摘要：減少干燥加工過程中物料內(nèi)的熱敏物質(zhì)損失，降低干燥加工的能耗及設(shè)備運(yùn)行成本,較低的設(shè)備制造成本,是干燥技術(shù)及設(shè)備的研究發(fā)展方向。低溫真空連續(xù)干燥塔式設(shè)備成功使用了真空干燥技術(shù),高氣密性旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)排物料，高換熱面積與容積之比的干燥筒倉, 筒倉中物料靠重力在換熱管件之間形成的合理開口容腔內(nèi)自上而下混合流動被加熱,從而實現(xiàn)了高質(zhì)量,大產(chǎn)量，低能耗，低運(yùn)行成本的干燥加工。
關(guān)鍵詞：低溫真空、連續(xù)干燥、塔形設(shè)備、高氣密性旋轉(zhuǎn)閥

　　引言 ：作者在2002～2005年期間有幸參加了東北玉米、及四川天府花生的低溫真空連續(xù)干燥技術(shù)研討及其塔形干燥設(shè)備的研制安裝、調(diào)試設(shè)備、干燥試驗工作�，F(xiàn)就低溫真空連續(xù)干燥技術(shù)（以下簡稱真空干燥）及其塔形干燥設(shè)備研發(fā)試制工作中的一些心得體會和大家共同討論。

　　中國是一個農(nóng)業(yè)大國，全國各地氣候條件土壤條件千差萬別，農(nóng)林果蔬產(chǎn)品十分豐富、產(chǎn)量巨大，隨著國力的增長，人民的生活水平日益提高，高產(chǎn)量、高品質(zhì)、低成本、快速及時的用機(jī)械設(shè)備干燥農(nóng)林果蔬產(chǎn)品，以滿足工業(yè)原料加工和高品質(zhì)的、人們食品需求的緊迫性，擺在了從事干燥事業(yè)工作者的面前。目前國內(nèi)用于干燥農(nóng)林果蔬產(chǎn)品，谷物、林果、茶葉、中草藥、蔬菜的設(shè)備絕大多數(shù)是常壓熱風(fēng)塔形干燥設(shè)備，該種設(shè)備由于經(jīng)幾十年的研制、生產(chǎn)使用，其技術(shù)、工藝業(yè)已十分成熟，該類設(shè)備具有結(jié)構(gòu)相對簡單，制造工藝、干燥工藝參數(shù)可靠，干燥加工脫水成本較低等突出的特點(diǎn)。目前在國內(nèi)南北方各地使用十分普遍，各種型號估計在用量萬臺以上。

