旋轉（zhuǎn）閃蒸幹燥（zào）機的設計參考

旋轉（zhuǎn）閃蒸幹燥裝（zhuāng）置是一種將幹燥技術和流態（tài）化技術綜合為一體的幹燥設備（bèi），它克服了幹燥設備能（néng）耗大和流化床幹燥不均勻的缺點，集兩者之所長，成（chéng）為具（jù）有高效、節能（néng）、快速等特點的理想幹燥（zào）設備。它特（tè）別適合於（yú）膏狀物、濾餅等物料的直接幹（gàn）燥，彌補了耙式幹燥效率低、產量小的不足（zú），改變了噴霧幹燥先稀釋再進行噴霧處理的複雜過程。數年來，旋轉閃蒸幹燥廣泛應（yīng）用於輕工、石油、化纖、食品、礦山、塗料（liào）、染料及中間體等化工行業的高粘度、高稠度、熱敏性（xìng）膏狀物料的幹燥。與其他幹燥設備相比，旋轉閃蒸幹（gàn）燥裝置技術先進（jìn）、設備緊湊、操（cāo）作簡單、維修方便，強化了汽固傳熱效果，使（shǐ）幹燥時間大為縮短，產品（pǐn）產（chǎn）量及質量（liàng）大大提高，節能效果^顯著。

旋轉閃蒸幹燥機如圖1所示。主要由熱（rè）風分配器（qì）、螺旋加料器、攪拌器、分級器、旋轉幹燥室等組成。幹燥室底部為錐體結構，其外圓環為熱風分配器，與熱風入口相連，熱風在此作圓環狀分布（bù），從筒體底（dǐ）部狹縫以（yǐ）切線方向進入流（liú）化段形成旋轉風場。環隙尺寸是（shì）直接影響幹燥機工作狀況的主（zhǔ）要參數。錐體結構，可使熱風流通截麵自下而上不斷（duàn）變大，底部氣速相對較大，上部氣速（sù）相對較小，從而（ér）保證了下部的大顆粒處於（yú）流化狀態的同（tóng）時，上部的小顆粒也處於流化狀態（tài）。另外，錐體結構還縮小了攪拌軸懸臂（bì）部分的長度，增加了運轉的（de）可靠性，改善了軸在（zài）高溫區的工作狀況，延長了軸承（chéng）的使用壽命。流化段內設（shè）有攪拌器，用來破碎、混合物料，使熱風（fēng）與（yǔ）物料充分接觸並保證粒子在幹燥室高溫區（qū）停留時間為^短。為防止物料在攪拌器作用下拋向四壁，粘結在四壁上出現“結巴”現象，並導致（zhì）不能正常操作，為此在攪拌齒上安裝了刮（guā）板，並與（yǔ）室底（dǐ）及器壁保持微（wēi）小問隙。這種結構可以保證物料在與器壁粘結牢固之前便將其剝落。另外，攪拌轉數也應合理選擇，其轉速的常規範周為50—500r／min。攪拌軸與幹燥器底部有良好的密封裝置。

幹燥室（shì）頂部的分級器是（shì）一個有一定角度的帶孔圓（yuán）形板。分（fèn）級器的作用主要是將顆粒較大、還（hái）沒有幹燥的物料分離擋下（xià），以繼續進行幹燥，從而保證滿足產品粒度分布窄、濕含量均勻一致的要求（qiú）。分級器孔徑大小和高度決定幹品粒度，當高度一（yī）定時，孔徑越小其產品的粒度越（yuè）細。

根據幹燥過程發揮（huī）的作用（yòng），可以把旋轉閃蒸幹燥機的主（zhǔ）體（tǐ）設備分為三部分：底部流化段，中問幹燥段，上（shàng）部分級段。各段結構不（bú）同，所起（qǐ）作用不一樣。

