砂糖 (包括白糖、精糖和原糖) 的干燥和冷却是一个很重要的工序，对产品的保存、以及在贮存时是否会发生结块和变质都有关键性的影响。各种糖产品的质量标准，都明确规定它的水分含量的最高限度。糖的温度虽无统一规定，也是同样重要。长期的实践经验和大量的研究结果都说明，如果装包时糖的温度高，在存放时就容易结块和变色。为使白糖在存放时很少变化，装包时的温度应低于40℃，如果用散装存放，进仓温度应低于30℃；而原糖散装时的进仓温度应低于40℃。温度越高，白糖 (不论亚硫酸法或碳酸法) 变色越快，结块越严重，原糖的变质亦更显著。
　　然而，国内不少甘蔗糖厂的干燥冷却设备的效果不好，虽然糖的水分可以达到指标要求，但通常是在分蜜机中使用高温高压的蒸汽将白糖干燥，而其后的设备的冷却效能又不够好，以至白糖装包时的温度普遍偏高，不少厂在50℃以上，个别厂甚至超过
60℃，在夏季炼糖时这种情况更突出。虽然不少糖厂对原有的设备进行了各种改进，例如加大设备的面积以减薄糖层厚度，延长设备的长度以增加冷却时间，以及加强吹风等，但问题并没有根本解决。至今仍有不少糖厂的产品在存放时发生结块、变色等问题，直接影响了工厂的声誉和经济效益。
　　20世纪60年代以来，日本、前苏联、东欧、英、法、德等多个国家的糖厂相继研究应用新型的干燥冷却设备，主要是流化床和振动流化床，显著地提高了砂糖干燥与冷却的效果。国内部分糖厂也逐渐研究应用。 显然，砂糖的干燥与冷却系统的改进是我国糖厂急需解决的一个重要技术问题。

　　一、工艺问题
　　（1）基本情况 
　　白糖和精糖的质量指标，通常要求水分含量不超过0.05%～0.1%。从分蜜机卸下的白糖的水分，因设备与操作条件不同而有较大的变化。如果分蜜时只用水洗、不用汽洗(不打汽)，卸出糖的水分为1～1.5%；如果洗水是高温的过热水，卸糖水分低一些；如水洗后用低压蒸汽(废汽或蒸发罐汁汽)洗糖，卸糖水分为0.5～0.7%；但如使用过热蒸汽，卸糖水分可降至0.1％～0.2%或以下。国内甘蔗糖厂多数在分蜜时打过热蒸汽，汽压高达0.4～0.6mpa，卸糖水分较低，但卸糖温度相当高，一般在80～90℃以上，甚至接近 100℃。
　　高温的糖在与低温的空气流接触时，糖的热量向空气转移，糖的水分也同时部分蒸发，被空气带走。水分的汽化吸收了糖的热量，加速了糖的降温。当砂糖与空气充分接触且空气的流速较大时，这种传热与传质的作用进行得比较快。
　　如果糖的温度下降所放出的热量全部用于将水分蒸发，可以排除相当多的水分。例如，当湿糖的温度为70℃，降温到50℃，糖的比热为1.26 kj/kg，每kg糖放出的热量为：
　　      1.26 ×(70－50) = 25.2 kj/kg
　　每蒸发 1kg水分所需吸收的潜热为2257kj/kg，故上述热量可蒸发的水分为：
　 　     25.2 / 2257 = 0.011 kg/kg
　　即可以蒸发超过 1%的水分(这个计算忽略了糖的比热的微小变化和水分汽化时显热的变化，但它们对计算结果影响很小)。如果实际过程能够接近上述计算，那是很理想的，只要向湿糖吹室温的空气就可以将糖的水分和温度同时降低到较低的数值。
　　然而在实际过程中，由于白糖中水分的蒸发相当缓慢，湿糖降温实际排除的水分要比上述计算值少得多。因此，只有在湿糖的水分相当低的情况下(如分蜜时打高温蒸汽)，才可以只吹冷风就达到干燥的要求。在湿糖水分稍高的情况下，需要先用热风干燥除去白糖的大部分水分，再用冷风来冷却。
　　分蜜机使用高温蒸汽，白糖的水分容易降低，工厂易实行，故国内很多糖厂用这种方法。但此法的分蜜用汽量很高，据广东多个糖厂测定，甲糖分蜜用汽量对甘蔗比为1.5％～2%，相当于对白糖比为15％～20%！而且分蜜机卸糖温度高，后面的冷却设备要排除大量的热能。在冷却效能不足的情况下，白糖的最终温度就相当高，引起贮存时的结块与变色。
　　分蜜机用低温蒸汽或不打汽，卸糖的水分较高，干燥机就必须用热空气，设备比较复杂。但它的用汽量少很多。这类白糖干燥机将空气加热的耗汽量通常只为白糖量的2%，只约为前者的十分之一，即使分蜜机中打少量低压蒸汽，总的耗汽量还是比前者省一半以上。因此，在强调节能的国家如欧美、日本等的糖厂都用这种方法，不用高压蒸汽，他们制造的分蜜机只能使用低压蒸汽。
　　从长远的节能的需要来看，白糖分蜜应该不打汽或只用低压汽。我国的甘蔗糖厂多数用高压汽，应当逐步改变。结合到降低白糖温度的需要，作者认为应该分阶段来解决这个问题。首先应改进白糖的冷却设备，提高它的降温效果，并排除较多的水分；在此基础上逐步降低分蜜用汽的压力和打汽量。然后，再增设较简单的用热风干燥的设备，再大幅度减低分蜜用汽。
　　国内的甘蔗糖厂，分蜜机卸下的白糖经过振动输送机和振动干燥机，还有相当长的输送机，经过很长的路程，但糖的温度降低不多。主要原因是没有足够的空气将糖的热量和水分带走，虽然不少糖厂也装了多台风扇吹风，但为避免砂糖被风吹走，风量不可能很大，而且外表吹风不能深入到糖层的内部，白糖的热量很难散逸出去。要解决好这个问题，关键是将白糖散布在大量的空气流中，与冷空气充分接触，让它的热量能够随它的水分蒸发而排入空气中。这种方法既可提高干燥冷却的速度，又可有效地利用砂糖本身的热能来进行干燥，一举两得。

