閃蒸干燥裝置的研究及在多品種氧化鋁工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用

本文介紹了旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)干燥工藝過(guò)程、干燥機(jī)理，并介紹了該裝置對(duì)多品種氧化鋁干燥的操作性及其設(shè)備特點(diǎn)。

主題詞：閃蒸干燥；多品種氧化鋁

多品種氧化鋁有別于冶煉級(jí)氧化鋁，它在晶形結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、外觀形狀、粒度分布等方面具有特色，因而有特殊物理化學(xué)性能，在多品種氧化鋁如催化劑用氫氧化鋁，阻燃劑用氫氧化鋁，活性氧化鋁等產(chǎn)品的干燥工藝過(guò)程滿足工藝要求，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少作業(yè)環(huán)節(jié)，節(jié)能降耗的重要過(guò)程，適應(yīng)這些特點(diǎn)的干燥設(shè)備的應(yīng)用是人們所關(guān)心的重要課題。

東北大學(xué)遼寧東大粉體工程技術(shù)有限公司，一九九○年在吸收借鑒國(guó)外設(shè)備及工藝基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出適合國(guó)情，具有技術(shù)特點(diǎn)的閃蒸干燥設(shè)備，已形成專業(yè)化系列化產(chǎn)品，在化工、建材、冶金等領(lǐng)域形成工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用，對(duì)多品種氧化鋁的干燥已取得成功的經(jīng)驗(yàn)和較完善的工藝配套系統(tǒng)。本文對(duì)旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)干燥過(guò)程作一介紹，以期有助于對(duì)多品種氧化鋁干燥上的選擇與應(yīng)用。

1. 顆粒物料干燥過(guò)程的機(jī)理

顆粒物料進(jìn)入干燥機(jī)后，熱氣流首先將熱量傳給顆粒表面，水分立即蒸發(fā)，并向外界擴(kuò)散。表面水分的蒸發(fā)，引起顆粒表面和內(nèi)部的水分差，水分將從顆粒內(nèi)部不斷地?cái)U(kuò)散到表面，再由表面向外界蒸發(fā)，此過(guò)程循環(huán)往復(fù)，zui后達(dá)到整個(gè)顆粒的干燥。

1.1 升速干燥階段

顆粒置于溫度較高而相對(duì)濕度小于100％的傳熱介質(zhì)中，在較短時(shí)間內(nèi)，表面被加熱到干燥介質(zhì)濕球溫度，水分蒸發(fā)的速度增長(zhǎng)很快，顆粒吸收的熱量和蒸發(fā)水分耗去的熱量相等，達(dá)到平衡。此階段時(shí)間很短，排出水量不大，之后進(jìn)入等速階段。

1.2 等速干燥階段

在此階段，顆粒表面蒸發(fā)的水分，由其內(nèi)部向表面*地補(bǔ)充，因而顆粒表面總是保持潤(rùn)濕狀態(tài)。此時(shí)干燥速度保持不變，顆粒表面溫度亦保持不變。該階段水分的蒸發(fā)，理論上可按外擴(kuò)散（蒸發(fā)）公式及傳熱公式計(jì)算干燥速度：

I_外 ＝ M /（t?F）＝ a〔η（t_濕球－t_表）〕，kg/m²h

由上式可看出，蒸發(fā)速度（干燥速度）與顆粒表面和周圍介質(zhì)水蒸氣濃度及溫度差有關(guān)。其差愈大，干燥速度也愈大。另外，干燥速度還與顆粒表面的空氣速度有關(guān)。顆粒表面總有一層不易流動(dòng)的空氣膜，它的厚度減小有利于水份蒸發(fā)和熱交換。因而增大顆粒表面氣流的速度，使空氣膜減薄，可顯著提高干燥速度。

1.3 降速干燥階段

此階段蒸發(fā)速度和熱量的消耗大為降低，顆粒表面溫度高于介質(zhì)的濕球溫度并逐漸升高，與載熱體之間溫差減小，直至接近或相同。

1.4 平衡階段

此時(shí)顆粒表面水分吸濕和蒸發(fā)達(dá)到平衡，干燥速度為零。

顆粒中的水分亦即干燥zui終水分，通常不應(yīng)低于儲(chǔ)存時(shí)的平衡水分。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)由于干燥后物料粒度顆粒粒度很小，物料在干燥筒內(nèi)停留時(shí)間極短，通常在1～3s。因此，顆粒的干燥處于等速干燥階段，其表面的溫度就是干燥介質(zhì)的濕球溫度。采用旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥設(shè)備，物料的粒度均勻，表面無(wú)開裂、變形和過(guò)熱，有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2. 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及干燥過(guò)程

