旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的設(shè)計(jì)參與

概述

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥裝置是一種將干燥技術(shù)和流態(tài)化技術(shù)綜合為一體的干燥設(shè)備，它克服了干燥設(shè)備能耗大和流化床干燥不均勻的缺點(diǎn)，集兩者之所長(zhǎng)，成為具有高效、節(jié)能、快速等特點(diǎn)的理想干燥設(shè)備。它特別適合于膏狀物、濾餅等物料的直接干燥，彌補(bǔ)了耙式干燥效率低、產(chǎn)量小的不足，改變了噴霧干燥先稀釋再進(jìn)行噴霧處理的復(fù)雜過程。數(shù)年來，旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥廣泛應(yīng)用于輕工、石油、化纖、食品、礦山、涂料、染料及中間體等化工行業(yè)的高粘度、高稠度、熱敏性膏狀物料的干燥。與其他干燥設(shè)備相比，旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥裝置技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備緊湊、操作簡(jiǎn)單、維修方便，強(qiáng)化了汽固傳熱效果，使干燥時(shí)間大為縮短，產(chǎn)品產(chǎn)量及質(zhì)量大大提高，節(jié)能效果十分顯著。

1 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的構(gòu)造及原理

 

 

1．1 干燥機(jī)的構(gòu)造

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)如圖1所示。主要由熱風(fēng)分配器、螺旋加料器、攪拌器、分級(jí)器、旋轉(zhuǎn)干燥室等組成。干燥室底部為錐體結(jié)構(gòu)，其外圓環(huán)為熱風(fēng)分配器，與熱風(fēng)入口相連，熱風(fēng)在此作圓環(huán)狀分布，從筒體底部狹縫以切線方向進(jìn)入流化段形成旋轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)。環(huán)隙尺寸是直接影響干燥機(jī)工作狀況的主要參數(shù)。錐體結(jié)構(gòu)，可使熱風(fēng)流通截面自下而上不斷變大，底部氣速相對(duì)較大，上部氣速相對(duì)較小，從而保證了下部的大顆粒處于流化狀態(tài)的同時(shí)，上部的小顆粒也處于流化狀態(tài)。另外，錐體結(jié)構(gòu)還縮小了攪拌軸懸臂部分的長(zhǎng)度，增加了運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，改善了軸在高溫區(qū)的工作狀況，延長(zhǎng)了軸承的使用壽命。流化段內(nèi)設(shè)有攪拌器，用來破碎、混合物料，使熱風(fēng)與物料充分接觸并保證粒子在干燥室高溫區(qū)停留時(shí)間為最短。為防止物料在攪拌器作用下拋向四壁，粘結(jié)在四壁上出現(xiàn)“結(jié)巴”現(xiàn)象，并導(dǎo)致不能正常操作，為此在攪拌齒上安裝了刮板，并與室底及器壁保持微小問隙。這種結(jié)構(gòu)可以保證物料在與器壁粘結(jié)牢固之前便將其剝落。另外，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)也應(yīng)合理選擇，其轉(zhuǎn)速的常規(guī)范周為50—500r／min。攪拌軸與干燥器底部有良好的密封裝置。

干燥室頂部的分級(jí)器是一個(gè)有一定角度的帶孔圓形板。分級(jí)器的作用主要是將顆粒較大、還沒有干燥的物料分離擋下，以繼續(xù)進(jìn)行干燥，從而保證滿足產(chǎn)品粒度分布窄、濕含量均勻一致的要求。分級(jí)器孔徑大小和高度決定干品粒度，當(dāng)高度一定時(shí)，孔徑越小其產(chǎn)品的粒度越細(xì)。

1．2 干燥原理

根據(jù)干燥過程發(fā)揮的作用，可以把旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的主體設(shè)備分為三部分：底部流化段，中問干燥段，上部分級(jí)段。各段結(jié)構(gòu)不同，所起作用不一樣。

