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摘要：本文介紹了為某無(wú)機(jī)鹽設(shè)計(jì)的高溫干燥和聚合兩種功能的組合干燥裝置。較詳細(xì)地介紹了原生產(chǎn)流程及本設(shè)計(jì)的流程情況，對(duì)系統(tǒng)中的主要設(shè)備結(jié)構(gòu)也有一定介紹，為此類(lèi)物料的干燥積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
 關(guān)鍵詞： 噴霧干燥；磷酸鹽；多級(jí)干燥。
 Development of High Temperature Multistage Dryers
 Liu-Guangwen， Du-Huiguang
 （Shenyang Research Institute of Chemical Industry）
 1 前言
 本項(xiàng)目處理的磷酸鹽物料，是飲料和食品的添加劑，其目的是人們?cè)谑秤玫耐瑫r(shí)，補(bǔ)充人體必要的磷酸鹽。此工程之前，磷酸鹽產(chǎn)品多以粉狀提供給食品廠，其缺點(diǎn)是粉狀的流動(dòng)性差，溶解速度慢，不易攪拌均勻。據(jù)生產(chǎn)廠家介紹，國(guó)外有顆粒狀產(chǎn)品，使用性能優(yōu)于粉狀產(chǎn)品，深受食品廠的歡迎。根據(jù)廠家的要求，本專(zhuān)題組對(duì)物料及產(chǎn)品進(jìn)行必要的測(cè)試，開(kāi)發(fā)了高溫組合干燥裝置，經(jīng)試車(chē)一次取得成功。
 根據(jù)物料的特殊要求，設(shè)計(jì)了壓力式噴霧干燥器與多層耙式聚合器串聚組合的聯(lián)合干燥裝置，熱源采用煤氣直燃的煙道氣。由于要求較復(fù)雜，流程設(shè)計(jì)、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及材料的選擇都比較復(fù)雜。經(jīng)多次論證后確定設(shè)計(jì)方案，使系統(tǒng)的流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)都有很強(qiáng)的針對(duì)性和適應(yīng)性。滿(mǎn)足了在同一系統(tǒng)中生產(chǎn)不同性質(zhì)物料的需要，提高了生產(chǎn)自動(dòng)化水平，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，也降低了生產(chǎn)費(fèi)用。經(jīng)過(guò)一年多的生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期目的。這種生產(chǎn)方法在國(guó)內(nèi)尚屬*，產(chǎn)品為微粒狀，具有良好的流動(dòng)性和潤(rùn)濕性，大大方便了使用，提高了產(chǎn)品的附加值，已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平。
 2 物料特點(diǎn)
  該工程擬生產(chǎn)磷酸鹽系列產(chǎn)品，工藝要求磷酸鹽合成后，經(jīng)干燥得到顆粒狀產(chǎn)品，再經(jīng)高溫聚合反應(yīng)，才得到zui后成品。其中部分產(chǎn)品要求高溫反應(yīng)溫度為550℃，反應(yīng)時(shí)間為20min分鐘，另一部分產(chǎn)品要求聚合溫度為300℃，反應(yīng)時(shí)間為10分鐘點(diǎn)。物料合成后呈流動(dòng)性液體，含固率為50%，并含有結(jié)晶水，當(dāng)加熱脫結(jié)晶水時(shí)，會(huì)出現(xiàn)粘性，此時(shí)易粘器壁，如果粉體中有80%脫掉結(jié)晶后基本通過(guò)了粘滯點(diǎn)，粘壁程度大大減輕。要求該裝置連續(xù)完成干燥和聚合兩個(gè)操作，并能適用于所有產(chǎn)品。
 3 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述
 3.1原生產(chǎn)工藝
