旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的改進(jìn)

李 寧 孫德松 于鎮(zhèn)寧

（常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213000）

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的改進(jìn)

李 寧 孫德松 于鎮(zhèn)寧

（常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 常州 213000）

針對(duì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的粉碎室內(nèi)膽和粉碎刀片所存在的欠缺進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，提高機(jī)器的工效，降低能耗。通過(guò)對(duì)物料在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)：物料在圓筒形的粉碎室內(nèi)隨氣流作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)速度、方向與粉碎刀的旋轉(zhuǎn)速度、方向較為接近，粉碎工效不高；物料在帶有刮板的垂直板式結(jié)構(gòu)的粉碎刀作用下易沿切向擊中筒壁，加大黏壁程度，并且粉碎刀的旋轉(zhuǎn)對(duì)氣流無(wú)輔助作用。如把圓筒形粉碎內(nèi)膽改為多邊形粉碎內(nèi)膽，使物料在撞擊作用下改變飛行方向，增加與粉碎刀的接觸次數(shù)，可以提高工效；同時(shí)把粉碎刀改為帶斜角的風(fēng)扇形刀組，促進(jìn)熱氣流的上升運(yùn)動(dòng)，可以加強(qiáng)物料的干燥、粉碎和上升，減少物料的黏壁。

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)；結(jié)構(gòu)；改進(jìn)

在旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)誕生之前，對(duì)于濾餅和黏度高的膏狀物料的干燥只能采用噴霧干燥和流化床干燥，物料在干燥前還需進(jìn)行稀釋?zhuān)沟么稍镂锪纤衷黾?，延長(zhǎng)了干燥時(shí)間。單純的噴霧干燥設(shè)備［1］最大的缺點(diǎn)是高度高，對(duì)廠房要求高，同時(shí)設(shè)備制造及安裝難度較大。流化床干燥設(shè)備［2］也存在著能耗高、干燥不均勻的缺點(diǎn)。易變性、生物菌體、熱敏性［3］等物料在較長(zhǎng)時(shí)間的干燥下容易變質(zhì)、變色、焦化等?；谏鲜鲈颍瑖?guó)內(nèi)外的干燥設(shè)備研究機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)多年的努力［4］，將噴霧干燥和流化床干燥的技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，通過(guò)高壓強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)熱氣流與粉碎物料高速接觸進(jìn)行干燥，這樣就克服了噴霧干燥設(shè)備和流化床干燥設(shè)備的缺點(diǎn)，也克服了對(duì)物料的局限，形成了傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)，得到廣泛的使用。盡管多年來(lái)傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)歷經(jīng)了不斷地改良升級(jí)，但在粉碎室內(nèi)膽及粉碎刀片的結(jié)構(gòu)方面并無(wú)較大改進(jìn)。本試驗(yàn)在傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的基礎(chǔ)上，擬通過(guò)對(duì)物料在粉碎室內(nèi)膽的運(yùn)動(dòng)機(jī)理和粉碎刀片對(duì)物料的作用機(jī)理的研究，并通過(guò)樣機(jī)的不斷試驗(yàn)，來(lái)改進(jìn)粉碎室內(nèi)膽結(jié)構(gòu)和粉碎刀片結(jié)構(gòu)，從而解決物料粉碎工效低、物料黏壁［5］及能耗高的問(wèn)題。

1 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的特性、構(gòu)造和工作機(jī)理

1.1 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的特性

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)是20世紀(jì)80年代首先在國(guó)外產(chǎn)生的一種綜合技術(shù)干燥設(shè)備，其特性是既克服了噴霧干燥設(shè)備高度高，對(duì)廠房、制造、安裝的要求高以及成本高，又克服了單位產(chǎn)量耗能高、流化床干燥均勻性差的缺點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)是噴霧干燥技術(shù)和流態(tài)化技術(shù)的綜合體。它非常適合濾餅和黏度高的膏狀物料，無(wú)需通過(guò)像噴霧干燥那樣先將物料稀釋再進(jìn)行噴霧干燥的繁瑣過(guò)程，特別是高壓、強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)氣流接觸物料的時(shí)間很短，保護(hù)了易變性、熱敏性和生物菌體干燥前后的物性，并且能防止某些物料的焦化、變色、變質(zhì)。經(jīng)過(guò)多年的不斷改良升級(jí)，設(shè)備更加緊湊，操作維修更方便，能耗不斷降低，工效大大提高，受到世界各大公司的重視，在食品、輕工、化工、染料、礦山、稀土等行業(yè)得到了廣泛、有效地應(yīng)用［6］。

