷史較長、成熟可靠,在世界及我國已經得到廣泛的應用。
近些年來,國際上涌現出一批新型的干燥技術。作為代表的有:脈沖燃燒干燥、對撞流干燥、沖擊穿透干燥、聲波場干燥、超臨界流體干燥、過熱蒸汽干燥、接觸吸附干燥等等.這些新技術相對傳統干燥技術在機理上有一定的突破,但在工業化應用方面仍有待于完善目前在我國這些新型的干燥技術還處于前期研究的階段。
上述傳統和新型的干燥技術構成了現代干燥技術。
干燥技術的特點
干燥技術有很寬的服務領域。面對眾多的產業、理化性質各不相同的物料、產品質量及其他方面千差萬別的要求,干燥技術是一門跨行業、跨學科、具有實驗科學性質的技術。
通常,在干燥技術的開發及應用中需要具備三個方面的知識和技術。第一是需要了解被干燥物料的理化性質和產品的使用特點。第二是要熟悉傳遞工程的原理,即傳質、傳熱、流體力學和空氣動力學等能量傳遞的原理。第三要有實施的手段,即能夠進行干燥流程、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不屬于一個學科領域。而在實踐中,這三方面的知識和技術又缺一不可。所以干燥技術是一門跨行業、跨學科的技術。
現代干燥技術雖已有一百多年的發展史,但至今還屬于實驗科學的范疇。大部分干燥技術目前還缺乏能夠精準指導實踐的科學理論和設計方法。實際應用中,依靠經驗和小規模試驗的數據來指導還是主要的方式。造成這一局面的原因有以下幾方面：
原因之一是干燥技術所依托的一些基礎學科,(主要是隸屬于傳遞工程范疇的學科)本身就具有實驗科學的特點。例,空氣動力學的研究發展還要靠“風洞”試驗來推動,就說明它還沒有脫離實驗科學的范疇。而這些基礎學科自身的發展水平直接影響和決定了干燥技術的發展水平。
原因之二是很多干燥過程是多種學科技術交匯進行的過程,牽涉面廣、變數多、機理復雜。例如在噴霧干燥技術領域里,被霧化的液滴在干燥塔內的運行軌跡是工程設計的關鍵。而液滴的軌跡與自身的體積、質量、初始速度和方向及周圍其他液滴和熱風的流向流速有關。但這些參數由于傳質、傳熱過程的進行,無時無刻不在發生著變化。而且初始狀態時,無論是液滴的大小還是熱風的分布都不可能是均勻的。顯然,對于如此復雜、多變的過程只憑借理論計算來進行工程設計是不可靠的。
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、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地或收獲期存在區別就須改變干燥條件,否則產品質量就會不合格。
以上三方面的原因決定了干燥技術的開發與應用要以試驗為基礎。但干燥技術的這些特點往往被人有意或無意地忽視。制造廠商由于試驗裝置缺乏或類型不全(這在我國是一個普遍存在的現象)經?；乇軕龅母稍飳嶒?而用戶由于不了解干燥技術的特點,也經常放棄進行必要試驗的要求。其結局是裝置使用效果不佳,甚至于報廢。在我國,這樣的事例屢見不鮮,曾有過一套價值2000萬元人民幣的工業干燥裝置因達不到使用要求而被閑置的教訓。因此,建設工業干燥裝置尤其是較大的裝置之前,一定要進行充分的、有說服力的試驗,并以試驗結果作為工業裝置建設的依據。這是干燥技術應用的顯著特點。
此外,種類繁多、各具用途也是干燥技術的一個特點。每一種技術都有自己適宜應用的領域。在工程實踐中,要根據具體情況選擇適用的干燥技術種類。這對投資費用、操作成本、產品質量、環保要求等方都會產生重大的影響。例如某一企業,在白炭黑濾餅干燥技術上曾經分別選用過廂式干燥、噴霧干燥、旋轉氣流快速干燥三種模式。^終他們體會到這三種技術各有所長。廂式干燥生產白碳黑雖然生產效率低、人員勞動強度大;但產品質量好。與橡膠混煉后所生成的制品扯斷強度值較高。旋轉氣流快速干燥設備緊湊、投資少、生產效率高,但所生成的橡膠制品的強度指標卻是三者間^差的。噴霧干燥生產白碳黑,產品各項指標在三者間居中,但具有產品流動性好、粉塵污染小,深受用戶及本廠操作者歡迎的特點。在20世紀90年代,為白炭黑生產中采用哪種干燥方式更為先進的問題,曾在我國干燥界引發過爭論。其實,三種設備各有特點,選用哪種類型的技術要看用戶自身的條件和產品要求。不存在哪種技術更為先進的結論。類似的例子有很多,都表明了干燥技術種類繁多、各具用途的特點。所以在應用中要仔細比較、慎重選擇技術方案,而通過干燥試驗來考核技術方案也是必不可少的步驟。
