據(jù)不完全統(tǒng)計，全國每年因不能及時有效干燥面損失的糧食達500萬噸，因此，國家已把糧食產(chǎn)區(qū)烘干問題列入”九五”國家攻關項目。目前，我國糧食干燥機形式較為單一，多數(shù)為大型的橫流式和混流式干燥機，投資大、利用率低，市場上缺少小型簡單高效的干燥機。我國幅員遼闊，不同地區(qū)、不同作物的糧食產(chǎn)地干燥機械化存在較大差異性，北方地區(qū)糧食產(chǎn)后農(nóng)民自行分散干燥是未來的主要形式，這樣就迫切需要我們根據(jù)實際情況，設計出結構簡單、日處理量5～10t，適應農(nóng)村能源、成本低廉的小型干燥機，這對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。當前日本生產(chǎn)的循環(huán)式干燥機，就是容量為0.5～10t，在世界上處于領先水平。我國目前通過引進、消化，也主要采用此類技術，都屬普通熱風干燥。對撞流干燥是一種新興的具有廣闊應用前景的干燥技術。它利用兩股相向氣流對撞所形成的高度湍流，以及濕物料在對撞區(qū)內(nèi)的快速非穩(wěn)態(tài)運動來增強傳熱傳質(zhì)過程，具有快速、高強度干燥的特點，并能很好保持產(chǎn)品的品質(zhì)。目前，白俄羅斯、以色列和加拿大等國家在這一領域取得了顯著進展，并將其應用于藥品、谷物、城市污泥等的干燥，取得了很好的效果。國內(nèi)在這方面的研究近幾年才剛剛開始，還處于初步探索階段。國內(nèi)外近幾年的研究主要集中在以下方面：提出了多種對撞流干燥器的結構形式；對不同物料干燥的實際應用研究；基本干燥規(guī)律的研究等等。對撞流適合干燥散粒狀物料，國內(nèi)已有多家科研單位進行過此類試驗，如中國農(nóng)業(yè)大學、河南科技大學等。
1、對撞流干燥技術原理
圖1是對撞流干燥的基本原理示意圖。如圖所示，兩股氣流在特定的容器內(nèi)迎面相撞，其中至少有一股氣流攜帶有待干燥的顆粒物料。濕物料在加料口進入氣流，在氣流作用下逐漸加速，在對撞區(qū)內(nèi)完成其干燥過程。顆粒在到達兩股氣流對撞所形成的對撞面時，由于慣性繼續(xù)滲入到反向氣流中作減速運動，待速度為零時又被加速。如此反復作減幅震蕩運動，直至速度降至一定程度后被氣流帶出對撞區(qū)。顆粒在滲入反向高速氣流時，與氣流的相對速度極大，使得對撞區(qū)內(nèi)傳熱傳質(zhì)強度很高。
對于特定的干燥介質(zhì)和物料，干燥機的傳熱傳質(zhì)系數(shù)主要與物料運動的雷諾數(shù)有關，而雷諾數(shù)又與兩相間相對運動速度有關。提高兩相間相對運動速度，則雷諾數(shù)增大，熱質(zhì)傳遞系數(shù)就增大。對撞流技術的特殊流場，決定了物料顆粒和干燥介質(zhì)在對撞區(qū)的相對速度理論上最大可達介質(zhì)速度的2倍，這是其他氣流干燥形式所達不到的。另外，由于顆粒從一度氣流滲入另一股氣流和氣流的相向運動，顆粒的平均滯留時間得到延長，顆粒在對撞區(qū)高度湍流，使得其充分混合，溫度和濃度均化，進一步強化了傳熱傳質(zhì)過程。
因此，對撞流技術依然是基于對流傳熱傳質(zhì)的原理，只是采用了特殊的流體動力形式，最大限度的強化了干燥過程的傳熱傳質(zhì)作用。
2、對撞流干燥的傳熱傳質(zhì)特性
中國農(nóng)業(yè)大學以及河南科技大學曾研究了同軸對撞流干燥方式的傳熱傳質(zhì)特性I8,9J，得出了一系列結論。
同軸對撞流干燥過程的傳熱速率在954 J /s—5 077 J，s范圍變化，傳熱系數(shù)在969W/(m2．K)—3 460W/(m2．K)范圍變化，容積傳熱系數(shù)在615 kW/(m3 K)～44157kW/(rn3．K)范圍變化，雷諾數(shù)在2006—3727范圍變化，努塞爾數(shù)在46～208范圍變化。
而各種干燥設備如流化床、噴動床等(Tamir等人，1984)的容積傳熱系數(shù)的實際值在0.172kW/(m3．K)～7.12kW/(m3．K)之間變化。這表明，對于物料干燥來說， 同軸對撞流干燥器是一種在單位容積上效率很高的裝置。這種新型干燥器具有更好的干燥性能，而且干燥過程的干燥強度大得多，從而可以在體積更小的情況下獲得更快的干燥速度。
3、對撞流干燥機的主要發(fā)展型式
3.1同軸對撞流干燥機
同軸水平對撞流干燥機烘干機裝置如圖2所示，它主要由風機、電加熱器、對撞室、螺旋喂料器，旋風分離器和管道等部分組成。干燥裝置工作時，空氣由風機送至電加熱器加熱到所需要的溫度，然后經(jīng)過兩對稱安裝的水平進氣管相向地輸送到對撞室，濕物料由螺旋喂料器喂入，在右側水平管中高速氣流的帶動下被送到對撞區(qū)，并在相向氣流的沖擊下，在對撞區(qū)內(nèi)作往復振蕩運動，當物料的水平速度為零時，則被氣流帶出對撞室，經(jīng)排氣管到達旋風分離器完成物料和氣流的分離，廢氣由旋風分離器頂部的出口排入大氣，物料由下部錐形口排出。
