旋轉閃蒸技術用于分子篩預干燥

慕雪梅　許云波　馬文輝　吳冬　盧曉瑋

【摘 要】分子篩在催化裂化中起著十分重要的作用，在分子篩的制備過程中，經帶濾機交換后的分子篩物料需要先經過預干燥除去大部分水分以提高系統(tǒng)熱效率，改善分子篩的焙燒效果。目前國內分子篩物料干燥后均為粗粉狀，而且有較多的大顆粒存在，由于其粉體化程度不夠造成焙燒效果不理想，進而影響到產品質量。本文通過針對目前國內分子篩干燥存在的問題，結合國外先進技術，對旋轉閃蒸干燥技術的理論分析，從旋轉閃蒸干燥機結構原理、國內現狀以及分子篩行業(yè)的應用情況對旋轉閃蒸干燥器進行分析和探討，來確定旋轉閃蒸干燥技術用于分子篩干燥的可行性。

【關鍵詞】旋轉閃蒸干燥；分子篩

20世紀90年代以前，國內分子篩預干燥采用的是轉鼓干燥，這種干燥機由于自身結構的原因，無法達到預期的干燥要求，相當一部分干燥過程必須由焙燒爐來完成，造成焙燒爐長度增加，有時還會因前段工藝波動造成焙燒時間不足，從而影響到產品質量。分子篩預干燥技術的滯后，已成為國內分子篩產品質量提高的瓶頸。

旋轉閃蒸干燥是以空氣為熱載體，熱空氣與濕物料直接接觸進行對流傳熱的一種干燥方式。其可選擇的操作彈性較寬，熱空氣入風溫度可以從150℃到1000℃以上（具體根據設備本體材質的耐溫性能和被干燥物料的熱敏性要求而定）；空氣加熱方式的選擇主要是根據被干燥物料對空氣質量和溫度的要求而定的，目前較為普遍采用的空氣加熱方式有：電加熱、蒸汽換熱、燃料油或燃料氣直接加熱（即煙氣發(fā)生爐）、燃料油或燃料氣或燃煤間接加熱（使用換熱器）等。旋轉閃蒸干燥系統(tǒng)具有設備體積小、結構緊湊、占地面積小的特點，而且集干燥與破碎于一體，是一種應用前景非常好的干燥方式。

如圖1所示，旋轉閃蒸干燥器主機內的工作原理如下：需要被干燥的濕物料經由加料設備從旋轉閃蒸干燥主機的頂部或側面中部送入干燥室內；熱空氣則從旋轉閃蒸干燥干燥主機的底部經過一個特殊流道設計的環(huán)隙口進入干燥室內，受環(huán)隙口尺寸和形狀的影響，熱風在干燥室內形成一股高速螺旋的上升氣流；需要被干燥的濕物料在重力的作用下朝旋轉閃蒸干燥器的底部下落，與高速螺旋的上升熱氣流相接觸，同時，干燥室內的數組破料刀片高速旋轉，對較大、較濕的物料顆粒進行機械破碎；物料在干燥室內由于高速螺旋的熱氣流和高速旋轉的刀片的雙重作用而受到強烈的離心力、剪切力的作用，物料顆粒與顆粒、顆粒與容器內壁、顆粒與破料刀片之間不斷地進行碰撞和摩擦而被迅速微粒化；被粉碎后的物料傳熱面積大大增加，可以在很短的時間內與熱空氣之間完成熱交換，因此濕物料在干燥室內只需要很短的停留時間就能被干燥。旋轉閃蒸干燥器主機內一般都設有分級環(huán)，其作用是防止未被破碎和干燥的大顆粒物料隨上升氣流逸出干燥室，由于離心力的作用，已經被破碎和干燥的細粉處于螺旋上升氣流的內圈，可以順利地從分級環(huán)中穿過而離開干燥室，大顆粒的物料則處于螺旋上升氣流的外圈，在上升過程中被分級環(huán)截留，然后在離心力和重力的作用下被甩向干燥器內壁又向干燥器底部回落，重新進行破碎和干燥。