（2）干燥过程与平衡水分
　　固体物质在空气中干燥，是由于它所含的水分汽化成为水蒸汽散逸到空气中，其根本原因是固体表面的水蒸汽分压高于周围空气中的水蒸汽分压。干燥过程的推动力，就是两者的蒸汽分压的差额。如果情况相反，即空气中的水蒸汽分压高于固体表面的水蒸汽分压，空气中的水蒸汽就会凝结在固体表面上, 使后者水分增加，即发生增湿作用或或吸潮。这种水分的迁移是双向的过程。如果这两个蒸汽分压相等，则上述过程达到平衡点，固体物质的水分和空气的湿度都保持不变，达到恒定值。
　　固体物质和空气之间的水分平衡关系，在很大程度上受到空气相对湿度和固体物质成份的影响，并与温度有关。一定的物质在一定的温度和一定的空气相对湿度下，有一定的平衡水分。亦即是说，一定的物料在一定的水分下，与其接触的空气有一定的平衡相对湿度(equilibrium relative humidity)，后者常以符号 erh 代表。高纯度结晶糖在室温下的平衡水分和空气相对湿度的关系如下左图。
　　高纯度白糖的平衡水分是较低的，当空气相对湿度为60～70%时，白糖的平衡水分为0.03％～0.04%。因此，当外界空气的相对湿度不超过70%时，白糖干燥冷却和贮存时的水分可以低于0.05%。但当空气湿度高于75%时，白糖的平衡水分急剧升高，此时白糖就难以达到较低的水分。我国南方的空气湿度常较高，三月以后的湿度常超过80%，这种空气会使干燥的白糖返潮，使它的水分升高至0.06%以上。为防止仓库中的白糖水分升高，仓内空气湿度应低于65％。

白糖的这种关系受到转化糖的影响。转化糖的吸湿性强于蔗糖，故含转化糖较多的白糖的平衡水分较高，如下中图所示。白糖含转化糖较多者，较易吸潮，不易将它干燥到很低水分。白糖在长期存放时，水分和转化糖含量逐渐升高，两者又互相影响：水分升高加快蔗糖的转化，而转化糖的增加又加速吸收水分。

无机物亦增大砂糖的吸湿性，灰分高的糖的水分也较高。其他非糖分亦有类似的影响。此外，细晶粒的砂糖的平衡水分较高。下右图示几种有色结晶糖的水分和平衡相对湿度的关系，不同的糖的差别很大。

关于各种非蔗糖分的影响，powers曾以22种物质、包括葡萄糖、果糖、棉子糖、三种糖蜜、谷氨酸钠、氯化钠、氯化钙等进行实验，测定砂糖在含有不同量的这些物质时的平衡相对湿度。随砂糖中这些物质的含量增大，erh值降低，即吸湿性增强。

在各种非糖分中，无机盐的吸湿性最强，降低 erh 的作用最大。精炼糖蜜和甜菜糖蜜的影响大于甘蔗糖蜜。还原糖的吸湿性小于其它非糖份，但高于蔗糖。因此，含无机物(灰份)多的赤砂糖的吸湿性最强，原糖次之。
　　砂糖中的水分有几种存在型式：

1. 晶体表面液膜中的水分；

2. 晶体内包裹体包藏的母液中的水分;

