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旋轉閃蒸干燥機的發展現狀

信息來源: | 發布日期: 2012-07-18 | 瀏覽量:
關鍵詞:旋轉閃蒸干燥機的發展現狀

      在對流干燥機內設置旋轉分散裝置,使得干燥機內的熱風旋轉上升,進入干燥機的物料在旋轉分散裝置和高溫熱風的共同作用下,在干燥機內充分彌散,比表面積迅速擴大,加快了傳熱傳質速度,使物料快速干燥,干燥的物料在載濕體熱風的夾帶下,旋轉懸浮上升形成氣固兩相流,經分級后由干燥機后部的氣固分離裝置產出干燥后的粉狀物料。這類干燥設備稱為旋轉閃蒸干燥機、旋轉快速干燥機、微粉干燥機或強力干燥機。
      旋轉閃蒸干燥機可將高粘度的膏狀物、沉積物或濾餅狀物料一次干燥成粉,無需二次破碎。由于干燥時間短,物料溫升低,更適用一些有熱敏性物料及生物菌體等的干燥。而且旋轉閃蒸干燥機具有結構簡單、操作方便、設備占地面積小、能耗低、微負壓操作無粉塵飛揚等特點,極大地改善操作環境。因此,其適用范圍愈來愈廣泛。
      為滿足各種物料的特性和干燥的工藝條件,旋轉閃蒸干燥機的結構和型式很多。由于旋轉閃蒸干燥機的諸多優點及其適用面的擴大, 近年來不斷有新型的閃蒸干燥機問世。有的是在傳統的干燥機的基礎上提高旋轉分散裝置的轉速或改變結構形式提高分散能力;有的是在原有分級環的基礎上增加強力分級頭,其目的是降低產品的粒度。因不斷有新的物料需要干燥,為適應這些物料的物性及各種不同的要求,干燥機也在不斷的改進和完善。
      一、旋轉閃蒸干燥機的設備結構特點和工作原理
      1、構造特點
      旋轉閃蒸干燥機主要由三部分組成:破碎段、干燥段和分級回收段。
      ①破碎段
      旋閃破碎段位于干燥機的下部,其結構可分為三部分:旋閃室、集風室和分散裝置。
      旋閃室有多種結構形式,較為典型的有三種,第一種是大錐體,下部環形底隙與集風室相通,分散裝置下部的旋轉葉片直達環隙處, 如圖2-59所示。有的還采取措施將環形底隙制成可調形式。這種形式的干燥機一般采用正壓操作,用以高粘性物料的干燥。    
      第二種是采用小錐體帶平底,分散裝置下部的旋轉葉片外延至集風室。這種形式的干燥機可采用負壓操作,用來處理粘性不太大、較易分散或含水量不太高的物料。對分散裝置稍加改變也可適于粘性較大物料的干燥。這兩種形式的干燥機環隙處的空塔風速在30m/s以上。
      還有一種是無錐體的平底閃蒸干燥機,在旋閃套上開有布風孔槽或在集風室配裝布風機構?;虿捎闷降谉o集風室,采用氣力直接加料的形式,此種形式適用于粉料或易分散的物料的干燥。
      集風室內部一般呈蝸殼結構,使進入旋閃破碎段的熱風分布均勻。也有圓柱形另加導風板形式布風的。所采取的措施都是避免出現均風死角。
      分散裝置的結構形式也有多種。目前應用較多的都是旋轉葉片的形式。只是旋轉葉片的結構形式、數量多少有些變化。處理較粘物料時進料口的高度降低,旋轉葉片的高度提高使其具有刮料的功能,從而避免物料粘壁。也有采用粉碎機結構形式或磨盤結構形式等多種。其目的都是將物料分散。對粘性很大或吸附性很強的物料,為解決其干燥問題,可將旋閃破碎段接觸物料部分采用有機化處理。
      ②干燥段
      干燥段的結構較為簡單,一般進料口開在干燥段的下部,并設有檢修門及觀察孔等,物料的運動軌跡可由此段直接觀察到。此段的空塔常態風速或稱中值速度一般取為3~5m/s,也可根據物料酌定的。
      ③分級回收段
      分級回收段的結構形式也有多種,較為普遍應用的是采用分級環或可調式分級環。近年來,為避免物料在干燥過程中的二次團聚,并降低其成品的粒度,也有加強力分級頭裝置的,其轉速一般采用無級調速或變頻調速。此種機構的采用,需經實驗確定能否達到產品的粒度要求,若不能滿足要求,應采取其他措施或改變干燥方式。

