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闪蒸干燥机
时间:2020-08-07 21:47

  闪蒸干燥机._化学_自然科学_专业资料。三、旋转闪蒸干燥机 旋转闪蒸干燥装置是 20 世纪 80 年代在国外新推出的一种将 干燥技术和流态化技术综合为一体的新型干燥设备,它克服了喷 雾干燥设备高,能源消耗大和流化床干燥不均匀的缺点,集两者

  三、旋转闪蒸干燥机 旋转闪蒸干燥装置是 20 世纪 80 年代在国外新推出的一种将 干燥技术和流态化技术综合为一体的新型干燥设备,它克服了喷 雾干燥设备高,能源消耗大和流化床干燥不均匀的缺点,集两者 之所长,成为具有高效、节能、快速等特点的理想干燥设备。它 特别适合于高黏度膏状物、滤饼等物料的直接干燥,并可一次获 得颗粒微细的粉体,弥补了耙式干燥效率低、产量小的不足,改 变了喷雾干燥先稀释再进行喷雾处理的复杂过程;由于热风与物 料接触时间短,可以对触变性、热敏性物料及生物菌体进行干 燥,并具有防止焦化变色的作用。几年来,旋转闪蒸干燥广泛应 用于轻工、石油、化纤、食品、矿山、涂料、染料及中间体等化 工行业的高黏度、高稠度、热敏性膏状物的干燥。 与其他干燥设备相比,旋转闪蒸干燥装置技术先进、设备紧 凑、操作简单、维修方便,强化了气固传热效果,使干燥时间大 为缩短,产品产量及质量大大提高,节能效果十分显著,设备占 地面积小,既节省能源又节约投资。因此,这种装置出现后立即 引起了世界各大化学工业公司的重视,纷纷引进用于各种物料的 干燥。现在世界大约有 17 个国家引入了这种装置。 3.1 旋转闪蒸干燥器的工业流程 旋转闪蒸干燥流程如图所示,主要由空气过滤器 1、加热器 2、加料器 3、热风分布室 4、闪蒸干燥器 5、分级室 6、旋风收集 器 7、布袋除尘器 8、引风机 9 等主要设备构成。 来自压滤机的膏状物料在加热器中经搅拌初步破碎后,由螺 旋加料器定量送入干燥器流化段,在流化段被搅拌器进一步离 心、破碎,干燥过程中所需新鲜空气由过滤器引入,经加热期加 热到所要求温度,送入热风分布器,经干燥器底部狭缝以较大风 速进入流化段,与被搅拌物料充分接触,促使物料形成流化状态 开始沸腾。由于物料处在离心、搅拌、粉碎的状态下,块状(或 球形)物料表层迅速干燥,并分离形成体积较小的球形或不规则 球形颗粒,在旋转热风作用下送入分级器,较大较湿的未干燥颗 粒又落回干燥室中。送入分级器后的细小物料由旋风收集器排 出,再经布袋过滤器分离,空气经尾气风机排入大气,物料由旋 风收集器和布袋过滤器底部排出。 3.2 旋转闪蒸干燥器的特点 由图看出,旋转闪蒸干燥器具有以下的结构特点。 ①在闪蒸干燥室底部流化段设置倒锥体结构,使干燥气体流 通截面自下而上逐渐扩大,底部气流相对较大,上部气流相对较 小,从而保证下部的大颗粒处于流化状态的同时,上部的小颗粒 也处于流化状态,并使热风沿锥体部旋转,提高底部风速,缩小 了搅拌轴悬臂部分的长度,增加了运转的安全可靠性;可使轴承 放在机外,有效地防止轴承在高温区工作,从而延长了轴承的使 用寿命。 ②搅拌齿上设置刮板,物料在被搅拌齿粉碎的同时,又被抛 向机壁,黏结在壁面上,如不及时刮下,严重时会使设备振动, 甚至导致搅拌器闷住不转。