新型间接加热连续型干燥机的设计及干燥工艺

代哲振

（浙江省化工研究院有限公司，浙江 杭州 310023）

0 引言

干燥是许多工业生产中的重要工艺过程之一，它直接影响到产品的性能、形态、质量以及过程的能耗等。干燥技术及涉及热、质传递机理，又与物系的特性、处理规模等密切相关，最终体现在各种不同的设备结构及干燥工艺上。而干燥的能耗直接影响到生产运行成本，在工业发达国家要超过能耗总量的10%，因此干燥过程的节能也是涉及面极广的长远课题[1]。新型间接加热连续型干燥机是一种适用于树脂、化学药品、染料、颜料、食品等行业的干燥机。该设备干燥工艺的连续性批量干燥时间一般只需10～15 min,具有干燥效率高、低能耗等特点，而且该工艺是由喂料系统、干燥机、除尘器、冷凝装置、循环风机、加热器、惰性传热介质等构成的闭路循环干燥流程，因而能杜绝生产现场的环境污染，回收废气废液，产品质量也高。

1 间接加热连续型干燥机简介

1.1 干燥机的分类

干燥器设备有很多类型，按其操作压力可分为常压式和真空式干燥机；按其操作方式分为间歇操作和连续操作干燥机；按其供给热量的方法分为传导加热干燥器、对流加热干燥器、辐射加热干燥器等；按其使用介质种类可分为空气、过热水蒸气、惰性气体为干燥介质的干燥器；按其构造可分为喷雾干燥器、流化床干燥器、气流干燥器、回转圆筒干燥器、滚筒干燥器等[2]。

1.2 间接加热连续型干燥机所属类型

间接加热连续型干燥机的主体内为负压环境，它可以连续操作，以对流和传导的混合形式加热，干燥介质可以为空气、过热水蒸气、惰性气体等，它的高速旋转轴将物料搅拌打散并作高速离心运动，与循环的干燥介质形成撞击流[3]，故间接加热连续型干燥机是一种真空式的、连续型的综合型气流干燥机。

2 间接加热连续型干燥机设计方案

2.1 结构特征

间接加热连续型干燥机的结构如图1所示。其主要有传动系统、旋转桨叶轴、轴端气密封结构、筒体、排气除尘器等五部件组成。旋转桨叶轴的进料端和出料端均有若干片螺旋叶片，中间均布若干组桨叶，桨叶叶面与轴的轴心线呈一定角度的夹角，且采用特殊连接方式使该角度可以自由调节。轴端密封根据使用环境等需求，采用干气密封结构[4]，气密封是一种非接触式的机械密封,它具有介质泄漏量少、端面磨损小、能耗低、运行寿命长和可靠性高等优点。筒体外侧有热水或热蒸气夹套，用于间接加热筒体腔内的待干燥物料。排气除尘器采用的是典型的MC型脉式反吹袋式除尘器[5]，除尘布袋需根据排出气体的属性而选择确定。

图1 间接加热连续型干燥机的结构图

2.2 工作原理

传动系统驱使桨叶轴高速旋转。物料进入筒体后，被高速旋转的螺旋叶片和桨叶搅拌起来沿着筒体内壁作高速的离心运动，而另一端则吹入经过加热的循环气体（空气或惰性气体等）。一方面，物料能间接地快速地吸收来自筒体夹套内热水或热蒸气传递的热量；另一方面，物料作高速的离心运动，形成一股高速两相流（气流与湿颗粒/液滴的混合流），与循环气体迎面碰撞而形成对撞流，此时产生的对撞区可获得很高的传热、传质速率，还可消除颗粒的结团、进行液滴雾化和颗粒分散。物料在螺旋叶片和桨叶的推力下进过对撞区后到达出料口出料，其最终含湿量由在筒体内停留的时间、夹套温度以及循环热风等参数决定，在筒体内停留的时间可根据工艺要求调整桨叶轴转速、桨叶与轴的轴心线的夹角来实现。被干燥的液体成分进过加热以气相形式随循环气体进过除尘器排出筒体。