3. 聚晶的晶体间隙中母液的水分；

4. 某些非糖份的结晶水。

在一般条件下，上述第四种水分是不能除去的，第二、三种水分也很难除去，它们要很长的时间才能逐渐扩散到表面上。砂糖的干燥处理主要是除去表面上的水分。

砂糖干燥过程的实际速度，在很大程度上决定于晶体表面与空气的蒸汽分压力的差额，以及有关的物理条件。在下列情况下干燥速度较高：
　　１. 在砂糖的温度较高时，表面液膜的蒸汽分压升高，蒸发速度加快。
　　２. 将空气加热提高温度，其相对湿度下降，对固体物质的干燥能力增强。
　　３. 空气与砂糖之间的相对运动较强烈时，表面层附近产生激烈湍流，加速传热与传质过程。
　　在用冷风将砂糖冷却时，空气的温度和湿度是影响砂糖最终水分和温度的关键性因素。空气温度低特别是湿度低很有利于砂糖的冷却和进一步干燥。因此，北方的甜菜糖厂，较易达到相当低的白糖水分和温度。相反，如果外界空气温度与湿度较高，空气中的水蒸汽分压高，在砂糖温度不高的情况下，它的水分就蒸发得很慢，温度也降得很慢。如果砂糖已经过用热风干燥到较低的水分，它与高湿度的空气接触时会反而吸潮增湿。因此，在高温高湿的地区，如果要达到较低的砂糖水分和温度，可能需要将末段所用的空气先进行降温降湿处理。

（3）热风干燥的主要参数及其计算 
　　用热风干燥时，热风温度是很重要的参数。在工艺容许的条件下，用较高的热风温度可以提高干燥过程的速度和设备效率，缩短所需干燥时间，缩小设备体积，还可以提高热能利用率，减少排除一定量水分所消耗的热量和空气量。
　　不过，高温下会发生一些有害的化学反应，影响产品质量，故干燥机实际所用的热风温度有一定限制。这决定于物料对热的敏感性，以及干燥设备的状况。白糖用热风干燥时，热风温度一般不超过100～110℃。
　　在设计和控制良好的干燥机中，物料受热所达到的温度是比热风温度低很多的。这是因为物料水分蒸发吸收了大量的热能，在物料仍含有相当水分时，它的温度上升是很慢的，而热风的温度则迅速下降。如一台振动流化干燥冷却机中白糖水分和温度变化的情况如下图。该机为长槽式，长8m ，前段吹热风，后段吹冷风。

不过，如果干燥机所用的热风温度过高，物料在迅速干燥后可能被加热到较高的温度。这不但会影响产品质量，而且还增加了以后冷却过程的负担。应当避免这种情况。由于设备运行时入料的数量和水分都会有波动，此时要相应调节热风的温度或数量，才能取得最佳的效果。
　　热风干燥系统的计算，是根据入料的数量和干燥前后的水分，进行物料和热平衡的有关计算，基本过程如下：
　　以 g₀ 代表入料量(kg/h)，w₁ 代表入料水分(%)，w₂ 代表出料水分(%)，干燥过程的水分蒸发量为：
　　        gw = g₀×(w₁－w₂) / (100－w₂) (kg/h) 
　　在出料的水分很低时，w₂可忽略，此时上式可简化为：
　 　      gw = g₀×(w₁－w₂) / 100   (kg/h)
　　热风干燥过程中空气状态的变化，可以用空气的焓－湿图即i－d图进行分析。冷空气加热升温时，其湿含量d不变，在i－d图上是一条垂直上升的直线。根据空气加热前的温度t₁和加热后的温度t₂，从空气的i－d图中查出它们的热焓，分别为i₁和i₂(kj/kg)，若空气量为 ga (kg/h)，则空气升温吸收的热量为：
　 　       q = ga×(i₂－i₁) (kj/h) 
　　它也可以用计算求出。空气的比热按1.0 kj/kg℃ (即0.24 kcal/kg℃) 计，则：
　 　       q = ga×1× (t₂－t₁) (kj/kg) 
　　随着热空气中的热能将物料的水分蒸发，空气的湿含量增大，温度下降。如果固体物料的温度不变，系统没有散热损失，则此过程中的空气热焓不变，是等焓过程，在i－d图上为一条与等焓线相平行的斜线。但在实际过程中，固体物料的温度升高，系统也有散热损失，这些都使空气的热焓降低，排气的实际热焓i₃ 低于热风的热焓i₂，实际过程离开等焓线向下偏移。
　　以t₃ 代表排气温度，d₃ 代表排气的湿含量。则每 1 kg热空气从物料所带走的水分为(d₃－d₁) (g/kg)。为将物料中的水分除去 gw (kg/h)，所需的热空气量为：
　 　    ga = gw×1000 / (d₃－d₁) (kg/h) 
　　所需的热空气量对进入的湿物料量的比例，可将上式合并求得：
　          ga/g₀ = 10×(w₁－w₂) / (d₃－d₁)   (kg/kg) 
　　加热空气需用热量对湿糖的比例，可将上 式合并求得为：
　 　     q/g₀ = 10×(t₂－t₁)×(w₁－w₂) / (d₃－d₁) ( kj/kg) 
　　例如，干燥机处理湿砂糖 10000kg/h，水分由 1%干燥至0.2%，空气原来的湿含量d₁为20g/kg，排气的湿含量d₃为30g/kg。砂糖的水分蒸发量为：
　 　     gw = 10000×(1－0.2) / 100 = 80 kg/h
　　需用热风量为：
　　       ga = 80×1000 / (30－20) = 8000 kg/h
　　热风量对湿糖的比例为：
　 　     ga/g₀ = 8000 / 10000 = 0.8 kg/kg
　　如空气原温度25℃，加热到100℃，吸收的热量按为：
　 　      q = 8000 ×(100－25) = 600000 kj/h
　　每处理 1 kg 糖需用热量：
　 　      q/g₀ = 600000 / 10000 = 60 kj/kg
　　从上式可以看到，在相同的初始条件下，如果排气的湿含量d₃较高，所需要的热风量较小；又从空气的i－d图可知，此时的排气温度也降到较低的数值。但空气湿度高和温度低会降低物料的干燥速度。实际设备所能达到的排气温度和湿度，决定于干燥设备的型式和效率，它同时反映了设备热利用率的高低。在一定的热风温度下，排气温度低说明它的热利用率高、能耗低；这些数据需要在实际运行时测定。另一方面，设备实际运行时的d₃值与热风温度t₂有关；t₂较高时，d₃通常也较高。
　　干燥机的设备效率的表示方法，是它的每一单位体积(圆筒式)或每一单位面积(平面式)每小时排除水分的重量：单位为kg/m³/h 或 kg/m²/h ，它亦称为干燥设备的蒸发强度。这一数值因设备的不同型式和不同的工作条件而会有相当大的变化。此值高说明设备效率高，所需的设备体积或面积较小；反之则设备较庞大而笨重。对于干燥设备的研究，除了工艺方面的因素以外，重点就是研究提高设备的蒸发强度。这在后面再详细讨论。

