真空干燥箱应用中存在问题及解决设想

0 综述
原有真空干燥箱型号为FZG15，为蒸汽加热，水环真空泵（2BV5121 0KC00-7P 最大排气量280m3/h 7.5kW）抽真空，真空度维持在0.06～0.08MPa之间。干燥的物料主要是浓缩后的中药浸膏，含水率40％～60％。根据了解，干燥一批浸膏（32盘 80kg左右），需要三天四夜左右，既费时又耗能。

1 问题
真空干燥箱干燥过程中，由于在真空状态下，对流传热严重削弱，传热主要靠热传导，以及盘管和箱壁对物料的热辐射。但因为温度低，辐射传热占的比重不大。热传导占的比重较大，但物料盘和盘管的接触面积小，传热效果不好。

另一个原因，随着物料的干燥，底面干燥硬化，形成热阻层，降低了盘管和物料盘的传热量；上表面板结，致使内部产生的蒸汽不易排出，影响了干燥速度，并且当气泡压力足够大，冲破板结层时，物料崩出盘外，造成浪费。

2 原因分析
2.1 传热效率低

传热主要靠热传导，辐射传热很少，对流传热严重削弱。物料盘和盘管的接触面积小，传热效果不好。根据传热学理论，热传导和热辐射几乎不受真空影响，而对流传热随着真空度的增加而减少.

2.2 物料上下两层板结层影响干燥速度

非金属固体材料导热系数不足纯铁导热系数的十分之一，板结层对传热的影响很大，上层的板结层影响水分蒸发的速度。

3 干燥过程的分析
3.1 根据实际情况将物料干燥过程大致分为三个阶段：

第一阶段：水分快速蒸发阶段 物料状态从粘稠到极粘稠。在真空状态下，物料内部对流传热强烈，水分快速蒸发，在这一阶段，蒸发掉一半以上的水分，而耗时很少。

第二阶段：从液态到固态 物料状态从极粘稠到全部固化。在这一阶段，物料内部对流传热逐渐减弱，过程缓慢，较早出现的上下两层板结层，很大程度上影响了干燥速度。

第三阶段：物料固态干燥的过程 物料慢慢脱水至含水率达标的块状物。这一阶段蒸发的水分很少，干燥的速度比第二阶段稍快一些。

3.2 各个阶段和真空度的关系：

第一阶段，换热过程比较理想，真空度越高，水分蒸发越快；

第二阶段，随着对流的减弱，以及热阻的增大，含水量越来越少，如果还维持真空泵功率不变，真空度越来越大，对流越来越弱，干燥效率越来越低。假如使用波动的真空度，合理调配真空度和对流传热至最佳结合点，可能效率要高。

第三阶段，由于含水率很小，真空度小一些可能更合适。如果使用干燥的热空气加热，干燥过程更快。

4 解决方案
4.1 改善对流换热

根据各阶段的特点，调整每一阶段的真空度，尽可能的增大传热量。示意图如下所示。

4.2 改善热传导

由于物料盘难于避免物理撞击，盘底有很多突起，如果在盘管上铺一块平的薄钢板，接触面积不会很大。建议使用多孔金属板，改善热传导。如下图所示。

4.3 破坏板结面

物料板结面的形成对热量的传递和水分的蒸发影响最大，解决这个问题是重中之重。方法有：人工破坏，机械振动，超声波。

实验时，可以先使用人工的方法测试多大的振动合适，实际生产中需要在干燥箱内设计相应的构件，达到这一目的。

5 小批样实验
5.1 实验装置及系统图