旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的原理與設(shè)計(jì)

1、旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的原理及設(shè)計(jì)1概述旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥裝置是一種將干燥技術(shù)和流態(tài)化技術(shù)綜合為一體的干 燥設(shè)備，它克服了干燥設(shè)備能源消耗大和流化床干燥不均勻的缺點(diǎn)，集兩 者之所長(zhǎng)，成為具有高效、節(jié)能、快速等特點(diǎn)的理想干燥設(shè)備。它特別適 合于膏狀物、濾餅等物料的直接干燥，彌補(bǔ)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(jìn)行噴霧處理的復(fù)雜過(guò)程。數(shù)年來(lái)，旋轉(zhuǎn) 閃蒸干操?gòu)V泛應(yīng)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。及其他干操設(shè) 備相比，旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥裝置技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備緊湊、操作簡(jiǎn)單、維修方便， 強(qiáng)化了氣固傳熱效果，使干燥時(shí)間大為縮短，產(chǎn)品產(chǎn)

2、量及質(zhì)量大大提高， 節(jié)能效果十分顯著。2旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的構(gòu)造及原理2. 1干燥機(jī)的構(gòu)造：旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)如下圖所示，主要由熱風(fēng)分配器、螺旋加料器、攪拌 器、分級(jí)器、旋轉(zhuǎn)干燥室等幾部分組成。干燥室底部設(shè)置倒錐體結(jié)構(gòu)，其 外圓環(huán)為熱風(fēng)分配器，及熱風(fēng)入口相連，熱風(fēng)及此以圓環(huán)狀分布在筒體外 周，從簡(jiǎn)體底部狹縫以切線方向進(jìn)入流化段形成旋轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)。環(huán)隙尺寸是直 接影響干燥機(jī)工作狀況的主要參數(shù)。倒錐體結(jié)構(gòu)，可使熱風(fēng)流通截面自下 而上不斷交大，底部氣速相對(duì)較大，上部氣速相對(duì)較小，從而保證了下部 的大顆粒處于流化狀態(tài)的同時(shí)，上部的小顆粒也外于流化狀態(tài)。另外，倒 錐體結(jié)構(gòu)還縮小了攪拌軸懸臂部分的長(zhǎng)度，增加了運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠

3、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(zhǎng)軸承的使用壽命。流化段 內(nèi)設(shè)有攪拌器，用來(lái)破碎、混合物料，使熱風(fēng)和物料充分接觸并保證粒子 在干燥室高溫區(qū)停留時(shí)間為最短，為防止物料在攪拌器作用下拋向四壁， 粘結(jié)在四壁上出現(xiàn)“結(jié)巴”現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致不能正常操作，攪拌齒上安裝刮 板，并及室底及器壁都有微小間隙，可以保證物料在及器壁粘結(jié)牢固之前 便將其剝落。另外，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)也應(yīng)合理選擇，其轉(zhuǎn)速的常規(guī)范周為50-500轉(zhuǎn)/ 分。攪拌軸及干燥器底部有良好的密封裝置。干燥室頂部的分級(jí)器是一個(gè) 有一定的角度的帶孔園形板。分級(jí)器的作用主要是將顆粒較大、還沒(méi)有干 燥的物料分離擋下，以繼續(xù)進(jìn)行干燥，從而保證滿足產(chǎn)品

4、粒度分布窄、濕 含量均勻一致的要求。分級(jí)器孔徑大小和高度決定干品粒度，當(dāng)高度一定 時(shí)，孔徑越小其產(chǎn)品的粒度越細(xì)。1、熱風(fēng)分配器2、螺旋加料器3、攪拌器4、分級(jí)器5、旋轉(zhuǎn)干燥室2. 2干燥原理根據(jù)干燥過(guò)程中發(fā)揮的作用可以把主體設(shè)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(jí)段。各段結(jié)構(gòu)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(shè)有攪拌器。它能幫助破碎高粘 性物料，使?jié)窳霞案稍餆峥諝獬浞纸佑|，產(chǎn)生最大的傳熱系數(shù)。干燥熱風(fēng) 從切線方向以一定風(fēng)速進(jìn)入干操潛底部環(huán)形通道，從殼底縫隙進(jìn)入流化 段。由于通道截面突然減小，使動(dòng)能增加、風(fēng)速增大，這樣在器內(nèi)形成具 有