　　機(jī)遇與挑戰(zhàn)：

　　由于常壓熱風(fēng)干燥技術(shù)本身的技術(shù)特點(diǎn)；被干燥物是利用常壓熱空氣供熱，而物料和內(nèi)部的水分脫干、是依靠熱空氣中、溫度條件下不飽和蒸汽壓力與飽和蒸汽壓力差蒸發(fā)出顆粒內(nèi)部，隨著熱空氣排出干燥倉外。那么供熱溫度越高、空氣內(nèi)水蒸汽越少、干燥效率就越高。高溫?zé)犸L(fēng)干燥谷物類物料時如快速干燥、則造成谷物爆腰、種皮裂紋甚至破裂，降低了品質(zhì)。即使降低溫度也必須多段緩蘇以減少破碎。高溫?zé)犸L(fēng)干燥谷物等物料時，物料在高溫富氧條件下容易氧化、酸解、變質(zhì)、失去食用價值，淀粉容易變性。高溫 ≥83℃時蛋白質(zhì)變性，≥64℃時淀粉變性，≥55℃時活性酶失活，維生素С在≥40℃時分解失效，種子對溫度更敏感。稻谷類種子≥35℃時細(xì)胞組織等生理活性將隨溫度提高而降低、直至喪失發(fā)芽能力。采用低溫干燥具有熱敏性物質(zhì)的物料時，對熱空氣溫度及空氣濕度有嚴(yán)格條件限制。例如在南方高溫濕熱天氣環(huán)境，空氣已處于高溫水蒸汽飽和狀態(tài)，很難利用環(huán)境空氣加熱低溫?zé)犸L(fēng)干燥；在北方即使用低溫空氣作為熱介質(zhì)，但由于低溫空氣熱焓低、低溫下空氣中水蒸汽分壓、力差小，和高溫空氣相比同質(zhì)量時蒸發(fā)量大大降低，因而供風(fēng)動力消耗增大，干燥效率低、時間長、干燥成本大幅提高。另外要指出的是對熱風(fēng)干燥物料后的高溫?zé)峥諝獗仨毰懦鰝}外�？諝猱�(dāng)中排出倉外的熱空氣除了蒸發(fā)出的水蒸汽帶汽化潛熱外，其中出倉空氣帶出的熱量約占進(jìn)倉前熱量的30～60％，進(jìn)熱風(fēng)爐空氣溫度越低、空氣濕度越大、物料允許熱風(fēng)溫度越低其干燥熱能利用率越低，低溫?zé)犸L(fēng)干燥熱敏性物料，熱能綜合利用率僅在20％左右。資料報道，干燥設(shè)備能耗占國民經(jīng)濟(jì)總能耗12％左右，而農(nóng)林類原料干燥及其成品干燥在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，且又是大宗產(chǎn)品。其耗能在國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中占有一定比重，是耗能“大戶”之一。目前全世界性的能源緊缺，中國在石化類特別是油、氣資源均占有量上處于極低水平，國家因而制定了建設(shè)節(jié)約型經(jīng)濟(jì)科技發(fā)展道路的方向。再加上人們對高品質(zhì)生活的需求，就給我們提供了研制高效、節(jié)能、低成本高質(zhì)量干燥物料的新型設(shè)備提供了良好機(jī)遇。真空干燥技術(shù)設(shè)備在技術(shù)上提供了良好支持，但原有的真空干燥設(shè)備由于技術(shù)上、原材料配套設(shè)備上的原因，不能滿足設(shè)備低價位、運(yùn)行低成本、大產(chǎn)量需要；因而研發(fā)生產(chǎn)出較低售價、大產(chǎn)量、低成本干燥、易操作的低溫真空連續(xù)干燥技術(shù)設(shè)備向我們提出了要克服一個個難以逾越的困難的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。由于國家的改革開放，新技術(shù)、新材料不斷出現(xiàn)就又給我們提供了解決一個個技術(shù)難題的可能性。歷經(jīng)四年的研發(fā)已初步實現(xiàn)了低溫真空連續(xù)干燥技術(shù)設(shè)備生產(chǎn)的可能性。今已研制出20噸∕天、60噸∕天、300噸∕天、真空干燥加工東北玉米樣機(jī)。干燥加工水分36％干燥至4％四川天府花生樣機(jī)。經(jīng)試用該設(shè)備干燥后的物料品質(zhì)優(yōu)良，節(jié)能效果顯著。該技術(shù)已通過專家評審，現(xiàn)就有關(guān)問題提出供大家批評指正。

　　低溫真空連續(xù)干燥技術(shù)特性及其設(shè)備特征：

　　干燥技術(shù)設(shè)備分類方法很多，如按方法干燥物料周圍所處壓力條件劃分可以劃分為常壓干燥和真空干燥兩大類 。熱風(fēng)干燥即屬于常壓干燥。熱風(fēng)干燥物料時必須用適當(dāng)壓力把熱空氣加壓送到干燥倉內(nèi)，向物料周圍傳遞熱量后靠剩余壓力出倉排入大氣.。干燥倉內(nèi)物料周圍壓力要高于倉外環(huán)境大氣壓力數(shù)百～數(shù)千Pa，增加了物料中水份蒸發(fā)難度。真空干燥是物料在密封的真空干燥內(nèi)部環(huán)境壓力通常處于5000～15000Pa的低壓缺氧狀態(tài)條件下，它的物料環(huán)境壓力及氧分壓只有熱風(fēng)干燥的5.5～14.8％。物料干燥溫度在35～54℃之間低溫區(qū)域，倉內(nèi)物料實際溫度只要在物料中有自由水和大毛細(xì)管有機(jī)械自由水（水份大于8％）可供沸騰汽化，則只和倉內(nèi)飽和蒸汽壓力相關(guān)聯(lián)，和真空壓力一一對應(yīng)。真空干燥可以方便實現(xiàn)供熱介質(zhì)不和物料接觸，加熱介質(zhì)實現(xiàn)封閉循環(huán)加熱，無外排熱能。上述 基本技術(shù)特征針對東北氣溫低、玉米產(chǎn)量大、水份高、能耗高，必須用大型機(jī)械設(shè)備干燥情況。在經(jīng)過小型試驗基礎(chǔ)上大膽提出了低溫43℃（玉米種子級干燥溫度）真空8600Pa連續(xù)干燥這一全新技術(shù)研發(fā)課題。作者分別參加了20㎡小型凍干機(jī)，真空度6600 Pa物料溫度1℃，干燥玉米種子20 T/D，真空度5300 Pa溫度35℃，干燥東北玉米60 T/D，真空度8000～10000 Pa溫度43～47℃，干燥東北玉米300 T/D，真空度8600 Pa，溫度43℃，干燥東北玉米，真空度15000 Pa，干燥溫度54℃，干燥四川天府花生等設(shè)備的研發(fā)試制、安裝、調(diào)試、干燥試驗工作，心得體會經(jīng)驗教訓(xùn)頗多，提出下列問題以供大家討論。