（4）冷却过程的参数与计算
　　固体的冷却一般使用室外的新鲜自然空气。在北方和干燥地区的糖厂，用自然空气不难将砂糖冷却到较低的温度。但在热带和高湿度地区的糖厂，用自然空气将砂糖冷却的速度比较慢，最终的温度也稍高。国外的一些糖厂为了将糖冷却到更低的温度和水分，将部分自然空气先经过空调机降温降湿，再用于砂糖后阶段的冷却。
　　以g₀ 代表入料量 (kg/h)，ti代表入料温度，to代表冷却后的出料温度，糖的比热以1.256 kj/kg·℃ (即0.3 kcal/kg·℃) 计算，则砂糖温度下降放出的热量为：
　　    q₁ = g₀ ×1.256 × (ti－to) ( kj/h)
　　物料冷却过程中水分通常下降，水分的汽化吸收了部分热能。不过，在砂糖的冷却中，这个热量比前者小得多(如不到3%)，在一般的计算中可以忽略。
　　以ga代表冷风量(kg/h)，初始温度为t₁，排出温度为t₂ ，忽略空气湿度变化引起的热焓变化，按空气的比热为 1 kj/kg·℃ 计算，则空气升温吸收的热量为：
　　    q₂ = ga×1×(t₂－t₁)  (kj/h)
　　忽略设备的热损失，则 q₁ = q2 ，为使物料冷却所需的冷空气量为：
　      ga = g₀×1.256×(ti－to) / (t₂－t₁) (kg/h) 
　　每冷却 1 kg 白糖所需虽的冷空气量为：
　 　   ga/g₀ = 1.256 × (ti－to) / (t₂－t₁) (kg)
　　例如，要将白糖由80℃冷却到50℃，若冷风为25℃，排气45℃，每 1kg白糖需用空气量为：
　 　   ga/g₀ = 1.256 ×(80－ 50) / (45－25) = 1.875 kg
　　可见，将白糖冷却所需要的空气量是相当大的。现在多数糖厂所用的振动输送机和干燥机以及皮带输送机，虽然用多台风扇吹风，但风量仍远远低于上述数值，实际上也不可能达到这个数值。因为现在这些设备都是开放式的，风量大就会将砂糖大量吹走。因此，这种设备不可能将砂糖大幅度降温。只有在全封闭的设备中，才有可能使用足够大的风量，达到良好的冷却效果。
　　在封闭式的系统中，空气排出温度是很重要的因素。为吸收和排走同等的热量，排气温度高时所需风量较小。不过，随排气温度升高，它将物料冷却的效能下降。冷却机的排气温度是反映设备性能和效率的重要标志，它决定于设备的结构型式和参数。
　　国外对这个问题进行了很多研究，并提出了几种衡量计算方法。前苏联基辅制糖研究所用下式计算冷却比率(所用符号按本文符号统一)：　 　
　 　    e₁ = g₀(ti－to) /ga(to－t₁) 
　　e₁高即设备效率高。按此式算出多个设备的冷却比率为0.9～3.4 。在设备负载率低时，e₁较高，在负载率超过一定值时则明显下降。
　　英国ashworth博士研究了这一过程的数学模型，以及物料温度和空气温度之间的关系，推导出了计算冷却效率因子 e₂ 的如下方程式 ：　 　
　　     e₂ = (t₂－t₁)/(ta－t₁) 
　　式中，t₂为空气排出温度，t₁为空气进入温度，ta为固体物料的平均温度，即它的初温与终温的平均值。e₂高表示设备效能好。多台设备的实测 e₂值为 0.7～1.0。如果 e₂=1.0，物料的平均温度等于排出空气的温度。根据此式可核算实际设备的相对效能，而在设计工作中，可用以估算新设备的排气温度或物料温度。
　　冷却设备的效率的表示方法，是用它的每单位体积或面积所排除的物料热量表示，单位为 kj/m³· h 或 kj/m²· h。它同样因设备型式、结构和工作参数而有较大差别。
　　应当注意，物料的冷却过程常伴随着水分的蒸发，它吸收热能而加速物料的冷却。因此，湿物料的冷却快于干物料。在物料先用热风干燥时，不必要将水分降至很低。还要注意，空气的湿度有很大影响，湿度低的空气使物料水分蒸发得较快，冷却也就较快，湿度高的空气则相反。这些因素在系统的设计和运行控制中都要充分考虑。
　　总之，砂糖的干燥和冷却的首要技术问题是工艺性的，设备的设计和使用都要以工艺为前提。在化工原理和干燥的专门书籍中也首先讨论工艺方面的问题。如果只把注意力放在设备方面，工艺问题处理不好，是不能取得良好结果的。

