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一、 載體流化床干燥機
載體噴霧流化床干燥機也稱媒體噴霧沸騰干燥機,它是根據(jù)噴霧技術(shù)、流化技術(shù)的原理設(shè)計而成,可以連續(xù)干燥漿狀或糊狀物料。主要有空氣過濾、加熱器、流化床、旋風分離器、布袋除塵器、引風機、輸料泵和料槽等組成。流化床內(nèi)充填著直徑為數(shù)毫米的可流化惰性載體(多為玻璃珠或瓷珠),故亦稱惰性載體流化床干燥機。
載體噴霧流化干燥機的特點是降低了噴霧干燥機的高度,可以對漿狀物料和高粘度物料(20Pa·s以上)進行干燥。載體干燥機又分為載體流化干燥機、載體噴霧流化干燥機和振動載體干燥機幾種型式。
某廠采用載體噴霧流化干燥機進行熒光增白劑VBL的干燥,取得了滿意的效果。生產(chǎn)結(jié)果表明,這種干燥機具有很高的生產(chǎn)強度(400～500kg水/m2·h),熱效率高,設(shè)備規(guī)模小,投資費用低。
物料在載體上形成很薄的液膜,而且兩面受熱,故其干燥過程迅速,物料不易過熱,所以部分染料及中間體可以用它干燥。對于難干燥的粘性物料,由于在薄膜化條件下干燥,水分擴散將大大加快,所以同樣能達到理想的干燥效果。設(shè)備占地面積小,熱效率高。同烘箱相比,脫水成本下降4倍,同噴霧干燥相比,設(shè)備投資少了許多,可用在噴霧干燥難以進行處理的糊狀物料。
二、　槳葉式干燥機
槳葉式干燥機是一種以熱傳導為主的臥式攪拌型干燥機。因攪拌葉片形似船槳,固人稱槳葉式干燥機,也稱槽形干燥機或攪拌干燥機。國外對槳葉式干燥機已經(jīng)開發(fā)多年,目前這種機型以日本株式會社奈良機械制作所為代表,現(xiàn)已開發(fā)出雙軸和4軸兩種結(jié)構(gòu)、10多個規(guī)格的系列產(chǎn)品。
槳葉式干燥機的攪拌軸和焊接在軸上的槳葉都是空心結(jié)構(gòu)。槳葉的形狀為楔形空心半圓形,可以通入傳熱介質(zhì),除了起攪拌作用外,也是設(shè)備的傳熱面。槳葉呈三角形,兩個主要傳熱面的側(cè)面成斜面,當物料與斜面接觸時,隨著葉面的旋轉(zhuǎn),物料很快就從斜面滑下,產(chǎn)生自潔效果,使傳熱面不斷更新,從而強化了傳熱效率。
在槳葉的三角形底部設(shè)有刮板,可將沉積于殼底的物料刮起來,防止干燥室內(nèi)的物料產(chǎn)生死角,使產(chǎn)品水分均勻。干燥加熱介質(zhì)可以用蒸汽,也可以用熱油或熱水,但使用載熱體相態(tài)不同,其軸的結(jié)構(gòu)也不同。
干燥所需熱量依靠夾套及槳葉壁面進行傳導傳熱,而不是由氣體對流直接傳遞熱量,在干燥過程中空氣用量很少,所用少部分空氣也僅僅是為了帶走物料中的水分。槳葉干燥機避免了熱量的流失,熱效率高達80%～90%。
槳葉式干燥機傳熱面有葉片、攪拌軸、壁面等幾部分組成。而且葉片為主要傳熱面,所以設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,單位容積傳熱面積大。另外,攪拌、混合使物料劇烈翻動,從而獲得很高的傳熱系數(shù),一般可以達到120～350W/m2·K。因此占地面積和空間都很小,節(jié)省了廠房基建費用。干燥過程氣體用量少,流速低,被氣體帶走的粉塵量少,所以干燥后氣體粉塵回收方便,回收設(shè)備體積小,可以節(jié)省設(shè)備投資。對于需要回收溶劑的干燥過程,可以大大提高溶劑濃度,有利于溶劑的回收。