閃蒸干燥裝置的研究及在多品種氧化鋁工業(yè)化生產(chǎn)中的應用
趙軍,齒輥式破碎機張繼宇
(東北大振動喂料機學、遼寧東大粉體工程技術有限公司)
SZZ型自定中心篩
文章摘要:本文介紹了旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機干燥工藝過程、干三次元振動篩燥機理,并介紹了該裝置對多品種氧化鋁干燥的操作性及其設備特點。
主題詞:閃蒸干燥;多品種氧化輕型直線篩鋁
多品種氧化鋁有別于冶煉級氧化鋁,它在晶形結(jié)構、化學成分、外觀固體物料輸送形狀、粒度分布等方面具有特色,因而有特殊物理化學性能,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)能降耗的重要過程,適應這些特點的干燥設備的應用是人們所關心的重要課題。
東北大學遼寧東大粉體工程技術有限公司,一九九○年在吸收借鑒國外設備及工藝基礎上,設計生產(chǎn)出適合國情,具有技術特點的閃蒸干燥設備,已形成專業(yè)化系列化產(chǎn)品,在化工、建材、冶金等領域形成工業(yè)化規(guī)模應用,對多品種氧化鋁的干燥已取得成功的經(jīng)驗和較完善的工藝配套系統(tǒng)。本文對旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機干燥過程作一介紹,以期有助于對多品種氧化鋁干立式?jīng)_擊破碎機燥上的選擇與應用。
1. 顆輕型輸送機粒物料干燥過程的機理
顆粒物料進入干燥機后,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)部不斷地擴散到表面,再由表面向外界刮板給煤機蒸發(fā),此過程循環(huán)往復,最后達到整個顆粒的干燥。
顆粒置于溫度較高而相對濕度小于100%的傳熱介質(zhì)中,在較短時間內(nèi),表面被加熱到干燥介質(zhì)濕球溫度,水分蒸發(fā)的速度增長很快,顆粒吸收的熱量和蒸發(fā)水分耗去的熱量相等,達到平衡。此階段時間很短,排出水量不雙螺旋輸送機大,之后進入等速階段。
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)部向表面源源不斷地補充,因而顆粒表面總是保持潤濕狀態(tài)。此時干燥速度保持不變,顆粒表面溫度亦保持不變。該階段水分的蒸發(fā),理論上可按外擴散(蒸發(fā))公式及傳熱公式計算干燥速度:
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。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。顆粒表面總有一層不易流動的空氣膜,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
此時顆粒表面水分吸濕和蒸發(fā)達到平衡,干燥速度為零。
顆粒中的水分亦即干燥最終水分,通常不應低于儲存時的平衡水分。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機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)閃蒸干燥設備,物料的粒度均勻,表面無開裂、變形和過熱,有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量。
2. 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機內(nèi)顆粒的運動狀態(tài)及干燥過程
圖1 干燥筒體示意圖
熱氣流從筒下部沿筒壁切線方向進入筒內(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。細顆粒物料的水份分被蒸發(fā)并隨熱氣流螺旋上升,從排風口排出,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的操作速度,因此將停止上升并滑落,經(jīng)粉碎變成細顆粒,被熱風吹散后再重復上述過程。干燥機內(nèi)旋轉(zhuǎn)葉片的獨特設計及布置,有利于物料的快速碎散和干燥,分級環(huán)結(jié)構的合理設計,可保證產(chǎn)品的最終含水量和顆粒粒度。
干燥機中的熱交換,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,干燥過程的實質(zhì)是水分的擴散過程,是靠外擴散和內(nèi)擴散進行的。
水分子移動依其動力的不同,可分為濕傳導和濕熱傳導。
2.1 濕傳導
干燥過程中,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水分梯度,引起水分由內(nèi)部向表面移動。這種擴散、傳導是由水分差引起的。
2.2 濕熱傳導
在用于熱空氣干燥時,濕擴散由顆粒內(nèi)部向外部表面進行。同時,由于顆粒表面溫度往往高于其內(nèi)部溫度,熱擴散則使水分由顆粒表面向內(nèi)部移動。因此,可以看作熱擴散阻礙濕擴散的進行,降低了干燥速度。
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機由高速熱氣流沿切線方向給入筒體,由于筒體內(nèi)的螺旋運動,一方面降低顆粒周圍的介質(zhì)溫度,同時增加了周圍介質(zhì)流速和溫度,提高了外擴散的速度,另一方面高溫氣流高速沖擊位于筒體下部的顆粒聚集體( 溫度較高的料團),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)部毛細管的長度也因之減小,強化了內(nèi)擴散的效果,降低其阻力。該過程的反復,消除了物料結(jié)塊,強化了顆粒水分的蒸發(fā)。
顆粒和熱氣流的流動方式,在筒體下部既有對流,也有順流(并流)。對粗粒聚集體更是對流和順流反復換熱。對于細粒物料,上述過程則隨熱氣流同程進行,因而干燥過程可瞬間完成。對于粗聚集體的干燥,實際上是采用高溫低濕的熱空氣進行。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,使整個聚集體的熱傳導緩慢,造成局部應力集中而使其干裂、碎散,加速干燥過程,提高熱效率。
3. 閃蒸干燥機的工藝流程
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機屬連續(xù)工作的干燥設備,由主機和螺旋給料機構組成,并分別由電動機單獨驅(qū)動。
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥系統(tǒng),除主機外還必須具備: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、燃氣的熱風爐或采用電力、蒸汽換熱器;供氣系統(tǒng)則由離心式通風機及其管路、閥等組成;成品收集部分則由旋風分離器和袋式過濾器等組成。由主機與上述各種配套設備組成的旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機系統(tǒng)工藝流程如圖2所示。
高效節(jié)能熱風爐
鼓風機
電、氣換熱器
大氣
旋風分離器 成品 含濕物料 成品 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機 上料機 引風機 過濾器
乏氣
圖2 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥系統(tǒng)工藝流程
上述系統(tǒng)配置是閃蒸干燥機系統(tǒng)的基本配置,對特殊物料應進行系統(tǒng)調(diào)整,以適應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)或半動態(tài)干燥過程,干燥時間長,能耗高,且干燥后的物料還需進行粉碎、分級過程,造成產(chǎn)品質(zhì)量低,能耗高,產(chǎn)品浪費嚴重,形成粉塵環(huán)境污染,閃蒸干燥機是全動態(tài)干燥方式。高含濕物料進入干燥機內(nèi)經(jīng)過幾秒鐘的瞬間即干燥成粉,完成干燥、分散、分級過程,干燥熱介質(zhì)與被干燥物料是在最大比表面積傳熱狀態(tài)下進行表現(xiàn)出瞬間傳熱干燥特點,使能源利用率明顯提高,產(chǎn)品表觀、流動性、均勻性異常突出,干燥過程是在封閉狀態(tài)下進行,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。
多品種氧化鋁產(chǎn)品干燥過程,首先將壓濾或離心脫水后的產(chǎn)品,由可調(diào)速的送料機送入干燥機內(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,如燃煤應采用機燒式燃煤熱風爐,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)定的設定根據(jù)干燥產(chǎn)品物性進行選擇,過高溫度易引起個別物料表面燒結(jié),結(jié)晶水析出及熱敏色變等,在進入閃蒸干燥機內(nèi)的物料經(jīng)分散、干燥、粒度分級過程后由后部氣體捕集系統(tǒng)進行氣固分離,分離參數(shù)選擇要視物料粒度進行確定,對超細物料要限定進入袋濾器的風速不大于
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機的作業(yè)、動態(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)品方面將會得到更廣泛的應用。
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