1、引言
间接换热式列管回转干燥机烘干机（下简称列管回转干燥机烘干机）属于间接传热干燥设备，它是在传统的直接换热回转干燥机烘干机的基础上加装加热列管，加热管内可通入蒸汽、热烟气、导热油等作为热源。干燥所需的热量由加热列管传递给被干燥的物料。与传统的直接传热回转干燥机烘干机相比，列管回转干燥机烘干机具有以下优点：
(1)产品质量易于保证。由于物料与干燥介质不直接接触，避免了干燥介质对物料的二次污染。
(2)传热面积大，处理能力大。若使用蒸汽作为热源，还可以方便地回收换热后蒸汽形成的冷凝水，大大提高热能的利用率。
(3)高的热效率。间接加热干燥机烘干机的热效率主要体现在尾气流量上，与直接加热干燥机烘干机相比，间接加热干燥机烘干机的尾气流量小，因而带走的热能就少。一般说来，达到相同的干燥质量，间接式干燥机烘干机所需热能是直接式干燥机烘干机的1/2～1/3，并且随着成品目标湿度的降低，间接式干燥机烘干机1的优势会显著增加。
(4)低污染。尾气流量小使从干燥机烘干机携带出的粉尘也大为减少，可以把污染控制在很小的范围内。同时由于尾气中湿分的含量可以很高，有利于一些特殊溶剂的回收。
为将干燥过程中脱除的湿份带出列管回转干燥机烘干机，保证干燥效果，需向干燥机烘干机内通入一定量的携湿气体。由于与列管和物料颗粒之间均存在热质传递，因此，携湿气体的引入必然对干燥机烘干机内的传热传质产生影响。同时，携湿气流的存在也意味着尾气的携带热能和粉尘增加。可见，列管回转干燥机烘干机携湿气体流量的确定，对列管回转干燥机烘干机的运行将产生较大的影响。虽然列管回转干燥机烘干机已获得了一些工业应用，然而，目前国内外对列管回转干燥机烘干机内干燥机烘干机理的研究很少，携湿气体流量仍凭经验确定。同时，在工业生产中应用的列管回转干燥机烘干机也有许多是在不合理的携湿气体流量下运行的。本文拟对携湿气体流量对干燥速率的影响进行实验研究，进而确定出列管回转干燥系统合理的携湿气体的流量。
2、实验系统及方法
实际工程应用的列管回转干燥系统，主要由热源、干燥机烘干机、加料装置、出料装置等组成。干燥机烘干机内脱水所需热量由列管内的热介质（一般为蒸汽）通过管壁向被干燥物料传递。因列管随简体转动，所以，热源与列管间须进行动连接。这种连接在实验室实现的难度较大，且不便于瞬时热流量的测量。为对列管回转干燥机烘干机内的传热传质机理进行实验研究，我们建立了一套独特的实验装置。
实验装置由简体、不锈钢列管、电机、电磁调速器、电流表、调压显示器、氮气瓶、氮气减压阀、流量计、电加热器等组成。其流程图如图1所示。
筒体选用不锈钢材质，规格为Ø500mmx675mm。筒体内的列管分为不锈钢管、电加热管、测试管三种。不锈钢管用于固定热电偶，测量物料或筒内环境的温度。电加热管做为热源，为实验系统提供热量。每根电加热管的额定功率为1kw。采用带反馈的可控硅比例电压调节器调节电加热管的功率，可获得不同的管壁温度。并设有电流表，测量通入电加热管的电流。电加热管通过碳刷与电源连接。电压调节器固定于简体端部，随简体一起转动。
在内排和外排管的同一径向位置处，各有一根列管的表面敷设热电偶，用以测量列管表面温度。用于测量物料温度的热电偶则埋设于邻近这两根电加热管的下游不锈钢管上。每个热电偶各配有数显表，读取测量温度值，读数精度0.1℃。管壁温度Tw与调压器的可控硅实行反馈调节，使管壁温度稳定在所需的设定值上。
传动系统由调速电机、链轮、链条和托轮组成。简体通过电机带动托轮实现转动，可通过调节电磁调速器来改变筒体转速。
以氮气作为携湿气体，经电加热器加热后通入筒体内，携湿气体温度Tz与电加热器的可控硅实行反馈调节，改变电加热器功率，使携湿气体温度Tz稳定在所需的设定值。采用玻璃转子流量计对携湿气体流量进行调节和显示。
本研究以初始含水量为14%的精对苯二甲酸(PTA)湿物料作为实验原料。因其粉尘具有容易爆炸的特性，故选用氮气作为携湿气体，同时兼作防暴介质。实验中，维持基础工况不变，仅改变携湿气体流量(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分钟对筒内物料进行取样，分析含水率，直至达到小于0.1%的终水份要求。做出每次实验的干燥脱水曲线，以获取恒速段干燥速率、临界含水量、平衡含水量等参数，进而分析携湿气体流量对干燥速率的影响。尽管本实验属于间歇操作，但是，对于连续操作的列管回转干燥机烘干机而言，从加料端至出料端，物料的含水量、水蒸汽与携湿气体的比值及物料的温度等参数均与上述实验在干燥时间上具有相同的分布。因此，该实验对于列管回转干燥机烘干机及其系统的设计和计算具有较大的参考价值。
