旋轉閃蒸幹燥機（jī）的設計參考（kǎo）

旋轉閃蒸（zhēng）幹燥裝置是一種將幹燥技術和（hé）流態化技（jì）術綜（zōng）合為一體的（de）幹燥設備，它克服了幹燥（zào）設備能耗大和流化床幹燥不（bú）均勻的缺點，集（jí）兩者之所長，成為具有高效、節能、快速（sù）等特點的理想幹燥設備。它特別適合於膏狀物、濾餅等物料的直接幹燥（zào），彌補（bǔ）了耙式（shì）幹燥效率低、產（chǎn）量小的不足，改變了噴霧幹燥先稀釋（shì）再進行噴霧處（chù）理的複雜過程。數年來，旋轉閃蒸幹燥廣泛應用於（yú）輕工、石油、化（huà）纖（xiān）、食品、礦山、塗（tú）料、染料及中間體等化工行業的高粘度、高稠度、熱敏性膏狀物料的幹燥。與其他幹（gàn）燥設備相比，旋轉閃蒸幹燥裝置技術先進、設備緊湊、操作簡單、維修方便，強化了（le）汽固傳熱效果，使幹燥時間大為縮短，產品產量及（jí）質量大大提（tí）高，節能效果^顯（xiǎn）著。

旋轉閃蒸幹燥機如圖1所示。主（zhǔ）要由熱風分配器、螺旋加料器、攪拌器、分級器、旋轉幹燥室等組成。幹燥室底部為錐體結構，其（qí）外圓環為熱風分配器，與（yǔ）熱風入口相連（lián），熱風在此作（zuò）圓環狀分布，從筒體底部狹（xiá）縫以切（qiē）線方向進入流化段形成旋轉風場。環隙尺（chǐ）寸是（shì）直接影（yǐng）響（xiǎng）幹燥機工作（zuò）狀況的主要參數。錐體結構，可使熱風流通截麵自下而上不斷變大，底部氣速（sù）相（xiàng）對較大，上部（bù）氣速相對較（jiào）小，從而保證了下部的大顆粒處於流化狀態的同時，上部的小顆粒也處於流化狀態。另外，錐體（tǐ）結構還縮小了攪拌軸懸臂部分的長度，增加了運轉的可靠（kào）性，改善了軸在高溫區（qū）的工作狀況，延長了軸承的使用壽命。流化段內設有攪（jiǎo）拌器，用來破碎、混合物（wù）料，使熱風與物料充分接觸並保證粒子在幹燥室高溫區停（tíng）留時間為^短。為防止（zhǐ）物料在攪拌器作用下拋（pāo）向四壁，粘結在四壁上出現“結巴”現象，並導致不能正常操作，為此在攪拌齒上安裝了刮板，並與室底及器壁保持微小問隙。這（zhè）種結構可以保證物料在與器壁粘結牢固之前便將其（qí）剝落。另外，攪拌轉數也應合理選擇，其轉速的常規範周為50—500r／min。攪（jiǎo）拌軸與幹燥器底部有良好的密封裝置（zhì）。

幹燥（zào）室頂部（bù）的分（fèn）級器是一個有一定角度的帶孔圓形板。分級（jí）器的（de）作用主（zhǔ）要是將顆粒較大、還沒有幹燥的物料分離擋下，以繼續進行幹燥，從而保證滿足產品粒度分布窄、濕含量均勻一致的要求。分（fèn）級器孔徑大小和高度決（jué）定幹（gàn）品粒度，當高度一定時，孔徑越小其產品（pǐn）的粒度越細。

根據幹燥（zào）過（guò）程發揮的作用，可以把旋轉閃蒸幹燥機的主體設備分為三部（bù）分：底部流化段，中問幹燥（zào）段，上部分級段。各段結構不同，所起作用不一樣（yàng）。

