旋轉閃蒸幹燥機的設計參考

旋轉閃蒸幹燥裝置是一種將幹燥技術和流態化技術綜合為一體（tǐ）的幹燥設備，它克服了（le）幹燥設備能（néng）耗大和流化（huà）床幹燥不均（jun1）勻的缺點，集兩者之所長，成為具有高效、節能、快速等（děng）特點的理想（xiǎng）幹燥設備（bèi）。它特別適合於膏狀（zhuàng）物、濾餅（bǐng）等物料的直接幹燥，彌補了耙（pá）式幹燥效率低、產量小的（de）不足，改變了噴霧幹燥（zào）先稀釋再進行噴霧處理的複雜過程。數年來，旋轉（zhuǎn）閃蒸幹燥廣泛應用於（yú）輕工、石油、化纖、食品、礦山、塗料、染料及中間體等化工行業的高（gāo）粘度、高稠度、熱敏性（xìng）膏狀物料的幹燥。與其他幹燥設備相比，旋（xuán）轉閃蒸幹燥裝（zhuāng）置技術先進、設備（bèi）緊湊、操作簡單、維修（xiū）方（fāng）便，強化了汽（qì）固傳熱效果，使（shǐ）幹燥時間大為縮短，產品產量及質量大大提高，節能效果（guǒ）^顯著。

旋轉閃蒸幹燥機如圖1所示。主要由熱風分配器、螺（luó）旋加料器（qì）、攪拌器、分級器、旋（xuán）轉幹燥室等組成。幹燥室底部為錐體結構（gòu），其外圓環為熱風分配器，與熱風入口相（xiàng）連，熱風在此作（zuò）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（xuán）轉風場。環隙（xì）尺寸是直接影響幹燥機工作狀況的主要參數。錐體結構（gòu），可使熱風流（liú）通（tōng）截麵（miàn）自下而上不斷變大，底部（bù）氣速相對較大，上部氣速相（xiàng）對較小，從（cóng）而保證（zhèng）了下部的大顆（kē）粒處於流（liú）化狀態的同時，上（shàng）部的小（xiǎo）顆粒也處於流化（huà）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（le）運轉的可（kě）靠性，改善了軸在高（gāo）溫（wēn）區的（de）工作（zuò）狀況，延長了（le）軸承（chéng）的使（shǐ）用壽命。流化段內設有攪拌器，用來破碎、混合物料（liào），使熱風與物料充分接觸並保證粒子在幹燥室高溫區停留時間（jiān）為^短。為防止物料在攪拌器（qì）作（zuò）用下拋向四壁，粘結在四壁上出現（xiàn）“結巴”現象，並導致不能正常操作，為此在攪拌齒上（shàng）安裝了刮板，並與室底及（jí）器壁保持微小問隙。這種結構可以保證物料在與器（qì）壁粘結牢固之（zhī）前便（biàn）將其剝（bāo）落。另外，攪拌轉數也應合理（lǐ）選擇，其轉速的（de）常規（guī）範周為50—500r／min。攪拌軸與幹燥器底部有良好的密封裝（zhuāng）置。

幹燥室頂部的分級器是一個有一定角度的帶孔圓形（xíng）板。分級器的作用主要是（shì）將（jiāng）顆粒（lì）較大（dà）、還沒有幹燥（zào）的物料分離擋下，以繼（jì）續進行幹燥，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幹品粒度，當高度一定時，孔徑越小其產品的粒度越細。

根（gēn）據幹燥過程發揮（huī）的（de）作用，可以把旋轉（zhuǎn）閃蒸幹燥機的主體設備分（fèn）為三部分：底部流（liú）化段，中問幹燥段（duàn），上部分（fèn）級段。各段結構不同，所起作用不一樣（yàng）。