（5）白糖干燥冷却设备的类型与发展
　　国外的甜菜糖厂和精炼糖厂多年来主要使用转筒式干燥机和冷却机。广东省的糖厂在20世纪50年代也用这种型式。它能达到干燥与冷却的要求，但设备庞大、笨重，对晶粒的磨损较大，并形成相当多的糖粉。
　　甘蔗耕地白糖一般不够洁白，在用转筒式干燥机时，晶体的表面和棱角受磨损，失去光泽，呈现“哑色”，观感就较差。因此，广东的大多数糖厂在60年代就将它淘汰，改用振槽式设备，后者对晶体的磨损较少。不过，这种设备中砂糖与空气的接触面积不大，排除水分的效能不好，以至要在分蜜机使用高温蒸汽，造成了目前的状况。
　　在国外的甜菜糖厂和精炼糖厂，转筒式设备仍在大量使用。一个因素是它们的白糖很洁白和晶体较细，即使晶体表面有些磨损也无伤大雅。国内一些糖厂生产精幼砂糖，亦使用转筒干燥机，以保证干燥与冷却的效果。

虽然如此，转筒式设备也逐渐不能适应发展的需要。在60年代以后，多个国家的糖业界大力研究开发新式设备，主要是流化床和振动流化床两类干燥冷却机，效果较好。有关的技术报告和论文有数十篇之多。这两种型式已逐步取代转筒式设备，成为糖厂新一代干燥冷却设备的主要代表。而且，这两类设备在化工、制盐、食品、粮食和饲料加工等多个行业中亦大量推广应用。
　　这两种型式的设备都应用流态化技术，使空气以较高速度向上流动，将所处理的固体颗粒或晶体向上漂浮起来，在气流中滚动翻腾，具有与流体同样的流动性，类似沸腾状态，故流化床亦称为沸腾床。应用温度高的空气可将固体物料干燥，而用温度低的空气则使物料冷却(同时蒸发少量水分)。在这种系统中，由于固体物料分散成微细的颗粒或单个的晶体，与空气均匀接触并有很大的接触面积，并因气流强烈冲刷固体颗粒，产生激烈的湍流，传热与传质的过程即物料的干燥或冷却速度相当高，设备效率(每单位体积带走的水分或热量)较高，设备的尺寸和重量就比老式设备小相当多。这是流态化设备的主要优点。
　　流态化设备有不振动和振动两类：不振动的流化床本身无运动部件，不消耗动力，它只靠空气向上运动使固体物质流态化，所需的气流速度较高，通常为1～1.5m/s (这是不计算固体物质所占位置计算的“空床速度”，下同) ，气量和气压都要较大，因而鼓风机的功率及从尾气中回收粉尘的设备都要较大。振动流化床(简称振动床)则利用振动输送的原理将物料抛起成松散状态，同时借助空气运动使固体物料分散悬浮。由于振动抛送有效地促进了固体物质的流化，提高了流化床的稳定性，为使物料流态化所需的风速较低，通常为0.5～1m/s，所需风压也较低，鼓风机的功率较小。由于风速较低，尾气带走的细颗粒较少，且风量较少，尾气回收设备可缩小。
　　对于有粘性的物料，在不振动的流化床中即使风速很高也难以实现稳定的流态化。振动抛送可以帮助克服颗粒间的粘着力，改善物料层的结构，提高流化床的稳定性，可用于有粘性的及不同性状的物料。
　　另一方面，在振动床中物料向前移动比较规则，物料通过时间和干燥效果比较一致，而不振动流化床中的固体物料可能产生返混现象，部分物料停留时间延长。
　　这两类设备对固体物料的磨损都远小于转筒式设备，但仍有差别：不振动流化床内部因气流速度较高，固体颗粒之间、颗粒与器壁之间的冲击、碰撞和摩擦比较激烈，导致部分晶体破碎和磨损(如气流速度更高演变成“气流干燥”，则晶体的碰撞磨损更大)。因此，在《化工设备设计全书－－干燥设备设计》一书(95页)中指出：“对产品要求外表美观的物料不宜采用”不振动的流化床。该书还指出(126页)：“振动流化干燥机适合于干燥颗粒太粗或太细、易粘结、不易流化的物料。此外还用于有特殊要求的物料，如砂糖干燥要求晶形完整、晶体光亮、颗粒大小均匀等”。有一个情况值得思考：味精的晶体较脆而长，并要求有光泽，味精的干燥多数使用振动流化设备。不过，这两类设备现在都已普遍在糖厂使用，它们的优缺点还与具体的设计有密切关系，需要在实践中进行详细的对比。
　　有趣的是，一些厂商同时使用这两种设备。如法国一家著名的生产干燥冷却设备的厂家－comessa公司 为泰国等国家的多个大型糖厂提供的精炼糖的干燥冷却设备，干燥机用振动(高频)流化式，冷却机用不振动流化床。该公司的专家认为这种组合比较合理。其理由是进入干燥机的湿糖有粘性，易粘结成团块，振动可促进其分散和流化；而糖的冷却需要较长的时间和较大的面积 (冷却机的面积比干燥机大80～150%)，用高频振动流化式较难解决设备的设计与制造问题。