1.2 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的基本構(gòu)造

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)是帶有螺旋粉碎裝置的豎式流化床干燥機(jī)，能夠同時(shí)完成物料的粉碎、干燥、分級(jí)等單元操作。設(shè)備主體為筒狀，自下而上由3個(gè)區(qū)段組成：粉碎硫化區(qū)段、中間干燥區(qū)段和頂部分級(jí)區(qū)段。下部粉碎區(qū)段安裝有通過(guò)外部無(wú)極調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)葉片攪拌器。在干燥段裝設(shè)螺旋加料器，由通過(guò)變頻調(diào)速的電機(jī)帶動(dòng)。上部分級(jí)區(qū)段設(shè)有一個(gè)分級(jí)環(huán)，分級(jí)環(huán)的通徑根據(jù)不同產(chǎn)品的粒度要求作相應(yīng)的更換調(diào)整（圖1）。

圖1 現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Structure representation of the currently available spin flash dryer

1.3 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的工作機(jī)理

根據(jù)閃蒸干燥機(jī)的構(gòu)造特性，把它的工作機(jī)理分為4個(gè)過(guò)程：破碎、氣固混合、干燥和粒度分級(jí)，這種作用機(jī)理是其他單機(jī)功能的干燥機(jī)所無(wú)法同時(shí)具備的［7］。

1.3.1 破碎 膏糊或?yàn)V餅物料通過(guò)加料器擠壓進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部會(huì)立即被高速旋轉(zhuǎn)的攪拌片及高速旋轉(zhuǎn)氣流粉碎，物料的分散度迅速加大，單位體積濕物料的比表面積相應(yīng)擴(kuò)大。

1.3.2 氣固混合 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)以空氣為載熱體，是否達(dá)到有效的氣固混合是決定干燥速率的重要因素。旋轉(zhuǎn)攪拌葉片將物料粉碎、分散，同時(shí)加壓，以旋風(fēng)形式進(jìn)入筒體內(nèi)的熱空氣處于湍流狀態(tài)，很快達(dá)到氣固混合。值得注意的是干燥機(jī)底部的倒錐結(jié)構(gòu)使氣流速度最高可達(dá)60m/s，保證了下落的大顆粒物料處于被熱空氣包圍的流化狀態(tài)。

1.3.3 干燥 如上所述，當(dāng)物料在相對(duì)穩(wěn)定的流化層受到熱空氣作用，物料水分被蒸發(fā)，繼而向上運(yùn)動(dòng)，其中含水率高、表面積小的物料由于密度大，會(huì)自動(dòng)下落，但下落到一定距離后會(huì)停止，此時(shí)重力與浮力平衡。物料被進(jìn)一步破碎和脫水后再次開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)并通過(guò)分級(jí)后排出。

1.3.4 粒度分級(jí) 粒度分級(jí)是通過(guò)分級(jí)器完成的。分級(jí)器是一塊裝在干燥筒上部的環(huán)形擋板。當(dāng)物料隨旋轉(zhuǎn)氣流上升時(shí)，受離心力作用物料會(huì)以不同旋轉(zhuǎn)半徑作螺旋上升運(yùn)動(dòng)，達(dá)到濕度、粒度要求的物料質(zhì)量較小，在離心力的作用下旋轉(zhuǎn)半徑也小，會(huì)從分級(jí)器的內(nèi)孔迅速排出；而大塊及含水較高的物料質(zhì)量較大在離心力的作用下旋轉(zhuǎn)半徑也較大，會(huì)被擋在干燥室內(nèi)，直至物料的粒度和濕度達(dá)標(biāo)后，才能由分級(jí)器內(nèi)孔排出。

2 現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)結(jié)構(gòu)存在的不足

2.1 主機(jī)破碎區(qū)內(nèi)的物料運(yùn)動(dòng)形態(tài)

