劉 湧 周維剛
(中國鋁業山東分公司化學品氧化鋁公司)
摘 要 介紹了旋轉閃蒸干燥機的特點、基本結構和工作原理及其在應用中的常見故障、診斷和基本維護。與現有的強化沸騰干燥器相比, 旋轉閃蒸干燥機具有產能大、能耗低的優點, 值得推廣應用。
關鍵詞 旋轉閃蒸干燥機 強化沸騰干燥器 4A 沸石
0 引言
4A 沸石是一種無磷洗滌助劑。為了防止海水、河水、湖水等富營養化, 國內外都采取了限磷措施。隨著禁磷地域的擴大, 4A 沸石有可能完全取代原有害的含磷助劑——三聚磷酸鈉(STPP) , 這為4A 沸石的生產提供了前所未有的市場發展空間。
中國鋁業山東分公司是國內最大的生產洗滌劑用4A 沸石的單位。目前4A 沸石的產量由當初的年產5000t 提高到12 萬t。在烘干工序,一直使用強化沸騰干燥器, 而國外使用旋轉閃蒸干燥機。強化干燥器存在產量低、能耗高、占地空間大等缺點, 致使烘干設備不能形成大型化。而新建10 萬t/a 的4A 沸石生產線已經得到中鋁公司的批準, 若該生產線烘干工序還是使用強化干燥器, 則需要同類設備12 臺。因此, 新建4A 沸石生產線不能再走老線的設備小型化的老路, 應使用產能大的旋轉閃蒸干燥機。結合我公司4A 沸石生產中烘干工藝的要求, 積極引進了2臺先進的旋轉閃蒸干燥機, 有效克服了原有干燥器諸多缺點, 取得了良好的經濟效益和社會效益。
1 干燥機理
濕物料的干燥有著復雜的干燥機理, 包括濕分的汽化、傳遞(質交換) 和熱量的傳遞(熱交換) 兩個過程, 有傳導、對流、輻射三者的共同作用, 但基本的干燥機理可以通過如圖1 所示的干燥特性曲線來表述。由圖1 可見, 干燥過程基本分為四個階段?！ ?/p>
預熱段(AB 段) :
物料經螺旋加料裝置進入干燥主體機, 由破碎機構及高壓熱風向其進行傳導換熱和對流換熱, 促使物料從常溫升高到濕球溫度, 熱風溫度下降, 物料含水率不變。
等速干燥段(BC 段) :
物料經過傳導換熱及對流換熱, 迫使物料內部水分擴散, 其擴散速率大于表面水分汽化速率, 物料表面始終存在一層自由水, 熱風傳給物料的熱量全部用于水分汽化所需熱量, 因而, 物料表面的溫度始終保持空氣濕球溫度不變, 熱風溫度和物料的含水率快速降低。
降速干燥段(CD 段) :
為了提高干燥速率, 在不提高熱風溫度的條件下繼續向其中吹入熱風(在內壁形成強大的旋流進入) , 與初干物料進行換熱, 物料內部水分的擴散速率小于表面水分的汽化速率, 導致物料表面沒有足夠的水分, 故干燥速率降低。熱風給物料的熱量大于水分汽化消耗的熱量,故物料的溫度不斷升高, 熱風溫度下降比較緩慢, 物料水分不斷降低。
降速干燥后期(DE 段) :
物料到干燥后期, 其含水率基本達到了產品質量要求, 熱風傳給物料的熱量遠遠大于水分汽化消耗的熱量, 故物料表面溫度急劇升高,物料水分基本不變。
2 4A 沸石物料特性及烘干條件
4A 沸石是一種鋁硅酸鹽。作為洗滌劑用的4A 沸石是通過水熱法人工合成的, 其物理特性及烘干條件如下:
(1) 一般結晶度在80% 左右, 即80% 為晶體, 20%為非晶體。
(2) 烘干前4A 沸石濾餅附著水一般為25%～ 30% , 而烘干后要求附著水小于0.3% , 灼燒減量小于23%。
(3) 4A 沸石粒度為4um。
(4) 4A 沸石屬熱敏性物料, 要求干燥時間短, 不超過7s。
(5) 進口熱風溫度必須控制在250℃～450℃之間, 出口溫度小于140℃。
3 旋轉閃蒸干燥機的特點
(1) 氣流逆向干燥, 有效傳熱、傳質面積大, 散熱面積小, 熱損失小, 熱效率較高, 達60%～75%; 容積傳熱系數高, 一般可達2326～ 6978W/(m3℃)。
(2) 氣流速度大, 達40～ 50m /s; 干燥介質溫度高, 一般可達200℃～ 700℃; 物料在干燥機內停留時間短, 一般約為0.5～ 2s, 尤其適合于熱敏性物料。