(1)流化段是物料人口以下部分，內(nèi)設(shè)有攪拌器。它能幫助破碎高粘性物料，使?jié)窳吓c干燥熱空氣充分接觸，產(chǎn)生最大的傳熱系數(shù)。干燥熱風(fēng)從切線方向以一定速度進(jìn)入干燥器底部的環(huán)形通道，從殼底縫隙進(jìn)入流化段。由于通道截面突然減小，使動(dòng)能與風(fēng)速增大，這樣在器內(nèi)形成具有較高風(fēng)速的旋轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)。物料自螺旋輸送器進(jìn)入干燥器后，首先承受攪拌器的機(jī)械粉碎，在離心、剪切、碰撞力的作用下物料被微?；?，與旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)充分接觸形成流化床而被流態(tài)化。處于流化狀態(tài)的顆粒表面完全暴露在熱風(fēng)中，彼此問互相碰撞和摩擦，同時(shí)水分蒸發(fā)，使粒子問粘性力減弱，顆粒之問形成分散、不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，使氣固兩相充分接觸，加速了傳質(zhì)、傳熱過程。在流化段內(nèi)冷熱介質(zhì)溫差最大，大部分水分在此區(qū)被蒸發(fā)。只有充分干燥后的微粒才能被熱風(fēng)帶出流化段。流化段屬于高溫區(qū)，因?yàn)榱骰挝锪项w粒內(nèi)部保持著一定的水分，物料不會(huì)過熱，而干燥后的微粒瞬間便脫離高溫區(qū)，所以旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥設(shè)備對(duì)熱敏性物料非常適用。經(jīng)過流化段干燥后，物料被破碎干燥成各種粒度不同的球形和不規(guī)則形狀顆粒，在旋轉(zhuǎn)空氣的浮力和徑向離心力的作用下，未干燥的顆粒向器壁運(yùn)動(dòng)，并因其具有較大的沉降速度而落回流化段重復(fù)流化干燥；較小顆粒向上進(jìn)入干燥段。

(2)干燥段是加料螺旋以上到分級(jí)器之間的空間，此時(shí)物料在旋轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)中繼續(xù)干燥。較小顆粒繼續(xù)向上進(jìn)入分級(jí)段；較大顆粒在器壁周圍向上運(yùn)動(dòng)與分級(jí)器碰撞下落重新干燥，直至達(dá)到干燥質(zhì)量要求。干燥段的熱風(fēng)經(jīng)過流化段質(zhì)熱交換后，風(fēng)速減小，濕度增大，保證了干燥段在穩(wěn)定條件下順利進(jìn)行。為了控制物料在干燥器內(nèi)的停留時(shí)間，應(yīng)根據(jù)空氣在干燥器內(nèi)停留的時(shí)問來調(diào)節(jié)空氣流速，從而使成品的粒度、產(chǎn)量及最終含水量得到控制，使干燥器形成一種進(jìn)料速率與符合要求的干品產(chǎn)量之間的平衡。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器最終產(chǎn)品的含水量很少受進(jìn)料濕含量波動(dòng)的影響，這也是該干燥器的優(yōu)點(diǎn)之一。

(3)分級(jí)段是包括分級(jí)器在內(nèi)的分級(jí)器以上部分。分級(jí)器是一個(gè)開孔圓擋板，通過改變孔的直徑和分級(jí)段高度，即改變空氣流速就可以控制離開干燥器的粒子尺寸和數(shù)量。在此段完成干燥、達(dá)到粒度要求的物料隨熱風(fēng)進(jìn)入除塵器進(jìn)行捕集。

2 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)計(jì)算

2．1 工藝計(jì)算

(1)干燥能力：

G2= G1 (1-ω1)/（ 1-ω2)                               (1)

式中G2——干燥物料產(chǎn)量，kg／h；

G1——濕物料的處理量，kg／h；

ω1——濕物料的濕基含水量，kg／kg；

ω2———出干燥器物料的濕基含水量，kg／kg。

 

(2)水分蒸發(fā)量：

W= GC(X1- X2 )=L(Y1 –Y2)                              (2)

式中 W一水分蒸發(fā)量，kg／h；

GC一絕干物料質(zhì)量流量，kg／h；

X1一進(jìn)干燥器物料的干基含水量，kg／kg；

X2一出干燥器物料的干基含水量，kg／kg；

Y1一進(jìn)干燥器空氣的濕度，kg水／kg干空氣；

   Y2一出干燥器空氣的濕度，kg水／kg干空氣；

L一絕干空氣流量，kg／h。

(3)空氣消耗量

L(I1-I2)= GC (I1`-I2`)+QL                                                  (3)

出干燥器空氣的焓：

I2 =(1.01+1.88 Y2 )t2 +2490 Y2                         (4)

式中 I1—進(jìn)干燥器空氣的焓，kJ／kg干空氣；

I2—出干燥器空氣的焓，kJ／kg干空氣；

I1`一進(jìn)干燥器物料的焓，kJ／kg絕干料；

I2`一出干燥器物料的焓，kJ／kg絕干料；

QL一干燥器的熱量損失，kJ／h；

t2一空氣出干燥器的溫度，℃。

由式(2)、(3)、(4)看出，只有Y2、I2、L三個(gè)未知數(shù)，故方程組可以求解，并由此可以確定風(fēng)機(jī)風(fēng)量和熱風(fēng)爐供熱要求。

 