由于槳葉結(jié)構(gòu)特殊,物料在干燥過程中交替受到擠壓和松弛,強化了干燥過程。干燥室內(nèi)物料的充滿度很高,可以達到80%～90%,物料的停留時間通過調(diào)節(jié)加料速度、攪拌軸轉(zhuǎn)速、物料充滿度等參數(shù)完成,從幾分鐘到幾小時內(nèi)任意調(diào)節(jié)。另外,物料在干燥機內(nèi)從加料口向出料口運動基本呈活塞運動,停留時間分布窄,因而產(chǎn)品含水均勻,目前多用于靛藍的干燥。
三、　旋風干燥機
旋風干燥機由德國赫斯特公司(Hoechst)首先開發(fā)成功,它獨特的原理,改正了氣流干燥機和流化床干燥機的不足。
①旋風干燥機的工作原理。旋風干燥機由帶有加熱夾套的筒體和干燥室內(nèi)數(shù)個環(huán)狀擋板構(gòu)成,干燥室內(nèi)被環(huán)狀擋板分成幾個小的干燥室。熱空氣和濕物料從干燥機底部進入干燥室,在與熱空氣傳質(zhì)傳熱的同時又受旋轉(zhuǎn)氣流的作用進行螺旋上升運,從干燥機中央開口處向干燥室上方移動。
另一方面,粉體環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)流從下部干燥室開始旋轉(zhuǎn),由于連續(xù)不斷加入新物料,干燥機很快被流化狀態(tài)的物料充滿,上部干燥室開始過量,小的粒子不斷溢出,按順序大粒子也不斷上升補充位置。大粒子在上升的同時受到相互間的碰撞和摩擦,顆粒不斷減小。當減小到一定尺寸,水分蒸發(fā)到一定程度后溢出。還有一種動態(tài)現(xiàn)象,由于離心力的作用粒子不斷接觸器壁,在這里,粒子轉(zhuǎn)動速度下降,甚至停止轉(zhuǎn)動。由于重力作用,返回中央擋板開口處,再一次隨旋轉(zhuǎn)氣流運動。這樣,每個小干燥室達到相同粒子濃度,物料就從干燥機上部排出。
旋風干燥機有兩種傳熱方式,一種是來自熱空氣的對流傳熱,另一種是來自夾套的輻射傳熱。熱氣體與粒子的分離、分散所造成的速度差,在粒子表面強化了傳熱過程,干燥機也起到了分級作用,微小的粒子容易被熱氣流夾帶,所以停留時間短,被反復強烈地進行分散、分級的大粒子停留時間相對延長。粒子越大,在干燥機內(nèi)停留的時間就越長,能夠保證產(chǎn)品含水率的一致性。
②旋風干燥機的特點。物料在干燥機內(nèi)的停留時間可以由物料的加入量控制,一般停留時間在15～30s之間,對于粉體,這樣的時間足夠了。
旋風干燥機干燥以熱氣體與被干燥的物料以高速切向進入干燥機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動為特色,氣體和物料在干燥機內(nèi)向上運動。由于經(jīng)過數(shù)個擋板而發(fā)生壓力損失,從而使角速度下降,結(jié)果就會造成系統(tǒng)產(chǎn)生較大壓力降。軸向流的壓力損失隨所含物料量的增加而增加,在旋轉(zhuǎn)流情況下隨著粉體量的增加壓力損失增大。
四、　耙式干燥機
耙式干燥機在化工生產(chǎn)中應(yīng)用已有80多年的歷史,耙式干燥機適合在真空條件下干燥熱敏性、含有機溶劑的物料。它的特點是能耗小,熱效率高,可以達到80%。操作方便,適應(yīng)范圍廣。雖然耙式干燥機是一種比較古老的機型,但結(jié)構(gòu)和功能不斷開發(fā),至今仍是染料廠主要干燥設(shè)備之一。在國外許多大染料廠,如卜內(nèi)門、拜爾、赫斯特、巴斯夫、汽巴-嘉基公司等仍有大量的耙式干燥機在使用。