      2、工作原理
      旋轉閃蒸干燥是連續操作,傳熱傳質同時進行的對流干燥過程。物料經加料器進入干燥機內,與旋轉上升的熱空氣接觸對流換熱,其表面水分迅速汽化。在分散裝置的作用下,物料顆粒逐漸變小。比表面積逐漸加大,物料中的小顆粒(粉末狀)隨旋轉氣流呈螺旋狀上浮。具有較大沉降速度的大顆粒落入旋閃破碎段,在下落的過程中,由于水分的蒸發而使顆粒間的結合力削弱,再經旋轉葉片的沖擊破碎及與沿環隙進入的高速旋轉氣流相遇,形成兩相間較大的相對速度。由于氣流對固體顆粒的強力剪切,旋轉湍動作用,促使傳熱傳質邊界層減薄,增大傳熱傳質系數。伴隨濕份的迅速蒸發,同時由于顆粒間相互碰撞、摩擦及旋轉葉片的沖擊、分散的作用,使物料變成不等徑的顆粒,并迅速微?;?,從而增加氣固相接觸面積。由于氣流以很高的速度由環形底隙進入倒錐形空間,由下向上流通面積由小到大,形成氣流的速度梯度。不等徑顆粒分別在不同的高度懸浮。增加了停留時間,在傳熱傳質推動力的作用下,物料中的非結合水迅速蒸發從而在旋閃破碎段形成加速干燥段。伴隨濕份的蒸發與顆粒的微?;?,物料微粒在氣流的作用下,呈螺旋狀上升,邊輸送邊干燥。增加了粒子運動的路徑,延長了氣固相接觸時間,從而降低了干燥段的高度。在干燥段中,粒子處于懸浮和旋轉狀態,在重力、離心力和流體曳力為主的作用下,不同粒徑的粒子以不同的軌道半徑運行。較大半徑的粒子在靠近筒壁處向上運動,在分級環的阻擋下以較大的沉降速度回落并重復上述過程。較小粒徑的成品粒子通過分級環進入回收室。并由后部的氣固分離裝置產出粉狀產品。
      3、干燥系統的配置
      伴隨各行業的各種新材料的不斷出現,使得旋轉閃蒸干燥機的應用范圍越來越廣泛,同時每一種新物料的應用都為閃蒸干燥技術帶來一個新的課題。任何一種干燥技術或任何一種干燥機都不是萬能的,都受到一定條件的限制。對于閃蒸干燥機也是一樣,必須在實驗的基礎上,針對不同的物料作一定的改進,才能滿足各種不同物料的干燥要求。旋轉閃蒸干燥系統的工藝流程基本是相同的。其系統構成主要包括鼓、引風機,熱風源,干燥主機,加料機,兩級回收裝置及連接管路。干燥系統能否在^佳的工藝參數條件下正常連續運行,且達到設計能力,與系統中每個部分都有關系。因此,合理配置干燥系統至關重要。
      4、加料機的選擇
      因輸送物料的物性不同而派生出很多種結構形式的加料機。^先應用的是螺旋加料機,因物料粘性較大易抱軸,出現加料難的問題。為解決實際問題,在原加料機的基礎上作了一些改進。在閉式螺旋筒的內壁上加條形板或加工溝槽;在螺旋葉片上開槽;在加料料斗處另加強力下壓裝置等措施增加物料的推進力來解決加料難的問題。近年來,又開發了雙螺旋加料機,因雙螺旋相對旋轉,具有一定的自清洗功能,可解決一部分粘性物料的加料問題,但對粘性較大的物料,還需加強制下壓裝置推進物料。另外還有無軸加料機等新型加料形式,這些結構形式的出現。其目的都是解決粘性物料的輸送。
      5、旋轉閃蒸干燥主機的選擇
      旋轉閃蒸干燥機主要用來干燥膏糊狀,濾餅狀物料。由于所干燥物料的物性各不相同,因此出現了多種結構形式的干燥主機,而且伴隨著經驗積累,各個生產廠家的各種結構形式的主機都進行了系列化。雖然結構形式有些差異,但其主要的干燥工作原理是相同的,因此,干燥主機的選取方法也基本相同。干燥主機的選擇,首先應對所要干燥的物料的物性進行分析,是否有相同或類似的物料的干燥經驗,若沒有,應做小試和中試,定量或定性地確定此種機型能否適應此種物料的干燥作業。然后再根據物料參數及處理量,進行物料衡算確定去水量,熱平衡計算確定干燥介質(熱風)的需求量。干燥主機規格的確定一般有兩種方法。一種是經過實驗確定物料的干燥強度。根據去水量來選擇主機;另一種方法是根據干燥主機的中值速度確定每種規格的標態風量范圍,再根據所需的標態風量來確定主機的規格。
      6、兩級回收裝置的選擇