2．2 干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算

(1)干燥室直徑的確定

干燥室直徑由干燥室內(nèi)氣流的截面速度確定：

 

式中 D一干燥室直徑，m；

V一干燥機(jī)內(nèi)平均氣體流量，m3／h；

ν一干燥機(jī)內(nèi)氣體流速，一般為3—5m／s。

(2)干燥機(jī)高度H的確定

干燥機(jī)的高度由濃相流態(tài)化高度和旋轉(zhuǎn)氣流干燥段高度組成，為增大設(shè)備熱容量和穩(wěn)定操作，流化段高度可以取得適當(dāng)大一些，例如200—500mm。干燥機(jī)高度H根據(jù)下式確定【1】：

 

 

 

式中△tm 一對(duì)數(shù)平均溫差，℃；

 

 

t1—進(jìn)口溫度，℃；

t2—出口溫度，℃；

tω1一認(rèn)為與該區(qū)的濕球溫度相等，℃；

tω2一物料出口溫度，℃；

進(jìn)入旋轉(zhuǎn)氣流干燥管的進(jìn)氣溫度因通過流態(tài)化區(qū)而相應(yīng)降低，取為t1`

t1`=t1 -(0.3~0.5)( t1- t2 )

A—單位干燥管體積內(nèi)的干燥表面積，m2／m 3，

A=6G(1+x)／(3600πD2／4)dpρm Vm

G—絕干物料流量，kg／h；

x — 物料干基含水量，kg／kg；

ρm一顆粒密度，kg／m3 ；

D一干燥室直徑，m；

Vm一固體顆粒的運(yùn)動(dòng)速度，m／s；

q—旋轉(zhuǎn)氣流快速干燥管的熱交換量，q=CQ，

Q由干燥器熱量衡算確定，c為系數(shù)，

從安全考慮，取C=0．5—0．7；

h—傳熱系數(shù)，kJ／(m2·h·℃)；

dp—產(chǎn)品粒度，m。

(3)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

①分級(jí)器 位于干燥室的頂部和中上部，其形狀為短管狀或圓環(huán)狀。其內(nèi)徑的大小不僅影響產(chǎn)品的粒度大小，也影響著產(chǎn)品的終濕含量。分級(jí)器直徑與產(chǎn)品粒度大小的關(guān)系，可通過下式求得：

 

 

 

此式假設(shè)顆粒為球狀，其密度為ρ ，直徑為dp， 流體的密度為ρｇ，粘度為μ，顆粒初始旋轉(zhuǎn)半徑為r1，分級(jí)器的內(nèi)半徑為r2，旋轉(zhuǎn)的角速度為ω，干燥室的半徑為R，干燥室從底部到分級(jí)器的高度為h，氣量為v 。

②氣體分布器 該裝置由一空心的旋轉(zhuǎn)蝸殼和環(huán)形擋片組成，干燥室的下部為一錐形底，并配備有攪拌裝置。在擋板的下部留有一個(gè)間隙，形成窄縫。進(jìn)風(fēng)環(huán)隙可調(diào)節(jié)，氣體切向進(jìn)入氣體分布器，經(jīng)過環(huán)形擋板的下部縫隙，進(jìn)入干燥室內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)上升氣流。環(huán)隙窄縫的高度h為：

h=V／(πDut )

V一干燥室的進(jìn)風(fēng)量，m3/s；

D一干燥室的直徑，m；

ut一環(huán)隙的切向速度，一般為30～60m／s。

以阻燃劑氫氧化鎂為例，將有關(guān)參數(shù)代入上式，得到計(jì)算結(jié)果如表1。事實(shí)證明，設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況與設(shè)計(jì)結(jié)果基本符合。

3 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用

3．1 特點(diǎn)

(1)物料在干燥機(jī)內(nèi)同時(shí)完成破碎、分散、干燥、分級(jí)等處理過程，強(qiáng)化了傳質(zhì)、傳熱，干燥強(qiáng)度大。

(2)切向速度高，物料與空氣接觸時(shí)問短，解決了熱敏性物料的焦化變色問題。

(3)設(shè)置分級(jí)器，可控制產(chǎn)品的粒度、濕度。

(4)干燥氣體進(jìn)人干燥機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)氣流，對(duì)干燥機(jī)壁面上的物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷作用，可消除粘壁現(xiàn)象。

(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易制造和安裝，投資少。

(6)熱空氣與物料流化接觸，熱交換均勻充分，熱效率高，節(jié)能效果好。

3．2 應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)是處理濾餅、膏狀物料、觸變性、熱敏性物料及顆粒、粉狀物料的理想設(shè)備，在染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、精細(xì)化工、化纖、石油和食品等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。