旋转闪蒸干燥机的原理与设计

旋转闪蒸干燥机的原理与设计

1 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,旋转闪蒸干操广泛应用于轻工、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、熟敏性膏状物料的干燥。与其他干操设备相比,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。

2旋转闪蒸干燥机的构造及原理

2.1 干燥机的构造:

旋转闪蒸干燥机如下图所示，主要由热风分配器、螺旋加料器、搅拌器、分级器、旋转干燥室等几部分组成。干燥室底部设置倒锥体结构,其外圆环为热风分配器，与热风入口相连,热风与此以圆环状分布在筒体外周，从简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。倒锥体结构,可使热风流通截面自下而上不断交大，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，上部的小颗粒也外于流化状态。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,粘结在四壁上出现“结巴”现象,会导致不能正常操作，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"-"5０0转／分。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的角度的带孔园形板。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、热风分配器

2、螺旋加料器３、搅拌器4、分级器５、旋转干燥室

2.2干燥原理

根据干燥过程中发挥的作用可以把主体设备分为三部分：底部是流化段，中间部分是干操段，上面是分级段。各段结构不同,所起作用不一样,我们初步加以分析：

(1）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风速进入干操器底部环形通道，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,彼此间互相碰撞和磨擦,同时水分蒸发，使粒子间粘性力减弱，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，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,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,风速减小，湿度增加，这保证了干燥段在稳定条件下顺利进行,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，就使成品的粒度、产量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。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除尘器进行补集。

3旋转闪蒸干燥机的工艺计算和结构计算

3.1 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+1．8８Y２）t2 +２４90 Ｙ

2 (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。将变成风机进口处标准状态下风量及系统所需风压，可选择风机。物料中水分汽化所需热量，由热风炉提供。

3.2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为干燥室直径,m

V为干燥机内平均气体流量,m3／h

v为干燥机内气体流速,一般为3—5ｍ/s

2)干燥机高度Ｈ的确定