 原生產(chǎn)工藝流程如下，采用壓力式噴霧的方法，在噴嘴下方約1.5m處設(shè)置若干個(gè)煤氣燃燒嘴,霧化的液滴直接噴到火焰上,得到仍未*聚合的粉狀物料后,再將其送入到回轉(zhuǎn)窯中用明火繼續(xù)培燒使其*聚合。此工藝的缺點(diǎn)是由于霧滴直接噴到火焰上，水分在高溫下快速蒸發(fā)使霧滴產(chǎn)發(fā)生爆裂，zui終不能得到顆粒狀產(chǎn)品。物料送入回轉(zhuǎn)窯聚合時(shí)，不可避免地與筒壁接觸，而此時(shí)正是物料出現(xiàn)粘滯狀態(tài)的合適溫度，因此粘結(jié)筒壁現(xiàn)象十分嚴(yán)重。此工藝為間歇式工作，不僅產(chǎn)品質(zhì)量差而且勞動(dòng)強(qiáng)度極大，不能滿(mǎn)足市場(chǎng)要求。
 根據(jù)物料特性、產(chǎn)品要求及生產(chǎn)的具體情況，本工藝設(shè)計(jì)成壓力式噴霧干燥，得到顆粒狀產(chǎn)品后再串聯(lián)一臺(tái)聚后反應(yīng)器，達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)并得到*聚合的顆粒狀產(chǎn)品。
 3.2流程說(shuō)明
 料液由料槽經(jīng)過(guò)濾后被引入到高壓泵內(nèi)，經(jīng)高壓泵加壓后，經(jīng)穩(wěn)壓器進(jìn)入干燥器經(jīng)壓力式噴嘴霧化。
 冷空氣經(jīng)過(guò)濾后由鼓風(fēng)機(jī)吹入煤氣燃燒爐，與煙道氣混合調(diào)溫后進(jìn)入噴霧干燥器與霧滴進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，在干燥的同時(shí)已有80%的物料完成聚合反應(yīng)，到達(dá)干燥器底部與氣體分離。尾氣經(jīng)旋風(fēng)分離器后由引風(fēng)機(jī)引入到濕式除塵器洗滌后排空。
 干粉進(jìn)入聚合器后受來(lái)自煙道氣而升溫繼續(xù)進(jìn)行聚合反應(yīng)。主軸帶動(dòng)耙齒將物料自上至下逐層移動(dòng)，zui后從下部出料口出料。
 干燥器和聚合器用兩個(gè)獨(dú)立的熱源，聚合器出口氣體是高溫低濕氣體，有很高的利用價(jià)值，引入到干燥器熱風(fēng)管中作為補(bǔ)充熱源。利用閥門(mén)控制，干燥器可以實(shí)現(xiàn)并逆流兩種操作方式。當(dāng)需要并流工作時(shí)，開(kāi)啟12d和12e，關(guān)閉12c和12f，當(dāng)需要逆流操作時(shí)，開(kāi)啟12c和12f，關(guān)閉12d和12e。
 此流程的特點(diǎn)是干燥聚合連續(xù)工作，而且zui大限度地節(jié)約能源。利用風(fēng)管通過(guò)閥門(mén)切換，可進(jìn)行并流、逆流操作，適應(yīng)多種磷酸鹽的加工過(guò)程
  流程圖
 1—空氣過(guò)濾器；2—風(fēng)機(jī)；3—煤氣燃燒爐；4—料槽；5—料液過(guò)濾器；6—高壓泵；7—穩(wěn)壓器；8—干燥器；9—聚合器；10—旋風(fēng)分離器；11—濕式除塵器；12—蝶閥；13—星形閥
 A—冷空氣；F—原料；G—煤氣；C—尾氣；D—產(chǎn)品；M—細(xì)粉
 
 4 主要設(shè)備簡(jiǎn)介
 4.1噴霧干燥器
 此干燥器為高塔型壓力式噴霧干燥器，但與常用的低溫型有如下區(qū)別，由于工藝需要，采用并流、逆流兩種進(jìn)風(fēng)方式，上部用孔式整流板整流，下部采取切向百葉窗式多通道進(jìn)風(fēng)，切換熱風(fēng)流向時(shí)進(jìn)出風(fēng)管可以共用。逆流時(shí)熱風(fēng)溫度很高，下部為高溫區(qū)，因此下部采用耐高溫不銹鋼。為防止風(fēng)管產(chǎn)生熱應(yīng)力，在風(fēng)管的應(yīng)力集中處安裝多個(gè)膨脹節(jié)以消除應(yīng)力。
 干燥器結(jié)構(gòu)的確定
