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旋转闪蒸干燥机的发展现状

信息来源: | 发布日期: 2012-07-18 | 浏览量:
关键词:旋转闪蒸干燥机的发展现状

      在对流干燥机内设置旋转分散装置,使得干燥机内的热风旋转上升,进入干燥机的物料在旋转分散装置和高温热风的共同作用下,在干燥机内充分弥散,比表面积迅速扩大,加快了传热传质速度,使物料快速干燥,干燥的物料在载湿体热风的夹带下,旋转悬浮上升形成气固两相流,经分级后由干燥机后部的气固分离装置产出干燥后的粉状物料。这类干燥设备称为旋转闪蒸干燥机、旋转快速干燥机、微粉干燥机或强力干燥机。
      旋转闪蒸干燥机可将高粘度的膏状物、沉积物或滤饼状物料一次干燥成粉,无需二次破碎。由于干燥时间短,物料温升低,更适用一些有热敏性物料及生物菌体等的干燥。而且旋转闪蒸干燥机具有结构简单、操作方便、设备占地面积小、能耗低、微负压操作无粉尘飞扬等特点,极大地改善操作环境。因此,其适用范围愈来愈广泛。
      为满足各种物料的特性和干燥的工艺条件,旋转闪蒸干燥机的结构和型式很多。由于旋转闪蒸干燥机的诸多优点及其适用面的扩大, 近年来不断有新型的闪蒸干燥机问世。有的是在传统的干燥机的基础上提高旋转分散装置的转速或改变结构形式提高分散能力;有的是在原有分级环的基础上增加强力分级头,其目的是降低产品的粒度。因不断有新的物料需要干燥,为适应这些物料的物性及各种不同的要求,干燥机也在不断的改进和完善。
      一、旋转闪蒸干燥机的设备结构特点和工作原理
      1、构造特点
      旋转闪蒸干燥机主要由三部分组成:破碎段、干燥段和分级回收段。
      ①破碎段
      旋闪破碎段位于干燥机的下部,其结构可分为三部分:旋闪室、集风室和分散装置。
      旋闪室有多种结构形式,较为典型的有三种,第一种是大锥体,下部环形底隙与集风室相通,分散装置下部的旋转叶片直达环隙处, 如图2-59所示。有的还采取措施将环形底隙制成可调形式。这种形式的干燥机一般采用正压操作,用以高粘性物料的干燥。    
      第二种是采用小锥体带平底,分散装置下部的旋转叶片外延至集风室。这种形式的干燥机可采用负压操作,用来处理粘性不太大、较易分散或含水量不太高的物料。对分散装置稍加改变也可适于粘性较大物料的干燥。这两种形式的干燥机环隙处的空塔风速在30m/s以上。
      还有一种是无锥体的平底闪蒸干燥机,在旋闪套上开有布风孔槽或在集风室配装布风机构。或采用平底无集风室,采用气力直接加料的形式,此种形式适用于粉料或易分散的物料的干燥。
      集风室内部一般呈蜗壳结构,使进入旋闪破碎段的热风分布均匀。也有圆柱形另加导风板形式布风的。所采取的措施都是避免出现均风死角。
      分散装置的结构形式也有多种。目前应用较多的都是旋转叶片的形式。只是旋转叶片的结构形式、数量多少有些变化。处理较粘物料时进料口的高度降低,旋转叶片的高度提高使其具有刮料的功能,从而避免物料粘壁。也有采用粉碎机结构形式或磨盘结构形式等多种。其目的都是将物料分散。对粘性很大或吸附性很强的物料,为解决其干燥问题,可将旋闪破碎段接触物料部分采用有机化处理。
      ②干燥段
      干燥段的结构较为简单,一般进料口开在干燥段的下部,并设有检修门及观察孔等,物料的运动轨迹可由此段直接观察到。此段的空塔常态风速或称中值速度一般取为3~5m/s,也可根据物料酌定的。
      ③分级回收段
      分级回收段的结构形式也有多种,较为普遍应用的是采用分级环或可调式分级环。近年来,为避免物料在干燥过程中的二次团聚,并降低其成品的粒度,也有加强力分级头装置的,其转速一般采用无级调速或变频调速。此种机构的采用,需经实验确定能否达到产品的粒度要求,若不能满足要求,应采取其他措施或改变干燥方式。

