旋转闪蒸干燥机的设计参考资料

旋转闪蒸干燥机的设计参考
概述
旋转闪蒸干燥装置是一种将干燥技术和流态化技术综合为一体的干燥设备，它克服了干燥设备能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。

它特别适合于膏状物、滤饼等物料的直接干燥，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。

数年来，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粘度、高稠度、热敏性膏状物料的干燥。

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，强化了汽固传热效果，使干燥时间大为缩短，产品产量及质量大大提高，节能效果十分显着。

1 旋转闪蒸干燥机的构造及原理
1．1 干燥机的构造
旋转闪蒸干燥机如图1所示。

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。

干燥室底部为锥体结构，其外圆环为热风分配器，与热风入口相连，热风在此作圆环状分布，从筒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机工作状况的主要参数。

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，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，改善了轴在高温区的工作状况，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，使热风与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，粘结在四壁上出现“结巴”现象，并导致不能正常操作，为此在搅拌齿上安装了刮板，并与室底及器壁保持微小问隙。

这种结构可以保证物料在与器壁粘结牢固之前便将其剥落。

另外，搅拌转数也应合理选择，其转速的常规范周为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有一定角度的带孔圆形板。

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窄、湿含量均匀一致的要求。

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。

1．2 干燥原理
根据干燥过程发挥的作用，可以把旋转闪蒸干燥机的主体设备分为三部分：底部流化段，中问干燥段，上部分级段。

各段结构不同，所起作用不一样。

(1)流化段是物料人口以下部分，内设有搅拌器。

它能帮助破碎高粘性物料，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速度进入干燥器底部的环形通道，从壳底缝隙进入流化段。

由于通道截面突然减小，使动能与风速增大，这样在器内形成具有较高风速的旋转风场。

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、碰撞力的作用下物料被微粒化，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，彼此问互相碰撞和摩擦，同时水分蒸发，使粒子问粘性力减弱，颗粒之问形成分散、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，大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，因为流化段物料颗粒内部保持着一定的水分，物料不会过热，而干燥后的微粒瞬间便脱离高温区，所以旋转闪蒸干燥设备对热敏性物料非常适用。

经过流化段干燥后，物料被破碎干燥成各种粒度不同的球形和不规则形状颗粒，在旋转空气的浮力和径向离心力的作用下，未干燥的颗粒向器壁运动，并因其具有较大的沉降速度而落回流化段重复流化干燥；较小颗粒向上进入干燥段。

(2)干燥段是加料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，直至达到干燥质量要求。

干燥段的热风经过流化段质热交换后，风速减小，湿度增大，保证了干燥段在稳定条件下顺利进行。

为了控制物料在干燥器内的停留时间，应根据空气在干燥器内停留的时问来调节空气流速，从而使成品的粒度、产量及最终含水量得到控制，使干燥器形成一种进料速率与符合要求的干品产量之间的平衡。

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)分级段是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，通过改变孔的直径和分级段高度，即改变空气流速就可以控制离开干燥器的粒子尺寸和数量。

在此段完成干燥、达到粒度要求的物料随热风进入除尘器进行捕集。

2 旋转闪蒸干燥机的工艺计算和结构计算
2．1 工艺计算
(1)干燥能力：
G2= G1 (1-ω1)/（1-ω2) (1)
式中G2——干燥物料产量，kg／h；
G1——湿物料的处理量，kg／h；
ω1——湿物料的湿基含水量，kg／kg；
ω2———出干燥器物料的湿基含水量，kg／kg。

(2)水分蒸发量：
W= GC(X1- X2 )=L(Y1 –Y2) (2)
式中W一水分蒸发量，kg／h；
GC一绝干物料质量流量，kg／h；
X1一进干燥器物料的干基含水量，kg／kg；
X2一出干燥器物料的干基含水量，kg／kg；
Y1一进干燥器空气的湿度，kg水／kg干空气；
Y2一出干燥器空气的湿度，kg水／kg干空气；
L一绝干空气流量，kg／h。

