轉(zhuǎn)筒干燥器的工業(yè)分類及熱量衡算

許亞茹(青海金世紀(jì)工程項(xiàng)目管理有限公司，青海 格爾木 816000)

1 概述

轉(zhuǎn)筒干燥器屬于半懸浮床干燥器，被廣泛應(yīng)用于化工，食品等工業(yè)生產(chǎn)中。適合干燥顆粒狀或塊狀物料，如純堿、硝銨和各種鹽類。在滾筒的轉(zhuǎn)動作用下，濕物料和干燥介質(zhì)能實(shí)現(xiàn)充分接觸，與其他干燥設(shè)備相比，有處理能力大，結(jié)構(gòu)簡單，故障率少等特點(diǎn)。

2 轉(zhuǎn)筒干燥器工作原理

轉(zhuǎn)筒干燥器的主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體，筒體內(nèi)壁上裝有抄板，可把物料不斷地抄起又灑下。其工作原理是濕物料從轉(zhuǎn)筒一端進(jìn)料口加入，借助于轉(zhuǎn)筒的緩慢轉(zhuǎn)動，在重力作用下，從一端向另一端移動，與通過筒內(nèi)的干燥介質(zhì)進(jìn)行有效的接觸而被干燥；同時(shí)，因筒體內(nèi)壁加裝了抄板，很大程度上加大了濕物料和干燥介質(zhì)的接觸面積，從而提高干燥速率。干燥過程中所用的干燥介質(zhì)一般為熱空氣、煙道氣或水蒸氣等。如果干燥介質(zhì)為熱空氣或煙道氣，則干燥后的廢氣排放前須經(jīng)旋風(fēng)分離器除塵，以免對環(huán)境造成污染，同時(shí)還有回收攜帶于廢氣中工藝物料的作用。

3 轉(zhuǎn)筒干燥器的分類

根據(jù)物料與干燥介質(zhì)的接觸方式，分為直接加熱式、間接加熱式和復(fù)合加熱式。

3.1 直接加熱式

直接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器是濕物料與干燥介質(zhì)直接接觸，主要分為三種形式：常規(guī)直接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器、葉片式穿流轉(zhuǎn)筒干燥器、通氣管式轉(zhuǎn)筒干燥器。在不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)筒干燥器中，以采用熱介質(zhì)直接加熱物料最為普遍[1]。

常規(guī)直接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器是以對流傳熱的方式進(jìn)行干燥，分為并流式和逆流式。并流式是熱風(fēng)與物料移動的方向相同，熱風(fēng)與濕物料均從轉(zhuǎn)筒同一端進(jìn)出。該方式適合于熱敏性物料及附著性較大的物料的干燥。逆流式是熱風(fēng)流動方向與物料移動方向相反，這樣可以產(chǎn)生較大的平均溫度差，達(dá)到較好的傳熱效果。對于耐高溫的物料，適合采用逆流式干燥。

葉片式穿流轉(zhuǎn)筒干燥器在筒體內(nèi)壁裝有許多傾斜葉片，熱風(fēng)從端部進(jìn)入轉(zhuǎn)筒底部，從下部有料層的葉片間吹入筒內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)是能保證熱風(fēng)與物料在充分接觸下進(jìn)行干燥，避免出現(xiàn)熱風(fēng)短路現(xiàn)象。適合于干燥粒狀、塊狀或片狀物料，如焦炭、大豆、砂糖等。通氣管式轉(zhuǎn)筒干燥器與常規(guī)直接加熱式相似，差別是筒內(nèi)取消了抄板，增加了一個(gè)不隨筒體轉(zhuǎn)動的中心管，中心管上裝有許多沿長度方向均勻分布，而沿圓周方向則主要集中在中心管下部的分支管。其特點(diǎn)是物料在筒內(nèi)移動的過程中，可以形成穩(wěn)定的料層，對物料飛揚(yáng)情況有很好的抑制作用；熱風(fēng)從端部進(jìn)入中心管，高速地從埋在料層中的分支管小孔中噴出，與物料強(qiáng)烈接觸，強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)過程[2]。

3.2 間接加熱式轉(zhuǎn)筒干燥器

間接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器是干燥介質(zhì)不直接與濕物料接觸，干燥過程所需的全部熱量都是經(jīng)過傳熱壁面?zhèn)鹘o被干燥物料的。根據(jù)干燥介質(zhì)的不同，分為常規(guī)式和蒸汽管式兩種。該類干燥器適合干燥降速干燥階段較長的物料，因?yàn)樗梢栽谙喈?dāng)穩(wěn)定的干燥溫度下，使物料有足夠長的停留時(shí)間；還適用于干燥熱敏性物料，但不適用于黏性大、易結(jié)塊的物料。

