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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(fēng)分離器、布袋除塵器、引風(fēng)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(dǎo)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(dāng)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(dǎo)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(fēng)干燥機
旋風(fēng)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(fēng)干燥機的工作原理。旋風(fēng)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(dāng)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(fēng)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(fù)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(fēng)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(fēng)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(fù)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(xué)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(xué)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(dǎo)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(fēng)入口處設(shè)有冷風(fēng)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(fēng)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(biāo)。
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(dǎo)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(fēng)作用)。空氣經(jīng)加熱后進入加熱管把物料預(yù)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(fēng)速,大風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)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(dǎo)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(fēng)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(dāng));
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。