搅拌齿上设置刮板,可以及时剥落黏 在机壁上的物料,避免黏壁。 ③搅拌轴的转数由无级调速电机控制。根据产品粒度要求选 择不同的转速,搅拌轴转速越快,所的产品的粒度就越小。 ④干燥器上部设置分级器,通过改变分级器的孔直径和分级 段的高度,进而改变空气流速,控制离开干燥器的粒子尺寸和数 量、最终含水量及物料在干燥段内的停留时间。 ⑤加料机的螺旋输送机转数由无机调速电机控制。根据物料 性质和干燥工艺参数控制加料速度。 旋转干燥器的工作性能如下: ①能处理膏状、滤饼状等物料;因是闪蒸、瞬时完成干燥, 可用于处理热敏物料;干燥室中有搅拌器,同时在高速气流中干 燥,可处理黏性物料。 ②单位产品能耗低,该干燥器可在较高温度下干燥固含量高 的物料,较其他许多干燥设备能耗低。与喷雾干燥器相比,相同 体积时,k8,其干燥能力是喷雾干燥的 2 倍,能耗是喷雾干燥的 1/3。 ③产品收率高,质量好。以干燥 H-酸为例,利用闪蒸干燥装 置可提高收率 5%,而且粒度均匀,含水量小。 ④颗粒在热气流中高速分散,干燥时间短、速度快、热效率 高。 ⑤设备结构紧凑,占地面积小,集干燥、粉碎、分级为一 体,是旋流技术、流化技术、喷动技术及对流技术的有机结合, 干燥后不需要再粉碎、筛分,简化了生产工艺,节省了动力和设 备费用。 ⑥设备紧凑,占用空间少,生产效率高。 ⑦该系统密闭性好,保护工人健康和减少了对环境的污染。 3.3 工作原理 图是旋转闪蒸干燥器的工作原理。根据干燥过程中发挥的作 用可以把主体设备分为三部分:流化段、干燥段和分级段。图中 1 是热风进口,2 是旋转轴,3 是热风出口,4 是分级器,5 是加料 器,6 是搅拌齿。 ①如图所示,流化段是物料入口以下部分,内设有搅拌器。 它能帮助破碎高黏性物料,使湿料与干燥热空气充分接触,产生 最大的传热系数。干燥热风从切线方向以一定风速进入干燥器底 部环形通道,从壳底缝隙进入流化段,由于通道截面突然减小, 使动能增加,风速增大,这样在器内形成具有较大风速的旋转风 场。 物料自螺旋输送器进入干燥器后,首先承受搅拌器的机械粉 碎,在离心、剪切、碰撞的作用下物料被微料化,与旋转热风充 分接触形成流化床而被流态化,处于流化状态的颗粒表面完全暴 露在热风中,彼此间互相碰撞和摩擦,同时水分蒸发,使粒子间 黏性力减弱,颗粒之间成分散、不规则的运动,使气固两相充分 接触,加速了传质、传热过程。 在流化段内冷热介质温差最大,不部分水分在此区被蒸发, 只有充分干燥后的微粒才能被热风带出流化段。流化段属于高温 区,物料湿含量较大,当物料水分散失后,它已完全脱离了高温 区进入干燥段,因为流化段物料颗粒内部保持一定水分,物料不 会过热,干燥的微粒瞬间脱离高温区,所以旋转闪蒸干燥设备对 热敏性物料非常适用。 经过流化床干燥后,物料被粉碎干燥成各种粒度不同的球形 和不规则颗粒,在旋转空气的浮力和径向离心力作用下,未干燥 的颗粒在较大离心力作用下向器壁运动,因具有较大的沉降速度 而落回流化段重复流化干燥,较小颗粒向上进入下一步干燥—— 干燥段。 ②干燥段是加热螺旋以上到分级器之间的空间,此时物料在 旋转风场中继续干燥。较小颗粒继续向上进入分级段,较大颗粒 在器壁周围向上运动与分级器碰撞下落重新干燥,直到达到干燥 质量要求。 