在我國的染料干燥設(shè)備中,除烘箱以外耙式干燥機是使用^早的干燥設(shè)備,現(xiàn)在仍占干燥設(shè)備的30%～40%。過去耙式干燥機主要從前蘇聯(lián)進口,幾十年后,這種現(xiàn)象早已不復存在,不但已經(jīng)國產(chǎn)化,而且可以制成許多型式、不同規(guī)格的耙式干燥機。
五、　旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機
為解決化學工業(yè)中高粘性膏糊狀物料的干燥問題,1970年研制成功了旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機。但是,“70”型旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機有許多不足之處,主要是粉末容易進入高溫區(qū),造成物料過熱凝聚,旋轉(zhuǎn)部件的機械穩(wěn)定性差。1978年對“70”型進行了改造,“78”型雖然有較大的進步,但也存在粉末床層不穩(wěn)定,出口溫度和產(chǎn)品殘余水分波動等缺點。現(xiàn)在我們所見到的結(jié)構(gòu)基本是經(jīng)過兩次大的結(jié)構(gòu)改進以后的機型,稱之為“83”型。閃蒸干燥機作為一種新機型,有其他干燥機不能與之比擬的優(yōu)點。它一出現(xiàn)就引起了各大化學公司的濃厚興趣,旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機目前以丹麥安海達諾公司為代表,現(xiàn)在已有70多臺設(shè)備在10多個國家的大公司應(yīng)用。
①閃蒸干燥機的結(jié)構(gòu)。閃蒸干燥是一種帶有旋轉(zhuǎn)粉碎裝置的豎式流化床干燥機,能同時完成物料的干燥、粉碎、分級等操作。設(shè)備主體為圓筒形干燥室,由底部的粉碎流化段、中部干燥段、頂部分級段組成。底部粉碎段裝有攪拌器,攪拌器轉(zhuǎn)速通過外部電機進行無級調(diào)節(jié)。攪拌器有兩個作用,帶動從分配室進入干燥室的熱空氣產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)的氣流形成流化床層。另外,對物料產(chǎn)生強烈的攪拌和粉碎作用,強化了傳質(zhì)傳熱,加快物料的干燥速率。在干燥機底部設(shè)有蝸殼式空氣分配室,使切向送入的熱空氣通過環(huán)狀導向縫隙均勻進入干燥室。在干燥段設(shè)有螺旋加料器,加料器由調(diào)速電機拖動,通過變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,頂部分級段有一個分級環(huán),根據(jù)產(chǎn)品的粒度要求更換相應(yīng)的分級環(huán)通徑。
②閃蒸干燥工作原理。根據(jù)閃蒸干燥機的結(jié)構(gòu),可以把工作過程分為破碎、氣固接觸、干燥、分級等四個階段,這四個工作過程也是其他干燥機所不能同時具備的。
③破碎。由于閃蒸干燥機主要用于膏糊狀物料的干燥,物料進入干燥機后立即受到攪拌槳葉和高速氣流的破碎,以^大限度地增加物料的分散度和單位體積濕物料的比表面積。
