旋轉閃蒸（zhēng）幹燥機的（de）設計參考

旋轉（zhuǎn）閃蒸幹燥裝置是一種將（jiāng）幹燥技術和流態化技術綜合為一體的幹燥設備，它克服（fú）了幹燥設備能耗大和流（liú）化床幹燥不均勻的缺點，集兩者之所長，成為具有高（gāo）效、節（jiē）能、快速等特點的理（lǐ）想幹燥設備。它特別適（shì）合於膏狀物、濾餅等物料的直接幹燥，彌補了耙式幹燥效率低、產量（liàng）小的不足，改變了噴霧幹燥先稀釋再（zài）進行噴霧處理的複雜過程。數年（nián）來，旋轉閃蒸幹燥廣泛應用於輕工、石（shí）油、化（huà）纖、食品、礦山（shān）、塗料、染料及中間體等化工行（háng）業的高粘（zhān）度、高稠度、熱敏性膏狀物料的幹燥。與其他幹燥設備相比（bǐ），旋轉閃蒸幹燥裝置技術先進、設備緊（jǐn）湊、操作簡單、維修方便，強化了汽固傳熱效果，使幹燥時間大（dà）為縮短，產品產量及質量大（dà）大提高，節能效果^顯著。

旋轉閃蒸幹燥機如圖1所示。主要由熱風分配（pèi）器、螺旋加料器（qì）、攪拌器、分級器、旋（xuán）轉幹燥室（shì）等組（zǔ）成。幹（gàn）燥室底部為錐體（tǐ）結構，其外圓環（huán）為熱風分配器，與熱（rè）風入口相連，熱風在此作圓環狀分布，從筒體底部狹縫以切線方（fāng）向進入流化段形（xíng）成旋轉風場。環隙尺寸（cùn）是直（zhí）接影響幹燥機工作狀況的主要參數（shù）。錐體結（jié）構，可（kě）使熱風流通（tōng）截麵自（zì）下（xià）而上（shàng）不斷變大，底部氣速相對較大，上部氣速相（xiàng）對較小，從而（ér）保證了（le）下部（bù）的大顆粒處於流化（huà）狀態的同時，上部的小（xiǎo）顆粒也處於流化狀態。另外（wài），錐體結構還縮小（xiǎo）了攪拌軸（zhóu）懸臂部分的長（zhǎng）度，增加了（le）運轉的可靠性，改善了（le）軸在高溫區的工作狀況，延長了（le）軸承的使用壽命。流化段內設有攪拌器，用來破碎、混合物料，使熱風與物料充分接觸（chù）並保（bǎo）證粒子在幹（gàn）燥室高溫區停留時間為^短。為防止物料在攪（jiǎo）拌器作用下拋向四壁，粘結在四壁上（shàng）出現“結巴（bā）”現象，並導致不能正（zhèng）常（cháng）操作（zuò），為（wéi）此在攪拌齒（chǐ）上安裝（zhuāng）了（le）刮板，並與室底及器壁（bì）保持微小問隙。這（zhè）種結構可（kě）以保證物料在與器壁粘結牢固之前便將其剝（bāo）落。另外，攪拌轉數也應合理選擇，其轉速的常規（guī）範周為50—500r／min。攪拌軸與幹燥器底（dǐ）部（bù）有良好的密封裝置。

幹燥室頂部的分級器是一個有一定角度（dù）的帶孔圓形板。分級器的作（zuò）用主要（yào）是將顆粒較大、還沒有幹燥的物料分離（lí）擋下，以繼續進行幹燥，從而保證（zhèng）滿足產品（pǐn）粒度分布窄、濕（shī）含量均勻（yún）一致的（de）要求（qiú）。分級器孔徑大小和高度決定幹品粒度，當高度一定時，孔徑越（yuè）小其產品的（de）粒度越細。

根據幹燥過程發（fā）揮的作用，可以把（bǎ）旋轉閃蒸幹（gàn）燥機的（de）主體設備（bèi）分為三（sān）部分：底部（bù）流化段（duàn），中問幹燥段，上部分級段。各段結構不同，所起作用不一樣。

