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 理與 設(shè) 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。與其他干操設(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，

2、產(chǎn)品產(chǎn)量及 質(zhì)量大大提高，節(jié)能效果十分顯著。2 旋轉(zhuǎn)蒸燥機(jī)的構(gòu)造及原理21 燥機(jī)的造：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，與熱風(fēng)入口相連，熱風(fēng)與此以圓環(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)的可靠性，還可有效地防

3、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，并與室底及器壁都有微小間隙，可以保證物料在與器壁粘結(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。攪拌軸與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(mǎn)足產(chǎn)品粒度分布窄、濕含量均勻一致的要

4、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、風(fēng)分配器 2螺旋加料器 3、攪器 、分級(jí)器 5、旋轉(zhuǎn)干燥室 22 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)窳吓c干燥熱空氣充分接觸，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)入干操器底部環(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

5、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，與旋轉(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挝锪项w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

6、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?chē)蛏线\(yùn)動(dòng)與分級(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

7、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)器是一個(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)蒸燥機(jī)的工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)計(jì)算31 工藝計(jì)算(1)干燥能力：G2=G1(1-1)/（1-2)(1)式中 G2干燥物料產(chǎn)量，kgh；G1濕物料的處理量，kg；濕物料濕基含水量， kgkg出干器物料的濕基含水量， kgkg。 (2)水分蒸發(fā)量：W=GC(X1-X2)

8、=L(Y1-Y2)(2)式中 一水分蒸發(fā)量，kghGC 一絕干物料質(zhì)量流量，kgh；X1 進(jìn)干燥器物料的干基含水量，；X2 一出干燥器物料的干基含水量，kg；Y1 一進(jìn)干燥器空氣的濕度， 水 空氣；Y2 一出干燥器空氣的濕度， 水 空氣； L 一干空氣流量，。(3)空氣消耗量L(I1-I2)=GC(I1-I2)+QL(3)出干燥器空氣的焓：I2=+Y2)t2+2490Y2(4)式中 I1進(jìn)干燥器空氣的焓， kg 空氣；I2出干燥器空氣的焓，kJkg 干空氣；I1一進(jìn)干燥器物料的焓，kJkg 絕干料；I2一出干燥器物料的焓，kJkg 絕干料；QL 一干燥器的熱量損失，kJh；t2 一空氣出干燥器

9、的溫度，。由(2)、(3)、(4)出，只有 、L 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。 32 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， 為干室直徑， mV 為干燥機(jī)內(nèi)平均氣體流量， v 為干燥機(jī)內(nèi)氣體流速，一般為 35ms2)干燥機(jī)高度 H 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)

10、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：tm 為對(duì)數(shù)平均溫差，由下式計(jì)算：t1 進(jìn)口溫度，t2 出口溫度，t1 可為和該區(qū)的濕球溫度相等，t2 也物料出口溫度，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 t1， t1=t1-(t1-t2)A單位干燥管體積內(nèi)的干燥表面積，A=6G(1+x)(36004)dpmVmG絕干物料流量，kgh；x物料干基含水量， kgkgm 一顆粒度， kgm3；D 一干燥室直徑，；Vm 固體顆粒的運(yùn)動(dòng)速度， ms；q旋轉(zhuǎn)氣流快速干燥管的熱交換量，q=CQQ 由干燥器熱量衡算確定， 系數(shù)，從安全考慮，

11、取 C=05；h傳熱系數(shù)，；dp產(chǎn)品粒度，m。3)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，也影響著產(chǎn)品的終濕含量。分級(jí)器的直 徑對(duì)產(chǎn)品的粒度大小的影響，可通過(guò)下列公式求得：此式假設(shè)顆粒為球狀，其密度為，直徑為 dp，流體的密度為，粘度為，顆粒初始旋轉(zhuǎn)半徑為 r1，分級(jí)器的內(nèi)半徑為 ，旋轉(zhuǎn)的角速度為，干 燥室的半徑為 R干燥室從底部到分級(jí)器的高度為 ，氣量為 v。(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 為：h=VDut)V 為干燥室的進(jìn)風(fēng)量 msD 為干燥室的直徑 ut 環(huán)隙的切向速度，一般為 30-60ms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)行情況與設(shè)計(jì)結(jié)果基本符合。4 旋轉(zhuǎn)蒸燥機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用41 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，物料與空氣接觸時(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、濕度。(4