旋转闪蒸干燥装置在铬系颜料干燥中的工艺设计

旋转闪蒸干燥装置在铬系颜料干燥中的工艺设计

介绍了旋转闪蒸干燥机的工作原理、结构、特点和设计方法，以及在铬系颜料干燥滤饼中的应用。

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旋转闪蒸干燥（又称旋转快速干燥）装置是一种新型干燥设备，集干燥、粉碎、分级为一体，是将流化技术、旋流技术、粉碎分级技术、喷动技术及对流传热技术综合应用的优化组合。旋转闪蒸干燥装置技术先进、结构紧凑、操作简单、维修方便，而且节能效果十分显著。它特别适合于高粘度、高稠度颜料滤饼等物料的直接干燥。

1 旋转闪蒸干燥机工作原理及结构

1.1 旋转闪蒸干燥机工作原理热空气由进风口经环隙高速旋转地进入搅拌粉碎室内，大颗粒、较大较湿的颗粒团在搅拌室内被机械粉碎，并受到离心、剪切、碰撞、摩擦等作用进一步被微粉化，降低颗粒的湿含量，增加颗粒蒸发面积，湿含量较低、颗粒度较小的颗粒被旋转气流夹带上升，在上升过程中进一步干燥。由于气固两相作用旋转流动，固相惯性大于气相，固气两相间的相对速度较大，强化两相间的传热传质，所以提高了设备干燥强度。

1.2 旋转闪蒸干燥机结构旋转闪蒸干燥机（又称主机）为装置的核心设备，为圆筒型结构，主要由热风分配器、螺旋加料器、搅拌器、分级器、旋转干燥室等组成[1]，其结构如图1所示。在旋转闪蒸干燥机内，被分为破碎、气固接触、干燥、分级等四个过程，旋转闪蒸干燥机也正是通过这四项功能组合，完成对物料的干燥，这是该装置有别于其它干燥机的显著特点。

1.3 旋转闪蒸干燥装置工艺流程旋转闪蒸干燥装置主要由空气过滤器、鼓风机、空气加热器、主机（即为旋转闪蒸干燥机）、旋风分离器、除尘器及引风机组成。其工艺流程如图2所示。

如图2所示，来自前道工序的湿料(如滤饼)直接投入到加料器，在加料器中，湿料稍许散开，并被搅拌匀后挤入螺旋加料器4。螺旋加料器采用无级变速，将湿料送入干燥机5进行干燥。新鲜空气由空气过滤器1处进入，被直接或间接加热器3加热。

干燥机底部的搅拌器转速约为200～500r/min，促进湿料流态化。主要依靠从空气分配器的环形缝隙进入干燥室的热空气进行流化。尾气带着粉末从干燥机顶部离去，经过旋风分离器6和布袋除尘器8排出干燥机。

2 旋转闪蒸干燥机操作参数及结构设计

2.1 操作参数的确定

2.1.1 操作温度选择适宜的操作温度，对于降低操作费用、提高产品质量和过程的经济性极为重要。根据物料性质和实际经验，颜料干燥室的入口热风温度范围控制在150～300℃，干燥机出口气体温度一般为80～120℃。

2.1.2 操作气速干燥室内的操作速度主要与物料性质及能耗有关，通常在设备选用时，应先做物料干燥实验。一般轴向表观速度为3～5m/s，热风分布器内环隙风速为30～60m/s。

2.1.3 其它操作参数干燥机干燥室底部攪拌器的转速范围为50～500r/min，物料在干燥室内的停留时间为50～500s。

2.2 主要结构尺寸计算

2.2.1 干燥机直径D计算[1]

式中D——气流干燥机直径，m；

Vg——干燥机内的平均气体体积流量，m2/h；

ua——干燥机内气体流速，m/s。

2.2.2 干燥机高度H计算[2]

式中：H——干燥机高度，m；

Q——热空气传给物料的热量，由干燥器热量衡算确定，kw；

a——颗粒与流体间的对流传热膜系数，W/（m2·℃）；

△tm——对数平均温差，℃。

t1、t2——热风进出口温度，℃；

tw1、tw2——物料进出口温度，℃。

2.2.3 干燥机分级粒径的计算

对于颜料物料来说，产品粒度大小对其性能影响较大。分级粒径是由干燥机的分级器决定的，分级器在干燥室的顶部和中上部，其形状为短管状或圆环状。分级器的直径不仅影响着产品粒度大小，也影响着产品的终湿含量。产品颗粒直径由下式计算[1]：

式中：μa为流体黏度(Pa·s），d为颗粒直径（m），ρm干燥物料的流体密度（kg/m3），ρa为颗粒密度（kg/m3），ω为旋转角速度（rad/s），r1为物料旋转半径（m），r2为分级器内半径（m），H为干燥室高度（m），R为干燥室半径（m），Va为引风机的风量（m3/h）。

3 旋转闪蒸干燥机的特点及应用

3.1 特点

3.1.1 物料在干燥机内同时完成破碎、分散、干燥、分级等处理过程，强化了传质、传热，干燥强度大。

3.1.2 干燥气体进入干燥机底部，产生强烈的旋转气流，对器壁上物料产生强烈的冲刷带出作用，消除粘壁现象。

3.1.3 在干燥机底部高温区，热敏性物料不与热表面直接接触，解决了热敏性物料的焦化变色问题。

3.1.4 由于干燥室内周向气速高，物料停留时间短，达到高效、快速，小设备大生产。

3.1.5 干燥室内设置旋流片，以控制物料水分达到极低水平。

3.1.6 干燥室上部分级器可以控制出口物料的粒度及温度。

3.2 工程应用

本文以年产9000吨铬系颜料其中一套旋转闪蒸干燥机为例，计算其工艺设计参数[4]如下表1所示：

旋转闪蒸干燥机还可以用于处理钛系颜料、铁系颜料、铅系颜料、锌系颜料、金属颜料及有机合成颜料[5]，是处理颜料滤饼、膏状物料及颗粒物料的理想设备，在颜料等行业有着广阔的应用前景。

参考文献：

[1]于才渊等著.干燥装置设计手册.化学工业出版社，2005.2.

[2]金国淼等著.干燥设备[M].北京：化学工业出版社，2002.7.

[3]崔柯，马殿举.干燥高粘度物料的旋转闪蒸干燥器[J].石油化工设备技术，1992，(3):16-19.

[4]高炎武，李艳红.旋转闪蒸干燥装置设计、制造及应用[J].染料工业，1995，

(2).

[5]朱骥良，吴申年编.颜料工艺学（第二版）.化学工业出版社，2002.