粉体干燥-造粒-微波加热干燥新工艺路线的探讨（1）

       刘传义 奚天鹏 何士安 （南京工业大学造粒机械研究所 江苏 南京 210009） 摘  要：本文从讨论粉体干燥、粉体造粒、颗粒干燥等技术特性出发，试图科学地建立一条新的粉体前期干燥—造粒—微波加热干燥工艺路线。即开始将物料进行恒速阶段的干燥，使物料除去大部分的湿分，成为湿含量低于20%（湿基）的物料。低湿含量的物料用压力法造粒，此时不仅易于成粒，成粒率高，且颗粒粒度均匀，强度高。低湿含量的颗粒物料，用微波加热进行干燥。微波加热的特点使颗粒内部的湿分迅速排除，从而获得合格湿分要求的产品。文章全面地讨论了新工艺路线的科学性、技术性、可靠性和经济性。 关键词：粉体干燥；造粒；微波干燥 1. 概述 随着工业发展的需要，在化工，食品，医药，电子，塑料生物化工等工业部门应用粉体物料种类越来越多，且粒度越来越细。如超细碳酸钙的颗粒度为5μm，3μm，食品黄、酒石黄10μm，白云石15μm，黄色氧化铁5μm，硅酸铝20μm，淀粉白碳黑45μm等等。现代快速发展超细粉体——纳米粉体。粒度很细的粉料其堆积密度很小，重量轻，在操作过程中易飞扬，不仅造成物料损失且污染了环境，其中有刺激有毒的细粉逸出，对环境会造成严重危害。因为细粉末的堆积密度小，不便运输。微细的化学肥料施于田里易于流失，这样就产生了不利的一面，那么就有了把细小粉末聚集成较大的实体——造粒的需求。造粒方法有滚动法和压力法。滚动造粒是将松散的湿物料（细粉和适量的润湿液）加入制粒装置内，搅拌翻动，初始形成团粒核心。随后，核心以团聚和包层两种方式长大，团聚的颗粒球形不规则，表面粗糙。包层制粒表面光滑呈球形，断面为一层包一层的“洋葱皮”结构，可以控制操作条件，使其中一种方式成为造粒的主导，形成光滑规则的强度高的球形颗粒。搅拌混合造粒、喷雾流化造粒等方法均是松散湿物料或膏状或熔融的物料、溶液、浆状的物料。压力法造粒是将湿含量较低的细粉物料在压片机、滚压机、辊压机、螺旋挤压机等造粒机中受压力或主要受剪切力被压实成粒。其中辊压机可实现强压造粒。压力范围为2.5MPa~560MPa，可将粉末压得很密实，使粉末间分子力起主导作用，使颗粒获得较大的抗拉、抗压、抗磨耗强度。近四十年来对上千种细粉干物料进行强压造粒实验，均获得造粒成功的数据。但对那些湿含量很低（如低于0.2%）、粒度很细（d97
　　式中：PV：单位体积内所产生的功率，W/m3；E：为电磁场强度矢量，V/m；σ：为导电率，S/m； 偶极子转动：介电质在外电场的作用下会产生位移极化（无极分子介电质）和转向极化（有极分子介电质），如果在交变的外电场中，介电质被反复极化，偶极子不断地发生“取向”和“弛豫”，如此，由于分子的原有的热运动和相邻分子间的相互作用，使分子随外电场的规则运动受到干扰和阻碍，产生“摩擦效应”，结果一部分能量转化为分子热运动的动能，以热的形式表现出来，使物料温度升高。 单位体积变化的功率为： 水是极性分子，它的相对介电常数远远高于其它介电质的相对介电常数，水的损耗因子与其它的介电质的损耗因子相近，所以水的tanδ值^大，其它液体（如乙醇等一些有机溶剂）也呈较强介电特性。故含水和溶剂的湿物料均适合微波加热干燥。这类湿物料在微波场中能“就地发热，内外同热”湿物料中水分的温度迅速升高，汽化。而固体粉料只消耗少量的微波能。 前文叙述的用辊压法对湿含量为10%~20%的松散湿物料进行连续制粒，既科学又经济，但颗粒中所含的湿分用什么加热方法对其进行干燥呢？据本文第二部论述已知，当物料干燥恒速阶段结束时，就进入降速干燥阶段，用对流、传导、辐射加热，无法强化干燥，只有微波能可有效地使内部水分汽化。因为物料在微波场中“内外同热”，物料内部的水分很快达到沸点，发生高强度蒸发，物料的质构阻碍水分流动，故在物料内部形成压力梯度，由于“内外同热”表面热量易散失，物料内部形成正的温度梯度和湿度梯度，三种状态均能促使水分以液态、汽态或分子流的形式向物料表面移动。大大提高降速干燥阶段的干燥速度，使很难干燥的物料能快速得到均匀的干燥。 微波加热对颗粒状、低湿含量的物料进行干燥具有很多优点，如干燥速度快，干燥均匀，节能，湿含量控制^。改善品质（食品，药品不会发生二次污染，且能灭菌）。那么微波干燥在国内的发展情况如何呢？