　　1、真空干燥時設(shè)備工作時的真空度干燥溫度并非越低越好，應(yīng)該不高于物料允許受熱溫度上限，略低為準(zhǔn)。建議如表列所示：

　　2、供熱溫度：為減少干燥時間以便降低干燥成本，應(yīng)適當(dāng)提高傳熱介質(zhì)溫度，因為在真空干燥倉內(nèi)物料顆粒內(nèi)部的溫度只要有可供快速沸騰、汽化的水分時和倉內(nèi)氣體壓力關(guān)聯(lián)恒定。建議供溫上限為110～160℃，進(jìn)倉供熱管路應(yīng)安裝節(jié)流閥，使倉內(nèi)供熱干燥段溫度形成自上而下的連續(xù)溫度梯度。其溫差20～30℃以免物料水分差異太大的情況下個別物料溫升超過上限，所以應(yīng)控制進(jìn)倉物料水分差異不要太大，應(yīng)為≤3％。此項用一句通俗的話表達(dá)，用高溫火焰燒菜做飯時只要鍋內(nèi)有水時，鍋內(nèi)食物都不會超過100℃。在西藏海拔7～8千米高山上沸騰溫度70～80℃，不用高壓鍋吃不上熟飯。

　　3、真空干燥倉、干燥段結(jié)構(gòu)：進(jìn)料、出料段，排料機(jī)構(gòu)可沿用熱風(fēng)干燥塔原結(jié)構(gòu)，排料機(jī)構(gòu)應(yīng)加真空密封。其他普通真空干燥設(shè)備由于結(jié)構(gòu)所致，單位體積內(nèi)加熱面積小，供熱管抽真空管路在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動狀態(tài)下密封困難，所以設(shè)備造價高。我們根據(jù)“固體顆粒物料流動理論”，設(shè)計了類似列管換熱器排列結(jié)構(gòu)，物料靠自重在管子排列開口、斜向開口合適的尺寸形成的空間S形流動，自上而下均勻混合流動過程中和加熱管子接觸受熱。經(jīng)大批量干燥玉米、花生試驗證明“固體顆粒物料流動理論”提供數(shù)據(jù)準(zhǔn)確即D≥4d ,上述物料在干燥異形加熱管之間S形混合流動順暢，加熱均勻，干燥后水分一至。采用特殊形狀結(jié)構(gòu)的加熱管組件，干燥倉內(nèi)每立方米容積換熱面積可達(dá)15～30㎡，供熱管組件外壁涂有高發(fā)射率的遠(yuǎn)紅外耐磨涂層，頻譜和物料吸收頻譜趨近一致，長波遠(yuǎn)紅外線穿透能力強(qiáng)，經(jīng)測試可穿透7～12毫米玉米、花生顆粒料層，上述技術(shù)措施可以快速高效率向物料供熱，并使換熱部件大幅度減少金屬用量。

　　4、真空干燥倉倉壁、供熱容腔結(jié)構(gòu)：真空干燥倉工作時是受壓容器，圓筒形倉壁、球面形倉頂、底是合理的結(jié)構(gòu)形狀。但在圓倉壁面上密封連接供熱管件，加裝供熱容腔在工藝上難以實現(xiàn)的，因而從滿足供熱管組件排列、并用合理的工藝手段加工連接，采用方形、長方形剖面的倉壁結(jié)構(gòu)是合理的，對方形結(jié)構(gòu)進(jìn)行受壓容器強(qiáng)度計算時應(yīng)按工作壓力≥0.1Mpa進(jìn)行方形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算，采用合適尺寸的加強(qiáng)筋或類網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以增加結(jié)構(gòu)剛性，在保證倉內(nèi)物料順暢混合流動，供熱介質(zhì)容腔內(nèi)熱介質(zhì)流動不受阻前提下可以使用支撐件、拉桿件加強(qiáng)，可以大幅度減少增強(qiáng)剛性結(jié)構(gòu)的金屬用量，減少了設(shè)備制造成本。 