(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，使濕料與幹燥熱空氣充分接觸，產生^大的傳熱係數。幹燥熱風從切線方向以一定速度進入幹燥器底部（bù）的環形通道，從殼底縫隙（xì）進入流化段。由於通道截麵突然（rán）減（jiǎn）小，使（shǐ）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（rù）幹燥器後，首先承受攪拌器的機械粉碎，在（zài）離心、剪切、碰撞力的作用下（xià）物料（liào）被微粒化，與旋（xuán）轉熱風充分接觸形成流化床而被流態化。處於流化狀態的顆粒表麵完全暴露在熱風中，彼此問互相碰撞和摩擦（cā），同（tóng）時水分蒸發，使粒子問粘（zhān）性力減（jiǎn）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（guò）程。在流化段內冷熱介質溫差^大，大部分水分在此區被蒸發。隻有充分幹（gàn）燥後的（de）微粒才（cái）能被熱風帶出流化段（duàn）。流（liú）化（huà）段屬於高溫區，因為流化段物料顆粒內部保持著（zhe）一定（dìng）的水分，物料不會（huì）過熱，而幹燥後的微粒瞬（shùn）間便脫離高溫區，所以旋轉閃（shǎn）蒸幹燥設備對熱敏性物料非常適用。經過流化段幹燥後，物料被破碎幹燥成各種粒度不同的球形和不規（guī）則形狀顆粒，在（zài）旋轉空氣的浮（fú）力和（hé）徑向離心力的作用下，未幹燥的顆粒向器壁運動，並因其具有（yǒu）較大的沉（chén）降速度而落回流化段重複流化幹燥；較小顆粒向上進入（rù）幹燥段。

(2)幹（gàn）燥段是（shì）加（jiā）料螺旋以上到分級器（qì）之間的空間，此時物料（liào）在旋轉風場中繼續幹燥。較小顆（kē）粒繼續向上進入分級段；較（jiào）大顆（kē）粒在器壁（bì）周圍向上運動與分級器碰撞下落重（chóng）新幹燥，直至達到（dào）幹燥（zào）質量（liàng）要求。幹燥段的熱風經（jīng）過流（liú）化（huà）段質熱交換後，風速減小，濕度增大（dà），保證了幹燥段在穩定條件下順利（lì）進行。為了（le）控製物料在幹燥器內的停留時間，應根據空氣在（zài）幹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^終含水量（liàng）得到控製，使幹燥器形（xíng）成（chéng）一種進料速率與符合要求的幹品產量之間的平衡。旋轉閃蒸幹燥器^終產品的含水量很少受進料濕（shī）含量波（bō）動的影響，這也是該幹燥（zào）器的優點之（zhī）一。

(3)分級段是（shì）包括分級器在內的分級器以上部分。分級器是一（yī）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製離開幹燥器的粒子尺寸和數量。在此段完成幹（gàn）燥（zào）、達到粒（lì）度要求的物料隨熱風進入除（chú）塵器進行（háng）捕集。

(1)幹燥能力：

G₂= G₁ (1-ω₁)/（ 1-ω₂) (1)

式中G₂——幹燥物料（liào）產量，kg／h；

G₁——濕物料的處理量，kg／h；

ω₁——濕物料（liào）的濕（shī）基含水（shuǐ）量，kg／kg；

ω_2———出（chū）幹燥器物料的濕基含水量，kg／kg。

(2)水分蒸發量：

W= G_C(X₁- X₂ )=L(Y₁ –Y₂) (2)

式中 W一水分蒸發量，kg／h；

G_C一絕幹物料質量流量（liàng），kg／h；

X₁一進幹燥器物料的幹（gàn）基含水量，kg／kg；

X₂一出幹燥器物料的幹基含水量，kg／kg；

Y₁一進幹燥器（qì）空氣的濕度，kg水／kg幹（gàn）空氣；

Y₂一出幹燥器空氣的濕度，kg水／kg幹空氣；

L一（yī）絕幹空氣流量，kg／h。

(3)空氣消耗（hào）量

L(I₁-I₂)= G_C (I₁^{`</sup>-I<sub>2</sub><sup>`} )+Q_L (3)