 在一般情況下，確定干燥器直徑主要有三種方法，①流體力學(xué)法，通過(guò)噴嘴的噴液量及噴出速度確定干燥器直徑；②蒸發(fā)強(qiáng)度法，此方法是一種經(jīng)驗(yàn)方法，通過(guò)熱風(fēng)進(jìn)口溫度選定體積蒸發(fā)強(qiáng)度，再根據(jù)蒸發(fā)水量估算出干燥室的容積，然后根據(jù)直徑和高度的關(guān)系確定干燥器直徑；③風(fēng)速法，根據(jù)物料衡算及熱量衡算計(jì)算出風(fēng)量，再根據(jù)風(fēng)速范圍確定干燥器直徑。在低溫并以干燥為主要目的干燥器的計(jì)算中，三種方法計(jì)算結(jié)果應(yīng)基本統(tǒng)一。由于本工程為高溫作業(yè)，采用后兩種方法計(jì)算的結(jié)果與*種方法不能兼顧。換言之，后兩種方法計(jì)算結(jié)果遠(yuǎn)小于*種方法，也就是說(shuō)，用后兩種方法計(jì)算結(jié)果，直徑過(guò)小，會(huì)造成嚴(yán)重粘壁。本工程zui關(guān)鍵就是解決粘壁問(wèn)題，所以應(yīng)以*種方法計(jì)算結(jié)果為主。
 4.2聚合器
 聚合器由多層中空的環(huán)狀板組成，每層板有一個(gè)下料口，板的中空腔中通入高溫氣體，以對(duì)物料進(jìn)行傳導(dǎo)加熱，料層中通入少量氣體帶出濕分以強(qiáng)化反應(yīng)效果。殼體為立式筒形結(jié)構(gòu)，安裝在噴霧干燥器的下方，板間隔為150mm，每層板上有一料耙，由主軸帶動(dòng)，主軸由齒輪及蝸輪蝸桿減速機(jī)兩級(jí)減速，再接調(diào)速電機(jī)，可根據(jù)工藝需要進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。
 5 工藝設(shè)計(jì)
 物料名稱(chēng)：食用磷酸鹽系列產(chǎn)品
 設(shè)備產(chǎn)量：1000T/Y
 工作時(shí)間：7200h/Y
 料液含水量：w1=50%（濕基）
 產(chǎn)品含水量：w2=5%（濕基）
 霧化壓力：△P=2MPa
 料液重度： =1150kg/m3
 產(chǎn)品堆密度： =500kg/m3
 產(chǎn)品溫度：100℃
 產(chǎn)品比熱：c=2kJ/kg•℃
 熱風(fēng)進(jìn)口溫度：t1=650℃
 尾氣排出溫度t2=150℃
 保溫時(shí)間：20min
 根據(jù)前面的分析并結(jié)合工程特點(diǎn)，*步要完成干燥過(guò)程，將物料中的水分脫掉，得到微粒狀固體。然后經(jīng)高溫使部分物料在下落的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)聚合，解決物料的粘壁問(wèn)題，以便安全進(jìn)入聚合器中進(jìn)一步完成聚合反應(yīng)。首先通過(guò)流體力學(xué)計(jì)算以確定干燥器的直徑。
 首先確定噴嘴孔徑。由于此物料極易粘壁，霧化角不宜選擇過(guò)大，今選擇霧化角 =500
 查有關(guān)資料，確定流出系數(shù)CD=0.45。
 干品處理量：
 G2=
 料液處理量：
 G1=
 將料液的質(zhì)量流量轉(zhuǎn)變成體積流量，則噴嘴截面積：
 
 噴嘴孔徑：
 d0=
 徑圓整后取1.8mm
 根據(jù)資料()確定干燥器直徑為2.4m。
 干燥器高度的確定
 根據(jù)有關(guān)資料，高塔形干燥器高度與直徑比為1：5，所以取有效高度H為12m。
 熱風(fēng)量計(jì)算
 蒸發(fā)水量W=264.3-139=125.3kg/h,冷空氣進(jìn)口溫度t0=20℃,空氣濕含量x0=x10.01kg/kg干空氣。經(jīng)計(jì)算，所需干空氣為1121kg/h（計(jì)算過(guò)程略），干燥器出口處濕空氣比容為1.473m3濕空氣/絕干空氣,濕空氣體積流量：
 V=1121×1.473=1651m3/h
 此時(shí)干燥器內(nèi)風(fēng)速：
 VK=
 聚合反應(yīng)器參數(shù)的確定
 物料的體積流量為：
 
 設(shè)料層為4mm,加熱盤(pán)外徑為1400mm,內(nèi)徑為400mm,主軸轉(zhuǎn)速為0.25r/min,加熱盤(pán)數(shù)為：