3.3 復(fù)式加熱轉(zhuǎn)筒干燥器

該干燥器主要由轉(zhuǎn)筒和中央內(nèi)管組成，流體間以傳導(dǎo)和對流傳熱的組合方式進(jìn)行熱量交換。熱風(fēng)先進(jìn)入中央內(nèi)管，以熱傳導(dǎo)方式將熱量傳給管外的物料，然后折入管外，與物料以對流傳熱的方式在中央內(nèi)管和轉(zhuǎn)筒的環(huán)隙間逆流接觸換熱，最后熱風(fēng)由原料入口端排出。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是高溫?zé)犸L(fēng)先通過中央內(nèi)管進(jìn)行熱傳導(dǎo)，再轉(zhuǎn)入環(huán)狀空間后熱風(fēng)溫度有所下降，使得轉(zhuǎn)筒外壁與環(huán)境間的熱損失降低，提高了熱量利用率。

4 干燥器物料衡算和熱量衡算

以空氣為干燥介質(zhì)的干燥過程的物料衡算和熱量衡算主要包括水分蒸發(fā)量計(jì)算、耗用空氣量計(jì)算及干燥過程的熱量計(jì)算?？諝饧訜岬母稍锲髁鞒毯唸D如圖1 所示。

圖1 空氣加熱的干燥器流程簡圖Fig.1 Process flow chart of air heating dryer

圖中，L 為絕干空氣用量(kg/h)；G1，G2分別為濕物料進(jìn)入和離開干燥器時(shí)的流量(kg 濕物料/h)；t0，t1，t2分別為新鮮濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、進(jìn)入干燥器和離開干燥器時(shí)的溫度(℃)；H0，H1，H2分別為新鮮濕空氣進(jìn)入預(yù)熱器、進(jìn)入干燥器和離開干燥器時(shí)的濕度(kg/kg 絕干氣)；θ1，θ2分別為濕物料進(jìn)入和離開干燥器時(shí)的溫度(℃)；ω1，ω2分別為濕物料進(jìn)入和離開干燥器時(shí)的濕基含水量(kg 水/kg 濕物料)。

4.1 水分蒸發(fā)量W的計(jì)算

4.2 熱量衡算

先進(jìn)行干燥器的熱量衡算，進(jìn)而可以求出干空氣的用量。

對整個(gè)干燥系統(tǒng)做熱量衡算，總耗熱量包括物料升溫耗熱Q1、汽化水分耗熱Q2、干空氣帶出熱量Q3、空氣中水蒸氣帶出熱量Q4及熱損失Q5。

(1)物料升溫耗熱—Q1

式中：Cm2為干燥后產(chǎn)品的比熱容(kJ/(kg·℃))；Cs為絕干物料的比熱容(kJ/(kg 絕干料·℃))；Cω為物料中所含水分的比熱容(取4.187kJ/(kg 水·℃))。

(2)汽化水分耗熱—Q2(在干燥過程中，濕物料中被蒸發(fā)掉的水分W 由液態(tài)溫度θ1被加熱并汽化，在溫度t2下以氣態(tài)形式離開干燥器所需的熱量。)

式中：I2為水蒸氣在t2溫度下的焓值(kJ/kg)；I1為液態(tài)水在θ1溫度下的焓值(kJ/kg)。

(3)干空氣離開干燥器帶出熱量—Q3

式中：C2為干空氣在t2溫度下的比熱容(kJ/(kg·℃))；C0為干空氣在t0溫度下的比熱容(kJ/(kg·℃))。

(4)空氣中水蒸氣帶出熱量—Q4

式中：I2為t2溫度下水蒸氣的焓值(kJ/kg)；I0′為t0溫度下水蒸氣的焓值(kJ/kg)；H0為干燥介質(zhì)濕空氣的濕度(kg 水汽/kg絕干氣)；φ為濕空氣的相對濕度；p為當(dāng)?shù)卮髿鈮?kPa)；ps為在空氣溫度下，純水的飽和蒸氣壓(kPa)。

(5)熱損失—Q5

Q5為干燥器表面的散熱損失，工程計(jì)算中，一般按總熱量的5%～10%估算。

(6)熱平衡

干燥過程中熱源提供給干燥介質(zhì)的熱量與總的耗熱量相平衡：

式中：C1為干空氣在t1溫度下的比熱容(kJ/(kg·℃))。

4.3 耗用空氣量

絕干空氣量

耗用新鮮空氣量

5 結(jié)語

轉(zhuǎn)筒干燥器是一種比較傳統(tǒng)的大型干燥設(shè)備，發(fā)展至今，生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，設(shè)備無故障運(yùn)行時(shí)間也較長。該設(shè)備有自己的適用范圍，可以連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)效率較高，在當(dāng)今的市場上占有相當(dāng)大的比例。通過熱量衡算，我們知道干燥過程是能耗較大的單元操作，在進(jìn)行干燥設(shè)備選擇過程中，要綜合考慮產(chǎn)品性質(zhì)、干燥介質(zhì)來源、不同干燥器的應(yīng)用范圍、干燥后熱煙氣處理的難易程度、設(shè)備投資、運(yùn)行成本等多方面因素進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，以求實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能的干燥處理過程。