概述

旋轉閃蒸干燥裝置是一種將干燥技術和流態化技術綜合為一體的干燥設備，它克服了干燥設備能耗大和流化床干燥不均勻的缺點，集兩者之所長，成為具有高效、節能、快速等特點的理想干燥設備。它特別適合于膏狀物、濾餅等物料的直接干燥，彌補了耙式干燥效率低、產量小的不足，改變了噴霧干燥先稀釋再進行噴霧處理的復雜過程。數年來，旋轉閃蒸干燥廣泛應用于輕工、石油、化纖、食品、礦山、涂料、染料及中間體等化工行業的高粘度、高稠度、熱敏性膏狀物料的干燥。與其他干燥設備相比，旋轉閃蒸干燥裝置技術先進、設備緊湊、操作簡單、維修方便，強化了汽固傳熱效果，使干燥時間大為縮短，產品產量及質量大大提高，節能效果十分顯著。

1 旋轉閃蒸干燥機的構造及原理

 

 

1．1 干燥機的構造

旋轉閃蒸干燥機如圖1所示。主要由熱風分配器、螺旋加料器、攪拌器、分級器、旋轉干燥室等組成。干燥室底部為錐體結構，其外圓環為熱風分配器，與熱風入口相連，熱風在此作圓環狀分布，從筒體底部狹縫以切線方向進入流化段形成旋轉風場。環隙尺寸是直接影響干燥機工作狀況的主要參數。錐體結構，可使熱風流通截面自下而上不斷變大，底部氣速相對較大，上部氣速相對較小，從而保證了下部的大顆粒處于流化狀態的同時，上部的小顆粒也處于流化狀態。另外，錐體結構還縮小了攪拌軸懸臂部分的長度，增加了運轉的可靠性，改善了軸在高溫區的工作狀況，延長了軸承的使用壽命。流化段內設有攪拌器，用來破碎、混合物料，使熱風與物料充分接觸并保證粒子在干燥室高溫區停留時間為最短。為防止物料在攪拌器作用下拋向四壁，粘結在四壁上出現“結巴”現象，并導致不能正常操作，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。這種結構可以保證物料在與器壁粘結牢固之前便將其剝落。另外，攪拌轉數也應合理選擇，其轉速的常規范周為50—500r／min。攪拌軸與干燥器底部有良好的密封裝置。

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

1．2 干燥原理

根據干燥過程發揮的作用，可以把旋轉閃蒸干燥機的主體設備分為三部分：底部流化段，中問干燥段，上部分級段。各段結構不同，所起作用不一樣。

(1)流化段是物料人口以下部分，內設有攪拌器。它能幫助破碎高粘性物料，使濕料與干燥熱空氣充分接觸，產生最大的傳熱系數。干燥熱風從切線方向以一定速度進入干燥器底部的環形通道，從殼底縫隙進入流化段。由于通道截面突然減小，使動能與風速增大，這樣在器內形成具有較高風速的旋轉風場。物料自螺旋輸送器進入干燥器后，首先承受攪拌器的機械粉碎，在離心、剪切、碰撞力的作用下物料被微?；?，與旋轉熱風充分接觸形成流化床而被流態化。處于流化狀態的顆粒表面完全暴露在熱風中，彼此問互相碰撞和摩擦，同時水分蒸發，使粒子問粘性力減弱，顆粒之問形成分散、不規則的運動，使氣固兩相充分接觸，加速了傳質、傳熱過程。在流化段內冷熱介質溫差最大，大部分水分在此區被蒸發。只有充分干燥后的微粒才能被熱風帶出流化段。流化段屬于高溫區，因為流化段物料顆粒內部保持著一定的水分，物料不會過熱，而干燥后的微粒瞬間便脫離高溫區，所以旋轉閃蒸干燥設備對熱敏性物料非常適用。經過流化段干燥后，物料被破碎干燥成各種粒度不同的球形和不規則形狀顆粒，在旋轉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動，并因其具有較大的沉降速度而落回流化段重復流化干燥；較小顆粒向上進入干燥段。