(1)流化段是物料人口以下部分，內設有攪拌器。它能幫助破碎高（gāo）粘（zhān）性（xìng）物（wù）料，使濕（shī）料與幹燥熱（rè）空氣充分接觸，產生^大的傳熱係數。幹燥熱風從切線方向以一定速度進入幹燥器底部的環形通道，從殼底縫隙（xì）進入流化段（duàn）。由於通道（dào）截麵（miàn）突然減小，使動能與風速增大，這（zhè）樣在器內形成具有較高風速的旋（xuán）轉風場。物料自螺旋輸送器進入（rù）幹燥器後，首（shǒu）先承受攪拌（bàn）器的機械粉碎（suì），在離心、剪（jiǎn）切、碰撞（zhuàng）力（lì）的作用下物料被微粒化，與旋轉熱風（fēng）充分接（jiē）觸形成流化床而被流態化（huà）。處於流化狀態的顆粒表麵完全暴露在熱風中，彼此問互相碰撞和摩擦，同（tóng）時水分蒸發，使粒子問粘性力減弱（ruò），顆粒（lì）之問形成分散、不規則的運動（dòng），使氣固兩相充分接觸（chù），加速了（le）傳質、傳（chuán）熱過程。在流化段內冷熱（rè）介（jiè）質溫（wēn）差^大，大部分水分在此區被蒸發（fā）。隻有充分幹燥後的微粒才能被熱風帶出流化（huà）段。流（liú）化段屬於高（gāo）溫區，因為流化段物料顆（kē）粒內部保持著（zhe）一定的水分，物料不會過熱，而幹燥後的微粒（lì）瞬間便脫離高溫區，所以旋轉閃蒸幹燥設備對熱敏性物料非常適用。經過流化段幹燥後，物（wù）料被破碎幹燥（zào）成各種粒度不同的球形和不規則形狀顆粒，在旋轉空氣（qì）的浮力和徑向離心力的作用下（xià），未幹燥的顆粒向器（qì）壁運動，並（bìng）因其具有較大的沉降（jiàng）速度而落（luò）回流化段重複流化幹燥；較小顆粒向上進入幹燥段。

(2)幹燥段是加料螺旋以上到分級器之間（jiān）的空間，此時物料在旋轉風場中繼續幹（gàn）燥。較小顆粒（lì）繼續向上進入分（fèn）級段；較大顆粒在器（qì）壁周圍向上運動（dòng）與分級器碰撞（zhuàng）下落重新幹燥，直至達到幹（gàn）燥質量要求。幹（gàn）燥段的熱風經過流化段質熱交換後（hòu），風速減小，濕度增大，保證了幹燥段（duàn）在穩（wěn）定條件下（xià）順利進行（háng）。為了控製（zhì）物料在幹燥器內（nèi）的停留時間，應根據空氣在幹燥器內（nèi）停留的（de）時問來調節空氣流速（sù），從而使成品的粒度、產（chǎn）量及^終含水量得到控製，使幹燥器形成一種進料速率與符合要求的幹（gàn）品產量之間的平衡。旋轉閃蒸幹燥器^終產品的含水量很少受（shòu）進料濕含量波動的影（yǐng）響，這也是該幹燥器的優點之一。

(3)分（fèn）級段是（shì）包括分級器在內的（de）分級器以上部分。分級器是一個開孔圓擋板，通過改變孔的直徑和分級（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和數量（liàng）。在此段完成（chéng）幹燥、達到（dào）粒度要求的物料隨（suí）熱風進入除（chú）塵器進行捕集。

(1)幹燥能力：

G₂= G₁ (1-ω₁)/（ 1-ω₂) (1)

式（shì）中G₂——幹燥物（wù）料產量，kg／h；

G₁——濕物料的處理量，kg／h；

ω₁——濕物料的濕基含水量（liàng），kg／kg；

ω_2———出幹燥器物料的濕基含水（shuǐ）量，kg／kg。

(2)水分蒸發量（liàng）：

W= G_C(X₁- X₂ )=L(Y₁ –Y₂) (2)

式中 W一水分蒸發量（liàng），kg／h；

G_C一絕幹物料質量流（liú）量，kg／h；

X₁一進幹燥器物料的幹基含水量，kg／kg；

X₂一出幹燥器物料的幹基含水量，kg／kg；

Y₁一進（jìn）幹燥器空氣的濕度，kg水（shuǐ）／kg幹（gàn）空氣；

Y₂一出幹燥器空氣的濕度，kg水／kg幹空氣；

L一絕幹空（kōng）氣流量，kg／h。

(3)空氣消耗（hào）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)

式中 I₁—進幹燥器（qì）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（jìn）幹燥器物料的（de）焓，kJ／kg絕幹料；