(1)流化段是物（wù）料人口（kǒu）以下部（bù）分，內設有攪（jiǎo）拌器。它能（néng）幫助破碎高粘性物（wù）料，使濕料（liào）與幹燥熱空氣充分接觸，產生^大的傳熱係數（shù）。幹燥熱風從切線方向（xiàng）以一定速度進入幹燥器底部的環形通道，從殼底縫隙進入流化段。由於通道截（jié）麵突然減小，使動（dòng）能與風（fēng）速增大，這樣在器內形成具有較高風（fēng）速的旋轉風場。物料自螺旋輸送器進入幹燥器後，首先承受攪拌器的機械粉碎，在離心、剪切（qiē）、碰撞（zhuàng）力的作用下物料被微粒化（huà），與旋轉熱風充（chōng）分接（jiē）觸形成流化床而被流態化。處（chù）於流化狀態的顆粒表麵完（wán）全暴露在熱風中，彼（bǐ）此問互相碰撞和摩擦，同時水分蒸（zhēng）發，使粒子問粘性力減弱，顆粒之問形成分散、不規則的運動，使氣固兩相充分（fèn）接觸，加速了傳質（zhì）、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。隻有充分幹燥後的微粒才能被熱風（fēng）帶出流化段。流（liú）化段屬於高溫區（qū），因為流化段（duàn）物（wù）料（liào）顆粒內（nèi）部保持著一（yī）定的水分，物料不會過熱，而幹燥後（hòu）的微粒瞬（shùn）間便脫離高溫區，所以旋轉閃蒸幹燥設（shè）備對熱敏性（xìng）物料非常（cháng）適（shì）用。經過流（liú）化段幹燥後，物（wù）料被破（pò）碎幹燥成各種粒度不同的球形和不規則形狀顆粒，在旋轉空氣的浮力和徑向（xiàng）離心力的作用下，未幹燥（zào）的顆粒向器壁運動，並因其具有較大的沉降速度（dù）而落回流化段重複流化幹燥；較小顆粒向上（shàng）進入幹燥段。

(2)幹（gàn）燥段（duàn）是加料螺旋以上到分級器之間的空間（jiān），此時物料在旋轉風場中繼續幹燥。較小顆粒繼續向上進入分級段（duàn）；較大顆粒在器壁周圍向上（shàng）運動與分級器碰撞下落重新幹燥，直至達到幹燥質量要求。幹燥段的熱風經過流化段質（zhì）熱交換後，風速減小，濕度（dù）增大，保證了幹燥（zào）段在穩（wěn）定條件下順利進行。為了控製（zhì）物料在幹燥器內的停留時間，應根據空（kōng）氣在幹燥器內停留（liú）的時問來調（diào）節空氣（qì）流速，從而使成品的粒度、產量及^終含水量得到控製，使幹（gàn）燥器形成一種進（jìn）料速率與符合要求的幹品產量之間的平（píng）衡。旋轉閃蒸幹燥器^終產品的含水（shuǐ）量很少受進料濕含量波動的影響，這也是該幹燥器的優點之一。

(3)分級段是包括分級器在內的分級器以上部分（fèn）。分級器是一個開孔圓（yuán）擋板（bǎn），通過改變孔的直（zhí）徑（jìng）和分級（jí）段高度，即改變空氣流速就可以控（kòng）製離開幹燥器的粒子尺寸（cùn）和數量（liàng）。在此段完成幹燥、達（dá）到粒度要求的物料隨熱風進入除塵器進行捕集。

(1)幹燥能力：

G₂= G₁ (1-ω₁)/（ 1-ω₂) (1)

式中G₂——幹燥物料產量，kg／h；

G₁——濕物料的（de）處理量，kg／h；

ω₁——濕物料的（de）濕基含水量，kg／kg；

ω_2———出（chū）幹燥器物料的濕基含水量，kg／kg。

(2)水分蒸發量：

W= G_C(X₁- X₂ )=L(Y₁ –Y₂) (2)

式中 W一（yī）水分蒸發量，kg／h；

G_C一絕幹物料質量流量，kg／h；

X₁一進幹燥器物料的幹基含水量，kg／kg；

X₂一出幹（gàn）燥器物料的幹基含水量，kg／kg；

Y₁一進幹燥器空氣的濕度，kg水／kg幹空氣；

Y₂一出（chū）幹（gàn）燥器（qì）空氣的濕度，kg水／kg幹空（kōng）氣（qì）；

L一絕幹空氣流（liú）量，kg／h。

(3)空氣消耗量

L(I₁-I₂)= G_C (I₁^{`</sup>-I<sub>2</sub><sup>`} )+Q_L (3)

出幹燥器空氣的焓：

I₂ =(1.01+1.88 Y₂ )t₂ +2490 Y₂ (4)