出幹燥器（qì）空氣的焓：

I₂ =(1.01+1.88 Y₂ )t₂ +2490 Y₂ (4)

式中 I₁—進幹燥器（qì）空氣的焓，kJ／kg幹空氣；

I₂—出幹燥（zào）器空氣的焓（hán），kJ／kg幹空氣；

I₁^`一進幹燥器物料的焓，kJ／kg絕幹料；

I₂^`一出幹燥器物料（liào）的焓，kJ／kg絕幹料；

Q_L一幹燥器的熱量損失，kJ／h；

t₂一空（kōng）氣（qì）出幹燥器的溫度，℃。

由式(2)、(3)、(4)看出，隻有Y₂、I₂、L三個未知數，故方程組可（kě）以求解，並由此可以確定風機風量和熱風爐供熱要求。

(1)幹燥室（shì）直徑的確定

幹（gàn）燥室直徑由幹燥室內氣流的截麵速度確定：

式中 D一幹燥室直（zhí）徑，m；

V一（yī）幹燥機內平均氣體流量，m³／h；

ν一幹燥機內氣體流速，一般為3—5m／s。

(2)幹（gàn）燥機高度H的確定

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

式中△t_m 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，℃；

進入旋轉氣流幹燥管的進氣溫（wēn）度因通（tōng）過流態化區而相應降低，取為t₁^`

t₁^`=t₁ -(0.3~0.5)( t₁- t₂ )

A—單位幹燥（zào）管體積內的幹燥表麵積，m²／m ³，

G—絕幹物料（liào）流量，kg／h；

x — 物料（liào）幹基含水量，kg／kg；

ρ_m一顆粒密度，kg／m³ ；

D一幹燥室直徑，m；

V_m一固體顆粒的運（yùn）動速度，m／s；

q—旋轉氣流快速幹燥管的熱交換量，q=CQ，

Q由幹燥（zào）器熱量衡算確定，c為係數，

從安全考慮，取C=0．5—0．7；

h—傳（chuán）熱係數，kJ／(m²·h·℃)；

dp—產品粒度，m。

(3)關鍵部件設計

①分級器 位於幹燥室的頂部和中上部，其（qí）形狀為短管狀或圓環狀。其內徑（jìng）的大小不僅影響產品的粒度大小，也影響著產品的終濕含（hán）量。分級器直徑（jìng）與產品粒度大（dà）小的關係，可通過下式求（qiú）得：

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

②氣體（tǐ）分布器 該裝置由一空心的旋轉蝸殼和（hé）環形擋片組成，幹燥室的下部為一（yī）錐形底，並配備（bèi）有攪（jiǎo）拌裝置（zhì）。在（zài）擋板的下部留有一個間（jiān）隙，形（xíng）成窄縫。進（jìn）風環（huán）隙可調節，氣（qì）體切向進入氣體分布（bù）器（qì），經過環（huán）形擋板的下部縫隙，進入幹燥（zào）室內部產（chǎn）生旋轉上升氣流。環（huán）隙窄（zhǎi）縫的高度h為：

h=V／(πDu_t )

V一幹燥室的進風量，m³/s；

D一幹燥（zào）室的直徑，m；

u_t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（shí）際運行（háng）情況與設計結果基本符（fú）合。

3．1 特點

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

(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，可控製產（chǎn）品的粒度、濕度。

(4)幹燥氣（qì）體進人幹（gàn）燥機產（chǎn）生強烈的旋轉氣流，對幹燥機壁麵上的物料產生強烈（liè）的衝刷作用，可消除粘壁現象。

(5)結構簡單，易（yì）製造和安裝，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

旋轉閃蒸幹燥機是處理濾餅、膏狀物料、觸變（biàn）性、熱敏性物料及顆粒、粉狀物料的理想設備，在（zài）染料、醫藥（yào）、農藥、精細化工、化纖、石油（yóu）和食品等（děng）行業有著廣闊的應用前景。