      2、工作原理
      旋转闪蒸干燥是连续操作,传热传质同时进行的对流干燥过程。物料经加料器进入干燥机内,与旋转上升的热空气接触对流换热,其表面水分迅速汽化。在分散装置的作用下,物料颗粒逐渐变小。比表面积逐渐加大,物料中的小颗粒(粉末状)随旋转气流呈螺旋状上浮。具有较大沉降速度的大颗粒落入旋闪破碎段,在下落的过程中,由于水分的蒸发而使颗粒间的结合力削弱,再经旋转叶片的冲击破碎及与沿环隙进入的高速旋转气流相遇,形成两相间较大的相对速度。由于气流对固体颗粒的强力剪切,旋转湍动作用,促使传热传质边界层减薄,增大传热传质系数。伴随湿份的迅速蒸发,同时由于颗粒间相互碰撞、摩擦及旋转叶片的冲击、分散的作用,使物料变成不等径的颗粒,并迅速微粒化,从而增加气固相接触面积。由于气流以很高的速度由环形底隙进入倒锥形空间,由下向上流通面积由小到大,形成气流的速度梯度。不等径颗粒分别在不同的高度悬浮。增加了停留时间,在传热传质推动力的作用下,物料中的非结合水迅速蒸发从而在旋闪破碎段形成加速干燥段。伴随湿份的蒸发与颗粒的微粒化,物料微粒在气流的作用下,呈螺旋状上升,边输送边干燥。增加了粒子运动的路径,延长了气固相接触时间,从而降低了干燥段的高度。在干燥段中,粒子处于悬浮和旋转状态,在重力、离心力和流体曳力为主的作用下,不同粒径的粒子以不同的轨道半径运行。较大半径的粒子在靠近筒壁处向上运动,在分级环的阻挡下以较大的沉降速度回落并重复上述过程。较小粒径的成品粒子通过分级环进入回收室。并由后部的气固分离装置产出粉状产品。
      3、干燥系统的配置
      伴随各行业的各种新材料的不断出现,使得旋转闪蒸干燥机的应用范围越来越广泛,同时每一种新物料的应用都为闪蒸干燥技术带来一个新的课题。任何一种干燥技术或任何一种干燥机都不是万能的,都受到一定条件的限制。对于闪蒸干燥机也是一样,必须在实验的基础上,针对不同的物料作一定的改进,才能满足各种不同物料的干燥要求。旋转闪蒸干燥系统的工艺流程基本是相同的。其系统构成主要包括鼓、引风机,热风源,干燥主机,加料机,两级回收装置及连接管路。干燥系统能否在^佳的工艺参数条件下正常连续运行,且达到设计能力,与系统中每个部分都有关系。因此,合理配置干燥系统至关重要。
      4、加料机的选择
      因输送物料的物性不同而派生出很多种结构形式的加料机。^先应用的是螺旋加料机,因物料粘性较大易抱轴,出现加料难的问题。为解决实际问题,在原加料机的基础上作了一些改进。在闭式螺旋筒的内壁上加条形板或加工沟槽;在螺旋叶片上开槽;在加料料斗处另加强力下压装置等措施增加物料的推进力来解决加料难的问题。近年来,又开发了双螺旋加料机,因双螺旋相对旋转,具有一定的自清洗功能,可解决一部分粘性物料的加料问题,但对粘性较大的物料,还需加强制下压装置推进物料。另外还有无轴加料机等新型加料形式,这些结构形式的出现。其目的都是解决粘性物料的输送。
      5、旋转闪蒸干燥主机的选择
      旋转闪蒸干燥机主要用来干燥膏糊状,滤饼状物料。由于所干燥物料的物性各不相同,因此出现了多种结构形式的干燥主机,而且伴随着经验积累,各个生产厂家的各种结构形式的主机都进行了系列化。虽然结构形式有些差异,但其主要的干燥工作原理是相同的,因此,干燥主机的选取方法也基本相同。干燥主机的选择,首先应对所要干燥的物料的物性进行分析,是否有相同或类似的物料的干燥经验,若没有,应做小试和中试,定量或定性地确定此种机型能否适应此种物料的干燥作业。然后再根据物料参数及处理量,进行物料衡算确定去水量,热平衡计算确定干燥介质(热风)的需求量。干燥主机规格的确定一般有两种方法。一种是经过实验确定物料的干燥强度。根据去水量来选择主机;另一种方法是根据干燥主机的中值速度确定每种规格的标态风量范围,再根据所需的标态风量来确定主机的规格。
      6、两级回收装置的选择
