新型間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)的設(shè)計及干燥工藝

代哲振

（浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023）

0 引言

干燥是許多工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝過程之一，它直接影響到產(chǎn)品的性能、形態(tài)、質(zhì)量以及過程的能耗等。干燥技術(shù)及涉及熱、質(zhì)傳遞機(jī)理，又與物系的特性、處理規(guī)模等密切相關(guān)，最終體現(xiàn)在各種不同的設(shè)備結(jié)構(gòu)及干燥工藝上。而干燥的能耗直接影響到生產(chǎn)運行成本，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家要超過能耗總量的10%，因此干燥過程的節(jié)能也是涉及面極廣的長遠(yuǎn)課題[1]。新型間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)是一種適用于樹脂、化學(xué)藥品、染料、顏料、食品等行業(yè)的干燥機(jī)。該設(shè)備干燥工藝的連續(xù)性批量干燥時間一般只需10～15 min,具有干燥效率高、低能耗等特點，而且該工藝是由喂料系統(tǒng)、干燥機(jī)、除塵器、冷凝裝置、循環(huán)風(fēng)機(jī)、加熱器、惰性傳熱介質(zhì)等構(gòu)成的閉路循環(huán)干燥流程，因而能杜絕生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境污染，回收廢氣廢液，產(chǎn)品質(zhì)量也高。

1 間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)簡介

1.1 干燥機(jī)的分類

干燥器設(shè)備有很多類型，按其操作壓力可分為常壓式和真空式干燥機(jī)；按其操作方式分為間歇操作和連續(xù)操作干燥機(jī)；按其供給熱量的方法分為傳導(dǎo)加熱干燥器、對流加熱干燥器、輻射加熱干燥器等；按其使用介質(zhì)種類可分為空氣、過熱水蒸氣、惰性氣體為干燥介質(zhì)的干燥器；按其構(gòu)造可分為噴霧干燥器、流化床干燥器、氣流干燥器、回轉(zhuǎn)圓筒干燥器、滾筒干燥器等[2]。

1.2 間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)所屬類型

間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)的主體內(nèi)為負(fù)壓環(huán)境，它可以連續(xù)操作，以對流和傳導(dǎo)的混合形式加熱，干燥介質(zhì)可以為空氣、過熱水蒸氣、惰性氣體等，它的高速旋轉(zhuǎn)軸將物料攪拌打散并作高速離心運動，與循環(huán)的干燥介質(zhì)形成撞擊流[3]，故間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)是一種真空式的、連續(xù)型的綜合型氣流干燥機(jī)。

2 間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)設(shè)計方案

2.1 結(jié)構(gòu)特征

間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。其主要有傳動系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)槳葉軸、軸端氣密封結(jié)構(gòu)、筒體、排氣除塵器等五部件組成。旋轉(zhuǎn)槳葉軸的進(jìn)料端和出料端均有若干片螺旋葉片，中間均布若干組槳葉，槳葉葉面與軸的軸心線呈一定角度的夾角，且采用特殊連接方式使該角度可以自由調(diào)節(jié)。軸端密封根據(jù)使用環(huán)境等需求，采用干氣密封結(jié)構(gòu)[4]，氣密封是一種非接觸式的機(jī)械密封,它具有介質(zhì)泄漏量少、端面磨損小、能耗低、運行壽命長和可靠性高等優(yōu)點。筒體外側(cè)有熱水或熱蒸氣夾套，用于間接加熱筒體腔內(nèi)的待干燥物料。排氣除塵器采用的是典型的MC型脈式反吹袋式除塵器[5]，除塵布袋需根據(jù)排出氣體的屬性而選擇確定。

圖1 間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

2.2 工作原理

傳動系統(tǒng)驅(qū)使槳葉軸高速旋轉(zhuǎn)。物料進(jìn)入筒體后，被高速旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片和槳葉攪拌起來沿著筒體內(nèi)壁作高速的離心運動，而另一端則吹入經(jīng)過加熱的循環(huán)氣體（空氣或惰性氣體等）。一方面，物料能間接地快速地吸收來自筒體夾套內(nèi)熱水或熱蒸氣傳遞的熱量；另一方面，物料作高速的離心運動，形成一股高速兩相流（氣流與濕顆粒/液滴的混合流），與循環(huán)氣體迎面碰撞而形成對撞流，此時產(chǎn)生的對撞區(qū)可獲得很高的傳熱、傳質(zhì)速率，還可消除顆粒的結(jié)團(tuán)、進(jìn)行液滴霧化和顆粒分散。物料在螺旋葉片和槳葉的推力下進(jìn)過對撞區(qū)后到達(dá)出料口出料，其最終含濕量由在筒體內(nèi)停留的時間、夾套溫度以及循環(huán)熱風(fēng)等參數(shù)決定，在筒體內(nèi)停留的時間可根據(jù)工藝要求調(diào)整槳葉軸轉(zhuǎn)速、槳葉與軸的軸心線的夾角來實現(xiàn)。被干燥的液體成分進(jìn)過加熱以氣相形式隨循環(huán)氣體進(jìn)過除塵器排出筒體。