物料從投料口投入主機(jī)體內(nèi)首先進(jìn)入破碎區(qū)，經(jīng)粉碎刀組破碎的物料在高速氣流和旋轉(zhuǎn)粉碎刀的聯(lián)合作用下，沿筒體直徑的切線方向旋轉(zhuǎn)，隨著旋轉(zhuǎn)速度的加快，物料顆粒的運(yùn)動(dòng)速度v1與粉碎刀片的速度v2接近。即破碎刀片和物料顆粒的相對(duì)速度v2－v1減小，因此造成粉碎工效的下降。

2.2 粉碎刀對(duì)破碎段系統(tǒng)內(nèi)氣流的影響作用

傳統(tǒng)的帶有刮板的粉碎刀結(jié)構(gòu)比較單一，多為與轉(zhuǎn)軸垂直的板式結(jié)構(gòu)，純切向力明顯，在破碎過(guò)程中容易將物料直接擊向筒壁，增大黏壁幾率，并且對(duì)高速氣流的上升無(wú)輔助作用。

3 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

（1）針對(duì)物料在主機(jī)破碎區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)形態(tài)的分析所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，可通過(guò)專(zhuān)利技術(shù)［8］予以改進(jìn)，把粉碎室內(nèi)膽由原來(lái)的圓形（圖2）改成32～64個(gè)邊，角度為5°～10°的等邊多邊形（圖3）。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，角度大會(huì)產(chǎn)生死角，易造成結(jié)料，而角度小接近圓形，效果不明。角度為5°～10°時(shí)，既不結(jié)料又增加了粉碎效果。改進(jìn)后，粉碎室內(nèi)筒帶折邊后，物料在桶壁上產(chǎn)生撞擊作用，改變飛行方向，降低物料速度，增加物料與刀的接觸次數(shù)，大大增加了粉碎效果。

圖2 現(xiàn)有的筒體結(jié)構(gòu)Figure 2 Currently available tube structure

圖3 改進(jìn)后的筒體結(jié)構(gòu)Figure 3 Improved tube structure

（2）將與轉(zhuǎn)軸垂直的板式結(jié)構(gòu)粉碎刀片（原來(lái)是一字型，2個(gè)刀片，線速度20m/s）（圖4，圖5），改進(jìn)為下部板式結(jié)構(gòu)刀組、上部風(fēng)扇形粉碎刀的組合體。風(fēng)扇形粉碎刀有3層，每層有3片刀，線速度增加到40～45m/s，葉片斜角為10°（圖6、圖7）。在工作時(shí)，刀片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了上升氣流，和底部上來(lái)的旋轉(zhuǎn)熱氣流共同作用，提高了物料的干燥、破碎和上升運(yùn)動(dòng)效果，對(duì)于黏性膏狀物料可減少黏壁現(xiàn)象，增加粉碎效果。但改進(jìn)后的粉碎刀組制造難度高，制造成本較原刀組高30%～35%，還需要校動(dòng)靜平衡，制造精度和檢驗(yàn)精度也高。

4 實(shí)際性能測(cè)試對(duì)比

4.1 測(cè)試設(shè)備

旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)：XSG800，溧陽(yáng)市誠(chéng)邦機(jī)械有限公司。

4.2 測(cè)試物料

檸檬鉻黃：CASNO：1344－37－2，杭州恒昊顏料化工有限公司。

圖4 現(xiàn)有的攪拌組件圖Figure 4 Currently available mixing components

圖5 現(xiàn)有的粉碎刀Figure 5 Currently available grinding knife

圖6 改進(jìn)后的攪拌組件圖Figure 6 Improved mixing components

圖7 改進(jìn)后的粉碎刀Figure 7 Improved grinding knife

4.3 測(cè)試方法

改進(jìn)后的旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)設(shè)備安裝到位，檢查蒸汽流量計(jì)、電度表，設(shè)備空轉(zhuǎn)運(yùn)行30min，內(nèi)膽部分預(yù)熱至150℃，開(kāi)始投料測(cè)試，1h后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行稱(chēng)重并對(duì)蒸汽流量計(jì)、電度表抄表，將所得數(shù)據(jù)與未改進(jìn)的設(shè)備單位產(chǎn)量及能耗進(jìn)行對(duì)比。重復(fù)以上過(guò)程，進(jìn)行兩個(gè)批次的物料測(cè)試。

