1、引言
間接換熱式列管回轉干燥機烘干機（下簡稱列管回轉干燥機烘干機）屬于間接傳熱干燥設備，它是在傳統的直接換熱回轉干燥機烘干機的基礎上加裝加熱列管，加熱管內可通入蒸汽、熱煙氣、導熱油等作為熱源。干燥所需的熱量由加熱列管傳遞給被干燥的物料。與傳統的直接傳熱回轉干燥機烘干機相比，列管回轉干燥機烘干機具有以下優點：
(1)產品質量易于保證。由于物料與干燥介質不直接接觸，避免了干燥介質對物料的二次污染。
(2)傳熱面積大，處理能力大。若使用蒸汽作為熱源，還可以方便地回收換熱后蒸汽形成的冷凝水，大大提高熱能的利用率。
(3)高的熱效率。間接加熱干燥機烘干機的熱效率主要體現在尾氣流量上，與直接加熱干燥機烘干機相比，間接加熱干燥機烘干機的尾氣流量小，因而帶走的熱能就少。一般說來，達到相同的干燥質量，間接式干燥機烘干機所需熱能是直接式干燥機烘干機的1/2～1/3，并且隨著成品目標濕度的降低，間接式干燥機烘干機1的優勢會顯著增加。
(4)低污染。尾氣流量小使從干燥機烘干機攜帶出的粉塵也大為減少，可以把污染控制在很小的范圍內。同時由于尾氣中濕分的含量可以很高，有利于一些特殊溶劑的回收。
為將干燥過程中脫除的濕份帶出列管回轉干燥機烘干機，保證干燥效果，需向干燥機烘干機內通入一定量的攜濕氣體。由于與列管和物料顆粒之間均存在熱質傳遞，因此，攜濕氣體的引入必然對干燥機烘干機內的傳熱傳質產生影響。同時，攜濕氣流的存在也意味著尾氣的攜帶熱能和粉塵增加。可見，列管回轉干燥機烘干機攜濕氣體流量的確定，對列管回轉干燥機烘干機的運行將產生較大的影響。雖然列管回轉干燥機烘干機已獲得了一些工業應用，然而，目前國內外對列管回轉干燥機烘干機內干燥機烘干機理的研究很少，攜濕氣體流量仍憑經驗確定。同時，在工業生產中應用的列管回轉干燥機烘干機也有許多是在不合理的攜濕氣體流量下運行的。本文擬對攜濕氣體流量對干燥速率的影響進行實驗研究，進而確定出列管回轉干燥系統合理的攜濕氣體的流量。
2、實驗系統及方法
實際工程應用的列管回轉干燥系統，主要由熱源、干燥機烘干機、加料裝置、出料裝置等組成。干燥機烘干機內脫水所需熱量由列管內的熱介質（一般為蒸汽）通過管壁向被干燥物料傳遞。因列管隨簡體轉動，所以，熱源與列管間須進行動連接。這種連接在實驗室實現的難度較大，且不便于瞬時熱流量的測量。為對列管回轉干燥機烘干機內的傳熱傳質機理進行實驗研究，我們建立了一套獨特的實驗裝置。
實驗裝置由簡體、不銹鋼列管、電機、電磁調速器、電流表、調壓顯示器、氮氣瓶、氮氣減壓閥、流量計、電加熱器等組成。其流程圖如圖1所示。
筒體選用不銹鋼材質，規格為Ø500mmx675mm。筒體內的列管分為不銹鋼管、電加熱管、測試管三種。不銹鋼管用于固定熱電偶，測量物料或筒內環境的溫度。電加熱管做為熱源，為實驗系統提供熱量。每根電加熱管的額定功率為1kw。采用帶反饋的可控硅比例電壓調節器調節電加熱管的功率，可獲得不同的管壁溫度。并設有電流表，測量通入電加熱管的電流。電加熱管通過碳刷與電源連接。電壓調節器固定于簡體端部，隨簡體一起轉動。
