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        閃蒸干燥裝置在多品種氧化鋁工業化生產中的應用

          多品種氧化鋁有別于冶煉級氧化鋁,它在晶形結構、化學成分、外觀形狀、粒度分布等方面具有特色,因而有特殊物理化學性能,在多品種氧化鋁如催化劑用氫氧化鋁,阻燃劑用氫氧化鋁,活性氧化鋁等產品的干燥工藝過程滿足工藝要求,提高產品質量,減少作業環節,節能降耗的重要過程,適應這些特點的干燥設備的應用是人們所關心的重要課題。
            本文對旋轉閃蒸干燥機干燥過程作一介紹,以期有助于對多品種氧化鋁干燥上的選擇與應用。

          1. 顆粒物料干燥過程的機理
          顆粒物料進入干燥機后,熱氣流首先將熱量傳給顆粒表面,水分立即蒸發,并向外界擴散。表面水分的蒸發,引起顆粒表面和內部的水分差,水分將從顆粒內部不斷地擴散到表面,再由表面向外界蒸發,此過程循環往復,^后達到整個顆粒的干燥。

          1.1 升速干燥階段
          顆粒置于溫度較高而相對濕度小于100%的傳熱介質中,在較短時間內,表面被加熱到干燥介質濕球溫度,水分蒸發的速度增長很快,顆粒吸收的熱量和蒸發水分耗去的熱量相等,達到平衡。此階段時間很短,排出水量不大,之后進入等速階段。

          1.2 等速干燥階段
          在此階段,顆粒表面蒸發的水分,由其內部向表面源源不斷地補充,因而顆粒表面總是保持潤濕狀態。此時干燥速度保持不變,顆粒表面溫度亦保持不變。該階段水分的蒸發,理論上可按外擴散(蒸發)公式及傳熱公式計算干燥速度:
          I外 = M /(t?F)= a〔η(t濕球-t表)〕,kg/m2h

          由上式可看出,蒸發速度(干燥速度)與顆粒表面和周圍介質水蒸氣濃度及溫度差有關。其差愈大,干燥速度也愈大。另外,干燥速度還與顆粒表面的空氣速度有關。顆粒表面總有一層不易流動的空氣膜,它的厚度減小有利于水份蒸發和熱交換。因而增大顆粒表面氣流的速度,使空氣膜減薄,可顯著提高干燥速度。

          1.3 降速干燥階段
          此階段蒸發速度和熱量的消耗大為降低,顆粒表面溫度高于介質的濕球溫度并逐漸升高,與載熱體之間溫差減小,直至接近或相同。

          1.4 平衡階段
          此時顆粒表面水分吸濕和蒸發達到平衡,干燥速度為零。

          顆粒中的水分亦即干燥^終水分,通常不應低于儲存時的平衡水分。旋轉閃蒸干燥機由于干燥后物料粒度顆粒粒度很小,物料在干燥筒內停留時間極短,通常在1~3s。因此,顆粒的干燥處于等速干燥階段,其表面的溫度就是干燥介質的濕球溫度。采用旋轉閃蒸干燥設備,物料的粒度均勻,表面無開裂、變形和過熱,有利于保證產品質量。

          2. 旋轉閃蒸干燥機內顆粒的運動狀態及干燥過程
          熱氣流從筒下部沿筒壁切線方向進入筒內,在筒內高速旋轉上升,與濕物料相遇后,旋轉葉片將物料粉碎,熱氣流將物料加熱,吹散。細顆粒物料的水份分被蒸發并隨熱氣流螺旋上升,從排風口排出,經分離裝置分離后形成干品。粗顆粒物料螺旋上升一段高度后,由于其懸浮速度小于干燥機的操作速度,因此將停止上升并滑落,經粉碎變成細顆粒,被熱風吹散后再重復上述過程。干燥機內旋轉葉片的獨特設計及布置,有利于物料的快速碎散和干燥,分級環結構的合理設計,可保證產品的^終含水量和顆粒粒度。

