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旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的設(shè)計
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,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)雜過程。數(shù)年來,旋轉(zhuǎn)閃蒸干操廣泛應(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、操作簡單、維修方便,強(qiáng)化了氣固傳熱效果,使干燥時間大為縮短,產(chǎn)品產(chǎn)量及質(zhì)量大大提高,節(jié)能效果^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,從簡體底部狹縫以切線方向進(jìn)入流化段形成旋轉(zhuǎn)風(fēng)場。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,底部氣速相對較大,上部氣速相對較小,從而保證了下部的大顆粒處于流化狀態(tài)的同時,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度,增加了運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性,還可有效地防止軸在高溫區(qū)工作的惡劣狀況,從而延長軸承的使用壽命。流化段內(nèi)設(shè)有攪拌器,用來破碎、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)停留時間為^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。干燥室頂部的分級器是一個有一定的角度的帶孔園形板。分級器的作用主要是將顆粒較大、還沒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)品粒度分布窄、濕含量均勻一致的要求。分級器孔徑大小和高度決定干品粒度,當(dāng)高度一定時,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、分級器5、旋轉(zhuǎn)干燥室
2.2干燥原理
根據(jù)干燥過程中發(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^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。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,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,使氣固兩相充分接觸,加速了傳質(zhì)、傳熱過程。在流化段內(nèi)冷熱介質(zhì)溫差^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,物料不會過熱。干燥的微粒瞬間脫離高溫區(qū),所以旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥設(shè)備對熱敏性物料非常適用。經(jīng)過流化段干燥后,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,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器之間的空間,此時物料在旋轉(zhuǎn)風(fēng)場中繼續(xù)干燥。較小顆粒繼續(xù)向上進(jìn)入分級段;較大顆粒在器壁周圍向上運(yùn)動與分級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間,根據(jù)空氣在干燥器內(nèi)停留時間來調(diào)節(jié)空氣流速,就使成品的粒度、產(chǎn)量及^終含水量得到控制,從而在干燥器內(nèi)形成一個進(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^終產(chǎn)品的含水量很少受進(jìn)料濕含量波動的影響,這也是該干燥器的優(yōu)點(diǎn)之一。
(3)分級段是包括分級器在內(nèi)的分級器以上部分,分級器是一個開孔圓擋板,通過改變孔直徑和分級段高度,改變空氣流速就可以控制離開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)的工藝計算和結(jié)構(gòu)計算
3.1工藝計算
l干燥能力
G:=G。(1-Wt)/(1_Wz) (1)
其中:G。為干燥后的產(chǎn)量G。濕物料的處理量(kg/h)
Wz Wz為分別為濕物料進(jìn)出干燥器濕基含水量。
2水分蒸發(fā)量
物料衡算:w=Gc(Xl-Xz)=L(H,-Hz) (2)
其中w為水分蒸發(fā)量(kg/h)
Gc為絕干物料質(zhì)量流量(kg絕干物料/h)
X。,X:分別為進(jìn)口干燥裝置物料干基含水量(kg水/kg絕干物料)
H。H。分別為進(jìn)出干燥裝置空氣的濕度(kg水/kg干空氣)
L為絕干空氣量(kg絕干空氣/h)
3空氣消耗量
熱量衡算:L(Il-I:)=Gc(12’一I-’)+QL (3)
空氣出干燥器的焓:I產(chǎn)(1.01+1.88Hz)t2+2490H2 (4)
其中,It I。為空氣進(jìn)出干燥器的焓(KJ/kg絕干空氣)
I。。I。’為物料進(jìn)出干燥器的焓(KJ/kg絕干料)
Q。干燥器的熱量損失(Kw)
t:空氣出干燥器的溫度(℃)。
從式(2)(3)(4)中看出,只有Hz I:L三個未知數(shù),聯(lián)立方程可以求解。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,m
V為干燥機(jī)內(nèi)平均氣體流量,m3/h
v為干燥機(jī)內(nèi)氣體流速,一般為3—5m/s
2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)f1)空氣至固體顆粒的傳熱速率方程式,計算出氣固傳熱面積,然后根據(jù)單位體積
的氣固傳熱面積,求得
其中:Atm為對數(shù)平均溫差,由下式計算:
t,為進(jìn)口溫度,t:為出口溫度,t。,可認(rèn)為和該區(qū)的濕球溫度相等,t也為物料出口溫度,進(jìn)入旋
轉(zhuǎn)氣流干燥管的進(jìn)氣溫度因通過流態(tài)化區(qū)而相應(yīng)降低,取為t’1,t。-=t:-(0.3_o.5)(tt—t2)
A為單位干燥管體積內(nèi)的干燥表面積,米2/米3 A=6G(1+X)/(Ⅱ/4d,P t3600D饑)
G為絕干物料量kg/h
P。為顆粒密度kg/m3
D為干燥室直徑m
V.為固體顆粒的運(yùn)動速度m/s
q=CQ為旋轉(zhuǎn)氣流快速干燥管的熱交換量,Q干燥器的熱量衡算確定,c為系數(shù),為安全,C=0.5--0.7h為傳熱系數(shù)
3關(guān)鍵部件設(shè)計分級器,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。分級器的直徑對產(chǎn)品的粒度大小的影響,可通過下列公式求得:
,可見兩者成正比例關(guān)系,其中:假設(shè)顆粒為球狀,其密度為p。,直徑為d,,流體的密度為P。,粘度為u,顆粒初始旋轉(zhuǎn)半徑為rl,分級器的內(nèi)半徑為r。,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器的高度為h,氣量為V。 |
(1)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/(靠Du。)V為干燥室的進(jìn)風(fēng)量m/s D為干燥室的直徑m
u。為環(huán)隙的切向速度,一般為30--60m/s。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)同時完成破碎、分散、干燥、分級等處理過程,強(qiáng)化了傳質(zhì)、傳熱,干燥強(qiáng)度高。
(2)切向速度高,物料與空氣接觸時間短,解決了熱敏性物料的焦化變色問題。
(3)設(shè)置分級器,,可控制產(chǎn)品的粒度、濕度。
(4)干燥氣體進(jìn)入干燥機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)氣流,對干燥機(jī)壁面上的物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷作用,可消除粘壁現(xiàn)象。
(5)結(jié)構(gòu)簡單、易制造和安裝,投資少。
(6)熱空氣與物料流化接觸,熱交換均勻充分,熱效率高,節(jié)能效果好。
4.2應(yīng)用
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)是處理濾餅、膏粘狀物料、觸變性、熱敏性物料及顆粒、粉狀物料的理想設(shè)備,在染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、精細(xì)化工、化纖、石油和食品等行業(yè)有著非常廣闊的應(yīng)用前景。
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江蘇健達(dá)干燥工程有限公司——國內(nèi)大型的干燥設(shè)備生產(chǎn)制造商之一。始創(chuàng)于1981年,1993年與美國東尼國際貿(mào)易公司合作,引進(jìn)美國的技術(shù)和管理,同時成立了干燥技術(shù)研發(fā)中心及產(chǎn)品體驗(yàn)中心,是行業(yè)內(nèi)較早的中美合資企業(yè)。 經(jīng)過四十余年的潛心發(fā)展,公司現(xiàn)擁有8萬多平方米生產(chǎn)基地,年產(chǎn)各類干燥、制粒、混合、粉碎等設(shè)備1000多臺套。產(chǎn)品已發(fā)展至36大類,260多種規(guī)格...
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