旋轉閃蒸干燥機的設計

1 概述

旋轉閃蒸干燥裝置是一種將干燥技術和流態(tài)化技術綜合為一體的干燥設備，它克服了干燥設備能源消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(jié)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(chǎn)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(shù)年來，旋轉閃蒸干操廣泛應用于輕工、石油、化纖、食品、礦山、涂料、染料及中間體等化工行業(yè)的高粘度、高稠度、熟敏性膏狀物料的干燥。與其他干操設備相比，旋轉閃蒸干燥裝置技術先進、設備緊湊、操作簡單、維修方便，強化了氣固傳熱效果，使干燥時間大為縮短，產(chǎn)品產(chǎn)量及質(zhì)量大大提高，節(jié)能效果^顯著。

2旋轉閃蒸干燥機的構造及原理

2．1 干燥機的構造：

旋轉閃蒸干燥機如下圖所示，主要由熱風分配器、螺旋加料器、攪拌器、分級器、旋轉干燥室等幾部分組成。干燥室底部設置倒錐體結構，其外圓環(huán)為熱風分配器，與熱風入口相連，熱風與此以圓環(huán)狀分布在筒體外周，從簡體底部狹縫以切線方向進入流化段形成旋轉風場。環(huán)隙尺寸是直接影響干燥機工作狀況的主要參數(shù)。倒錐體結構，可使熱風流通截面自下而上不斷交大，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(tài)的同時，上部的小顆粒也外于流化狀態(tài)。另外，倒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，還可有效地防止軸在高溫區(qū)工作的惡劣狀況，從而延長軸承的使用壽命。流化段內(nèi)設有攪拌器，用來破碎、混合物料，使熱風和物料充分接觸并保證粒子在干燥室高溫區(qū)停留時間為^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(xiàn)“結巴”現(xiàn)象，會導致不能正常操作，攪拌齒上安裝刮板，并與室底及器壁都有微小間隙，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(shù)也應合理選擇，其轉速的常規(guī)范周為50"-"500轉／分。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的角度的帶孔園形板。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(xù)進行干燥，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(chǎn)品的粒度越細。

 

 

1、熱風分配器2、螺旋加料器3、攪拌器4、分級器5、旋轉干燥室

2．2干燥原理

根據(jù)干燥過程中發(fā)揮的作用可以把主體設備分為三部分：底部是流化段，中間部分是干操段，上面是分級段。各段結構不同，所起作用不一樣，我們初步加以分析：

(1)流化段是物料入口以下部分，內(nèi)設有攪拌器。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^大的傳熱系數(shù)。干燥熱風從切線方向以一定風速進入干操器底部環(huán)形通道，從殼底縫隙進入流化段。由于通道截面突然減小，使動能增加、風速增大，這樣在器內(nèi)形成具有較大風速的旋轉風場。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、碰撞的作用下物料被微料化，與旋轉熱風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中，彼此間互相碰撞和磨擦，同時水分蒸發(fā)，使粒子間粘性力減弱，顆粒之間成分散、不規(guī)則的運動，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^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帶出流化段。流化段屬于高溫區(qū)，物料濕含量較大，當物料水分散失后，它已完全脫離了高溫區(qū)進入干燥段。因為流化段物料顆粒內(nèi)部保持一定水分，物料不會過熱。干燥的微粒瞬間脫離高溫區(qū)，所以旋轉閃蒸干燥設備對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)則顆粒，在旋轉空氣的浮力和徑向離心力作用下，未干燥的顆粒在較大離心力作用下向器壁運動，因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(xù)干燥。較小顆粒繼續(xù)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，直到達到干燥質(zhì)量要求。干燥段的熱風經(jīng)過流化段質(zhì)熱交換后，風速減小，濕度增加，這保證了干燥段在穩(wěn)定條件下順利進行，控制了物料在干燥器停留時間，根據(jù)空氣在干燥器內(nèi)停留時間來調(diào)節(jié)空氣流速，就使成品的粒度、產(chǎn)量及^終含水量得到控制，從而在干燥器內(nèi)形成一個進料速率和符合要求的干品產(chǎn)量之間的平衡。旋轉閃蒸干燥器^終產(chǎn)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(yōu)點之一。

(3)分級段是包括分級器在內(nèi)的分級器以上部分，分級器是一個開孔圓擋板，通過改變孔直徑和分級段高度，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。在此段干燥完成、達到粒度要求的物料隨熱風帶出進入除塵器進行補集。

3旋轉閃蒸干燥機的工藝計算和結構計算

3．1工藝計算

l干燥能力

G：=G。(1-Wt)／(1_Wz) (1)

其中：G。為干燥后的產(chǎn)量G。濕物料的處理量(kg／h)