干燥段的热风经过流化段质热交换后,湿度增加,由于断面 面积增大,风速减小,这保证了干燥段运行条件的稳定,并控制 了物料在干燥器停留时间。根据空气在干燥器内停留时间来调节 空气流速,就使产品的粒度、产品及最终含水量得到控制,从而 在干燥器内形成一个进料速率和符合要求的干品产量之间的平 衡。由于流化床具有自调停留时间的特性,旋转闪蒸干燥器最终 产品的含水量很少受进料湿含量波动的影响,这也是该干燥器的 优点之一。 ③分级段在包括分级器在内的分级器以上部分,分级器是一 个开孔圆挡板,通过改变孔直径和分级段高度,改变空气流速就 可以控制离开干燥器的粒子尺寸和数量。在此段干燥完成、达到 粒度要求的物料随热风带出进入旋风分离器和布袋除尘器,经卸 料器卸料后包装。 3.4 主要设备结构 (1)闪蒸干燥器结构 如图所示,主要由热风分布器 1、搅拌 器 2、螺旋加料器 3、流化段 4、干燥段 5、分级器 6、排气管 7、 防爆膜 8、传动机械 9 等部分组成。 干燥器一般均采用 4~6mm 厚度的 SA316L 不锈钢板制造, 外加保温层,镀锌板固定。 干燥器底部设置倒锥体结构,其外圆环为空气分布器,与热 风入口相连,热风呈圆环状分布在桶体外周,从桶体底部狭缝以 切线方向进入流化段,形成旋转风场。环隙尺寸是直接影响干燥 器工作状况的主要参数,倒锥体结构可使热风流通截面自下而上 不断变大,底部气速相对较大,上部气速相对较小,从而保证了 下部的大颗粒处于流化状态的同时,上部的小颗粒也处于流化状 态。另外,倒锥体结构还缩小了搅拌轴悬臂部分的长度,增加了 运转的可靠性,还可有效地防止轴在高温区工作的恶劣状况,从 而延长了轴承的使用寿命。 流化段内设有搅拌器,用来破碎、混合物料,使热风和物料 充分接触并保证粒子在干燥室高温区停留时间为最短,为防止物 料在搅拌器作用下抛向四壁,黏结在四壁上出现“结疤”现象,导 致不能正常操作,搅拌齿上安装刮板,并与室底及器壁都有微小 间隙,可以保证物料在与器壁黏结牢固之前便将其剥落。另外, 搅拌器转速也应合理选择,其转速的常规范围为 50-500r/min,搅 拌轴与干燥器底部有良好的密封装置。 干燥室顶部的分级器是一个带孔的圆形板,类似于孔板流量 计,但有一定的角度。分级器的作用主要是将颗粒较大、还没有 干燥的物料分离挡下,以继续进行干燥,从而保证满足产品粒度 分布与含湿量均匀一致的要求。分级器孔径大小和高度决定干品 粒度,当高度一定时,孔径越小其产品的粒度越细。 为了防止物料变质,在锥底热风入口处设置冷风保护,热风 开始与物料的接触,温度很高,一般接近热空气的温度,远远高 于床层中的温度,操作中难免出现少部分物料在缝隙附近粘连, 如停留时间过长,会导致物料变质,甚至产生熔化。为了避免这 一现象,增设局部冷风保护,可以降低该处四壁温度,使操作得 以顺利进行。 (2)加料器 是旋转闪蒸干燥器正常运转的条件,它必须把各 种膏状物,滤饼等不能自由流动的块状湿料变成连续、定量、可 控制的料流。 它主要由混合槽、搅拌器、螺旋输送器、搅拌电机、输送界 套筒、输送器电机等几部分组成,混合槽中的搅拌器作用是初步 粉碎和压送物料,搅拌叶片间应有一定间隙并和轴成一定角度, 以防止物料在叶片上黏结及保证正常压送物料。