　　5、真空干燥倉內(nèi)物料干燥應(yīng)進(jìn)行薄層干燥：在其他類型真空干燥設(shè)備中物料均不充滿干燥倉內(nèi)容腔，堆積層較薄。當(dāng)堆積層較厚時，物料在倉內(nèi)被不斷的翻、攪動，干燥倉內(nèi)水蒸汽等氣體移出倉外阻力很小。本設(shè)備真空干燥段數(shù)米至十?dāng)?shù)米高度內(nèi)充滿了物料，氣體穿過物料移出倉外阻力很大，勢必消耗較大真空動力，，物料干燥層厚度實行比熱風(fēng)干燥物料層厚度略薄的結(jié)構(gòu)設(shè)計，試用效果良好，真空表顯示倉內(nèi)外壓力差較小。

　　6、真空干燥設(shè)備選用配套高氣密性旋轉(zhuǎn)閥：真空干燥設(shè)備只有配套使用高氣密旋轉(zhuǎn)閥對干燥倉進(jìn)行連續(xù)進(jìn)排料才能實現(xiàn)大產(chǎn)量、低成本真空干燥作業(yè)，真空干燥設(shè)備制造的高成本、使用的高成本的瓶頸才能得到良好解決。國內(nèi)外各類可以使用的旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造工藝水平要求高，氣密性較低且售價昂貴、難以在真空干燥設(shè)備上使用配套。在四川天府花生干燥設(shè)備上我們使用了自行研究制造的旋轉(zhuǎn)閥結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝水平要求不太高且制造成本價格較低，符合真空干燥要求的旋轉(zhuǎn)閥。經(jīng)使用效果良好，達(dá)到了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)允許漏氣量的要求。經(jīng)實測壓力差為0.1Mpa的漏氣量約為50升∕分。使用旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)、排物料比不使用可以降低設(shè)備高度5～8米，可以降低造價5～8萬元。綜合上述3、4、5、6、項命名該類設(shè)備為低溫真空連續(xù)干燥塔形設(shè)備。

　　7、真空干燥物料供熱熱源、及供熱設(shè)備選用：在真空干燥時物料不和熱介質(zhì)接觸，因而可以選擇用戶所在地價廉易得的熱源供熱。例如發(fā)電廠廢熱水汽、大型鍋爐、水泥廠、陶瓷廠、等窯爐高溫廢氣，集中供熱熱源、導(dǎo)熱油等。當(dāng)用戶必須自購供熱設(shè)備時，建議選用≤0.1Mpa的微壓蒸汽鍋爐，使用供熱壓力≤0.1Mpa。一是制造真空干燥設(shè)備和安裝設(shè)備、鋪設(shè)供熱管道時，可以不受壓力容器制造安裝使用的強(qiáng)制性限制，和地方部門的嚴(yán)格管理。二是實現(xiàn)無動力供熱，減少了電能用量。 

　　8、真空干燥設(shè)備應(yīng)正確選用真空泵：在真空干燥物料過程中有大量的真空狀態(tài)體積巨大的水蒸汽要用真空泵產(chǎn)生的真空動力移出倉外，在類型選擇上建議如下表所示：

　　選用規(guī)格時要計算真空泵抽速時，要計算真空干燥倉的工作壓力漏氣量，物料進(jìn)出倉，物料帶進(jìn)出的氣體量，以及連接進(jìn)出倉各閥門的漏氣量。還應(yīng)計算真空狀態(tài)要移出倉外氣體總量所需真空動力等因素。并考慮合理備用系數(shù)，選用合適的規(guī)格。要注意的是制造廠家制造干燥設(shè)備各零部件的工藝水平，密封材料種類。選用安裝時零部件、裝配工藝水平?jīng)Q定了真空泵型號規(guī)格、選用的規(guī)格大小直接影響了真空泵的電機(jī)容量、及電耗的多少。

　　9、真空干燥時出倉冷凝水回收利用：在進(jìn)行真空干燥物料時，有大量的出倉水蒸汽冷凝排放，以干燥300噸∕天、玉米降水10％估算，用非接觸式冷凝器可回收冷凝軟水含有物料芳香氣味軟質(zhì)飲用水30余噸。每噸水價值50～100元、水桶裝水1～2元∕桶，每天可增收1500～3000元，東北地區(qū)100個工作日計增收15000～30000元。缺飲用水地區(qū)可考慮用回收裝置，另外如不回收可直接排放鍋爐設(shè)備用水箱內(nèi)。