Wz Wz為分別為濕物料進出干燥器濕基含水量。

2水分蒸發(fā)量

物料衡算：w=Gc(Xl-Xz)=L(H，-Hz) (2)

其中w為水分蒸發(fā)量(kg／h)

Gc為絕干物料質(zhì)量流量(kg絕干物料／h)

X。，X：分別為進口干燥裝置物料干基含水量(kg水／kg絕干物料)

H。H。分別為進出干燥裝置空氣的濕度(kg水／kg干空氣)

L為絕干空氣量(kg絕干空氣／h)

3空氣消耗量

熱量衡算：L(Il-I：)=Gc(12’一I-’)+QL (3)

空氣出干燥器的焓：I產(chǎn)(1．01+1．88Hz)t2+2490H2 (4)

其中，It I。為空氣進出干燥器的焓(KJ／kg絕干空氣)

I。。I。’為物料進出干燥器的焓(KJ／kg絕干料)

Q。干燥器的熱量損失(Kw)

t：空氣出干燥器的溫度(℃)。

從式(2)(3)(4)中看出，只有Hz I：L三個未知數(shù)，聯(lián)立方程可以求解。將變成風機進口處標準狀態(tài)下風量及系統(tǒng)所需風壓，可選擇風機。物料中水分汽化所需熱量，由熱風爐

提供。

3．2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(nèi)氣流的截面速度確定

 

 

 

 

 

式中，D為干燥室直徑，m

V為干燥機內(nèi)平均氣體流量，m3／h

v為干燥機內(nèi)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(tài)化高度和旋轉氣流干燥段高度組成，為增大設備熱容量，穩(wěn)定操

作，流化段高度可以取得適當大一些，例如200--500mm，氣流干燥高度H可根據(jù)下列公式確

定：根據(jù)文獻f1)空氣至固體顆粒的傳熱速率方程式，計算出氣固傳熱面積，然后根據(jù)單位體積

的氣固傳熱面積，求得

其中：Atm為對數(shù)平均溫差，由下式計算：

t，為進口溫度，t：為出口溫度，t。，可認為和該區(qū)的濕球溫度相等，t也為物料出口溫度，進入旋

轉氣流干燥管的進氣溫度因通過流態(tài)化區(qū)而相應降低，取為t’1，t。-=t：-(0．3_o．5)(tt—t2)

A為單位干燥管體積內(nèi)的干燥表面積，米2／米3 A=6G(1+X)／(Ⅱ／4d，P t3600D饑)

G為絕干物料量kg／h

P。為顆粒密度kg／m3

D為干燥室直徑m

V．為固體顆粒的運動速度m／s

q=CQ為旋轉氣流快速干燥管的熱交換量，Q干燥器的熱量衡算確定，c為系數(shù)，為安全，C=0．5--0．7h為傳熱系數(shù)

3關鍵部件設計分級器，位于干燥室的頂部和中上部，其形狀為短管狀或圓環(huán)狀。其內(nèi)徑的大小，不僅影

響者產(chǎn)品的粒度大小，也影響著產(chǎn)品的終濕含量。分級器的直徑對產(chǎn)品的粒度大小的影響，可通過下列公式求得：

，可見兩者成正比例關系，其中：假設顆粒為球狀，其密度為p。，直徑為d，，流體的密度為P。，粘度為u，顆粒初始旋轉半徑為rl，分級器的內(nèi)半徑為r。，旋轉的角速度為∞，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。

(1)氣體分布器該裝置由一空心的旋轉蝸殼和環(huán)形擋片組成，干燥室的下部為—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(huán)隙可調(diào)節(jié)，氣體切向進入氣體分布器，經(jīng)過環(huán)形擋板的下部縫隙，進入干燥室內(nèi)部產(chǎn)生旋轉上升氣流。環(huán)隙窄縫的高度h為：h=V／(靠Du。)V為干燥室的進風量m／s　D為干燥室的直徑m

u。為環(huán)隙的切向速度，一般為30--60m／s。以阻燃劑氫氧化鎂為例，將有關參數(shù)代入上上式，得到計算結果如下，事實證明，設備的實際運行情況與設計結果基本符合。

4旋轉閃蒸干燥機的特點及應用

4．1特點

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

(2)切向速度高，物料與空氣接觸時間短，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(chǎn)品的粒度、濕度。

(4)干燥氣體進入干燥機產(chǎn)生強烈的旋轉氣流，對干燥機壁面上的物料產(chǎn)生強烈的沖刷作用，可消除粘壁現(xiàn)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(jié)能效果好。

4．2應用

旋轉閃蒸干燥機是處理濾餅、膏粘狀物料、觸變性、熱敏性物料及顆粒、粉狀物料的理想設備，在染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、精細化工、化纖、石油和食品等行業(yè)有著非常廣闊的應用前景。