乾燥技術

乾燥技術有很寬的套用領域。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，乾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，在乾燥技術的開發及套用中需要具備三個方面的知識和技術。第一是需要了解被乾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，即能夠進行乾燥流程、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於一個學科領域。

基本介紹

• 中文名：乾燥技術
• 套用領域：跨行業、跨學科
• 乾燥技術綜述：20 世紀50年代逐漸發展
• 特點：均勻徹底

乾燥技術綜述

中國的現代乾燥技術是從20 世紀50年代逐漸發展起來的，迄今對於常用的乾燥設備，如氣流乾燥、噴霧乾燥、流化床乾燥、旋轉閃蒸乾燥、紅外乾燥、微波乾燥、冷凍乾燥等設備，我國均能生產供應市場，對於一些較新型的乾燥技術如衝擊乾燥、對撞流乾燥、過熱乾燥、脈動燃燒乾燥、熱泵乾燥等也都已開發研究，有的已工業化套用。

對於乾燥技術，有三項目標是學者公認的，即乾燥操作要保證產品質量；乾燥作業對環境不造成污染；乾燥的節能研究。中國學者在過於30年中在乾燥技術的研究中取得了不少成果，下面進行簡單的介紹。

中國科學院工程物理研究所劉登瀛研究員研究了在微時間尺度和高熱流密度作用下的超急速傳熱傳質，用試驗驗證了非傅立葉導熱（非平衡）效應的存在，首次提出了非傅立葉熱效應和非費克擴散效應對於乾燥過程的影響趨勢，並對多層流化床乾燥機和對撞流乾燥機中非穩態乾燥過程作了全面研究。此外，對垂直，半環及其組合對撞流乾燥進行了理論和試驗研究。

中國農業大學劉相東教授在乾燥理論方面研究了多孔介質內部濕分遷移過程的孔道網路模擬及分形網路模擬，對物料和乾燥介質之間的熱傳遞過程作出新的解釋，為乾燥技術提供理論支持，他還對脈動燃燒乾燥技術作了深入研究。

中國林業大學張璧光教授是中國木材幹燥專家，研發了木材除濕乾燥機和多功能熱泵乾燥機，在太陽能幹燥及木材幹燥過程傳熱、傳質的研究方面取得多項研究成果。

大連理工大學乾燥工程研究室的王喜忠教授是國內著名的噴霧乾燥專家之一，他和同事王寶和教授、於才淵教授一起對中國的噴霧乾燥工業裝置進行了廣泛的研究，設計的最大裝置年可達10 000t，在磷脂油脂和番茄紅素的微膠囊化技術、靜電霧化技術、超臨界乾燥和納米粉體乾燥方面的研究都處於國內領先位置。

香港科技大學化工系的陳國華博士對紙的熱風衝擊，穿透及衝擊穿透乾燥作了深入研究，並首次發現有二次升速階段，他用嚴謹的試驗手段解決了學者們對此種乾燥的一系列猜想。此外對中藥食品等多孔物料的微波乾燥及微波冷凍乾燥作了獨特的研究。

天津大學電氣自動化與能源工程學院褚治德教授在遠紅外加熱乾燥綜合技術的研究獲得了廣泛的套用，在中藥飲片、塗膜及薄木板乾燥方面都得到良好的工業套用。

天津科技大學（原天津輕工學院）的潘永康教授和他的同事李占勇教授、趙麗娟副教授和李建國博士一起在研究生物活性物料和蔬果動態乾燥時發現有些生物物料乾燥時，如果進風的濕球溫度接近生物物料的發酵溫度，則可最大限度地保存生物產品的活性（90%以上）。蔬果切片的動態快速乾燥可在0.5h內即可使其從初始濕含量接近90%達到終濕含量10%，其有效營養成分達到最佳的保留。他們對流化床的工業套用作了開發研究，使振動流化床布風均勻，不漏粉料，物料在床內的停留時間可在較大範圍內調整。設計的各種特殊的破碎裝置，使受熱後結團的物料，如聚酯顆粒和吸水樹脂，能有效地乾燥。

東北大學徐成海教授是國內冷凍乾專家，近年來他研製成功了連續真空乾燥設備和連續真空冷凍乾燥設備，可冷凍乾燥活菌、活毒、皮膚、骨骼、角膜等生物製品，在醫學上有重要意義。

河南科技大學董鐵友博士在新型微波乾燥技術研究方面，首次提出了微波乾燥室內的能量分布，應根據天線的輻射能分布瓣型來確定的理論方法。通過對典型載荷條件下的微波乾燥室的能量反射特性及稻米的微波乾燥技術問題等研究，獲得了對實際套用具有重要參考價值的數據：運用微波冷凍乾燥技術，創造性地研究了中華菜餚食品的加工技術和基礎工藝參數。