(3) 干燥機下部有四至五層破碎機構, 上部有分級器, 集蒸發、破碎、干燥、分級于一體, 烘干產品最終含水率可小于0.3% 且產品含水率均勻, 最終產品幾乎恢復到原始顆粒。
(4) 烘干工藝全程采用負壓操作, 實現無塵化生產; 同時采用最新型的脈沖袋式除塵器,成品回收率高, 大于99%。
(5) 通過自動螺旋加料器連續投料, 連續出成品, 實現連續化生產, 生產能力大。
4 旋轉閃蒸干燥機結構及工作原理
4.1 基本結構
如圖2 所示, 旋轉閃蒸干燥機主要由支架、(傳動) 電機、主機體、破碎機構、分級器五大部分組成。
4.2 工作原理
物料經螺旋送料器進入干燥室中, 在降落過程中大塊料被攪拌器打碎并混勻。熱空氣經干燥室底部的空氣分配器由切線方向進入, 在干燥室內形成強有力的氣流旋渦, 可促使較重的濕塊狀料向干燥室器壁和上部移動。
在干燥室內, 轉子的機械運動和干燥熱空氣的強勁旋渦, 與物料形成了平衡的流化床。熱空氣和物料充分接觸換熱, 物料中的水分迅速蒸發。在旋渦式熱空氣的作用下, 細的干燥顆粒在室中沿軸向運動, 通過干燥室頂部的分級器進入袋式過濾器被收集。較大的顆粒則被分級器阻擋, 重新回到干燥室繼續被分散和干燥。所以, 通過改變干燥室分級器的直徑可控制產品的顆粒尺寸。
通過自動控制設備, 濕料的進料速度和產品的出料速度將保持平衡。顆粒在干燥區的停留時間恰恰等于干燥所需的時間。
5 應用與維護
由旋轉閃蒸干燥機的基本結構圖和工作原理可以看出, 在整個主體設備中, 動部件只有粉碎機構, 所以, 影響旋轉閃蒸干燥機正常工作的也主要是動部件——粉碎機構, 只要維持粉碎機構的正常運轉, 就能達到維護的目的。
5.1 影響粉碎機構正常運轉的主要因素
(1) 高速運轉的粉碎機構所選用的軸承不當或其質量不過關。
(2) 粉碎機構的上下軸承潤滑不良而過熱損壞。
(3) 粉碎機構上端軸承因密封不嚴而進料,導致軸承縮短使用壽命。
(4) 粉碎機構動翅長期高速運轉而磨損損壞。
(5) 安裝及檢修過程中有外來鐵塊等雜物掉入而導致粉碎機構被卡住, 或傳動電機出現故障。
5.2 粉碎機構的維護
針對影響粉碎機構正常運轉的主要因素,我們根據實際使用情況, 采取如下必要措施, 做到防患于未然。
(1) 選用適當的、優質的合格軸承, 尤其更換軸承時優先選用原廠家出廠時原配軸承。
(2) 在安裝、檢修時添加足量的優質潤滑油, 以確保使用中良好的潤滑。采用耐磨高強度聚四氟乙烯材料改善上端密封裝置, 防止物料進入軸承而影響其使用壽命。
(3) 選用硬度大、耐磨的不銹鋼做動翅,既可減小磨損, 亦不影響產品白度。
(4) 在安裝及檢修過程中嚴格遵守操作規程, 堅決杜絕外來物入內, 以免外來物隨高速動翅運動發生卡死現象而破壞動翅動平衡。
(5) 選用優質傳動電機, 使用中加強維護保養, 以保證其正常運轉。
6 經濟效益
經生產實踐, 旋轉閃蒸干燥機與普通強化沸騰干燥器的主要經濟技術指標對比如表1 所示。
顯而易見, 旋轉閃蒸干燥機有效地克服了強化沸騰干燥器等其他干燥設備烘干能力小、動力消耗大、干燥強度低、熱效率相對較低、物料容易進入熱風爐(預熱空氣強制加熱裝置) 爐體塞爐而大大縮短正常檢修周期等諸多缺點。以我公司現4A 沸石年產量為25 萬t 計算, 其經濟價值意義可見一斑。
7 結論
旋轉閃蒸干燥機在提高生產能力、節能省耗、降低產品生產成本、減小環境污染等各方面具有突出的優勢, 在實際生產中產生了良好的經濟效益和規模經濟效應, 有力地提高了企業的競爭力。因此, 在物性類似于4A 沸石的粉體工程烘干工藝中, 旋轉閃蒸干燥機有著很大的推廣價值。
參 考 文 獻
1 天津大學化工原理教研室. 化工原理(上、下). 天津: 天津科學技術出版社, 1999.
2 化工設備設計全書編輯委員會. 干燥設備. 北京: 化學工業出版社, 2002.
3 高慎琴主編. 化工機器. 北京: 化學工業出版社, 1992.
4 聶清德主編. 化工設備設計. 北京: 化學工業出版社,1991.