实验的基础工况参数见表1。
3、实验结果及分析
图2a为在上述“实验1”条件下获得的携湿气体流量为6.2 m3/h时的lyfA的干燥特性曲线。由图看出，列管回转干燥机烘干机内物料的干燥过程可分为三个阶段：
(1)物料预热阶段(a-b段)。在该阶段中，由于加热列管与物料的温差较大，由列管传递给物料的热量远远大于物料表面水份蒸发所需的热量，故物料温度迅速升高。此时水份蒸发速度较慢，因此预热段的干燥曲线比较平缓，斜率较低。
(2)等速干燥阶段(b-c段)。该阶段的干燥曲线基本呈一直线，即该段内的干燥速率为一定值。该阶段中，物料内部水份向其表面迁移的速率能够满足物料表面水份的汽化速率要求，所以该阶段的干燥速率取决于物料表面水份的汽化速度。(3)降速干燥阶段(c-d段)。该阶段干燥曲线斜率变小，干燥速率降低。该阶段中，物料表面的湿含量低于临界湿含量，物料内部水份向表面迁移的速率低于物料表面水份的汽化速率。该阶段的干燥速率完全取决于水份和蒸汽在物料内部的扩散速度，提高干燥速率的关键不再是改善干燥介质的条件，而是如何提高物料内部湿份扩散速度的问题
如图2 (b)所示，对于上述干燥特性曲线，对恒速干燥段与降速干燥段用式(1)与式(2)进行拟合，即可得出恒速干燥段的干燥速率、临界含水量、平衡含水量等参数。
上述“实验1”和“实验2”测得干燥特性曲线随携湿气体流量的变化如图3(a)和图3(b)。图中的每一条干燥特性曲线均与图2 (a)具有相似的变化规律，而其曲线在恒速干燥段的斜率却随着携湿气体流量的变化而变化。可见携湿气体对列管回转干燥机烘干机的干燥特性具有显著的影响。
富通新能源生产销售的烘干机干燥机如下所示：
-
适应物料：木屑、粉状颗粒等
设备类型：烘干机
-
适应物料：颗粒状物料
设备类型：烘干机
对上述干燥特性曲线进行拟合后得出的列管回转干燥机烘干机的干燥速率与相对携湿气体流量（携湿气体流量与单位时间脱水量的比值）的关系如图4所示。
实验发现，在本文的实验条件下，干燥速率开始时随着携湿气体流量的增加而增大。而当携湿气体流量增加至某一数值后，干燥速率则随着携湿气体流量的增加反而减小。与干燥速率峰值相对应的相对携湿气体流量为0.16左右。从能源利用和干燥时间等因素综合考虑，该携湿气体流量既可保证干燥机烘干机具有理想的干燥速度，又不会导致过大的尾气排放。因此，对于列管回转干燥机烘干机而言，该流量是最佳的携湿气体流量。笔者认为，在本文所涉及的实验范围内，在恒速干燥阶段，因为相对携湿气体流量小于0.3，携湿气体处于超饱和状态。此时，列管回转干燥机烘干机内的脱水过程可以看作过热蒸汽干燥。
过热蒸汽干燥与热风干燥在传质机理上具有较大的差异。气体对流干燥的传质动力是物料表面与气体的湿度差，而过热蒸汽的传质动力则源自物料表面与其环境的压力梯度。在列管回转干燥机烘干机中，与物料接触的列管为物料的水分汽化提供热能，与水汽接触的列管则加热蒸汽使其成为过热蒸汽。过热蒸汽干燥速率取决于蒸汽的过热度、蒸汽的流速、蒸汽压力等因素，蒸汽的过热度越高、蒸汽流速越大、蒸汽分压力越小，干燥速率越大。而携湿气体的引入一方面提高了蒸汽的流速，减小了水蒸汽的分压力。另一方面，携湿气体也与干燥机烘干机内列管、物料和蒸汽存在热交换，从而影响蒸汽的过热度。
实验还发现，如图2 (b)所示，干燥特性曲线中的临界含水量均处于较低的水平(图2为0.044)。这也从另一个角证明了列管回转干燥的过热蒸汽传质机理。
进入上述降速干燥阶段后，随着相对携湿气体流量的加大，列管回转干燥机烘干机内传质机理将发生转变，由过热蒸汽干燥转变为热风干燥。通常情况下，热风干燥比过热蒸汽干具有较低的产品终含水量。因此，对于具有深度干燥要求的干燥系统，引入携湿气体是必要的。利用这些特性，可以使干燥系统在较小的热消耗下，获得较高的干燥能力和较低的产品终水分。
列管回转干燥机烘干机具有非常复杂的传热传质机理，本文所建立的实验系统和研究结果虽然仅从一个侧面对干燥机烘干机理进行了探讨，但可为下一步对列管回转干燥机烘干机干燥机烘干机理的深入研究提供有益的帮助。
4、结论
● 携湿气体对列管回转干燥机烘干机内传热和传质过程具有显著的影响作用。
●PTA在列管回转干燥机烘干机内的干燥特性曲线可分为预热、恒速和降速三个阶段。
● 存在一个使干燥速率出现峰值的最佳携湿气体流量，与单位时间内脱水速度的比值约为0.16。
● 在恒速阶段，列管回转干燥机烘干机内的传热传质遵循过热蒸汽干燥机烘干机理。