　　10、提高熱能綜合利用率：更進(jìn)一步提高節(jié)能效率。真空干燥相比熱風(fēng)干燥，由于無外排熱能，熱源受氣候影響極小，有著顯著的節(jié)能優(yōu)勢。當(dāng)在寒冷地區(qū)有自備蒸汽鍋爐時還可以大幅提高節(jié)能效率。一是使用蒸汽工作壓力較低，出爐蒸汽溫度≤119℃鍋爐外排煙道氣溫度可以降低，可以提高鍋爐熱效率1～3％。二是充分利用鍋爐外排高溫200℃左右的廢氣，安裝高效換熱器對物料進(jìn)行入倉前加熱，升溫到真空干燥溫度。這是因為在東北寒冷季節(jié)玉米等物料中的水分是以冰的形式存在，由于東北地區(qū)玉米干燥時處于低溫季節(jié)，例如1月平均溫度：黑龍江－20℃；吉林－16℃；遼寧－10℃；內(nèi)蒙－16℃，玉米平均水分從22～32％不等，但玉米中的水分均以冰的形式存在。當(dāng)進(jìn)入干燥倉后升溫過程即需要消耗大量的熱能。從－10℃升溫至40℃，溫差50℃以1000Kg水分25％計算能耗如下：升溫50℃水分25％，即250Kg冰溶解水，335KJ∕Kg×250＝83750KJ，1000Kg玉米升溫50℃、2.2KJ／Kg×1000Kg×50℃＝110000KJ，干燥至14％水份需脫水120Kg ，能耗2968KJ／Kg×120Kg＝356160KJ升溫總能耗83750KJ＋110000KJ＝193750KJ；干燥1000Kg玉米能耗 193750KJ＋356160KJ＝549910KJ；升溫能耗占總能耗比例：193750&pide;549910＝35.2％，因而設(shè)計了利用熱風(fēng)爐余熱和出倉空氣對玉米進(jìn)行入倉干燥前進(jìn)行預(yù)熱可節(jié)能35％以上。另外本設(shè)計還可將濕空氣中的水蒸汽冷凝干燥層送入熱風(fēng)爐換熱器，還可再節(jié)能20～30％�？偣�(jié)能（煤）可達(dá)50％。以300噸／天干燥塔計算，平均每天可節(jié)約7～8噸×400元≈3000元，以工作日100天計算，每干燥季節(jié)可節(jié)約的資金達(dá)30萬元以上。

　　初步結(jié)論探討

　　1、適用真空干燥物料范圍，適用于干燥批量大，單臺套真空干燥能力脫水10％時5～1000T／D。顆粒物料平均尺寸≤30mm的任意含水份物料。例如各類谷物，及其種子、林果產(chǎn)品、大棗、銀杏、油茶籽、可可豆、咖啡豆，各類水果、山楂、草莓、蘋果、各類蔬菜、山珍、蔬菜、中草藥原片、切片、顆粒，化工顆粒產(chǎn)品、花生、瓜子等多種顆粒。顆粒飼料、膨化飼料，制粒膨化后添加劑再干燥，大米類顆粒食品營養(yǎng)強(qiáng)化添加后干燥特別適用于各類的種子的低溫要求干燥后水份≤8％，保存時間長、保持高發(fā)芽率。

　　2、優(yōu)勢；

　　a 真空干燥后產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)于熱風(fēng)干燥。
　　b 節(jié)能效果顯著比熱風(fēng)節(jié)約30～60％
　　c 綠色環(huán)保、安全、無易燃易爆的危險
　　d 高水份物料一次快速干燥時間短

　　3、采用必要的技術(shù)手段生產(chǎn)出市場售價和熱風(fēng)干燥相比價位相當(dāng)或略高5～15％的低干燥成本，大產(chǎn)量、高效節(jié)能的低溫真空連續(xù)干燥塔形設(shè)備已成為現(xiàn)實。

　　4、是干燥技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域中一項技術(shù)性重大突破。

　　后記：由于筆者個人水平有限，我們從事真空干燥設(shè)備的科學(xué)研究，研制生產(chǎn)試驗，時間較短，對真空干燥技術(shù)未知的很多。有些雖已知但未求甚解的更多，對真空干燥技術(shù)理論認(rèn)識淺顯。上述討論意見定多有謬誤之處敬請各位專家學(xué)者、業(yè)界同仁批評指正。

　　在上述研究試驗中得到了許多朋友的關(guān)愛與之持，得到吉糧集團(tuán)公主嶺糧庫、河南吉迪公司、鄭州三榮真空公司、四川德陽金府王食品公司有關(guān)同志具體指導(dǎo)，幫助在此一併致謝。

工藝流程示意圖

參考書目：
潘永康 王喜忠 《 現(xiàn)代干燥技術(shù) 》 化學(xué)工業(yè)出版社
徐成海 張世偉 關(guān)奎之 主編 《 真空干燥 》 化學(xué)工業(yè)出版社

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