(1)流化段是物料人（rén）口（kǒu）以下部分，內設有攪拌器。它能（néng）幫助破碎高粘性物（wù）料（liào），使濕料（liào）與幹燥熱空氣充分接觸，產（chǎn）生^大的傳熱係數（shù）。幹（gàn）燥熱風從切線方向以（yǐ）一定速度進入幹燥器底部的環形通道，從殼底縫隙進入流化段。由於（yú）通道截麵（miàn）突（tū）然減小，使動能與風速增大，這樣在器內形成具（jù）有較高風速（sù）的旋轉風（fēng）場（chǎng）。物料自螺旋輸（shū）送器進入幹燥器後，首（shǒu）先承受攪拌器（qì）的機械粉碎，在（zài）離心、剪切、碰撞力的作用下（xià）物料（liào）被微粒化，與旋轉熱風充分接觸形成流化床（chuáng）而被流態化。處於流化狀態的顆粒表麵完全暴露在（zài）熱風（fēng）中，彼此（cǐ）問互相碰撞（zhuàng）和摩擦，同時水分蒸發，使（shǐ）粒子問粘性力減弱，顆粒之（zhī）問形成分（fèn）散、不規則（zé）的運動，使氣固兩相充分接（jiē）觸，加速了傳（chuán）質、傳（chuán）熱過程。在流化（huà）段（duàn）內冷熱介質溫差^大，大部分水分在此區被蒸發。隻有充分幹燥後的微粒才能被熱風帶出流（liú）化段。流化段屬於高溫區，因為流化段物料顆粒內部保持著一定（dìng）的水分，物料不會過熱，而幹燥後的微粒瞬間便脫（tuō）離高溫區，所以旋轉閃蒸幹燥設備對熱敏性物料非常適用。經過流化段幹燥後，物料（liào）被破碎幹燥成各種（zhǒng）粒度不同的球形和不規則形狀顆粒，在旋轉空氣（qì）的浮力和徑向離心力的作用下，未幹燥的顆粒向器壁運動，並因其（qí）具有較大的沉降速度而落回流化段重複（fù）流化幹燥；較小顆粒向上進（jìn）入幹燥（zào）段。

(2)幹燥段是加料螺（luó）旋（xuán）以上到分級器之間的空間，此（cǐ）時（shí）物料在旋轉風場中繼續幹燥。較小顆粒繼（jì）續向上進入分級段；較大顆粒在器壁周圍向上運動與分級器碰撞下落重新幹燥，直至達到幹燥質量要求。幹燥（zào）段的熱風經過流化段（duàn）質熱交換（huàn）後，風速減（jiǎn）小（xiǎo），濕度增大，保證了幹燥段在（zài）穩定條件下順利進行。為了控（kòng）製（zhì）物料在幹燥器內的停（tíng）留時間，應根據（jù）空氣在幹燥器內停（tíng）留的時問（wèn）來調節（jiē）空氣流速，從而使成品的（de）粒度、產量及^終含水量得到控製，使幹燥器形成一種進料速率與符合要求的幹品產量之間的平衡。旋轉（zhuǎn）閃蒸幹燥器^終產品的含水量很少受（shòu）進料濕含量波動（dòng）的影響，這也是該幹燥器的優點之一。

(3)分級段是包括分級器在內的分級器以上部分。分級器是一個開孔圓擋板（bǎn），通過改變孔（kǒng）的直徑和分級段高度，即改變空氣流速就可以（yǐ）控製離開（kāi）幹燥器的粒子尺寸和數量。在此段完成（chéng）幹燥、達到粒度要求的物料隨熱風進入除塵器進行捕（bǔ）集。

(1)幹燥能力：

G₂= G₁ (1-ω₁)/（ 1-ω₂) (1)

式中G₂——幹燥物料產量，kg／h；

G₁——濕（shī）物（wù）料的處理量，kg／h；

ω₁——濕物料的濕基含水量，kg／kg；

ω_2———出幹燥器物料（liào）的濕基含水量，kg／kg。

(2)水分（fèn）蒸發量：

W= G_C(X₁- X₂ )=L(Y₁ –Y₂) (2)

式中 W一水分蒸發（fā）量，kg／h；

G_C一絕幹物料質量流量，kg／h；

X₁一進幹燥器物料（liào）的幹基含水量，kg／kg；

X₂一出幹燥器物料（liào）的（de）幹基（jī）含水量，kg／kg；

Y₁一進幹燥器空氣的（de）濕度，kg水／kg幹空氣；

Y₂一出幹燥器空（kōng）氣的濕度，kg水／kg幹空氣；

L一絕幹空氣流量，kg／h。

(3)空氣消耗量

L(I₁-I₂)= G_C (I₁^{`</sup>-I<sub>2</sub><sup>`} )+Q_L (3)

出幹燥器空氣的焓（hán）：

I₂ =(1.01+1.88 Y₂ )t₂ +2490 Y₂ (4)

式中 I₁—進幹燥器空氣的焓，kJ／kg幹空氣；

I₂—出幹燥器（qì）空氣的焓，kJ／kg幹空氣；

I₁^`一進幹燥器物料的焓，kJ／kg絕幹料；

I₂^`一出幹（gàn）燥器（qì）物料的焓（hán），kJ／kg絕幹料；

Q_L一幹燥器的熱量損失（shī），kJ／h；

t₂一空氣出幹燥器的溫度，℃。

由式(2)、(3)、(4)看出，隻（zhī）有Y₂、I₂、L三個未知數，故方程組可以求（qiú）解，並由此可以確定風（fēng）機風（fēng）量和熱風爐供熱要求。

