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，產品產量及質量大大提高，節能效果^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，其外圓環為熱風分配器，與熱風入口相連，熱風與此以圓環狀分布在筒體外周，從簡體底部狹縫以切線方向進入流化段形成旋轉風場。環隙尺寸是直接影響干燥機工作狀況的主要參數。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的同時，上部的小顆粒也外于流化狀態。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工作的惡劣狀況，從而延長軸承的使用壽命。流化段內設有攪拌器，用來破碎、混合物料，使熱風和物料充分接觸并保證粒子在干燥室高溫區停留時間為^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“結巴”現象，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，攪拌轉數也應合理選擇，其轉速的常規范周為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、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

根據干燥過程中發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^大的傳熱系數。干燥熱風從切線方向以一定風速進入干操器底部環形通道，從殼底縫隙進入流化段。由于通道截面突然減小，使動能增加、風速增大，這樣在器內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化。處于流化狀態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，使粒子間粘性力減弱，顆粒之間成分散、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^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，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進入干燥段。因為流化段物料顆粒內部保持一定水分，物料不會過熱。干燥的微粒瞬間脫離高溫區，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，直到達到干燥質量要求。干燥段的熱風經過流化段質熱交換后，風速減小，濕度增加，這保證了干燥段在穩定條件下順利進行，控制了物料在干燥器停留時間，根據空氣在干燥器內停留時間來調節空氣流速，就使成品的粒度、產量及^終含水量得到控制，從而在干燥器內形成一個進料速率和符合要求的干品產量之間的平衡。旋轉閃蒸干燥器^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水分蒸發量

物料衡算：w=Gc(Xl-Xz)=L(H，-Hz) (2)

其中w為水分蒸發量(kg／h)

Gc為絕干物料質量流量(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(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，聯立方程可以求解。將變成風機進口處標準狀態下風量及系統所需風壓，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為干燥機內平均氣體流量，m3／h

v為干燥機內氣體流速，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，穩定操

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可根據下列公式確

定：根據文獻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，然后根據單位體積

的氣固傳熱面積，求得

其中：Atm為對數平均溫差，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化區而相應降低，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，為安全，C=0．5--0．7h為傳熱系數

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狀。其內徑的大小，不僅影

響者產品的粒度大小，也影響著產品的終濕含量。分級器的直徑對產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／(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，，可控制產品的粒度、濕度。

(4)干燥氣體進入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。

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、醫藥、農藥、精細化工、化纖、石油和食品等行業有著非常廣闊的應用前景。