在內排和外排管的同一徑向位置處，各有一根列管的表面敷設熱電偶，用以測量列管表面溫度。用于測量物料溫度的熱電偶則埋設于鄰近這兩根電加熱管的下游不銹鋼管上。每個熱電偶各配有數顯表，讀取測量溫度值，讀數精度0.1℃。管壁溫度Tw與調壓器的可控硅實行反饋調節，使管壁溫度穩定在所需的設定值上。
傳動系統由調速電機、鏈輪、鏈條和托輪組成。簡體通過電機帶動托輪實現轉動，可通過調節電磁調速器來改變筒體轉速。
以氮氣作為攜濕氣體，經電加熱器加熱后通入筒體內，攜濕氣體溫度Tz與電加熱器的可控硅實行反饋調節，改變電加熱器功率，使攜濕氣體溫度Tz穩定在所需的設定值。采用玻璃轉子流量計對攜濕氣體流量進行調節和顯示。
本研究以初始含水量為14%的精對苯二甲酸(PTA)濕物料作為實驗原料。因其粉塵具有容易爆炸的特性，故選用氮氣作為攜濕氣體，同時兼作防暴介質。實驗中，維持基礎工況不變，僅改變攜濕氣體流量(0m
3/h，2 m
3/h，3 m
3/h，4 m
3/h，5 m
3/h，6.2 m
3/h)，每隔3分鐘對筒內物料進行取樣，分析含水率，直至達到小于0.1%的終水份要求。做出每次實驗的干燥脫水曲線，以獲取恒速段干燥速率、臨界含水量、平衡含水量等參數，進而分析攜濕氣體流量對干燥速率的影響。盡管本實驗屬于間歇操作，但是，對于連續操作的列管回轉干燥機烘干機而言，從加料端至出料端，物料的含水量、水蒸汽與攜濕氣體的比值及物料的溫度等參數均與上述實驗在干燥時間上具有相同的分布。因此，該實驗對于列管回轉干燥機烘干機及其系統的設計和計算具有較大的參考價值。
實驗的基礎工況參數見表1。
3、實驗結果及分析
圖2a為在上述“實驗1”條件下獲得的攜濕氣體流量為6.2 m3/h時的lyfA的干燥特性曲線。由圖看出，列管回轉干燥機烘干機內物料的干燥過程可分為三個階段：
(1)物料預熱階段(a-b段)。在該階段中，由于加熱列管與物料的溫差較大，由列管傳遞給物料的熱量遠遠大于物料表面水份蒸發所需的熱量，故物料溫度迅速升高。此時水份蒸發速度較慢，因此預熱段的干燥曲線比較平緩，斜率較低。
(2)等速干燥階段(b-c段)。該階段的干燥曲線基本呈一直線，即該段內的干燥速率為一定值。該階段中，物料內部水份向其表面遷移的速率能夠滿足物料表面水份的汽化速率要求，所以該階段的干燥速率取決于物料表面水份的汽化速度。(3)降速干燥階段(c-d段)。該階段干燥曲線斜率變小，干燥速率降低。該階段中，物料表面的濕含量低于臨界濕含量，物料內部水份向表面遷移的速率低于物料表面水份的汽化速率。該階段的干燥速率完全取決于水份和蒸汽在物料內部的擴散速度，提高干燥速率的關鍵不再是改善干燥介質的條件，而是如何提高物料內部濕份擴散速度的問題
如圖2 (b)所示，對于上述干燥特性曲線，對恒速干燥段與降速干燥段用式(1)與式(2)進行擬合，即可得出恒速干燥段的干燥速率、臨界含水量、平衡含水量等參數。