　　二、流化床干燥冷却器
　　国外如前苏联、英国、德国等地的糖厂较多使用流化床干燥冷却器。日本、澳大利亚、南非等亦有研究应用。有多种不同的具体设计。一种较普遍的型式如下图。

该设备的主体是一个卧式的长槽，沿长度分为８个区。前三个区的底部通入90～100℃的热空气进行干燥，后５个区的底部通入冷空气进行冷却。湿砂糖通过振动给料机连续进入流化床的前端，被不断鼓入的空气吹起形成流化床。在第一区内还装有旋转的拨桨，将可能形成的团块打散。
　　该机分布板上糖层的厚度为300～400mm(浮动状态计)，它们逐渐向后移动，经过约10 分钟后排出。入糖的水分为1％～1.5%，出糖水分0.025％～0.03%，温度约30℃(比外界空气温度高约10℃)。它处理每吨糖需用空气约2500m³。 空气通过流化床的速度为1.1～1.3m/s。所需风压较大，干燥机的空气压力降为3.5kpa即350mm水柱，分布板的压力降为1kpa。加热空气所用蒸汽量约为每吨糖20kg，全部用电量为每吨糖4kwh。该机的设计处理能力为每平方米分布板面积每小时２吨糖。如处理量为20吨／时，分布板面积需10m²。
　　流化床处理后的白糖的光泽优于转筒式。在它排出的尾气中，糖尘数量对进糖量的比例少于0.5%（约为转筒式设备的1/4），晶体的磨损较小。流化床冷却后糖的温度比转筒式低5～7℃。它的设备总重量比转筒式减少约一半，价格也较低，所需厂房面积也较少。两者使用蒸汽量基本相同，用电量则流化床多约30%。

流化床干燥冷却器的主要工作参数如下：

1、空气通过流化床的速度。风速必须超过砂糖的“临界流态化速度”，才能将糖层吹起来成为流化状态；但风速也不能超过砂糖的“带出速度”，否则砂糖就会被气流带走，成为气流输送。这两个速度与砂糖的晶粒大小有关，晶粒越粗大，这两个速度也越高。对于尺寸为0.5～1.5mm的砂糖晶粒，临界流态化速度为0.3～1.0m/s，带出速度为1.2～2m/s。流化床所用风速应在这两个数值之间。如果用于细晶粒的产品，所用风速宜较低，粗晶粒则要较高（注：此处的风速是不计物料所占空间的“空床速度”）。

2、流化床的负载率，一般以流化床每平方米每小时的处理物料量计算，单位为kg/m²/h。它体现了设备的相对效率。据多台设备的实际运行数据，此值一般在1.5～2.5之间。此值较高时，设备的处理量较大，但干燥或冷却的相对效果（水分或温度降低的数值）稍低。此外，亦可以用流化床每平方米每小时排除水分的数量或物料的热量来计算；它们的波动范围较大。所有这些数值都与多个因素有关，如砂糖原来的水分、晶粒大小和均匀度，使用的热风温度或冷风的温度与湿度，以及流化床的设计、分布板的型式与参数等等。

3、热风温度，对于干燥机来说，空气温度越高，物料的水分蒸发得越快。但必须防止风温过高影响产品质量。另一方面，热风温度高时，排出废气的温度也较高，空气热能的利用率随之而变。通常使用有压力的蒸汽来加热空气。使用蒸汽量对排除水分数量的比例，是衡量干燥机热效率的重要指标。良好的干燥机，这一数值约为1.5～2kg蒸汽/kg糖。

4、流化床上方的糖层厚度（流化状态下的厚度），厚度大时相对处理量较大，或物料经过的时间较长；但空气穿过物料层的阻力亦正比例加大，即需要较高的风压和较大的风机动力。此值通常为200～400mm。

5、分布板（布风板）的开孔率和孔的尺寸。分布板是支承固体物料的多孔板，空气通过该板的大量孔隙分散进入物料层中。为防止物料通过这些孔隙往下掉，这些孔的尺寸不能大。但空气通过这些孔隙有相当阻力，约为数十毫米水柱。它与空气通过孔隙的速度的平方成正比例，因此分布板的开孔率又以大些（降低风速）为好。分布板的设计和制造方法也是重要的技术问题。