(2)干燥段是加料螺旋以上到分級器之間的空間，此時物料在旋轉風場中繼續干燥。較小顆粒繼續向上進入分級段；較大顆粒在器壁周圍向上運動與分級器碰撞下落重新干燥，直至達到干燥質量要求。干燥段的熱風經過流化段質熱交換后，風速減小，濕度增大，保證了干燥段在穩定條件下順利進行。為了控制物料在干燥器內的停留時間，應根據空氣在干燥器內停留的時問來調節空氣流速，從而使成品的粒度、產量及最終含水量得到控制，使干燥器形成一種進料速率與符合要求的干品產量之間的平衡。旋轉閃蒸干燥器最終產品的含水量很少受進料濕含量波動的影響，這也是該干燥器的優點之一。

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

2 旋轉閃蒸干燥機的工藝計算和結構計算

2．1 工藝計算

(1)干燥能力：

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

式中G2——干燥物料產量，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)水分蒸發量：

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

式中 W一水分蒸發量，kg／h；

GC一絕干物料質量流量，kg／h；

X1一進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三個未知數，故方程組可以求解，并由此可以確定風機風量和熱風爐供熱要求。

 

2．2 干燥機的結構計算

(1)干燥室直徑的確定

干燥室直徑由干燥室內氣流的截面速度確定：

 

式中 D一干燥室直徑，m；

V一干燥機內平均氣體流量，m3／h；

ν一干燥機內氣體流速，一般為3—5m／s。

(2)干燥機高度H的確定

干燥機的高度由濃相流態化高度和旋轉氣流干燥段高度組成，為增大設備熱容量和穩定操作，流化段高度可以取得適當大一些，例如200—500mm。干燥機高度H根據下式確定【1】：

 

 

 

式中△tm 一對數平均溫差，℃；

 

 

t1—進口溫度，℃；

t2—出口溫度，℃；

tω1一認為與該區的濕球溫度相等，℃；

tω2一物料出口溫度，℃；

進入旋轉氣流干燥管的進氣溫度因通過流態化區而相應降低，取為t1`

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

A—單位干燥管體積內的干燥表面積，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一固體顆粒的運動速度，m／s；

q—旋轉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，

從安全考慮，取C=0．5—0．7；

h—傳熱系數，kJ／(m2·h·℃)；

dp—產品粒度，m。

(3)關鍵部件設計

①分級器 位于干燥室的頂部和中上部，其形狀為短管狀或圓環狀。其內徑的大小不僅影響產品的粒度大小，也影響著產品的終濕含量。分級器直徑與產品粒度大小的關系，可通過下式求得：

 

 

 

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

②氣體分布器 該裝置由一空心的旋轉蝸殼和環形擋片組成，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間隙，形成窄縫。進風環隙可調節，氣體切向進入氣體分布器，經過環形擋板的下部縫隙，進入干燥室內部產生旋轉上升氣流。環隙窄縫的高度h為：

h=V／(πDut )

V一干燥室的進風量，m3/s；

D一干燥室的直徑，m；

ut一環隙的切向速度，一般為30～60m／s。

以阻燃劑氫氧化鎂為例，將有關參數代入上式，得到計算結果如表1。事實證明，設備的實際運行情況與設計結果基本符合。

3 旋轉閃蒸干燥機的特點及應用

3．1 特點

(1)物料在干燥機內同時完成破碎、分散、干燥、分級等處理過程，強化了傳質、傳熱，干燥強度大。

(2)切向速度高，物料與空氣接觸時問短，解決了熱敏性物料的焦化變色問題。

(3)設置分級器，可控制產品的粒度、濕度。

(4)干燥氣體進人干燥機產生強烈的旋轉氣流，對干燥機壁面上的物料產生強烈的沖刷作用，可消除粘壁現象。

(5)結構簡單，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，節能效果好。

3．2 應用

旋轉閃蒸干燥機是處理濾餅、膏狀物料、觸變性、熱敏性物料及顆粒、粉狀物料的理想設備，在染料、醫藥、農藥、精細化工、化纖、石油和食品等行業有著廣闊的應用前景。