上述“實驗1”和“實驗2”測得干燥特性曲線隨攜濕氣體流量的變化如圖3(a)和圖3(b)。圖中的每一條干燥特性曲線均與圖2 (a)具有相似的變化規律，而其曲線在恒速干燥段的斜率卻隨著攜濕氣體流量的變化而變化。可見攜濕氣體對列管回轉干燥機烘干機的干燥特性具有顯著的影響。
富通新能源生產銷售的烘干機干燥機如下所示：
-
適應物料：木屑、粉狀顆粒等
設備類型：烘干機
-
適應物料：顆粒狀物料
設備類型：烘干機
對上述干燥特性曲線進行擬合后得出的列管回轉干燥機烘干機的干燥速率與相對攜濕氣體流量（攜濕氣體流量與單位時間脫水量的比值）的關系如圖4所示。
實驗發現，在本文的實驗條件下，干燥速率開始時隨著攜濕氣體流量的增加而增大。而當攜濕氣體流量增加至某一數值后，干燥速率則隨著攜濕氣體流量的增加反而減小。與干燥速率峰值相對應的相對攜濕氣體流量為0.16左右。從能源利用和干燥時間等因素綜合考慮，該攜濕氣體流量既可保證干燥機烘干機具有理想的干燥速度，又不會導致過大的尾氣排放。因此，對于列管回轉干燥機烘干機而言，該流量是最佳的攜濕氣體流量。筆者認為，在本文所涉及的實驗范圍內，在恒速干燥階段，因為相對攜濕氣體流量小于0.3，攜濕氣體處于超飽和狀態。此時，列管回轉干燥機烘干機內的脫水過程可以看作過熱蒸汽干燥。
過熱蒸汽干燥與熱風干燥在傳質機理上具有較大的差異。氣體對流干燥的傳質動力是物料表面與氣體的濕度差，而過熱蒸汽的傳質動力則源自物料表面與其環境的壓力梯度。在列管回轉干燥機烘干機中，與物料接觸的列管為物料的水分汽化提供熱能，與水汽接觸的列管則加熱蒸汽使其成為過熱蒸汽。過熱蒸汽干燥速率取決于蒸汽的過熱度、蒸汽的流速、蒸汽壓力等因素，蒸汽的過熱度越高、蒸汽流速越大、蒸汽分壓力越小，干燥速率越大。而攜濕氣體的引入一方面提高了蒸汽的流速，減小了水蒸汽的分壓力。另一方面，攜濕氣體也與干燥機烘干機內列管、物料和蒸汽存在熱交換，從而影響蒸汽的過熱度。
實驗還發現，如圖2 (b)所示，干燥特性曲線中的臨界含水量均處于較低的水平(圖2為0.044)。這也從另一個角證明了列管回轉干燥的過熱蒸汽傳質機理。
進入上述降速干燥階段后，隨著相對攜濕氣體流量的加大，列管回轉干燥機烘干機內傳質機理將發生轉變，由過熱蒸汽干燥轉變為熱風干燥。通常情況下，熱風干燥比過熱蒸汽干具有較低的產品終含水量。因此，對于具有深度干燥要求的干燥系統，引入攜濕氣體是必要的。利用這些特性，可以使干燥系統在較小的熱消耗下，獲得較高的干燥能力和較低的產品終水分。
列管回轉干燥機烘干機具有非常復雜的傳熱傳質機理，本文所建立的實驗系統和研究結果雖然僅從一個側面對干燥機烘干機理進行了探討，但可為下一步對列管回轉干燥機烘干機干燥機烘干機理的深入研究提供有益的幫助。
4、結論
● 攜濕氣體對列管回轉干燥機烘干機內傳熱和傳質過程具有顯著的影響作用。
●PTA在列管回轉干燥機烘干機內的干燥特性曲線可分為預熱、恒速和降速三個階段。
● 存在一個使干燥速率出現峰值的最佳攜濕氣體流量，與單位時間內脫水速度的比值約為0.16。
● 在恒速階段，列管回轉干燥機烘干機內的傳熱傳質遵循過熱蒸汽干燥機烘干機理。