此外，東北化工設計院的劉廣文高工在染料乾燥工藝和設備的結合上進行了較深入的研究，發現了染料乾燥時存在轉晶的規律，先後出版了《染料加工技術》、《噴霧乾燥套用技術大全》等專著。內蒙古大學的梁運章教授研發了獨特的高壓靜電乾燥，可使人參等脫水時保證最佳質量。還有很多學者和企業在新設備開發和舊設備改進方面作了很多工作，由於篇幅有限，在此不一一列舉。

微波乾燥技術

微波乾燥技術從理論上來說，其可以解決一切乾燥要求，它的出現解決了許多乾燥難題，如小水分乾燥，粘稠物料乾燥，胚體、製件乾燥，濾餅乾燥，均勻乾燥，深度乾燥，快速乾燥，節能幹燥等一系列高要求乾燥。因為微波具有穿透物料能力，所以微波乾燥技術區別於熱傳導乾燥是整體乾燥方式，其乾燥速度極快，產品品質好，實現連續化工業生產，設備占地面積小，高效環保節能的特點，正不斷替代傳統乾燥技術。

微波乾燥設備的特點

1、均勻徹底：含水量高的部分，吸收的微波多，產生的熱量大，反之，則越少;同時產品是內外整體加熱，沒有熱慣性，沒有熱能的傳遞損耗，乾燥速度快。微波直接穿透產品，激化水分子，產生熱量，內部溫度還略高於外部溫度，能儘量避免溫度梯度而產生“外殼”而水分蒸發慢缺點。

2、控制簡單：由於微波功率可快速調整及無慣性的特點，結合PLC自動控制系統及時控制，便於工藝參數的調整和確定。

3、提高品質：在低溫無氧的環境中乾燥，更能保證產品的品質。

4、保持原色：由於微波乾燥時間短，解決了傳統乾燥時間長、濕度大易導致產品變顏色，特別對貴重藥材、中藥提取物、海鮮產品等，是一種理想的乾燥方法、

5、節能環保：與常規電熱加熱乾燥方式相比，微波乾燥一般可以省點50%，設備採用的是微波輻射傳能，是介質整體加熱。無需其他傳熱媒介。避免了真空條件下熱傳導慢的缺點，所以速度快，效率高，乾燥周期大大縮短，能耗降低。沒有噪音，沒有毒害氣體和液體排放，屬於環保乾燥技術。

冷凍乾燥技術

乾燥的方法許多，如曬乾、煮乾、烘乾、噴霧乾燥和真空乾燥等。但這些乾燥方法都是在0℃以上或更高的溫度下進行。乾燥所得的產品，一般是體積縮小、質地變硬，有些物質發生了氧化，一些易揮發的成分大部分會損失掉，有些熱敏性的物質，如蛋白質、維生素會發生變性。微生物會失去生物活力，乾燥後的物質不易在水中溶解等。因此乾燥後的產品與乾燥前相比在性狀上有很大的差別。

冷凍乾燥法不同於以上的乾燥方法，產品的乾燥基本上在0℃以下的溫度進行，即在產品凍結的狀態下進行，直到後期，為了進一步降低產品的殘餘水份含量，才讓產品升至0℃以上的溫度，但一般不超過40℃。冷凍乾燥就是把含有大量水分物質，預先進行降溫凍結成固體，然後在真空的條件下使水蒸汽直接升華出來，而物質本身剩留在凍結時的冰架中，因此它乾燥後體積不變，疏鬆多孔在升華時要吸收熱量。引起產品本身溫度的下降而減慢升華速度，為了增加升華速度，縮短乾燥時間，必須要對產品進行適當加熱。整個乾燥是在較低的溫度下進行的。

凍乾機

冷凍乾燥有下列優點：（1）冷凍乾燥在低溫下進行，因此對於許多熱敏性的物質特別適用。如蛋白質、微生物之類不會發生變性或失去生物活力。因此在醫藥上得到廣泛地套用；（2）在低溫下乾燥時，物質中的一些揮發性成分損失很小，適合一些化學產品，藥品和食品乾燥；（3）在冷凍乾燥過程中，微生物的生長和酶的作用無法進行，因此能保持原來的性裝；（4）由於在凍結的狀態下進行乾燥，因此體積幾乎不變，保持了原來的結構，不會發生濃縮現象；（5）乾燥後的物質疏鬆多孔，呈海綿狀，加水後溶解迅速而完全，幾乎立即恢復原來的性狀；（6）由於乾燥在真空下進行，氧氣極少，因此一些易氧化的物質得到了保護；（7）乾燥能排除95-99%以上的水份，使乾燥後產品能長期保存而不致變質。因此，冷凍乾燥目前在醫藥工業，食品工業，科研和其他部門得到廣泛的套用。