旋轉(zhuǎn)閃蒸技術(shù)用于分子篩預(yù)干燥

慕雪梅　許云波　馬文輝　吳冬　盧曉瑋

【摘 要】分子篩在催化裂化中起著十分重要的作用，在分子篩的制備過程中，經(jīng)帶濾機(jī)交換后的分子篩物料需要先經(jīng)過預(yù)干燥除去大部分水分以提高系統(tǒng)熱效率，改善分子篩的焙燒效果。目前國內(nèi)分子篩物料干燥后均為粗粉狀，而且有較多的大顆粒存在，由于其粉體化程度不夠造成焙燒效果不理想，進(jìn)而影響到產(chǎn)品質(zhì)量。本文通過針對(duì)目前國內(nèi)分子篩干燥存在的問題，結(jié)合國外先進(jìn)技術(shù)，對(duì)旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥技術(shù)的理論分析，從旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)結(jié)構(gòu)原理、國內(nèi)現(xiàn)狀以及分子篩行業(yè)的應(yīng)用情況對(duì)旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器進(jìn)行分析和探討，來確定旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥技術(shù)用于分子篩干燥的可行性。

【關(guān)鍵詞】旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥；分子篩

20世紀(jì)90年代以前，國內(nèi)分子篩預(yù)干燥采用的是轉(zhuǎn)鼓干燥，這種干燥機(jī)由于自身結(jié)構(gòu)的原因，無法達(dá)到預(yù)期的干燥要求，相當(dāng)一部分干燥過程必須由焙燒爐來完成，造成焙燒爐長度增加，有時(shí)還會(huì)因前段工藝波動(dòng)造成焙燒時(shí)間不足，從而影響到產(chǎn)品質(zhì)量。分子篩預(yù)干燥技術(shù)的滯后，已成為國內(nèi)分子篩產(chǎn)品質(zhì)量提高的瓶頸。

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥是以空氣為熱載體，熱空氣與濕物料直接接觸進(jìn)行對(duì)流傳熱的一種干燥方式。其可選擇的操作彈性較寬，熱空氣入風(fēng)溫度可以從150℃到1000℃以上（具體根據(jù)設(shè)備本體材質(zhì)的耐溫性能和被干燥物料的熱敏性要求而定）；空氣加熱方式的選擇主要是根據(jù)被干燥物料對(duì)空氣質(zhì)量和溫度的要求而定的，目前較為普遍采用的空氣加熱方式有：電加熱、蒸汽換熱、燃料油或燃料氣直接加熱（即煙氣發(fā)生爐）、燃料油或燃料氣或燃煤間接加熱（使用換熱器）等。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥系統(tǒng)具有設(shè)備體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小的特點(diǎn)，而且集干燥與破碎于一體，是一種應(yīng)用前景非常好的干燥方式。

如圖1所示，旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器主機(jī)內(nèi)的工作原理如下：需要被干燥的濕物料經(jīng)由加料設(shè)備從旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥主機(jī)的頂部或側(cè)面中部送入干燥室內(nèi)；熱空氣則從旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥干燥主機(jī)的底部經(jīng)過一個(gè)特殊流道設(shè)計(jì)的環(huán)隙口進(jìn)入干燥室內(nèi)，受環(huán)隙口尺寸和形狀的影響，熱風(fēng)在干燥室內(nèi)形成一股高速螺旋的上升氣流；需要被干燥的濕物料在重力的作用下朝旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器的底部下落，與高速螺旋的上升熱氣流相接觸，同時(shí)，干燥室內(nèi)的數(shù)組破料刀片高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)較大、較濕的物料顆粒進(jìn)行機(jī)械破碎；物料在干燥室內(nèi)由于高速螺旋的熱氣流和高速旋轉(zhuǎn)的刀片的雙重作用而受到強(qiáng)烈的離心力、剪切力的作用，物料顆粒與顆粒、顆粒與容器內(nèi)壁、顆粒與破料刀片之間不斷地進(jìn)行碰撞和摩擦而被迅速微粒化；被粉碎后的物料傳熱面積大大增加，可以在很短的時(shí)間內(nèi)與熱空氣之間完成熱交換，因此濕物料在干燥室內(nèi)只需要很短的停留時(shí)間就能被干燥。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器主機(jī)內(nèi)一般都設(shè)有分級(jí)環(huán)，其作用是防止未被破碎和干燥的大顆粒物料隨上升氣流逸出干燥室，由于離心力的作用，已經(jīng)被破碎和干燥的細(xì)粉處于螺旋上升氣流的內(nèi)圈，可以順利地從分級(jí)環(huán)中穿過而離開干燥室，大顆粒的物料則處于螺旋上升氣流的外圈，在上升過程中被分級(jí)環(huán)截留，然后在離心力和重力的作用下被甩向干燥器內(nèi)壁又向干燥器底部回落，重新進(jìn)行破碎和干燥。

