闪蒸干燥装置的研究及在多品种氧化铝工业化生产中的应用

时间:2024/09/06 浏览次数:20

  多品种氧化铝有别于冶炼级氧化铝,它在晶形结构、化学成分、外观形状、粒度分布等方面具有特色,因而有特殊物理化学性能,在多品种氧化铝如催化剂用氢氧化铝,阻燃剂用氢氧化铝,活性氧化铝等产品的干燥工艺过程满足工艺要求,提高产品质量,减少作业环节,节能降耗的重要过程,适应这些特点的干燥设备的应用是人们所关心的重要课题。

  1. 颗粒物料干燥过程的机理

  颗粒物料进入干燥机后,热气流首先将热量传给颗粒表面,水分立即蒸发,并向外界扩散。表面水分的蒸发,引起颗粒表面和内部的水分差,水分将从颗粒内部不断地扩散到表面,再由表面向外界蒸发,此过程循环往复,最后达到整个颗粒的干燥。

  1.1 升速干燥阶段

  颗粒置于温度较高而相对湿度小于100%的传热介质中,在较短时间内,表面被加热到干燥介质湿球温度,水分蒸发的速度增长很快,颗粒吸收的热量和蒸发水分耗去的热量相等,达到平衡。此阶段时间很短,排出水量不大,之后进入等速阶段。

  1.2 等速干燥阶段

  在此阶段,颗粒表面蒸发的水分,由其内部向表面源源不断地补充,因而颗粒表面总是保持润湿状态。此时干燥速度保持不变,颗粒表面温度亦保持不变。该阶段水分的蒸发,理论上可按外扩散(蒸发)公式及传热公式计算干燥速度:

  I外 = M /(t·F)= a〔η(t湿球-t表)〕,kg/m2h

  由上式可看出,蒸发速度(干燥速度)与颗粒表面和周围介质水蒸气浓度及温度差有关。其差愈大,干燥速度也愈大。另外,干燥速度还与颗粒表面的空气速度有关。颗粒表面总有一层不易流动的空气膜,它的厚度减小有利于水份蒸发和热交换。因而增大颗粒表面气流的速度,使空气膜减薄,可显著提高干燥速度。

  1.3 降速干燥阶段

  此阶段蒸发速度和热量的消耗大为降低,颗粒表面温度高于介质的湿球温度并逐渐升高,与载热体之间温差减小,直至接近或相同。

  1.4 平衡阶段

  此时颗粒表面水分吸湿和蒸发达到平衡,干燥速度为零。

  颗粒中的水分亦即干燥最终水分,通常不应低于储存时的平衡水分。旋转闪蒸干燥机由于干燥后物料粒度颗粒粒度很小,物料在干燥筒内停留时间极短,通常在1~3s。因此,颗粒的干燥处于等速干燥阶段,其表面的温度就是干燥介质的湿球温度。采用旋转闪蒸干燥设备,物料的粒度均匀,表面无开裂、变形和过热,有利于保证产品质量。

  2. 旋转闪蒸干燥机内颗粒的运动状态及干燥过程

  旋转闪蒸干燥机的工作原理,主机 干燥筒的示意图,见图1。

  热气流从筒下部沿筒壁切线方向进入筒内,在筒内高速旋转上升,与湿物料相遇后,旋转叶片将物料粉碎,热气流将物料加热,吹散。细颗粒物料的水份分被蒸发并随热气流螺旋上升,从排风口排出,经分离装置分离后形成干品。粗颗粒物料螺旋上升一段高度后,由于其悬浮速度小于干燥机的操作速度,因此将停止上升并滑落,经粉碎变成细颗粒,被热风吹散后再重复上述过程。干燥机内旋转叶片的独特设计及布置,有利于物料的快速碎散和干燥,分级环结构的合理设计,可保证产品的最终含水量和颗粒粒度。

  干燥机中的热交换,主要表现为气流和颗粒、筒壁与颗粒的两种热交换。

  如前所述,干燥过程的实质是水分的扩散过程,是靠外扩散和内扩散进行的。

  水分子移动依其动力的不同,可分为湿传导和湿热传导。

  2.1 湿传导

  干燥过程中,由于表面水分的蒸发,颗粒表面水分与内部水分形成浓度差,因而在颗粒半径方向有一个水分梯度,引起水分由内部向表面移动。这种扩散、传导是由水分差引起的。

  2.2 湿热传导

  由于颗粒表面水分蒸发时需要吸收热量,造成颗粒内部与表面的温度差,即在半径方向存在一个温度差 温度梯度。由此引起的水分移动称湿热传导。

  在用于热空气干燥时,湿扩散由颗粒内部向外部表面进行。同时,由于颗粒表面温度往往高于其内部温度,热扩散则使水分由颗粒表面向内部移动。因此,可以看作热扩散阻碍湿扩散的进行,降低了干燥速度。

  旋转闪蒸干燥机由高速热气流沿切线方向给入筒体,由于筒体内的螺旋运动,一方面降低颗粒周围的介质温度,同时增加了周围介质流速和温度,提高了外扩散的速度,另一方面高温气流高速冲击位于筒体下部的颗粒聚集体( 温度较高的料团),加之筒体内搅拌叶片的作用,使聚集体碎散,粒度变小,内部毛细管的长度也因之减小,强化了内扩散的效果,降低其阻力。该过程的反复,消除了物料结块,强化了颗粒水分的蒸发。

  颗粒和热气流的流动方式,在筒体下部既有对流,也有顺流(并流)。对粗粒聚集体更是对流和顺流反复换热。对于细粒物料,上述过程则随热气流同程进行,因而干燥过程可瞬间完成。对于粗聚集体的干燥,实际上是采用高温低湿的热空气进行。这些粗聚集体主要是由水份分子吸附,充填于颗粒空隙之间,采用高温低湿的条件,使整个聚集体的热传导缓慢,造成局部应力集中而使其干裂、碎散,加速干燥过程,提高热效率。

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