I₂^`一出幹燥（zào）器物料的焓，kJ／kg絕幹料；

Q_L一幹（gàn）燥器的熱量損失，kJ／h；

t₂一空氣出幹（gàn）燥器的（de）溫度，℃。

由式(2)、(3)、(4)看出，隻（zhī）有Y₂、I₂、L三個未知數，故（gù）方程組可以求解，並由（yóu）此可以確定（dìng）風機風量和熱風爐供熱要（yào）求（qiú）。

(1)幹燥室直徑（jìng）的確定

幹燥室（shì）直徑由幹（gàn）燥室內氣流的截麵速度確定：

式中 D一幹燥室直徑（jìng），m；

V一幹燥機內平均氣（qì）體流量，m³／h；

ν一幹燥機內氣體流速，一般為3—5m／s。

(2)幹燥（zào）機（jī）高度H的確定

幹燥機的高度由濃（nóng）相流態化高度（dù）和旋轉（zhuǎn）氣流幹燥（zào）段高度組成（chéng），為增大設備熱容量（liàng）和穩定操作，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（shù）平均溫差，℃；

t₁—進口（kǒu）溫度，℃；

t₂—出口溫度，℃；

tω₁一認（rèn）為與該（gāi）區的濕球溫度相等（děng），℃；

tω₂一物料出口溫度，℃；

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

t₁^`=t₁ -(0.3~0.5)( t₁- t₂ )

A—單位（wèi）幹燥管體積內的幹燥表麵積，m²／m ³，

G—絕幹物料流量，kg／h；

x — 物料幹基含水量（liàng），kg／kg；

ρ_m一（yī）顆粒密度，kg／m³ ；

D一幹燥室直徑，m；

V_m一固體顆粒的運動速度，m／s；

q—旋轉（zhuǎn）氣流快速幹燥管的熱交換量（liàng），q=CQ，

Q由幹燥器熱量衡算確定，c為係數（shù），

從安全考慮，取C=0．5—0．7；

h—傳熱係數，kJ／(m²·h·℃)；

dp—產品粒度（dù），m。

(3)關（guān）鍵（jiàn）部件設計

①分級器 位於幹（gàn）燥室的頂部和中（zhōng）上部，其（qí）形狀為短管狀或圓環狀。其內徑的（de）大小不僅影響產品的粒度大小（xiǎo），也（yě）影（yǐng）響著產品的終濕含量。分級器直（zhí）徑與產品粒度大小的關（guān）係，可通過（guò）下式求得：

此式假設（shè）顆粒為球狀，其密度為ρ ，直徑為dp， 流體的密度為ρ_ｇ，粘度為μ，顆粒（lì）初始旋轉半徑（jìng）為r₁，分級器（qì）的內半徑為r₂，旋轉的角（jiǎo）速度為（wéi）ω，幹燥室的半徑（jìng）為（wéi）R，幹燥室（shì）從底部到分級器（qì）的高度為h，氣量為v 。

②氣體分布器 該裝置由（yóu）一空心的（de）旋轉蝸殼和環形擋片組成，幹燥室的下部為一錐形底，並配備有攪拌裝置。在擋板的下部留有一（yī）個間隙，形成窄縫。進（jìn）風環隙可調節，氣體（tǐ）切向進入氣體（tǐ）分布器，經過環形擋板的下部縫（féng）隙，進入幹燥室內部產生旋轉上升氣流。環隙窄縫（féng）的（de）高度h為：

h=V／(πDu_t )

V一幹燥室的進風量，m³/s；

D一幹燥室的直徑，m；

u_t一環隙的切（qiē）向速（sù）度，一般為30～60m／s。

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

3．1 特點

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

(2)切向速度高，物料（liào）與空氣接（jiē）觸時問（wèn）短，解決了熱敏性物料的焦（jiāo）化（huà）變色問題。

(3)設置分級器，可控（kòng）製產品的粒度、濕度。

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

(5)結構簡單，易製造和安裝（zhuāng），投資少。

(6)熱空氣與物料流化接觸，熱交換均勻充分，熱效（xiào）率高，節能效果好。

3．2 應用（yòng）

旋轉閃蒸幹燥機是處（chù）理濾餅、膏狀物料（liào）、觸（chù）變性、熱敏性物料及（jí）顆粒、粉（fěn）狀物料的理想設備，在染料、醫藥、農藥、精細化工、化纖、石油和食品等行業有著廣闊的應用（yòng）前（qián）景。