      旋转闪蒸干燥系统的回收就是气固分离,一般都采用两级回收装置,一级回收采用旋风分离器,二级回收采用袋式过滤器。旋风分离器的结构形式也有多种。较常用的是CLK型扩散式旋风分离器。其选择依据是根据风量确定进口风速,进口风速一般选择在12~20m/s之间,这样其压降不太大且收率较高。在一般的设计手册中其^大规格为Φ700,现在应用厂家已经开发到直径Φ1100左右,规格愈大,其收率愈降低。因此,在较大规格闪蒸干燥系统配套使用时,一般采用两个同规格的旋风分离器并联,提高其收率,尽量减少二级回收的入口含尘浓度,减轻袋滤器的负载。
     二级回收采用袋滤器,主要应用的是外滤式的两种形式。一种是脉冲反吹袋滤器,另一种机械回转反吹袋滤器,两种形式袋滤器的使用效果差不多。在旋转闪蒸干燥系统中应用的袋滤器的选择至关重要。因为干燥系统用于实际干燥作业中,压降变化^大的就是袋滤器,若选择不当,其阻力将增加很大,甚至在滤袋上出现料流,严重者将导致整个干燥系统无法工作。因此,在选择其规格时,应考虑多方面因素。袋滤器的选择依据有两项:一项是袋滤器的滤袋材质;另一项是过滤风速。在此基础上还应考虑物料的粒度及堆密度。物料愈细或堆密度愈小,其过滤风速的选择应降低,才能保证干燥系统正常运转,且保证物料的回收率。
      两级回收装置下部的排料机构,可采用的型式也较多。有衬胶蝶阀,星形卸料阀,双插板(或翻板)式卸料斗等多种形式,选择原则是闭风。
      7、热风源的选择
      在旋转闪蒸干燥系统中应用的热风源绝大多数都是间接换热所得,较少应用直接形式热风源。也有采用电加热的,但因其经济性差,只是小型实验装置上可用。还有采用蒸汽换热的,因其效率低,输出热风温度低,只应用一些不适合高温加热的物料。现已广泛应用的内接换热式热风炉的结构形式也有很多。燃料可采用燃煤、燃气、燃油。换热形式各有千秋。产出的热风温度也不相同。近年来出现了风温在400~550℃以上的间接换热形式。热风源的选择就是保证干燥机进口风温及干燥所需的热量。进口风温选择主要考虑的因素:一个是物料的物性;另一个因素是效率与一次性投资的关系,风温高则效率高,但投资大,风温低则效率低,长期使用经济性差,但一次性投资小。因此应根据热量衡算的结果及经济性分析来选择合适的热风源,同时应考虑环保因素。
      8、鼓、引风机的选择及管路的配置
      风机的参数主要有两项:一项是风量,另一项是全压。旋转闪蒸干燥系统中的鼓、引风机,主要根据主机的结构形式和热量衡算后的风量,以及整个系统的压降来确定型号。
干燥系统中管路的配置原则是尽量采用流线型,尽量不用90°弯头以降低其压降。考虑经济性及压降,管路中的风速一般选择在8~20m/s。
      9、发展趋势
      随着旋转闪蒸干燥设备的应用愈来愈多,其技术也在不断改进和完善,结构形式也在不断变化。近年来粉体行业发展迅速且规模也愈来愈大。从而对干燥系统的生产能力也提出了更高的需求,而大型的旋转闪蒸干燥机目前还很少见。^大型号也只在SZ165左右,因受到多方面因素的制约。首先是热风源问题,解决方法:一是增加换热面积,设备体积庞大;另一种方法是提高出口风温,而提高风温又受到材料等因素的影响。近年来,生产热工设备的厂家开发出了500℃风温的热风炉,但一次性投资较大。同时对干燥主机的结构也有影响。其次是回收装置也势必大型化。一级回收可采用多个旋风分离器并联,二级袋滤器的体积也很庞大。鉴于上述原因,其大型化发展缓慢。采用多级干燥机串联。对滤饼状物料,采用空心浆叶干燥机或将其造粒后采用带式干燥机,将含水量降低一部分,再用旋转闪蒸干燥机将其含水量降到终含水产出粉状产品。这些方法都可满足大规模生产的需要。但从降低能耗及一次性投资,减少占地面积等方面还有待进一步开发与研究。

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