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)是為了解決高粘性膏狀、糊狀以及濾餅狀物料的直接干燥問題而開發(fā)的產(chǎn)品。它是利用流態(tài)化原理，通過攪拌器的機(jī)械力和熱氣流的剪切、吹浮、旋轉(zhuǎn)湍動(dòng)作用使沒有流動(dòng)性的顆粒能像流體一樣呈現(xiàn)快速流動(dòng)狀態(tài)，氣體一固體兩相流動(dòng)時(shí)，相間發(fā)生高速傳熱和傳質(zhì)現(xiàn)象，物料因此得到干燥。由于流態(tài)化技術(shù)很復(fù)雜，干燥操作條件（如氣速、溫度、壓力）差別大，物料性質(zhì)（如粒度、粒度分布、重度等）各式各樣，因此，關(guān)于旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥的流態(tài)化文獻(xiàn)很少，放大設(shè)計(jì)仍舊依靠實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)。目前，需要閃蒸干燥的行業(yè)已達(dá)到十幾個(gè)，相應(yīng)地，需要干燥的物料產(chǎn)量、質(zhì)量、種類等也發(fā)生了很大變化，各種企業(yè)對(duì)設(shè)備的實(shí)際需求，也迫使旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥技術(shù)進(jìn)一步提高。對(duì)于旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)來說，影響流態(tài)化質(zhì)量的因素主要有五個(gè)：物料顆粒、氣流、熱風(fēng)分布器、攪拌器、干燥室的形狀尺寸。后三個(gè)都是結(jié)構(gòu)因素，因此，分析和改進(jìn)結(jié)構(gòu)是加強(qiáng)流化干燥的主要途徑。

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥從最初投入市場(chǎng)開始，其主機(jī)的結(jié)構(gòu)形式經(jīng)歷了三個(gè)階段的變化，從最初的直筒錐體結(jié)構(gòu)形式變化到直筒平底的外形結(jié)構(gòu)再變化到直筒倒錐體底（見圖2）。其使用性能也越來越理想，在熱氣流分布、物料干燥、破碎效果和物料在干燥器內(nèi)壁的粘結(jié)情況等方面均有了較大程度的改善，因此旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。

圖3是目前最典型的旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥系統(tǒng)的的工藝流程示意圖。其工作原理如下：需要被干燥的濕物料在加料器（3）內(nèi)被機(jī)械攪拌初步破碎后，由螺旋輸送器（4）輸送到旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器主機(jī)（5）內(nèi)；作為熱載體的空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)（1）進(jìn)入加熱器（2）加熱到所需溫度后，以一定的噴動(dòng)速度進(jìn)入旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器主機(jī)（5）底部的空氣分布器中，從分布器環(huán)隙口進(jìn)入干燥室，對(duì)干燥室內(nèi)的濕物料進(jìn)行干燥。由于氣流和干燥室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)刀片的聯(lián)合作用，物料在干燥室內(nèi)受到離心力、剪切力和碰撞的影響而被微粒化；被粉碎后的物料傳熱面積大大增加，在很短的時(shí)間內(nèi)被熱空氣干燥，然后隨氣流進(jìn)入旋風(fēng)分離器中（6）內(nèi)進(jìn)行干品捕集；經(jīng)過旋風(fēng)分離后的氣體中仍含有一定量的物料顆粒，再經(jīng)過布袋除塵器（7）的進(jìn)一步氣固分離后由引風(fēng)機(jī)（8）抽出排大氣。

我國分子篩預(yù)干燥技術(shù)還處于研究開發(fā)階段，近些年隨著國內(nèi)大專院校和科研院所不斷進(jìn)行的理論和工業(yè)應(yīng)用研究，旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥技術(shù)比以前有了較大幅度的進(jìn)步，但是與國外先進(jìn)水平相比還是有一定的差距，這些差距主要體現(xiàn)在工藝設(shè)計(jì)、自控設(shè)計(jì)、關(guān)鍵部件的專有技術(shù)和機(jī)械制造水平等多方面。

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