3 間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)干燥工藝方案

3.1 干燥工藝的組成

本干燥工藝的設(shè)備組成為：喂料系統(tǒng)、間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)主體、出料系統(tǒng)、噴淋裝置、循環(huán)風(fēng)機(jī)、氣體加熱器、液體加熱器、循環(huán)泵、冷凝器、若干閥門等。本干燥工藝使用的干燥介質(zhì)一般為不飽和熱空氣，為避免物料被污染或氧化可采用過熱水蒸氣，對含有機(jī)溶劑的物料干燥，也可使用氮氣或溶劑的過熱蒸氣。

3.2 干燥工藝的基本流程

本干燥工藝的基本流程如圖2。它由三個循環(huán)部分組成：其一，儲槽內(nèi)傳熱介質(zhì)（水、水蒸氣或?qū)嵊偷龋┻M(jìn)過加熱器加熱后，由循環(huán)泵不間斷送至筒體夾套內(nèi)，對整個筒體內(nèi)腔加熱，冷卻后的傳熱介質(zhì)由于循環(huán)泵的壓力回到儲槽；其二，濕物料自喂料系統(tǒng)進(jìn)入干燥機(jī)的一端，干燥介質(zhì)由循環(huán)風(fēng)機(jī)送入加熱器加熱，之后進(jìn)入干燥機(jī)的另一端，在筒體內(nèi)腔與濕物料熱交換而達(dá)到干燥目的，干燥后的物料在螺旋葉片和槳葉的推力下到達(dá)出料口，進(jìn)入出料系統(tǒng)，而被加熱揮發(fā)的氣體隨干燥介質(zhì)一起經(jīng)過筒體上的除塵器后進(jìn)入噴淋裝置，被加熱揮發(fā)的氣體遇冷凝結(jié)為液體后被排出系統(tǒng)外，干燥介質(zhì)則由循環(huán)風(fēng)機(jī)吸入送進(jìn)氣體加熱器繼續(xù)循環(huán)使用；其三，冷凝介質(zhì)通過循環(huán)泵，與冷凝裝置和噴淋裝置構(gòu)成循環(huán)回路。

圖2 干燥工藝的基本流程圖

4 間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)生產(chǎn)結(jié)果與應(yīng)用

4.1 干燥效果

間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)的體積傳熱系數(shù)的平均值約為 2000～6000 kcal/h·m3·℃,氣固兩相接觸時間極短，干燥時間一般在0.5～2 s，最長5 s，連續(xù)性批量干燥時間一般只需10～15 min，熱效率在80%左右。

4.2 生產(chǎn)優(yōu)勢

與其他類型干燥機(jī)相比，間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)的蒸發(fā)能力強(qiáng)，蒸發(fā)過程能在非常短的時間內(nèi)完成，因此，它的單位容積能力非常大。在平均停留時間相近的情況下，它的蒸發(fā)能力是流化床干燥機(jī)的100倍之多；在相近蒸發(fā)速率和干燥介質(zhì)進(jìn)出口溫度情況下，它的蒸發(fā)能力是噴霧干燥器的5～10倍。干燥介質(zhì)和傳熱介質(zhì)的消耗量幾乎為零。槳葉軸的高速運轉(zhuǎn)使得物料有效防止發(fā)生因凝聚而抱團(tuán)的現(xiàn)象。閉合的循環(huán)回路使得揮發(fā)性溶劑回收比較容易，也減少了環(huán)境污染。槳葉的可調(diào)結(jié)構(gòu)使得物料在筒體內(nèi)的停留時間可調(diào)。

4.3 應(yīng)用領(lǐng)域

間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)因其自身結(jié)構(gòu)、傳熱方式的特性，決定了其適用的行業(yè)或物料類型。已在樹脂、化學(xué)藥品、染料、顏料、食品等行業(yè)中，待干燥物料呈膏糊狀、粉狀、粒狀或塊狀的，需連續(xù)生產(chǎn)的領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用。

5 結(jié)論

間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)是一種真空式的、連續(xù)型的綜合型氣流干燥機(jī)，它綜合了氣流干燥機(jī)以及撞擊流干燥機(jī)的熱傳遞效率高等優(yōu)點，可以和傳統(tǒng)的流化床、噴動床、振動流化床、氣流干燥機(jī)甚至噴霧及旋轉(zhuǎn)氣流干燥機(jī)相競爭。加之其閉合回路的干燥工藝，能有效控制干燥介質(zhì)和傳熱介質(zhì)的消耗量，能提高產(chǎn)品質(zhì)量，能回收有機(jī)溶劑，也減少了環(huán)境污染，從而大大降低了生產(chǎn)能耗與成本。因此，間接加熱連續(xù)型干燥機(jī)符合干燥技術(shù)的未來趨勢，以其靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)該有更為廣闊的應(yīng)用范圍和前景。

[1]潘永康.現(xiàn)代干燥技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

[2]化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會，金國淼.干燥設(shè)備設(shè)計[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1990.

[3]Tamir A.撞擊流反應(yīng)器：原理和應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1996.

[4]姚新華，何耀輝.干氣密封的選用及失效分析[J].潤滑與密封,2011,(4)：116-118.

[5]唐敬麟，張祿虎.除塵裝置系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)計選用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.