④氣固混合干燥。閃蒸干燥機一般以濕空氣為載熱體,能否有效達到氣固混合是影響干燥速率的主要因素。閃蒸干燥機的攪拌槳把物料破碎并產(chǎn)生彌散作用,同時進入干燥機的空氣也處于高度湍動狀態(tài),很快達到氣固混合。同時,塊狀物料在重力作用下向下墮落,由于干燥機底部為倒錐結(jié)構(gòu),氣流的速度很高,^高可達60m/s,能保證塊狀物料處于良好的流化狀態(tài)而被熱空氣包圍。
物料粉碎后,被來自底部高速旋轉(zhuǎn)的熱氣流吹起,在干燥室內(nèi)形成了一個相對穩(wěn)定的流化層,物料與熱空氣之間進行傳質(zhì)傳熱的干燥過程中,大部分水分在這一階段蒸發(fā)掉。含水率高,表面積小的物料密度大,在干燥室內(nèi)向下墮落,由于底部的氣速高,下落到一定距離后下落速度為零,此時重力與浮力平衡。物料受到進一步破碎和水分蒸發(fā)后浮力大于重力,物料開始向上運動,通過分級后排出干燥機。
⑤分級階段。分級器是裝在干燥機頂部的環(huán)形擋板,物料隨氣流上升,由于受到離心力的作用,大塊、未干的物料受離心力作用旋轉(zhuǎn)半徑增大,當旋轉(zhuǎn)半徑大于分級環(huán)半徑時被擋在干燥室內(nèi),直至滿足要求才能通過分級器排出干燥機。當物料加入到干燥機后,物料處于旋轉(zhuǎn)的流態(tài)化狀態(tài)。團塊受到粉碎后直徑迅速減小,水分被蒸發(fā)。物料在氣體的夾帶下作螺旋上升運動,粒徑較小較干的物料在內(nèi)環(huán),較大較濕的物料產(chǎn)生的離心力大在外層靠近器壁。但外層的大顆粒在不斷被粉碎干燥,離心力變小后也在向內(nèi)環(huán)運動,當水分滿足要求后被氣體帶出,在干燥室內(nèi)任一截面的壓力變化。
旋轉(zhuǎn)半徑r和壓力p之間的關(guān)系是旋轉(zhuǎn)半徑越小,壓力越低。在干燥室中心處r=0,壓力p也^低。在器壁附近壓力^大。對于直徑一定的小顆粒,由于壓力隨半徑的增大而增大,徑向壓力分配不均,小顆粒向中心處運動,大顆粒由內(nèi)向干燥機邊緣運動,因此干燥后的小顆粒被氣流從干燥室中心處帶出。大顆粒沿邊緣向上運動后被分級環(huán)擋住不能逸出,從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。
在干燥機工作過程中,上述四個階段并不是獨立進行,主要是為研究方便和敘述需要把幾個過程分別介紹。
⑥閃蒸干燥機的結(jié)構(gòu)特點。干燥室底部設(shè)有倒錐形結(jié)構(gòu),使熱空氣的流通截面自下而上不斷擴大,底部氣速大,上部氣速小,從而下部大顆粒與上部小顆粒都能處于良好的流化狀態(tài)。倒錐結(jié)構(gòu)還縮小了攪拌軸懸臂的長度,增加運行的可靠性。軸承設(shè)在機外,避免軸承在高溫區(qū)長期工作,延長了軸承的使用壽命。
濕物料在被攪拌齒粉碎的同時,又被甩向器壁,粘結(jié)在內(nèi)壁上,如不及時刮下會影響產(chǎn)品質(zhì)量,所以攪拌齒頂端設(shè)有刮板,能及時刮掉粘結(jié)在器壁上的物料以防過熱。
干燥室上部設(shè)有分級環(huán),其作用主要是顆粒較大,或沒干燥的物料與產(chǎn)品分離被擋在干燥室內(nèi),能有效保證產(chǎn)品粒度和水分要求。
錐底熱風入口處設(shè)有冷風保護,防止物料與高溫空氣接觸產(chǎn)生過熱變質(zhì)。
物料在熱空氣中高速分散,干燥時間短,特別適用于熱敏性物料的干燥。
連續(xù)化操作,加料量、熱風溫度、產(chǎn)品粒度可以在一定范圍內(nèi)自行控制,從而保證干燥產(chǎn)品的各項指標。