在流化床设计方面，还要解决好物料在流化床上分布均匀（特别是对黏性的物料）、防止物料“结疤”和被“吹穿”，空气分配均匀等问题，以及适当决定设备的宽度、长度和高度，和设计粉尘回收设备等。这些方面都有多种不同的设计。

　　三、振动流化干燥机
　　国内糖厂应用振槽式干燥机和冷却机已有很多年历史。它是在原先的振动输送机的基础上、在底板的下方吹入热风或冷风。由于风压、风量和通风面积不大，通入的空气量不足以使物料流态化，糖层相当紧密，虽然设备很长，但干燥和冷却的效果仍有限。

振动流化干燥机也应用了振动输送的原理，但工作情况有较大差别，设备是全部密封的，鼓风量和风压足够大，使物料流化良好；物料层厚度相当大而前进速度较慢；振动机构和机体承受的的负荷较重，设备的强度和所用动力都较大。
　　振动流化床与非振动流化床的不同之处主要是：振动有效地促进了物料在空气中的流化，在较低的风速下就可以实现良好和稳定的物料流态化，从而较大地降低了所需的风速、风压和风量。
　　波兰lodz科技大学从70年代开始研究白糖的干燥与冷却，要求达到较低的白糖水分(0.03%)和温度(35℃)，并设计应用了振动流化床。设备为长槽形，机体宽1.2m，长8m，机内糖层厚度约300mm。该机前段1/3长度通入热风(约90℃)，后段2/3长度通入冷空气(约20℃)。在进糖水分1%、55℃时，处理量为250t/d。如果进糖水分降至0.5%，则处理量增大到360t/d，热风温度也可降低。干燥段用热风量为1～1.8kg/kg糖, 风速0.9～1.8m/s；冷却段用风量为0.8～1.5kg/kg糖, 风速为0.6～1.3m/s (它们均决定于进糖的水分和空气的温度)。该机振动频率为6～10 hz，振幅约10mm。 

90年代初，广东顺德糖厂应用了由东北大学设计制造的振动流化干燥机。先用的一台机宽1.2m，长8m。据测定，当其处理量为 13t/h，进糖水分0.52%(分蜜机用低压蒸气)，热风105℃，冷风28℃时，出糖水分0.05%，39℃。后来装设了４台机，分两列，每一列有一台1.2×5.2m的干燥机和一台1.2×7.5m的冷却机，处理量20～25t/h，产品指标良好，但因糖层较薄，热空气的热利用率还偏低。近几年，广西数个大型糖厂也使用了这类设备。

振动流化干燥机产生振动的方式有两大类。

第一类类似常用的振动输送机，用电动机通过偏心轮或曲轴及推杆推动设备振动。目前国内多数糖厂使用的振动输送机的频率为280～320次/分，振幅17～20mm(单向计，下同)。它的振动力可将物料“一步一步”地向前抛送。在用于干燥冷却设备时，需要较强的振动和较高的频率，但一般不超过500次/分，振动的方向要较为向上。

另一类的振动频率较高，如720或960次/分。它的结构不同于前者，是在机体的两侧各装设一台震动电动机，后者籍与电机同轴旋转的偏心轮产生离心力，使电机和设备整体同步振动。通常用６极或８极电机，其振动频率等于电机的转速。它的振幅较小，只为2～4mm。这种方式的振动较强，物料跳跃前进，外观如液体流动，流化效果较好。这种设备型式比较新颖，近年来研究较多，中、小型的设备已经大量应用在很多个行业中，效果良好。它通常也是长槽形，从一端入料，另一端出料，简图如下。

这种型式的设备结构有如下的特点：

1.设备的长度较短(对比传统的振动方式)，物料振动运动的方向，向上的分量较大，向前的分量较小，延长物料经过的时间。

2.设备的主体(包括电动机)承放在４个弹簧之上(不用传统的倾斜弹板和推杆)。这些弹簧很重要，是能够承受重载荷和耐疲劳的特种弹簧，常用专门的橡胶弹簧或钢弹簧。它们将振动设备与建筑物分隔开，减少设备振动对厂房的影响。

3.设备的上方是密封盖，使空气和物料的粉尘不能泄漏。为减轻振动部分的负荷，常将上盖脱离振动部分，两者之间用软连接 (如用帆布)封闭。上盖另用４支钢杆直接支承在地面上。

4.进风管和设备之间亦用软连接。

振动设备的主要参数是它的振动强度，通常以符号k代表。它的定义是振动加速度ω²r与重力加速度g的比率(无因次)，按下式计算：
　　         k = ω²r / g 