5、較大風(fēng)速的旋轉(zhuǎn)風(fēng)場(chǎng)。物料自螺旋輸送器進(jìn)入干燥器后，首先承受攪拌 器的機(jī)械粉碎，在離心、剪切、碰撞的作用下物料被微料化，及旋轉(zhuǎn)熱風(fēng) 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(fēng)中，彼此間互相碰撞和磨擦，同時(shí)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(yùn)動(dòng)，使氣固兩相充分接觸，加速了傳質(zhì)、傳熱 過(guò)程。在流化段內(nèi)冷熱介質(zhì)溫差最大，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(fēng)帶出流化段。流化段屬于高溫區(qū)，物料濕含量 較大，當(dāng)物料水分散失后，它已完全脫離了高溫區(qū)進(jìn)入干燥段。因?yàn)榱骰?段物料顆粒內(nèi)部保持一定水分，物料不會(huì)過(guò)熱。干燥的微粒瞬間脫離高溫 區(qū)，所以

6、旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥設(shè)備對(duì)熱敏性物料非常適用。經(jīng)過(guò)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(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)，因 具有較大的沉降速度而落回流化段重復(fù)流化干燥：較小顆粒向上進(jìn)入干燥 段。(2)干燥段是加料螺旋以上到分級(jí)器之間的空間，此時(shí)物料在旋轉(zhuǎn)風(fēng) 場(chǎng)中繼續(xù)干燥。較小顆粒繼續(xù)向上進(jìn)入分級(jí)段；較大顆粒在器壁周圍向上 運(yùn)動(dòng)及分級(jí)器碰撞下落重新干燥，直到達(dá)到干燥質(zhì)量要求。干燥段的熱風(fēng) 經(jīng)過(guò)流化段質(zhì)熱交換后，風(fēng)速減小，濕度增加，這保證了干燥段在穩(wěn)定條 件下順利進(jìn)行，控制了物料在干燥器停留時(shí)間，根據(jù)空氣在干燥器內(nèi)停留 時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)空

7、氣流速，就使成品的粒度、產(chǎn)量及最終含水量得到控制，從 而在干燥器內(nèi)形成一個(gè)進(jìn)料速率和符合要求的干品產(chǎn)量之間的平衡。旋轉(zhuǎn) 閃蒸干燥器最終產(chǎn)品的含水量很少受進(jìn)料濕含量波動(dòng)的影響，這也是該干 燥器的優(yōu)點(diǎn)之一。(3)分級(jí)段是包括分級(jí)器在內(nèi)的分級(jí)器以上部分，分級(jí)港是一個(gè)開(kāi)孔 圓擋板，通過(guò)改變孔直徑和分級(jí)段高度，改變空氣流速就可以控制離開(kāi)干 燥器的粒子尺寸和數(shù)量。在此段干燥完成、達(dá)到粒度要求的物料隨熱風(fēng)帶 出進(jìn)入除塵器進(jìn)行補(bǔ)集。3旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)計(jì)算3. 1工藝計(jì)算(1)干燥能力：g2= g1 (1-0 1)/ ( 1-32)(1)式中g(shù)2干燥物料產(chǎn)量，kg / h；g1一一濕物料的處理量，

8、kg/h：3 1濕物料的濕基含水量，kg/kg；a 2出干燥器物料的濕基含水量，kg / kgo(2)水分蒸發(fā)量:w= gc (xi- x2 )=l(y1-y2)(2)式中w 一水分蒸發(fā)量，kg / h；gc 一絕干物料質(zhì)量流量，kg/h：xi 一進(jìn)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(jìn)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/ho(3)空氣消耗量l(i1-i2)= gc (it-12 )+ql(3)出干燥器空氣的焰：12 =(1.01+1.88 y2 )t2 +24