4.4 測(cè)試結(jié)果

改進(jìn)前、后的閃蒸干燥機(jī)性能對(duì)比見(jiàn)表1。

由表1可知，改進(jìn)后的旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)產(chǎn)量增加10%～15%，節(jié)能10%～13%。

表1 顏料閃蒸干燥機(jī)使用性能測(cè)試對(duì)比表ńTable 1 Contrastive demonstration of service performance test of the paint flash dryer

5 結(jié)論

本發(fā)明的有益效果是：改進(jìn)前僅靠刀片粉碎物料，當(dāng)旋轉(zhuǎn)風(fēng)力和旋轉(zhuǎn)刀片一起作用時(shí)，物料隨氣流沿光滑內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)上升，物料與刀片的相對(duì)速度減至最小，影響粉碎效果；改進(jìn)后，物料在等邊多邊形筒體內(nèi)壁上產(chǎn)生撞擊作用，改變飛行方向，降低物料速度，增加物料與刀的接觸次數(shù)，產(chǎn)量增加10%～15%。該粉碎刀對(duì)物料有一個(gè)向上的力，增加了粉碎效果，而且減少物料的黏壁。通過(guò)對(duì)筒壁和刀片的兩項(xiàng)改進(jìn)，本旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)可節(jié)能10%～13%。

1 張文孝，姚學(xué)勇，王玉德，等.噴霧干燥現(xiàn)狀及展望 ［J］.食品與機(jī)械，2004（6）：36～38.

2 孫傳祝，王相友，郭超，等.脈動(dòng)振動(dòng)流化干燥機(jī)的研制［J］.食品與機(jī)械，2005（5）：27～30.

3 馬瑞進(jìn)，杜燕，楊志剛，等.熱敏性物料干燥實(shí)驗(yàn)研究［J］.干燥設(shè)備與技術(shù)，2012（1）：24～27.

4 韓丹，李龍，程云山，等.現(xiàn)代攪拌技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.食品與機(jī)械，2004（4）：32～35.

5 陳學(xué)志，廖傳華，王宗濂，等.高黏度物料噴霧干燥的實(shí)踐與分析［J］.干燥設(shè)備與技術(shù)，2011（4）：204～209.

6 蔣斌，柴本銀，彭麗華，等.旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的設(shè)計(jì)［J］.干燥設(shè)備與技術(shù)，2007（3）：146～149.

7 劉相東 ，于才淵 ，周德仁.常用工業(yè)干燥設(shè)備及應(yīng)用［M］：北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

8 李寧.一種旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)：中國(guó)，858578［P］.2011－11－09.

Improvement and innovation of spin flash dryer

LI Ning SUNDe－songYU Zheng－ning

（Changzhou Engineering Professional Technology Institute，Changzhou，Jiangsu213000，China）

The essay optimizes barriers of the crush tank and crushing blade of the traditional machinery of spin flash dryer，improves efficiency and reduces energy consuming.Through the research of internal motion theory of the traditional spin flash dryer，two questions can be found：first，when material moving circularly in the columnar crushing chamber by airflow，the moving speed，direction of the material and crushing knife are quite close which make crushing efficiency not high；second，material is very easy to hit cylinder wall along tangential by the crushing knife with flighter in vertical plate structure and increase the extent of wall sticking，so that spinning of the crushing knife have no booster action to airflow.Through investigations，if the columnar crushing tank can be altered into polygonal，material can alter its flying direction through knock－on effects and increase frequency of exposure with crushing knife，so that working efficiency can be boosted.At the same time，if the crushing knife can be altered into fan－shaped knife tackle with oblique angle，the ascending motion of thermal current will be prompted and it will advance drying，crushing and ascending of material so that wall－sticking phenomenon of material can be improved.

spin flash dryer；configuration；improvement

10.3969 /j.issn.1003－5788.2012.04.039

李寧（1965－）女，常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授。E－mail：nli＠email.czie.net

2012－05－15