旋轉閃蒸干燥機是為了解決高粘性膏狀、糊狀以及濾餅狀物料的直接干燥問題而開發(fā)的產品。它是利用流態(tài)化原理，通過攪拌器的機械力和熱氣流的剪切、吹浮、旋轉湍動作用使沒有流動性的顆粒能像流體一樣呈現快速流動狀態(tài)，氣體一固體兩相流動時，相間發(fā)生高速傳熱和傳質現象，物料因此得到干燥。由于流態(tài)化技術很復雜，干燥操作條件（如氣速、溫度、壓力）差別大，物料性質（如粒度、粒度分布、重度等）各式各樣，因此，關于旋轉閃蒸干燥的流態(tài)化文獻很少，放大設計仍舊依靠實驗和經驗。目前，需要閃蒸干燥的行業(yè)已達到十幾個，相應地，需要干燥的物料產量、質量、種類等也發(fā)生了很大變化，各種企業(yè)對設備的實際需求，也迫使旋轉閃蒸干燥技術進一步提高。對于旋轉閃蒸干燥機來說，影響流態(tài)化質量的因素主要有五個：物料顆粒、氣流、熱風分布器、攪拌器、干燥室的形狀尺寸。后三個都是結構因素，因此，分析和改進結構是加強流化干燥的主要途徑。

旋轉閃蒸干燥從最初投入市場開始，其主機的結構形式經歷了三個階段的變化，從最初的直筒錐體結構形式變化到直筒平底的外形結構再變化到直筒倒錐體底（見圖2）。其使用性能也越來越理想，在熱氣流分布、物料干燥、破碎效果和物料在干燥器內壁的粘結情況等方面均有了較大程度的改善，因此旋轉閃蒸干燥技術的應用領域越來越廣泛。

圖3是目前最典型的旋轉閃蒸干燥系統(tǒng)的的工藝流程示意圖。其工作原理如下：需要被干燥的濕物料在加料器（3）內被機械攪拌初步破碎后，由螺旋輸送器（4）輸送到旋轉閃蒸干燥器主機（5）內；作為熱載體的空氣經鼓風機（1）進入加熱器（2）加熱到所需溫度后，以一定的噴動速度進入旋轉閃蒸干燥器主機（5）底部的空氣分布器中，從分布器環(huán)隙口進入干燥室，對干燥室內的濕物料進行干燥。由于氣流和干燥室內高速旋轉刀片的聯合作用，物料在干燥室內受到離心力、剪切力和碰撞的影響而被微?；?；被粉碎后的物料傳熱面積大大增加，在很短的時間內被熱空氣干燥，然后隨氣流進入旋風分離器中（6）內進行干品捕集；經過旋風分離后的氣體中仍含有一定量的物料顆粒，再經過布袋除塵器（7）的進一步氣固分離后由引風機（8）抽出排大氣。

我國分子篩預干燥技術還處于研究開發(fā)階段，近些年隨著國內大專院校和科研院所不斷進行的理論和工業(yè)應用研究，旋轉閃蒸干燥技術比以前有了較大幅度的進步，但是與國外先進水平相比還是有一定的差距，這些差距主要體現在工藝設計、自控設計、關鍵部件的專有技術和機械制造水平等多方面。

【參考文獻】

[1]潘永康.現代干燥技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，1998.23-180.

[2]桐榮良三.干燥裝置手冊[M].秦霽光.上海：上?？茖W技術出版社，1983.8-64.

[3]曹恒武.干燥技術及其工業(yè)應用[M].北京：中國石化出版社，2003.3-56.

[4]何德強，趙旭，韓志宏.旋轉閃蒸設備在Y型分子篩干燥中的工業(yè)應用[J].化工裝備技術.2004，25（5）：1-4.

[5]趙明.高效閃蒸干燥機的應用[J].廣東有色金屬學報.2001，12（1）：13-16.

[6]張威.旋轉閃蒸干燥機的結構強流化分析及改進[J].本溪冶金高等?？茖W校學報.2000，2（4）：14-16.

[7]張振偉，張平安，鄧永勝.旋轉閃蒸干燥機干燥過程分析[J].機械設計與制造.1998，1：43-44.

[責任編輯：張濤]