          干燥機中的熱交換,主要表現為氣流和顆粒、筒壁與顆粒的兩種熱交換。

          如前所述,干燥過程的實質是水分的擴散過程,是靠外擴散和內擴散進行的。

          水分子移動依其動力的不同,可分為濕傳導和濕熱傳導。

          2.1 濕傳導
          干燥過程中,由于表面水分的蒸發,顆粒表面水分與內部水分形成濃度差,因而在顆粒半徑方向有一個水分梯度,引起水分由內部向表面移動。這種擴散、傳導是由水分差引起的。

          2.2 濕熱傳導
          由于顆粒表面水分蒸發時需要吸收熱量,造成顆粒內部與表面的溫度差,即在半徑方向存在一個溫度差 溫度梯度。由此引起的水分移動稱濕熱傳導。

          在用于熱空氣干燥時,濕擴散由顆粒內部向外部表面進行。同時,由于顆粒表面溫度往往高于其內部溫度,熱擴散則使水分由顆粒表面向內部移動。因此,可以看作熱擴散阻礙濕擴散的進行,降低了干燥速度。

          旋轉閃蒸干燥機由高速熱氣流沿切線方向給入筒體,由于筒體內的螺旋運動,一方面降低顆粒周圍的介質溫度,同時增加了周圍介質流速和溫度,提高了外擴散的速度,另一方面高溫氣流高速沖擊位于筒體下部的顆粒聚集體( 溫度較高的料團),加之筒體內攪拌葉片的作用,使聚集體碎散,粒度變小,內部毛細管的長度也因之減小,強化了內擴散的效果,降低其阻力。該過程的反復,消除了物料結塊,強化了顆粒水分的蒸發。

          顆粒和熱氣流的流動方式,在筒體下部既有對流,也有順流(并流)。對粗粒聚集體更是對流和順流反復換熱。對于細粒物料,上述過程則隨熱氣流同程進行,因而干燥過程可瞬間完成。對于粗聚集體的干燥,實際上是采用高溫低濕的熱空氣進行。這些粗聚集體主要是由水份分子吸附,充填于顆??障吨g,采用高溫低濕的條件,使整個聚集體的熱傳導緩慢,造成局部應力集中而使其干裂、碎散,加速干燥過程,提高熱效率。

          3. 閃蒸干燥機的工藝流程
          旋轉閃蒸干燥機屬連續工作的干燥設備,由主機和螺旋給料機構組成,并分別由電動機單獨驅動。

          旋轉閃蒸干燥系統,除主機外還必須具備:供熱部分,供氣部分,成品收集部分。一般此三部分中供熱多采用燃煤、燃油、燃氣的熱風爐或采用電力、蒸汽換熱器;供氣系統則由離心式通風機及其管路、閥等組成;成品收集部分則由旋風分離器和袋式過濾器等組成。

          上述系統配置是閃蒸干燥機系統的基本配置,對特殊物料應進行系統調整,以適應不同物料干燥的要求。

          4. 多品種氧化鋁干燥的工藝性及參數選擇
          多品種氧化鋁的干燥習慣采用的干燥方式為箱式、帶式或回轉滾筒干燥,這些干燥物料多處于靜態或半動態干燥過程,干燥時間長,能耗高,且干燥后的物料還需進行粉碎、分級過程,造成產品質量低,能耗高,產品浪費嚴重,形成粉塵環境污染,閃蒸干燥機是全動態干燥方式。高含濕物料進入干燥機內經過幾秒鐘的瞬間即干燥成粉,完成干燥、分散、分級過程,干燥熱介質與被干燥物料是在^大比表面積傳熱狀態下進行表現出瞬間傳熱干燥特點,使能源利用率明顯提高,產品表觀、流動性、均勻性異常突出,干燥過程是在封閉狀態下進行,提高產品回收率,減少環境污染,這種干燥方式在多品種氧化鋁產品干燥上表現出顯著特點。

          旋轉閃蒸干燥機的作業、動態、連續、快速、產品品質均勻,系統操作穩定,且節能、降耗、^,在多品種氧化鋁的干燥,以及在輕金屬行業產品方面將會得到更廣泛的應用。

         

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