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新型微粉干燥机的研制及工业应用
李盈海 孙中心 张毅 赵旭
(天华化工机械及自动化研究设计院干燥所 甘肃 兰州 730060)
摘 要：本文叙述了新型微粉干燥机在工作原理和设备结构方面与旋转闪蒸干燥机的异同，说明了搅拌器和分级器的一般设计方法，介绍了微粉干燥机在散状物料和纳米物料中的应用，指出了其发展前景。
关键词：微粉干燥机；旋转闪蒸干燥机；研制；工业应用
DEVELOPMENT AND APPLICATION OF NEW MICRO DRYER
Li Yinghai Sun Zhongxin Zhang Yi Zhao Xu
(Tianhua Institute of Chemical Machinery & Automation Drying Department Lanzhou 730060)
Abstract：This paper described similarities and differences between newly developed micro dryer and flash dryer in principle and structure. Design method of pulverizator and classifier was also presented. Micro dryer has been used in bulk and nanometer materials successfully, its application will definitely be wider and wider。
Keywords：Micro Dryer；Flash Dryer；Development；Application
1 工作原理
微粉干燥机的工作原理与旋转闪蒸干燥机基本相同，都是利用旋转气流与物料颗粒间产生很大的相对运动，从而强化传热传质的原理来完成物料的干燥。所不同的是：微粉干燥机具有更强的破碎和分散能力，非常适合于超细物料的干燥；微粉干燥机具有可调式分级器，可以方便地控制产品的粒径；微粉干燥机的结构更加先进，检修维护更加方便。微粉干燥机是集干燥、破碎和分级为一体的多功能干燥机。
2 设备结构
微粉干燥机主要由喂料机、搅拌器、分级器、传动装置和干燥室等组成，如图1。具体介绍如下。
2.1喂料机
微粉干燥机的进料一般采用螺旋输送机。对于膏状粘性物料，需对输送机进行特殊设计以防止物料堵塞和架桥。对于浆状物料，进料可以采用容积泵进行加料。
2.2搅拌器
搅拌器的作用是将团状的物料打散，在热风的共同作用下将物料流化。针对如膏状、粘性和散状等不同物料，可以设计不同形式的搅拌器。与旋转闪蒸干燥机不同的是，微粉干燥机的搅拌器可以设计成立式或卧式结构，分别适用于不同的场合。采用卧式结构可以大大降低设备高度，且便于维护和检修。
2.3分级器
旋转闪蒸干燥机一般用于对于产品粒度没有严格要求的物料，其分级结构为干燥机顶部的固定式淘析环。微粉干燥机的顶部设有分级轮，其转速可调，适用于超细和纳米级等粒径有严格要求的物料。对于粒径范围要求非常严格的物料(如d90≥2μm)，必要时可以采用多个分级轮。
2.4传动装置
旋转闪蒸干燥机一般采用皮带立式传动，电机一般固定在筒体底部的机架上以增加设备的稳定性。微粉干燥机的传动装置固定在整体型的机架上，几乎没有振动。相应于立式和卧式搅拌器，传动装置也有立式和卧式两种形式。
传动装置的设计对设备的稳定性影响很大。兰化公司采用的国内某厂家生产的10型旋转闪蒸干燥机，由于传动装置设计不合理，设备运转时振动非常大。
2.5干燥室
微粉干燥机和旋转闪蒸干燥机的干燥室基本相同。不同点在于由于进风方式不同，所以筒体的进风段不同。微粉干燥机不需要复杂的进风蜗壳和分配器。
3 设计计算
微粉干燥机的工艺流程与旋转闪蒸干燥机相似。筒体直径一般参照旋转闪蒸干燥机的计算方法来确定。这里主要介绍搅拌器和分级器的设计方法。
3.1搅拌器的设计