      旋轉閃蒸干燥系統的回收就是氣固分離,一般都采用兩級回收裝置,一級回收采用旋風分離器,二級回收采用袋式過濾器。旋風分離器的結構形式也有多種。較常用的是CLK型擴散式旋風分離器。其選擇依據是根據風量確定進口風速,進口風速一般選擇在12~20m/s之間,這樣其壓降不太大且收率較高。在一般的設計手冊中其^大規格為Φ700,現在應用廠家已經開發到直徑Φ1100左右,規格愈大,其收率愈降低。因此,在較大規格閃蒸干燥系統配套使用時,一般采用兩個同規格的旋風分離器并聯,提高其收率,盡量減少二級回收的入口含塵濃度,減輕袋濾器的負載。
     二級回收采用袋濾器,主要應用的是外濾式的兩種形式。一種是脈沖反吹袋濾器,另一種機械回轉反吹袋濾器,兩種形式袋濾器的使用效果差不多。在旋轉閃蒸干燥系統中應用的袋濾器的選擇至關重要。因為干燥系統用于實際干燥作業中,壓降變化^大的就是袋濾器,若選擇不當,其阻力將增加很大,甚至在濾袋上出現料流,嚴重者將導致整個干燥系統無法工作。因此,在選擇其規格時,應考慮多方面因素。袋濾器的選擇依據有兩項:一項是袋濾器的濾袋材質;另一項是過濾風速。在此基礎上還應考慮物料的粒度及堆密度。物料愈細或堆密度愈小,其過濾風速的選擇應降低,才能保證干燥系統正常運轉,且保證物料的回收率。
      兩級回收裝置下部的排料機構,可采用的型式也較多。有襯膠蝶閥,星形卸料閥,雙插板(或翻板)式卸料斗等多種形式,選擇原則是閉風。
      7、熱風源的選擇
      在旋轉閃蒸干燥系統中應用的熱風源絕大多數都是間接換熱所得,較少應用直接形式熱風源。也有采用電加熱的,但因其經濟性差,只是小型實驗裝置上可用。還有采用蒸汽換熱的,因其效率低,輸出熱風溫度低,只應用一些不適合高溫加熱的物料?,F已廣泛應用的內接換熱式熱風爐的結構形式也有很多。燃料可采用燃煤、燃氣、燃油。換熱形式各有千秋。產出的熱風溫度也不相同。近年來出現了風溫在400~550℃以上的間接換熱形式。熱風源的選擇就是保證干燥機進口風溫及干燥所需的熱量。進口風溫選擇主要考慮的因素:一個是物料的物性;另一個因素是效率與一次性投資的關系,風溫高則效率高,但投資大,風溫低則效率低,長期使用經濟性差,但一次性投資小。因此應根據熱量衡算的結果及經濟性分析來選擇合適的熱風源,同時應考慮環保因素。
      8、鼓、引風機的選擇及管路的配置
      風機的參數主要有兩項:一項是風量,另一項是全壓。旋轉閃蒸干燥系統中的鼓、引風機,主要根據主機的結構形式和熱量衡算后的風量,以及整個系統的壓降來確定型號。
干燥系統中管路的配置原則是盡量采用流線型,盡量不用90°彎頭以降低其壓降??紤]經濟性及壓降,管路中的風速一般選擇在8~20m/s。
      9、發展趨勢
      隨著旋轉閃蒸干燥設備的應用愈來愈多,其技術也在不斷改進和完善,結構形式也在不斷變化。近年來粉體行業發展迅速且規模也愈來愈大。從而對干燥系統的生產能力也提出了更高的需求,而大型的旋轉閃蒸干燥機目前還很少見。^大型號也只在SZ165左右,因受到多方面因素的制約。首先是熱風源問題,解決方法:一是增加換熱面積,設備體積龐大;另一種方法是提高出口風溫,而提高風溫又受到材料等因素的影響。近年來,生產熱工設備的廠家開發出了500℃風溫的熱風爐,但一次性投資較大。同時對干燥主機的結構也有影響。其次是回收裝置也勢必大型化。一級回收可采用多個旋風分離器并聯,二級袋濾器的體積也很龐大。鑒于上述原因,其大型化發展緩慢。采用多級干燥機串聯。對濾餅狀物料,采用空心漿葉干燥機或將其造粒后采用帶式干燥機,將含水量降低一部分,再用旋轉閃蒸干燥機將其含水量降到終含水產出粉狀產品。這些方法都可滿足大規模生產的需要。但從降低能耗及一次性投資,減少占地面積等方面還有待進一步開發與研究。

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