摘要：本文介紹了為某無機(jī)鹽設(shè)計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)計的流程情況，對系統(tǒng)中的主要設(shè)備結(jié)構(gòu)也有一定介紹，為此類物料的干燥積累了寶貴經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：噴霧干燥；磷酸鹽；多級干燥。
developmentofhightemperaturemultistagedryers
liu-guangwen，du-huiguang
（shenyangresearchinstituteofchemicalindustry）
1前言
本項目處理的磷酸鹽物料，是飲料和食品的添加劑，其目的是人們在食用的同時，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)是粉狀的流動性差，溶解速度慢，不易攪拌均勻。據(jù)生產(chǎn)廠家介紹，國外有顆粒狀產(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，本專題組對物料及產(chǎn)品進(jìn)行必要的測試，開發(fā)了高溫組合干燥裝置，經(jīng)試車一次取得成功。
根據(jù)物料的特殊要求，設(shè)計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、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計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)的針對性和適應(yīng)性。滿足了在同一系統(tǒng)中生產(chǎn)不同性質(zhì)物料的需要，提高了生產(chǎn)自動化水平，減輕了勞動強(qiáng)度，也降低了生產(chǎn)費(fèi)用。經(jīng)過一年多的生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備的各項指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期目的。這種生產(chǎn)方法在國內(nèi)尚屬*，產(chǎn)品為微粒狀，具有良好的流動性和潤濕性，大大方便了使用，提高了產(chǎn)品的附加值，已達(dá)到國外同類產(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)時間為20min分鐘，另一部分產(chǎn)品要求聚合溫度為300℃，反應(yīng)時間為10分鐘點(diǎn)。物料合成后呈流動性液體，含固率為50%，并含有結(jié)晶水，當(dāng)加熱脫結(jié)晶水時，會出現(xiàn)粘性，此時易粘器壁，如果粉體中有80%脫掉結(jié)晶后基本通過了粘滯點(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操作，并能適用于所有產(chǎn)品。
3生產(chǎn)流程簡述
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，不可避免地與筒壁接觸，而此時正是物料出現(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)量差而且勞動強(qiáng)度*，不能滿足市場要求。
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)計成壓力式噴霧干燥，得到顆粒狀產(chǎn)品后再串聯(lián)一臺聚后反應(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流程說明
料液由料槽經(jīng)過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)入聚合器后受來自煙道氣而升溫繼續(xù)進(jìn)行聚合反應(yīng)。主軸帶動耙齒將物料自上至下逐層移動，zui后從下部出料口出料。
干燥器和聚合器用兩個獨(dú)立的熱源，聚合器出口氣體是高溫低濕氣體，有很高的利用價值，引入到干燥器熱風(fēng)管中作為補(bǔ)充熱源。利用閥門控制，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，開啟12d和12e，關(guān)閉12c和12f，當(dāng)需要逆流操作時，開啟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)管通過閥門切換，可進(jìn)行并流、逆流操作，適應(yīng)多種磷酸鹽的加工過程
流程圖
1—空氣過濾器；2—風(fēng)機(jī)；3—煤氣燃燒爐；4—料槽；5—料液過濾器；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)流向時進(jìn)出風(fēng)管可以共用。逆流時熱風(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)驗方法，通過熱風(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算中，三種方法計算結(jié)果應(yīng)基本統(tǒng)一。由于本工程為高溫作業(yè)，采用后兩種方法計算的結(jié)果與*種方法不能兼顧。換言之，后兩種方法計算結(jié)果遠(yuǎn)小于*種方法，也就是說，用后兩種方法計算結(jié)果，直徑過小，會造成嚴(yán)重粘壁。本工程zui關(guān)鍵就是解決粘壁問題，所以應(yīng)以*種方法計算結(jié)果為主。
4.2聚合器
聚合器由多層中空的環(huán)狀板組成，每層板有一個下料口，板的中空腔中通入高溫氣體，以對物料進(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，主軸由齒輪及蝸輪蝸桿減速機(jī)兩級減速，再接調(diào)速電機(jī)，可根據(jù)工藝需要進(jìn)行無級調(diào)速。
5工藝設(shè)計
物料名稱：食用磷酸鹽系列產(chǎn)品
設(shè)備產(chǎn)量：1000t/y
工作時間：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程中實(shí)現(xiàn)聚合，解決物料的粘壁問題，以便安全進(jìn)入聚合器中進(jìn)一步完成聚合反應(yīng)。首先通過流體力學(xué)計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)計算，所需干空氣為1121kg/h（計算過程略），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,加熱盤外徑為1400mm,內(nèi)徑為400mm,主軸轉(zhuǎn)速為0.25r/min,加熱盤數(shù)為