搅拌器的形式和结构以及转动速度对干燥过程的影响很大。旋转闪蒸干燥机的搅拌器都采用立式结构如锚式、桨式和旋转叶片式等)，其结构为多层形式以保证对物料的分散度。
微粉干燥机的搅拌器已由最初的立式结构发展到卧式。其转子多参照粉碎机结构进行设计，破碎和分散能力很强。搅拌器的转速可以在1000~4500rpm之间，具体数值根据干燥室的直径和物性确定。干燥室直径大时取小值，直径大时取小值。搅拌器外缘的圆周速度约在50~80m/s之间。由于微粉干燥机的搅拌器转速很高，加工后必须进行动平衡试验。转子的受力情况比较复杂，目前其所需功率主要凭经验选取。
3.2分级器的设计
微粉干燥机的分级器为离心式气流分级器，它依靠叶轮高速旋转而产生的离心力和气流的向心力之间的作用把细粉与粗粉分开。分级器的转速可以在1000~2000rpm之间，叶轮外缘的圆周速度约在20~30m/s之间。
分级粒径dth、分级轮转速n、叶轮平均半径r、气体速度ur之间的关系为：
其中dth—成品粉粒的临界理论直径，cm，r—叶轮平均半径，cm，ρs—物料粉粒密度，g/cm3，ρ—空气密度，g/cm3，μ—空气粘度，g/(cm?s)，ur—气体速度，cm/s。
进行分级器设计时，根据干燥所需的风量，确定筒体直径对应的叶轮直径和最大允许的叶轮转速，以保证最大分级能力。在生产过程中，可以对叶轮转速和风量进行调节以满足成品粉尘的粒径要求。
4 应用情况
天华化工机械及自动化研究设计院经过多年的研制，于2000年开发成功φ350型和立式φ1100型立式微粉干燥机。2003年开发成功φ800型卧式和φ1100型卧式微粉干燥机。该干燥机已获专利并成功应用于工业装置。
微粉干燥机非常适合于膏状粘性物料的干燥。在用于干燥高湿含量的粘性物料时，若最终产品的湿含量要求很低，则单独采用微粉干燥机时产量小且能耗很大，这时采用两级干燥很有优势。微粉干燥机的应用情况见表1。
4.1散状物料的干燥
对于散状或粘性不大的物料，凡是可以用旋转闪蒸干燥机的物料都可以采用微粉干燥机干燥。而且微粉干燥机应用于这些物料时效果更好。通过对转子结构的改造，微粉干燥机可以应用于有机物如丁腈橡胶等的干燥。
4.2纳米物料的干燥
纳米物料在潮湿状态下，由于强大的表面结合力使得物料具有极大的粘性，导致物料结团，流动性差，输送困难，给干燥带来困难。在干燥过程中，这种结合力引起物料团聚，影响产品性能。因此干燥过程中应防止物料架桥，对团聚物料有效打散。另外，纳米物料中一般都含有改性剂，无论是有机的还是无机的，受热都易分解。因此，纳米物料干燥时需考虑物料的热敏性。
微粉干燥机的搅拌器具有很强的破碎能力和分散能力，可以将团聚的物料打散，再经分级器分级，完全能够满足粒度要求。同时，物料在微粉干燥机中的停留时间很短，物料不会变质。天华院开发的微粉干燥机已经成功应用于纳米碳酸钙、纳米氢氧化铝、微粉级氢氧化铝和纳米氢氧化镁等物料的干燥，见表1。
内蒙古某厂的纳米碳酸钙生产线由于使用了旋转闪蒸干燥机，导致产品中有超标大颗粒，无法满足要求。2002年1月，该厂家与我院联系进行改造。后来，该厂家采用了我院研制的微粉干燥机，产品性能大大改善，完全满足了厂家的要求。这充分说明微粉干燥机的优越性。
另外，微粉干燥机还可以直接干燥对浆状物料如分子筛等进行干燥。
5 结束语
微粉干燥机是在旋转闪蒸干燥机的基础上开发出来的一种新型干燥机。但微粉干燥机的结构型式更加先进，性能更优越，尤其适合于超细物料的干燥。微粉干燥机的制造费用与旋转闪蒸干燥机相比增加不多。在纳米技术蓬勃发展的今天，微粉干燥机的应用范围将会越来越广阔。
参考文献
[1] OVE B. CHRISTIANSEN and MARY SUTERA SARDO. Find the Optimum flash dryer to remove surface moisture. Chemical Engineer Progress. August, 2001.
[2] 潘永康，王喜忠等. 现代干燥技术. 北京：化学工业出版社，1998
[3] 李连成等. 我国纳米碳酸钙市场. 无机盐工业，2000，32（6）
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