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的工作原理，主機(jī) 干燥筒的示意圖，見圖1。

圖1 干燥筒體示意圖

熱氣流從筒下部沿筒壁切線方向進(jìn)入筒內(nèi)，在筒內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)上升，與濕物料相遇后，旋轉(zhuǎn)葉片將物料粉碎，熱氣流將物料加熱，吹散。細(xì)顆粒物料的水份分被蒸發(fā)并隨熱氣流螺旋上升，從排風(fēng)口排出，經(jīng)分離裝置分離后形成干品。粗顆粒物料螺旋上升一段高度后，由于其懸浮速度小于干燥機(jī)的操作速度，因此將停止上升并滑落，經(jīng)粉碎變成細(xì)顆粒，被熱風(fēng)吹散后再重復(fù)上述過(guò)程。干燥機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)葉片的*設(shè)計(jì)及布置，有利于物料的快速碎散和干燥，分級(jí)環(huán)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，可保證產(chǎn)品的zui終含水量和顆粒粒度。

干燥機(jī)中的熱交換，主要表現(xiàn)為氣流和顆粒、筒壁與顆粒的兩種熱交換。

如前所述，干燥過(guò)程的實(shí)質(zhì)是水分的擴(kuò)散過(guò)程，是靠外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散進(jìn)行的。

水分子移動(dòng)依其動(dòng)力的不同，可分為濕傳導(dǎo)和濕熱傳導(dǎo)。

2.1 濕傳導(dǎo)

干燥過(guò)程中，由于表面水分的蒸發(fā)，顆粒表面水分與內(nèi)部水分形成濃度差，因而在顆粒半徑方向有一個(gè)水分梯度，引起水分由內(nèi)部向表面移動(dòng)。這種擴(kuò)散、傳導(dǎo)是由水分差引起的。

2.2 濕熱傳導(dǎo)

由于顆粒表面水分蒸發(fā)時(shí)需要吸收熱量，造成顆粒內(nèi)部與表面的溫度差，即在半徑方向存在一個(gè)溫度差 溫度梯度。由此引起的水分移動(dòng)稱濕熱傳導(dǎo)。

在用于熱空氣干燥時(shí)，濕擴(kuò)散由顆粒內(nèi)部向外部表面進(jìn)行。同時(shí)，由于顆粒表面溫度往往高于其內(nèi)部溫度，熱擴(kuò)散則使水分由顆粒表面向內(nèi)部移動(dòng)。因此，可以看作熱擴(kuò)散阻礙濕擴(kuò)散的進(jìn)行，降低了干燥速度。

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)由高速熱氣流沿切線方向給入筒體，由于筒體內(nèi)的螺旋運(yùn)動(dòng)，一方面降低顆粒周圍的介質(zhì)溫度，同時(shí)增加了周圍介質(zhì)流速和溫度，提高了外擴(kuò)散的速度，另一方面高溫氣流高速?zèng)_擊位于筒體下部的顆粒聚集體（ 溫度較高的料團(tuán)），加之筒體內(nèi)攪拌葉片的作用，使聚集體碎散，粒度變小，內(nèi)部毛細(xì)管的長(zhǎng)度也因之減小，強(qiáng)化了內(nèi)擴(kuò)散的效果，降低其阻力。該過(guò)程的反復(fù)，消除了物料結(jié)塊，強(qiáng)化了顆粒水分的蒸發(fā)。

顆粒和熱氣流的流動(dòng)方式，在筒體下部既有對(duì)流，也有順流（并流）。對(duì)粗粒聚集體更是對(duì)流和順流反復(fù)換熱。對(duì)于細(xì)粒物料，上述過(guò)程則隨熱氣流同程進(jìn)行，因而干燥過(guò)程可瞬間完成。對(duì)于粗聚集體的干燥，實(shí)際上是采用高溫低濕的熱空氣進(jìn)行。這些粗聚集體主要是由水份分子吸附，充填于顆?？障吨g，采用高溫低濕的條件，使整個(gè)聚集體的熱傳導(dǎo)緩慢，造成局部應(yīng)力集中而使其干裂、碎散，加速干燥過(guò)程，提高熱效率。