3 间接加热连续型干燥机干燥工艺方案

3.1 干燥工艺的组成

本干燥工艺的设备组成为：喂料系统、间接加热连续型干燥机主体、出料系统、喷淋装置、循环风机、气体加热器、液体加热器、循环泵、冷凝器、若干阀门等。本干燥工艺使用的干燥介质一般为不饱和热空气，为避免物料被污染或氧化可采用过热水蒸气，对含有机溶剂的物料干燥，也可使用氮气或溶剂的过热蒸气。

3.2 干燥工艺的基本流程

本干燥工艺的基本流程如图2。它由三个循环部分组成：其一，储槽内传热介质（水、水蒸气或导热油等）进过加热器加热后，由循环泵不间断送至筒体夹套内，对整个筒体内腔加热，冷却后的传热介质由于循环泵的压力回到储槽；其二，湿物料自喂料系统进入干燥机的一端，干燥介质由循环风机送入加热器加热，之后进入干燥机的另一端，在筒体内腔与湿物料热交换而达到干燥目的，干燥后的物料在螺旋叶片和桨叶的推力下到达出料口，进入出料系统，而被加热挥发的气体随干燥介质一起经过筒体上的除尘器后进入喷淋装置，被加热挥发的气体遇冷凝结为液体后被排出系统外，干燥介质则由循环风机吸入送进气体加热器继续循环使用；其三，冷凝介质通过循环泵，与冷凝装置和喷淋装置构成循环回路。

图2 干燥工艺的基本流程图

4 间接加热连续型干燥机生产结果与应用

4.1 干燥效果

间接加热连续型干燥机的体积传热系数的平均值约为 2000～6000 kcal/h·m3·℃,气固两相接触时间极短，干燥时间一般在0.5～2 s，最长5 s，连续性批量干燥时间一般只需10～15 min，热效率在80%左右。

4.2 生产优势

与其他类型干燥机相比，间接加热连续型干燥机的蒸发能力强，蒸发过程能在非常短的时间内完成，因此，它的单位容积能力非常大。在平均停留时间相近的情况下，它的蒸发能力是流化床干燥机的100倍之多；在相近蒸发速率和干燥介质进出口温度情况下，它的蒸发能力是喷雾干燥器的5～10倍。干燥介质和传热介质的消耗量几乎为零。桨叶轴的高速运转使得物料有效防止发生因凝聚而抱团的现象。闭合的循环回路使得挥发性溶剂回收比较容易，也减少了环境污染。桨叶的可调结构使得物料在筒体内的停留时间可调。

4.3 应用领域

间接加热连续型干燥机因其自身结构、传热方式的特性，决定了其适用的行业或物料类型。已在树脂、化学药品、染料、颜料、食品等行业中，待干燥物料呈膏糊状、粉状、粒状或块状的，需连续生产的领域得到很好的应用。

5 结论

间接加热连续型干燥机是一种真空式的、连续型的综合型气流干燥机，它综合了气流干燥机以及撞击流干燥机的热传递效率高等优点，可以和传统的流化床、喷动床、振动流化床、气流干燥机甚至喷雾及旋转气流干燥机相竞争。加之其闭合回路的干燥工艺，能有效控制干燥介质和传热介质的消耗量，能提高产品质量，能回收有机溶剂，也减少了环境污染，从而大大降低了生产能耗与成本。因此，间接加热连续型干燥机符合干燥技术的未来趋势，以其灵活的结构设计应该有更为广阔的应用范围和前景。

[1]潘永康.现代干燥技术[M].北京：化学工业出版社，1998.

[2]化工设备设计全书编辑委员会，金国淼.干燥设备设计[M].上海：上海科学技术出版社，1990.

[3]Tamir A.撞击流反应器：原理和应用[M].北京：化学工业出版社，1996.

[4]姚新华，何耀辉.干气密封的选用及失效分析[J].润滑与密封,2011,(4)：116-118.

[5]唐敬麟，张禄虎.除尘装置系统及设备设计选用手册[M].北京：化学工业出版社，2003.