目前，中國農(nóng)業(yè)大學已在該機型上進行了大量的谷物干燥試驗，取得了很好的效果。同軸對撞流干燥機結構簡單，干燥效果較好，但由于兩根加速管較長，其占地面積較大，另外，物料在對撞室停留時間太短，故在干燥谷物至安全含水量一般需多次循環(huán)干燥。
3.2 垂直對撞流干燥機
中科院熱物理研究所、廣東農(nóng)機院等單位對垂直對撞流干燥機進行了大量糧食干燥試驗，得出一些有意義的結論。垂直對撞流干燥機工作原理和同軸相似，只是將進料和進氣管路垂直安裝，這樣有利于減少整機占地面積。同時，由于受重力影響，對撞室內(nèi)流場更復雜，其物料滯留時間有所增加。但實驗表明，該機系統(tǒng)壓力降較同軸系統(tǒng)大，高度較高，對風源要求高。
3.3 圓環(huán)狀對撞流干燥機
系統(tǒng)中物料運動如圖3所示，風機通過兩對稱安裝的管道，使氣相切向送入到環(huán)形空間，調(diào)節(jié)閥門可使兩管道中氣流速度相同。用加料器將顆粒物料送入氣流中，所要求的這個距離是為了使顆粒加速到一個足夠大的速度，而不使其下沉并立即排出。經(jīng)過幾次振蕩后顆粒速度降低到一定程度便被氣流帶出對撞區(qū)，在螺旋葉片區(qū)完成氣固分離，通過錐形出口從反應器排出。該裝置環(huán)形對撞室里加裝一系列螺旋葉片，可在物料完成對撞后使氣固兩相順利分離。河南科技大學對此類干燥機進行了一定研肅，得出一些結論。如：物料降水幅度、蒸發(fā)速率隨物料初始含濕量、物料流量、氣流速度和熱風溫度的變化而改變。隨著氣流速度和溫度的增加降水幅度、蒸發(fā)速率增大；隨著顆粒流量的增加降水幅度減小，而蒸發(fā)速率增大。初始含濕量高的物料在對撞流中降水幅度高，蒸發(fā)速率快，因此該對撞流干燥器適合干燥高濕度物料。
這種形式的干燥機較其它形式最為突出的優(yōu)點是占地面積小，因為其兩進氣管是并列切向進入對撞室的，另外物料在環(huán)形對撞室內(nèi)運動軌跡是弧形，這樣增加了其滯留時間。試驗證明該機干燥效果較同軸為好，非常適合作為小型糧食干燥機。
4、國內(nèi)外發(fā)展狀況
對撞流原理是由原蘇聯(lián)白俄羅斯科學院的Elperin于1961年首先提出的，但直到90年代才用于物料干燥方面。80年代，國外許多學者對對撞流技術進行了廣泛的研究和試驗，其中以色列學者Tamir .A，加拿大學者Mujumdar以及白俄羅斯學者Melster的研究較為系統(tǒng)。Elperin和Tamir提出了多種對撞流的結構形式，Tamir在1988年較為系統(tǒng)地研究了同軸對撞流特性，所得到的最重要的結論如下。
4.1 氣流速度一定時，顆粒在對撞流中的滯留量隨顆粒流量的增大而增加，達到最大值后下降；
4.2 在對撞室內(nèi)，兩進氣管端面間的距離和對撞室的容積對物料的平均滯留時間無任何影響；
4.3 傳熱系數(shù)隨顆粒流量或顆粒滯留量的增大而增大，傳熱系數(shù)與對撞室的容積以及兩進氣管之間的距離無關。
近年來，對撞流開始應用于工業(yè)領域，俄羅斯研制了SVS型工業(yè)同軸對撞流干燥機，用于干燥城市污泥，取得很好的效果。烏克蘭和白俄羅斯研制的用于谷物熱處理的多級半圓型對撞流反應器，也取得了成功。
國內(nèi)對對撞流的研究近幾年才剛剛開始，還處于初步探索階段。目前中科院工程熱物理研究所對半環(huán)對撞流、垂直對撞流作了一定的理論和實驗研究，總結了一些干燥規(guī)律，并制造了國內(nèi)第一臺垂直對撞流實驗裝置。中國農(nóng)業(yè)大學研制了國內(nèi)第一臺水平同軸對撞流實驗裝置，并進行了傳熱傳質(zhì)和小米干燥的試驗與研究。
5、結果與討論
綜上所述，當前我國糧食烘干機械存在著能耗高，結構復雜的缺點，急需引入新技術新工藝，并使烘干機向小型化發(fā)展。作為一種新型干燥技術，對撞流干燥技術獨特的流體動力特性使其具有極高的干燥能力，從而為其小型化提供了可能，而且由于物料停留時間極短，非常適合種子干燥，能做到一機多用。并且已經(jīng)成功地進行了多種形式的糧食干燥試驗，因此，可以嘗試在糧食干燥領域引入這門新興干燥技術。但同時應積極探索相應配套技術，如：對撞流干燥技術的自動化控制系統(tǒng)、干燥參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)、多級干燥結構等。只要這些配套技術和對撞流干燥技術協(xié)同發(fā)展，筆者認為，在我國是有可能推廣這一新興干燥技術的。