干燥系統(tǒng)為封閉式,而且在負壓下操作,粉塵不外泄,保護生產(chǎn)環(huán)境,安全衛(wèi)生。
設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,集干燥、粉碎、分級為一體。是流化技術(shù)、旋流技術(shù)、噴動技術(shù)及對流傳熱技術(shù)的優(yōu)化組合,大大簡化了生產(chǎn)工藝流程,節(jié)省了設(shè)備投資和運轉(zhuǎn)費用。漿狀染料經(jīng)螺旋加料器定量加入干燥機,干燥機頂部安裝有轉(zhuǎn)速為350r/min的甩盤,物料落到轉(zhuǎn)盤上被甩到有蒸汽夾套的器壁上,安裝在攪拌軸上的刮刀刮成薄膜狀。高溫器壁向薄膜物料傳導熱量,使其在很短的時間里干燥至水分含量為15%左右,然后被刮刀刮下,降落到底部料斗中。利用熱空氣通過收縮管產(chǎn)生的負壓將物料吸入流化床干燥機。在流化床底部有一個粉碎裝置,把物料粉碎后在流化床內(nèi)與熱空氣充分熱交換,使物料含水率達到要求。然后從流化床排出,經(jīng)撲集后與氣體分離。
七、　氣流—沸騰干燥機
　　含水率為5%～6%的物料經(jīng)加料器定量進入氣流干燥機中,由于系統(tǒng)為正負壓操作,在螺旋加料器末端有一段空螺旋作為料封,并在軸端裝一個槳葉攪拌器使物料松散拋入床層。在床層設(shè)有不銹鋼絲網(wǎng),上面鋪有玻璃珠(這里放的玻璃珠的目的與惰性載體干燥機放置的玻璃珠目的不同,載體干燥機作為傳熱和剝落物料之用,而這里主要起均風作用)?？諝饨?jīng)加熱后進入加熱管把物料預干燥,細粉被吹出后進入第二級錐形沸騰床,干燥后從出料口排出。
八、二級氣流干燥機
大多數(shù)物料的干燥大體都可以分為恒速干燥和降速干燥兩個階段,大量的水分都在恒速干燥階段除掉。恒速干燥速率取決于物料表面水的氣化速率,用高風速,大風量把干燥汽化的水蒸汽從物料表面帶走是提高干燥速率的基本措施,而降速干燥速率則取決物料的性質(zhì)、傳質(zhì)速率和熱推動力。受物料內(nèi)部水分向外遷移速率的限制,提高熱風溫度是提高降速階段干燥速率的重要途徑。這樣就出現(xiàn)了兩種結(jié)果,第一階段尾氣是低溫高濕氣體,接近飽和狀態(tài),已無納濕能力,無干燥推動力,也不能再起干燥作用。而降速干燥階段尾氣是高溫低濕氣體,如果把這部分氣體回收,用來進行第一階段干燥,仍可起到干燥作用。兩級干燥利用這一規(guī)律,把物料的兩個干燥階段分別在兩個設(shè)備中進行。將第一階段干燥尾氣排掉,第二階段尾氣回收,使系統(tǒng)排出的氣體接近飽和狀態(tài),從而達到節(jié)約能源目的。
物料隨熱空氣進入風機,被分散后與空氣充分混合后進入第一級干燥機。恒速干燥階段結(jié)束后第一階段尾氣經(jīng)分離后排出,物料進入二級干燥機。此時恒速干燥結(jié)束,降速干燥開始,二級干燥結(jié)束后尾氣返回風機重新進入第一階段干燥。系統(tǒng)成正負壓操作,據(jù)介紹,該系統(tǒng)單耗低于1.32kg蒸汽/kg水,節(jié)省熱量為20%～40%。
九、槳葉式干燥機串聯(lián)系統(tǒng)
根據(jù)物料干燥的特點,日本^近推出了槳葉式干燥機串聯(lián)系統(tǒng)。我們都知道,槳葉式干燥機是在耙式干燥機的基礎(chǔ)上開發(fā)成功。但槳葉式干燥機與耙式干燥機相比,在槳葉、攪拌軸等結(jié)構(gòu)中通入載熱體從而增加了傳熱面積。采取對流和傳導兩種傳熱方式,所以它比耙式干燥機有更大的生產(chǎn)能力,用兩個干燥機串聯(lián)使用,使干燥過程更合理。第一級是恒速干燥階段,物料中的大量水在這一階段脫掉,等到降速干燥階段時進入下一級降速干燥機,經(jīng)過這樣的干燥過程使系統(tǒng)操作更靈活。