(3)空气消耗量
L(I1-I2)= GC (I1`-I2` )+QL (3) 出干燥器空气的焓：
I2 =(1.01+1.88 Y2 )t2 +2490 Y2 (4)
式中I1—进干燥器空气的焓，kJ／kg干空气；
I2—出干燥器空气的焓，kJ／kg干空气；
I1`一进干燥器物料的焓，kJ／kg绝干料；
I2`一出干燥器物料的焓，kJ／kg绝干料；
QL一干燥器的热量损失，kJ／h；
t2一空气出干燥器的温度，℃。

由式(2)、(3)、(4)看出，只有Y2、I2、L三个未知数，故方程组可以求解，并由此可以确定风机风量和热风炉供热要求。

2．2 干燥机的结构计算
(1)干燥室直径的确定
干燥室直径由干燥室内气流的截面速度确定：
式中D一干燥室直径，m；
V一干燥机内平均气体流量，m3／h；
ν一干燥机内气体流速，一般为3—5m／s。

(2)干燥机高度H的确定
干燥机的高度由浓相流态化高度和旋转气流干燥段高度组成，为增大设备热容量和稳定操作，流化段高度可以取得适当大一些，例如200—500mm。

干燥机高度H根据下式确定【1】：式中△tm 一对数平均温差，℃；
t1—进口温度，℃；
t2—出口温度，℃；
tω1一认为与该区的湿球温度相等，℃；
tω2一物料出口温度，℃；
进入旋转气流干燥管的进气温度因通过流态化区而相应降低，取为t1`
t1`=t1 -(0.3~0.5)( t1- t2 )
A—单位干燥管体积内的干燥表面积，m2／m 3，
A=6G(1+x)／(3600πD2／4)dpρm Vm
G—绝干物料流量，kg／h；
x —物料干基含水量，kg／kg；
ρm一颗粒密度，kg／m3 ；
D一干燥室直径，m；
Vm一固体颗粒的运动速度，m／s；
q—旋转气流快速干燥管的热交换量，q=CQ，
Q由干燥器热量衡算确定，c为系数，
从安全考虑，取C=0．5—0．7；
h—传热系数，kJ／(m2·h·℃)；
dp—产品粒度，m。

(3)关键部件设计
①分级器位于干燥室的顶部和中上部，其形状为短管状或圆环状。

其内径的大小不仅影响产品的粒度大小，也影响着产品的终湿含量。

分级器直径与产品粒度大小的关系，可通过下式求得：
此式假设颗粒为球状，其密度为ρ，直径为dp，流体的密度为ρｇ，粘度为μ，颗粒初始旋转半径为r1，分级器的内半径为r2，旋转的角速度为ω，干燥室的半径为R，干燥室从底部到分级器的高度为h，气量为v 。

②气体分布器该装置由一空心的旋转蜗壳和环形挡片组成，干燥室的下部为一锥形底，并配备有搅拌装置。

在挡板的下部留有一个间隙，形成窄缝。

进风环隙可调节，气体切向进入气体分布器，经过环形挡板的下部缝隙，进入干燥室内部产生旋转上升气流。

环隙窄缝的高度h为：
h=V／(πDut )
V一干燥室的进风量，m3/s；
D一干燥室的直径，m；
ut一环隙的切向速度，一般为30～60m／s。

以阻燃剂氢氧化镁为例，将有关参数代入上式，得到计算结果如表1。

事实证明，设备的实际运行情况与设计结果基本符合。

3 旋转闪蒸干燥机的特点及应用
3．1 特点
(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。

(2)切向速度高，物料与空气接触时问短，解决了热敏性物料的焦化变色问题。

(3)设置分级器，可控制产品的粒度、湿度。

(4)干燥气体进人干燥机产生强烈的旋转气流，对干燥机壁面上的物料产生强烈的冲刷作用，可消除粘壁现象。

(5)结构简单，易制造和安装，投资少。

(6)热空气与物料流化接触，热交换均匀充分，热效率高，节能效果好。

3．2 应用
旋转闪蒸干燥机是处理滤饼、膏状物料、触变性、热敏性物料及颗粒、粉状物料的理想设备，在染料、医药、农药、精细化工、化纤、石油和食品等行业有着广阔的应用前景。