(1)幹燥室直徑的確定

幹燥室（shì）直（zhí）徑由幹燥室內（nèi）氣流的截麵速度確定：

式中 D一幹燥室直徑，m；

V一幹（gàn）燥機內（nèi）平均氣體流量，m³／h；

ν一幹燥機內氣體流速，一般為3—5m／s。

(2)幹燥機（jī）高度H的確定

幹燥機的高度（dù）由濃相（xiàng）流態化（huà）高度和旋轉氣流幹燥段高度組成，為增大設備熱容量和穩定操作，流化段（duàn）高度可以取得適當大一些（xiē），例如200—500mm。幹燥機高度H根據下式確定【1】：

式中（zhōng）△t_m 一對數平均溫差，℃；

t₁—進口溫度，℃；

t₂—出口溫度，℃；

tω₁一認為與該區的濕球溫度相等（děng），℃；

tω₂一物料（liào）出口溫度，℃；

進入旋轉（zhuǎn）氣（qì）流幹（gàn）燥管的進氣（qì）溫度因通過流態化區而相（xiàng）應（yīng）降低，取為t₁^`

t₁^`=t₁ -(0.3~0.5)( t₁- t₂ )

A—單位（wèi）幹（gàn）燥管體（tǐ）積內的幹燥表麵積，m²／m ³，

G—絕幹（gàn）物料流（liú）量，kg／h；

x — 物料幹基（jī）含水量，kg／kg；

ρ_m一顆粒密度，kg／m³ ；

D一幹燥室直徑，m；

V_m一固體（tǐ）顆粒的運動速度，m／s；

q—旋轉氣流快速幹燥管的熱（rè）交換量，q=CQ，

Q由幹燥（zào）器熱量衡算確定（dìng），c為係數，

從安全考慮，取C=0．5—0．7；

h—傳熱係（xì）數，kJ／(m²·h·℃)；

dp—產品粒度，m。

(3)關鍵部件設計

①分級（jí）器 位於幹燥室（shì）的頂（dǐng）部和中上部，其形狀為短管（guǎn）狀或圓環狀（zhuàng）。其內徑的（de）大小不僅影響產品的粒度（dù）大小，也影響著產品的終濕（shī）含量。分級器直徑與產品粒度大小的關係，可通過下（xià）式求得：

此式假設（shè）顆粒為球狀，其密度為ρ ，直徑為dp， 流體（tǐ）的密度（dù）為ρ_ｇ，粘度為μ，顆粒初始旋轉半徑為（wéi）r₁，分級器的內半（bàn）徑為r₂，旋轉的角（jiǎo）速度為ω，幹燥室的半徑為R，幹燥室從底部到分（fèn）級器的高度為（wéi）h，氣量為v 。

②氣（qì）體（tǐ）分布（bù）器 該裝置由一空心的旋（xuán）轉蝸殼（ké）和環形擋片組成，幹燥室的下部為一錐形底，並配備有攪拌裝置。在擋板的（de）下（xià）部留有一個間隙，形（xíng）成窄縫。進風環隙可調節，氣體切向進入氣體分布器，經過環形擋板的（de）下部（bù）縫隙，進入幹燥室內部產生旋轉上升氣流。環隙窄縫的高度h為：

h=V／(πDu_t )

V一（yī）幹燥室的進風量，m³/s；

D一幹燥室的直徑，m；

u_t一環隙的切向（xiàng）速度，一般為30～60m／s。

以阻燃（rán）劑氫氧化鎂為例，將有關參（cān）數代入上式（shì），得到計算結果如表1。事實證明，設備的實際運行（háng）情況與設計結（jié）果基（jī）本符合。

3．1 特點

(1)物料在幹燥機內同時完成（chéng）破碎、分散、幹（gàn）燥、分級（jí）等處理過程，強化了傳質（zhì）、傳熱，幹（gàn）燥強度大（dà）。

(2)切向速度（dù）高，物料（liào）與空氣（qì）接觸時問（wèn）短，解決了熱敏（mǐn）性物料的焦化變色問題。

(3)設置分級器，可（kě）控製產品的粒度、濕度。

(4)幹燥氣體進人幹燥機產生強烈的旋轉氣流，對幹燥機（jī）壁麵（miàn）上的物料（liào）產生強烈的衝刷作用，可消除粘壁（bì）現象。

(5)結構簡單，易（yì）製造和安裝，投（tóu）資少。

(6)熱空氣與物料流化接觸，熱交換均勻充分，熱效率高，節能效果好（hǎo）。

3．2 應用

旋轉（zhuǎn）閃（shǎn）蒸幹燥機是處理濾餅、膏（gāo）狀物料、觸變性、熱敏性物料及顆粒、粉狀（zhuàng）物料（liào）的理想設（shè）備，在染（rǎn）料、醫藥、農藥、精細化工、化纖、石油和食品等行業有著廣闊的應用前景。