螺旋输送器比一 般输送器特殊,在套筒内有数根阻力条与螺旋叶片以一定间隙装 配,保证物料连续、均匀加入干燥器内,其阻力条和叶片间隙大 小取决于物料性质,输送器电机装有可控变压器,可以改变螺旋 输送器转速以控制料量,保证稳定的干燥器内工艺参数。 (3)加热器 分直接加热与间接加热两种,可以根据不同的生 产情况和工艺要求选用。 (4)除尘设备 旋转闪蒸干燥系统广泛采用布袋过滤器作为分 离设备,它主要由反吹系统、过滤系统、排料系统组成。反吹系 统包括脉冲阀、喷射管、入口喷嘴、排风管等,反吹压力 0.3~ 0.5MPa。过滤系统内设有过滤袋和框架,框架保护滤袋不被吹 瘪。排料系统由料仓和星形卸料器组成。布袋过滤器具有以下特 点:①反吹压力低,空气流量大;②可处理含尘浓度达 50g/m3 左 右的粉尘(国内一般布袋除尘器入口含尘量为 15 g/m3);③其系 统阻力低为 100~200mmHg(1mmHg=133.322Pa;④适于细粉和超 细粉物料过滤,减少产品流失同时也减少环境污染。 除选用布袋过滤除尘外,还可根据物料性质选用旋风除尘和 湿式除尘设备与之配套。 3.5 旋转闪蒸干燥器的应用 旋转闪蒸干燥作为一种新技术,近几年在钛白粉行业已有 10 多台设备在国内 5~6 个公司得到了应用。目前用于钛白粉行业常 用型号为 1400、1600 型闪蒸干燥机。 具体技术参数如下表(见表 - ) 表- 常用干燥钛白粉用的二种型号旋转闪蒸干燥机技术参数 型号 简体直 径 主机尺寸 主机功 率 处理风量 蒸发水量 (mm) (mm) (Kw) ( ) (kg/h) XSG14 1400 1500×5400 60-105 1400027000 200-1600 XSG- 1600 1700×6000 70-135 18700- 250-2000 16 36000 注:以上数据来源:江苏常州一步干燥设备有限公司 四、钛白行业三种干燥设备选用原则与应用对比 4.1 选用干燥设备的基本要求 工业上由于被干燥物料的性质、干燥程度的要求、生产能力的大小等各不相 同,因此,所采用的干燥器的形式和干燥操作的组织也就多种多样。为确保优化生 产、提高效益,对干燥器有如下一些基本要求。 ①能满足生产的工艺要求 工业要求主要指:达到规定的干燥程度;干燥均 匀;保证产品具有一定的形状和大小等。由于不同物料的物理、化学性质以及外观 形状等差异很大,对干燥设备的要求也就各不相同,干燥器必须根据物料的这些不 同特征而确定不同的结构。一般而言,除了干燥小批量、多品种的产品,工业上并 不要求一个干燥器能处理多种物料。也就是说,干燥过程中通用设备不一定符合优 化、经济的原则。这是与其他单元操作过程有很大区别的。 ②生产能力要大 干燥器的生产能力取决于物料达到规定干燥程度所需的时 间。干燥速率越快,所需的干燥时间越短,同样大小设备的生产能力越大。许多干 燥器,如气流干燥器、流化床干燥器、喷雾干燥器就能够使物料在干燥过程中处于 分散、悬浮状态,增大气-固接触面积并不断提高,加快了干燥速率,缩短了干燥 时间,因而具有较大的生产能力。 ③热效率要高 在对流干燥中,提高热效率的主要途径是减少废气带走的热 量。干燥器的结构应有利于气-固接触、有较大的传热和传质推动力,以提高热能 的利用率。 ④干燥系统的流动阻力要小,以降低动力消耗。 ⑤操作控制方便,劳动条件良好,附属设备简单。 4.2 钛白粉用干燥器的选择与应用对比 经过表面处理和水洗除杂质后,钛白粉将进入干燥工序。由 于要保证钛白粉高品位的质量,对干燥设备选择尤为重要。具体 选择原则为:①钛白粉性质稳定,能够承受高温,但因其表面包 复材料不同,对干燥温度亦有不同的要求。②钛白粉干燥属于膏 状物料干燥,有较大的难度。③钛白粉干燥方式的选择还与其表 面有无粉碎操作单元有关。④由于钛白粉对杂质的影响颇为敏 感,在干燥过程中应尽量减少和防止污染是十分必要的。⑤选择 设备型式还应考虑生产规模。一般而言,在大批量连续生产时, 应优先考虑带式干燥机和闪蒸干燥机,代纤钛白生产应重点考虑 喷雾干燥机。当前能源问题是国民经济中较突出问题,在此更应 该引起重视。现将三种干燥机能源消耗计算列出,供参考。 以年产 15kt/a 钛白粉为例,计算三种干燥方法能量消耗。 带式干燥以浆料 50%含水量,产品含水 1%计;喷雾干燥以浆 料 50%含水量,产品含水 0.5%计;闪蒸干燥以浆料 40%含水量, 产品含水 0.5%计。 带式干燥 喷雾干燥 闪蒸干燥 能耗比: 带式干燥蒸发水热耗 1243kcal/kg 水; 喷雾干燥蒸发水热耗(1300~1400)kcal/kg 水; 闪蒸干燥蒸发水热耗(1100~1200)kcal/kg 水。 三种干燥方法总能耗为: 带式干燥总能耗 喷雾干燥总能耗 闪蒸干燥总能耗 由此可知,带式、喷雾、闪蒸三种干燥方法,由于进料的浆 料要求含水量不同及能耗的差异,导致三种干燥方法总能耗的不 同,喷雾干燥较高,带式干燥居中,闪蒸干燥较低。在工业生产 设备的配置上,闪蒸干燥的料浆脱水宜选用隔膜压滤机,喷雾干 燥和带式干燥的料浆脱水宜选用真空转鼓过滤机或者压滤机。在 产品品种的应用上,对于涂料用的钛白粉,采用带式、喷雾、闪 蒸等干燥机,都能满足钛白粉质量要求。 附表 - 钛白粉常用干燥机应用对比 表 - 钛白粉常用干燥机应用对比表 设备名称 主要辅机 单机能力 (kt/a) 干燥后物料 含水量 (%) 进料配置的脱 水设备 应用特点 带式干燥 挤出机、引 机 风机等 8.15 0.5~1.0 热风和物料接触时 叶滤机、真空 间长且面积大、操 转鼓过滤机 作 稳 定 、 粉 尘 较 小,生产能力较 大,干燥后物料呈 颗粒状,便于气粉 机进料操作;但占 地面积较大,循环 风机需要较多,动 力消耗大,生产环 境噪声较大。 热风炉、收 喷雾干燥 尘 器 、 旋 风 10、15、 机 分 离 器 、 引 25 风机等 物料与热风接触时 间短,水分瞬间蒸 发,干燥后物料呈 粉末状,含水量 0.5 叶滤机、真空 转鼓过滤机 低,连续生产效率 高,但占地空间 高,热风炉选用燃 料为天然气或煤气 较好,雾化器检修 频繁,较适合生产 化纤钛白粉。 热风炉、收 闪蒸干燥 尘 器 、 旋 风 机 分离器、引 风机等 10、15 物料与热风接触时 间极短,产品不过 热,品质均匀、含 水量低、连续生产 效率高,但设备检 0.5 隔膜压滤机 修频繁较高、收尘 器布袋易造成粉尘 黏袋,影响布袋使 用寿命,负荷低时 成本较高、占用空 间较大。

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