式（shì）中 I₁—進幹燥器空氣的焓，kJ／kg幹空氣；

I₂—出幹燥器空氣的焓，kJ／kg幹空氣；

I₁^`一進幹燥器物料（liào）的（de）焓，kJ／kg絕幹料；

I₂^`一出幹燥器物料的焓（hán），kJ／kg絕幹料；

Q_L一幹（gàn）燥（zào）器的熱量損（sǔn）失，kJ／h；

t₂一空氣出幹燥器的溫度，℃。

由式(2)、(3)、(4)看出，隻有Y₂、I₂、L三個未知數（shù），故方程組可以求解，並由此可以確定風機風量和熱風爐供熱要（yào）求。

(1)幹燥室直（zhí）徑的確定（dìng）

幹燥（zào）室直徑由幹燥室內氣流的截麵速度確定：

式中 D一幹燥室（shì）直徑，m；

V一幹燥機內平均氣（qì）體（tǐ）流量（liàng），m³／h；

ν一幹燥機內氣體流速，一般為3—5m／s。

(2)幹燥機高度H的確定（dìng）

幹燥機的高度由濃相流態化高度和（hé）旋（xuán）轉氣流幹燥段高（gāo）度組成，為增大設（shè）備熱容（róng）量和穩定（dìng）操（cāo）作，流化段高度可以取得適當大一些，例如200—500mm。幹燥機高度H根據下式確定【1】：

式中△t_m 一對數平均溫差，℃；

t₁—進口溫度，℃；

t₂—出口溫度，℃；

tω₁一認為與該區的濕（shī）球溫度相等，℃；

tω₂一物料出口（kǒu）溫度，℃；

進入旋轉氣流幹燥管的進氣溫度因通（tōng）過流（liú）態化區而相（xiàng）應降（jiàng）低，取為t₁^`

t₁^`=t₁ -(0.3~0.5)( t₁- t₂ )

A—單位（wèi）幹燥管體積（jī）內的幹燥表麵積，m²／m ³，

G—絕幹（gàn）物料流量，kg／h；

x — 物料幹基含水量，kg／kg；

ρ_m一顆粒密度，kg／m³ ；

D一幹燥室直徑，m；

V_m一固體顆粒的（de）運動速度（dù），m／s；

q—旋轉氣流快速（sù）幹（gàn）燥（zào）管（guǎn）的熱交換量，q=CQ，

Q由幹燥器熱量衡算確定，c為係數，

從安全（quán）考慮，取C=0．5—0．7；

h—傳熱係數，kJ／(m²·h·℃)；

dp—產（chǎn）品粒度，m。

(3)關鍵部件（jiàn）設計

①分級器 位於幹燥室的頂部和（hé）中上部，其形狀為短管狀或（huò）圓環狀。其內徑的大小不僅影響產品的粒度大小，也影（yǐng）響著產品的終濕含量。分級器（qì）直徑與產品粒度大小（xiǎo）的關係，可通過下式（shì）求得：

此式假設顆粒為球狀，其密度為ρ ，直徑為dp， 流體的（de）密度為ρ_ｇ，粘（zhān）度為μ，顆（kē）粒初始旋轉半徑為r₁，分級器的內半徑為r₂，旋轉的角速度為ω，幹燥室的半徑為R，幹燥室從底部到分級器的高度為h，氣量為（wéi）v 。

②氣體分（fèn）布（bù）器 該裝置由一空心（xīn）的旋轉蝸殼（ké）和環形擋（dǎng）片組成，幹燥室的下部為一（yī）錐形底，並（bìng）配備有攪拌裝置（zhì）。在擋板的下部（bù）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（dǎng）板（bǎn）的下部縫隙，進入幹燥室內部產生（shēng）旋轉上升氣流。環隙窄縫的高度h為（wéi）：

h=V／(πDu_t )

V一幹燥室的進（jìn）風量，m³/s；

D一幹燥室的直徑，m；

u_t一環隙的切向速度（dù），一般為30～60m／s。

以阻燃劑氫氧化鎂（měi）為例，將有關參（cān）數（shù）代入（rù）上式，得到計算結果如表1。事實證明，設備（bèi）的實際運行情況與設計結果基本符合。

3．1 特點

(1)物料在幹燥機內同時完成破碎、分散、幹燥（zào）、分級（jí）等處理過程，強化了傳質、傳熱，幹燥強度大。

(2)切向速度高（gāo），物料與空氣接觸時問短，解決了熱敏性物料的焦化變色問題。

(3)設置分級器，可控製產品的粒度、濕度。

(4)幹燥氣體進人幹燥機產生強烈的旋（xuán）轉氣流，對幹燥機壁麵上的物料產生強烈（liè）的衝刷作用，可消除粘壁現象。

(5)結構簡單（dān），易製造和安裝（zhuāng），投資少。

(6)熱（rè）空氣與物料流化接觸，熱交換均勻充分，熱效率（lǜ）高，節能效果好。

3．2 應用

旋轉閃蒸幹燥機是（shì）處理濾餅、膏狀物料、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（yào）、農藥、精細化工、化纖、石油和（hé）食品（pǐn）等行業有著廣（guǎng）闊的應用前景。