十、噴霧帶式干燥機
噴霧帶式干燥機是尼羅公司開發(fā)成功的新型干燥機,它綜合了噴霧干燥機和帶式干燥機的優(yōu)點,適用于可流動液體物料的干燥。噴霧帶式干燥機主要有噴嘴(霧化器)、噴霧干燥室、傳送帶、傳送機構(gòu)、帶式干燥(冷卻)室組成。液體在高壓泵的作用下進入壓力式噴嘴進行霧化,鼓風機吹入的空氣經(jīng)加熱后進入干燥室,與霧滴并流向下并進行傳熱傳質(zhì)。霧滴表面水迅速蒸發(fā)并形成半干微粒產(chǎn)品(含水率約20%)落到傳送帶上,至此第一級干燥結(jié)束并開始第二級干燥。傳送帶的運動帶動落在其上的微粒移動,進入二級干燥室,一般經(jīng)幾分鐘的時間殘余水分在二級干燥階段被除去。如產(chǎn)品有特殊需要,在出干燥機前還可以進行冷卻處理。尾氣穿過傳送帶經(jīng)除塵器分離后排空,產(chǎn)品經(jīng)分級后包裝或進入下一道工序。傳送帶的速度可調(diào),可根據(jù)產(chǎn)品^終含水率的要求進行控制。
噴霧干燥機同帶式干燥機組合在一起后,克服了噴霧干燥機設(shè)備高大的缺點,同時也打破了帶式干燥機不能處理流動性物料的局限,使它們的長處得以充分發(fā)揮。噴霧帶式干燥機的特點是體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,可以在低溫下干燥,防止物料過熱,調(diào)節(jié)傳送帶的速度可以滿足任意含水率的要求。
十一、噴霧流化干燥機
噴霧流化干燥機用在染料上是一種新工藝,在我國使用大約有十幾年的時間,目前只有少數(shù)染料廠撐握這項技術(shù)。噴霧流化干燥機實際是噴霧干燥機和流化干燥機的有機結(jié)合,因此在性能上也就具有兩種干燥機的特點。
在分布板上放置晶種,空氣經(jīng)加熱后進入流化床使晶種呈流化狀態(tài),液體物料經(jīng)過噴嘴在干燥室內(nèi)霧化。霧滴在下降過程中與晶種粘附在一起,與此同時水分在不斷蒸發(fā),物料不斷粘附,經(jīng)過這樣的過程使原來的晶種逐漸“長大”,達到一定粒徑并干燥后的產(chǎn)品排出干燥機。在干燥過程中破碎的顆粒又作為繼續(xù)干燥的晶種,所以能保持干燥機連續(xù)工作。噴霧流化干燥機在干燥的同時進行造粒,經(jīng)組合后的干燥機有以下特點：
①噴霧流化干燥機設(shè)備容積小,蒸發(fā)強度高,真正實現(xiàn)了小設(shè)備大生產(chǎn)(一臺直徑為500mm噴霧流化干燥機的生產(chǎn)能力可與一臺直徑為2000mm,高為10000mm的噴霧干燥機相當);
②噴霧流化干燥機與噴霧干燥造粒和流化造粒相比,所得產(chǎn)品顆粒均勻,粒徑較大。控制操作條件能生產(chǎn)出直徑為0.3～0.5mm的顆粒(噴霧干燥產(chǎn)品粒度范圍約在0.08～0.2mm的左右),如果增加回粉裝置,成粒率大約在90%左右;
③噴霧流化干燥機熱效率高,一般在60%以上;
④床層溫度比較低而且溫度相對穩(wěn)定,適用于染料的干燥;
⑤顆粒狀染料產(chǎn)品的潤濕性、溶解性都很好,粉塵少,^;
⑥產(chǎn)品的密度達到0.66g/cm3,具有良好的流動性,節(jié)約包裝材料。