式中：ω －－ 振动角速度，弧度/s；

       r －－ 振动的振幅，m ；

       g －－ 重力加速度，m /s² 。

振动角速度ω是振动频率λ(hz)乘2π，例如, 若振动体的旋转速度为960r/min ,λ= 960/60 =16hz；又若r=0.0025m，则：

　    k = (2π×16)² × 0.0025/9.8 = 2.55
　　传统的用倾斜弹板支承的振动输送设备，振动强度较低，通常低于1.5。
　　振动床的振动强度对物料的干燥速度和冷却速度有很大影响。一些食品晶体的干燥实验结果说明，振动时的干燥速度比不振动者高1～3倍；而且它随振动强度增大而升高。这种情况与物料的粘性有较大关系。粘性大的物料，振动强度的影响较大。通常的设计选用 k=2.5～3.0。另一方面，如k值相同，频率较低而振幅较大者，效果较好。
　　振动输送设备的振动方向与水平线的夹角称为抛掷角，以符号α代表。在传统的振动输送设备中，α 约为15°。机内物料的抛送前进速度可按下式计算：
　 　     v = 0.21 nrf ×tanα 
　　式中：n －－ 振动频率，次/min ；

        f －－ 物料与槽体的摩擦系数，约为0.3。

在传统设备常用的参数范围内，物料前进速度为0.15～0.21m/s。
　　振动输送设备的另一个重要参数是抛掷指数，以符号 d 代表，它决定于振动强度k及抛掷角α，由下式算出：
　 　       d = k sinα 
　　d 值的高低决定了抛掷的状态。当 d小于1.0时，抛掷作用很弱，物料呈滑行运动状态。它的前进受摩擦力的作用，物料与器壁之间有磨损。传统的振动输送机属于这一类。有些糖厂串联使用几台这种设备，白糖晶体表面与棱角受磨损，光泽较差。
　　在 d 值超过 1.0以后，摩擦作用的影响就很小。d值未达到1.5时属轻微抛掷运动，此时物料颗粒之间的碰撞磨损还不大，d 值更高时物料抛掷碰撞就比较强烈。

高频振动的干燥及或冷却机，抛掷角较大，如60°。如上例，k=2.55，则：

        d = 2.55×sin 60°= 2.20

这种振动体上的物料前进速度，可按下式计算：

        v = kωr cosα 

式中，k为速度系数，小于1。它由4个系数相乘而得。第1个系数决定于d值，一般在0.8～0.9之间；第2个系数决定于物料的物理性状如粒度大小、形状、重度、摩擦系数和水分含量（粒状干物料为0.9～1.0，湿度不大的粒料为0.8～0.9，湿料或粉料为0.6～0.8）；第3个系数决定于料层厚度（薄料层约0.95，中等厚度0.85～0.95，厚料层0.65～0.85）；第4个系数决定于槽体斜度（水平的及倾斜角小于8度的为1.0，槽体向下倾斜10度时为1.2～1.3，倾斜15度时为1.4～1.8）。此外，物体被流化后，其前进速度有变化，这与具体条件有关。

例：砂糖振动干燥机宽1.2m，机内糖层厚50mm，按上述振动参数，k值为 0.88×0.85×0.9×1 = 0.67 ，砂糖前进速度为：

         v = 0.67×100×0.0025× cos 60°= 0.084 m/s

流化的白糖的重度按 800 kg/m³ 计，糖的流量为：

         g = 1.2×0.05×0.084×800×3600 = 14500 kg/h

实际使用情况说明，在干燥机正常鼓风的情况下，白糖的通过量为16～20t/h，即流化作用使物料通过量增大10～30％.

两种型式的振动流化设备，各有其优缺点。国外多个行业都有应用，国外一些著名的机械厂同时制造供应这两类产品。

传统的用倾斜弹板支承的振动设备，用于输送物料已有很长历史。但如用于干燥和冷却，振动参数相差较大，设备负荷增大很多，它的结构和零部件必须改进和加强，才能确保安全运转。

高频振动的型式，振动强度大，可以加速物料的干燥与冷却，但设备和各个零部件的负荷重，设计与制造的要求都较高。在高频振动下工作，材料容易疲劳，设备运行时间较长后，螺栓、焊缝以及筛网等都可能破裂。特别是大型设备的负荷很重，设计与制造不完善都会导致发生故障，这在国内有不少事例。要十分重视设备的安全可靠性。

高频振动的设备，其工作频率远高于自振频率。因此，在设备起动和停机过程中，当设备升速或降速到越过自振频率时，会因共振而产生很强烈的振动。虽然经过的时间很短，但处理不当时也会产生严重的危害；必须采取适当的措施妥善处理。这类设备应放在地面上，不宜放在楼上。它所用的弹簧很重要，适当良好的弹簧可减少设备振动对外界的影响，不适合的弹簧的效果差，并容易疲劳失效。
　　振动流化设备的分布板是很重要的部件。它和不振动的流化床中的分布板不同，后者不运动，负荷较轻，可以用较薄的不锈钢板制成。而振动式的分布板要推动物料振动，负荷重得多。如用薄钢板，强度和刚性难以达到要求 (特别是尺寸较大者)，如用厚板，则难以加工小孔或狭缝。国外一些设备用两层孔板，底板厚度和孔径均为5mm，其上装设薄筛网，孔径0.6mm。这种做法可以解决上述问题，但要注意使两件网的振动同步，否则面网容易破坏。分布板与机体的连接方法也很重要，如处理不当，会从薄板的紧固位置上 (如装螺栓处) 开始破裂。这方面的设计和制造是关键的技术问题。

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