3. 閃蒸干燥機(jī)的工藝流程

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)屬連續(xù)工作的干燥設(shè)備，由主機(jī)和螺旋給料機(jī)構(gòu)組成，并分別由電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥系統(tǒng)，除主機(jī)外還必須具備：供熱部分，供氣部分，成品收集部分。一般此三部分中供熱多采用燃煤、燃油、燃?xì)獾臒犸L(fēng)爐或采用電力、蒸汽換熱器；供氣系統(tǒng)則由離心式通風(fēng)機(jī)及其管路、閥等組成；成品收集部分則由旋風(fēng)分離器和袋式過(guò)濾器等組成。由主機(jī)與上述各種配套設(shè)備組成的旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。

圖2 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥系統(tǒng)工藝流程

上述系統(tǒng)配置是閃蒸干燥機(jī)系統(tǒng)的基本配置，對(duì)特殊物料應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整，以適應(yīng)不同物料干燥的要求。

4. 多品種氧化鋁干燥的工藝性及參數(shù)選擇

多品種氧化鋁的干燥習(xí)慣采用的干燥方式為箱式、帶式或回轉(zhuǎn)滾筒干燥，這些干燥物料多處于靜態(tài)或半動(dòng)態(tài)干燥過(guò)程，干燥時(shí)間長(zhǎng)，能耗高，且干燥后的物料還需進(jìn)行粉碎、分級(jí)過(guò)程，造成產(chǎn)品質(zhì)量低，能耗高，產(chǎn)品浪費(fèi)嚴(yán)重，形成粉塵環(huán)境污染，閃蒸干燥機(jī)是全動(dòng)態(tài)干燥方式。高含濕物料進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)經(jīng)過(guò)幾秒鐘的瞬間即干燥成粉，完成干燥、分散、分級(jí)過(guò)程，干燥熱介質(zhì)與被干燥物料是在zui大比表面積傳熱狀態(tài)下進(jìn)行表現(xiàn)出瞬間傳熱干燥特點(diǎn)，使能源利用率明顯提高，產(chǎn)品表觀、流動(dòng)性、均勻性異常突出，干燥過(guò)程是在封閉狀態(tài)下進(jìn)行，提高產(chǎn)品回收率，減少環(huán)境污染，這種干燥方式在多品種氧化鋁產(chǎn)品干燥上表現(xiàn)出顯著特點(diǎn)。

多品種氧化鋁產(chǎn)品干燥過(guò)程，首先將壓濾或離心脫水后的產(chǎn)品，由可調(diào)速的送料機(jī)送入干燥機(jī)內(nèi)，這種送料裝置具有送料穩(wěn)定并可克服不同物料的粘性，干燥機(jī)的熱源可采用間接或直接燃燒的加熱器。燃料為天然氣、柴油、液化氣，如燃煤應(yīng)采用機(jī)燒式燃煤熱風(fēng)爐，保證燃煤溫度穩(wěn)定，燃燒尾氣符合環(huán)保要求，系統(tǒng)穩(wěn)定的設(shè)定根據(jù)干燥產(chǎn)品物性進(jìn)行選擇，過(guò)高溫度易引起個(gè)別物料表面燒結(jié)，結(jié)晶水析出及熱敏色變等，在進(jìn)入閃蒸干燥機(jī)內(nèi)的物料經(jīng)分散、干燥、粒度分級(jí)過(guò)程后由后部氣體捕集系統(tǒng)進(jìn)行氣固分離，分離參數(shù)選擇要視物料粒度進(jìn)行確定，對(duì)超細(xì)物料要限定進(jìn)入袋濾器的風(fēng)速不大于1米/秒為宜以防止跑料，以阻燃用氫氧化鋁為例，將壓濾后含水為50??以上的濾餅送入閃蒸干燥機(jī)內(nèi)，進(jìn)口風(fēng)溫為250～300℃，干燥后物料終水1??以下，SKSZ125型每小時(shí)產(chǎn)量為500～700kg/h，系統(tǒng)配置功率65千瓦，占地120m²。

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的作業(yè)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)、快速、產(chǎn)品品質(zhì)均勻，系統(tǒng)操作穩(wěn)定，且節(jié)能、降耗、無(wú)污染，在多品種氧化鋁的干燥，以及在輕金屬行業(yè)產(chǎn)品方面將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。