9、90 y2(4)式中ii 一進(jìn)干燥器空氣的焰，kj/kg干空氣；12出干燥器空氣的焰，kj/kg干空氣；ii一進(jìn)干燥器物料的焰，kj/kg絕干料；12一出干燥潛物料的焰，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、12、l三個(gè)未知數(shù)，故方程組可以求解，并由此可以確定風(fēng)機(jī)風(fēng)量和熱風(fēng)爐供熱要求。將變成風(fēng)機(jī)進(jìn) 口處標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)量及系統(tǒng)所需風(fēng)壓，可選擇風(fēng)機(jī)。物料中水分汽化所需 熱量，由熱風(fēng)爐提供。3. 2干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)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，mv為干燥機(jī)內(nèi)平均氣體

10、流量，m3 / hv為干燥機(jī)內(nèi)氣體流速，一般為35m / s2）干燥機(jī)高度h的確定干燥機(jī)的高度由濃相流態(tài)化高度和旋轉(zhuǎn)氣流干燥段高度組成，為增大 設(shè)備熱容量，穩(wěn)定操作，流化段高度可以取得適當(dāng)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(xiàn)fl）空氣至 固體顆粒的傳熱速率方程式，計(jì)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：為對(duì)數(shù)平均溫差，由下式計(jì)算：tl為進(jìn)口溫度，t2為出口溫度，t3 1可認(rèn)為和該區(qū)的濕球溫度相等，。cto)2也為物料出口溫度，c進(jìn)入旋轉(zhuǎn)氣流干燥管的進(jìn)氣溫度因通過(guò)流態(tài)化區(qū)而相應(yīng)降低，取為 tl,tl=tl -(0.30.5)( tl

11、- t2 )a一單位干燥管體積內(nèi)的干燥表面積，m2 / m 3,a=6g (1+x) / (3600 ji d2 / 4) dp p m vmg一絕干物料流量，kg/h；x 一 物料干基含水量，kg / kg；pm顆粒密度，kg / m3 ：d 一干燥室直徑，m：vm固體顆粒的運(yùn)動(dòng)速度，m / s；q-旋轉(zhuǎn)氣流快速干燥管的熱交換量，q二cq,q由干燥器熱量衡算確定，c為系數(shù)，從安全考慮，取c=0. 50. 7；h一傳熱系數(shù)，kj / (m2 h )；dp產(chǎn)品粒度，mo3)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)(a)分級(jí)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

12、著產(chǎn)品的終濕含量。 分級(jí)港的宜徑對(duì)產(chǎn)品的粒度大小的影響，可通過(guò)下列公式求得：pi6r 的 rjfi此式假設(shè)顆粒為球狀，其密度為p ,直徑為dp,流體的密度為 pg，粘度為口，顆粒初始旋轉(zhuǎn)半徑為rl，分級(jí)器的內(nèi)半徑為r2,旋轉(zhuǎn) 的角速度為3,干燥室的半徑為r,干燥室從底部到分級(jí)器的高度為h, 氣量為v o(b)氣體分布器該裝置由一空心的旋轉(zhuǎn)蝸殼和環(huán)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(gè)間隙，形成窄縫。進(jìn)風(fēng)環(huán) 隙可調(diào)節(jié)，氣體切向進(jìn)入氣體分布器，經(jīng)過(guò)環(huán)形擋板的下部縫隙，進(jìn)入干 燥室內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)上升氣流。環(huán)隙窄縫的高度h為：h=v / ( n dut )v為干燥室的進(jìn)風(fēng)量m/sd為干燥室的直徑mut為環(huán)隙的切向速度，一般為3060m / so以阻燃劑氫氧化鎂為例，將有關(guān)參數(shù)代入上上式，得到計(jì)算結(jié)果如下, 事實(shí)證明，設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況及設(shè)計(jì)結(jié)果基本符合。4旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用4. 1特點(diǎn)(1)物料在干燥機(jī)內(nèi)同時(shí)完成破碎、分散、干燥、分級(jí)等處理過(guò)程， 強(qiáng)化了傳質(zhì)、傳熱，干燥強(qiáng)度高。(2)切向速度高，物料及空氣接觸時(shí)間短，解決了熱敏性物料的焦化 變色問(wèn)題。(3)設(shè)置分級(jí)器，可控制產(chǎn)品的粒度、