氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥過(guò)程分析與研究

何詠濤　黃建青

摘要：簡(jiǎn)要介紹了氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥裝置的原理、工藝流程及設(shè)備特點(diǎn)，對(duì)氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥過(guò)程的影響因素進(jìn)行了分析，并提出了提高干燥效率的方法，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證了物料粒徑和系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量對(duì)干燥效率的影響。

關(guān)鍵詞：氮?dú)忾]路循環(huán)流化床;工藝流程;干燥效率;物料粒徑;循環(huán)風(fēng)量

0 引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中，較多工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)正不斷地對(duì)生產(chǎn)工藝和設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造和技術(shù)創(chuàng)新。在石油化工、精細(xì)化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥、中間體、生物工程等行業(yè)出現(xiàn)了許多熱敏性、含有易燃易爆溶劑的物料和某些遇空氣即變性、易吸濕的特殊物料，它們的耐熱性能很差，但對(duì)干燥成品的含濕率要求非常嚴(yán)格（如需控制在0.1%以下），并且產(chǎn)品干燥均勻性要求也頗高，這給企業(yè)的成品干燥操作帶來(lái)了一定的難度。如果選用普通熱風(fēng)型干燥設(shè)備干燥產(chǎn)品，需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，且最終成品較難達(dá)到規(guī)定的含濕率指標(biāo)。若使用真空傳導(dǎo)型干燥設(shè)備，則干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，能耗較大，尤其是當(dāng)產(chǎn)品含濕率降至0.5%以下時(shí)，繼續(xù)干燥的速率將會(huì)更低。

氮?dú)忾]路循環(huán)干燥是指干燥介質(zhì)在封閉系統(tǒng)中循環(huán)使用的干燥過(guò)程，具有可回收溶劑、干燥速率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，不但可回收重復(fù)利用干燥尾氣中的大量熱量，而且可節(jié)省大量用于冷卻干燥尾氣的冷量，節(jié)能效果顯著，有著廣闊的應(yīng)用前景。

1 氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥裝置原理、工藝流程及設(shè)備特點(diǎn)

1.1? ? 氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥裝置的原理

采用低含濕率（含濕0.01%）的氮?dú)饣蚩諝庾鳛楦稍锝橘|(zhì)，使之擁有較強(qiáng)的載濕能力。在閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)中反復(fù)經(jīng)歷載濕和去濕的過(guò)程，直至將濕物料干燥完畢。一般情況下，在濕物料易揮發(fā)分為有機(jī)溶劑時(shí)或處于易導(dǎo)致粉塵爆炸的環(huán)境時(shí)，需要采用稀有氣體氮?dú)庾鳛楦稍锝橘|(zhì);在閉路循環(huán)干燥過(guò)程中，通過(guò)加熱器將干燥介質(zhì)加熱，而蒸發(fā)出來(lái)的揮發(fā)分通過(guò)被連續(xù)地冷凝成液體來(lái)去除或收集，已去除液體溶劑或水分的干燥介質(zhì)經(jīng)加熱后重新循環(huán)使用。由于冷凝去除液體后，干燥介質(zhì)揮發(fā)分的含量降低，重新加熱后，其相對(duì)濕度將進(jìn)一步減小，因而這時(shí)干燥介質(zhì)就擁有較強(qiáng)的載濕能力，為深度干燥創(chuàng)造了條件。這就是氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥系統(tǒng)之所以能在較低操作溫度下，有效地將產(chǎn)品干燥至極低含濕率的原因，這種流化床式的干燥設(shè)備又可以稱為沸騰干燥器。

1.2? ? 氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥裝置的工藝流程

氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥裝置的工藝流程如圖1所示。該干燥裝置在開(kāi)始干燥之前，首先對(duì)設(shè)備進(jìn)行去氧處理并對(duì)其充氮，同時(shí)風(fēng)機(jī)開(kāi)啟，氮?dú)饨?jīng)風(fēng)機(jī)送入加熱器，由加熱器加熱后送入主機(jī)體內(nèi)。在大面積的氣固兩相接觸中，物料內(nèi)水分和溶媒快速蒸發(fā)后隨排氣帶走，達(dá)到干燥的目的。溶媒隨廢氣在頂筒的布袋（或?yàn)V桶）處第一次除塵，進(jìn)入除塵器后進(jìn)行第二次除塵（部分設(shè)備由旋風(fēng)分離器做二級(jí)除塵，布袋做三級(jí)除塵），再由除塵器進(jìn)入冷凝器，溶媒在冷凝器中冷卻成液體從出口排出，冷凝后的氣體經(jīng)由進(jìn)氣口進(jìn)入風(fēng)機(jī)，完成循環(huán)。

1.3? ? 氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥裝置的特點(diǎn)

（1）產(chǎn)品可以在不含氧的條件下完成干燥，不易氧化、變性和降解，并消除了爆炸、燃燒等風(fēng)險(xiǎn)。

（2）干燥介質(zhì)溫度不需要很高，它們?nèi)跃哂休^強(qiáng)的載濕能力，能對(duì)物料進(jìn)行深度干燥，成品最終含濕率可達(dá)0.02%～0.1%。

（3）溶劑可以全部回收，大大降低了產(chǎn)品成本。

（4）干燥速率快，生產(chǎn)能力大大提高，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

（5）干燥器和捕集器連成一體，干燥產(chǎn)品形態(tài)、色澤、含濕率等均勻，質(zhì)量穩(wěn)定。此外，在同一個(gè)設(shè)備內(nèi)還可以完成產(chǎn)品混合、復(fù)配和冷卻等后續(xù)工序，且不會(huì)吸潮。

（6）根據(jù)閉路循環(huán)干燥的技術(shù)特點(diǎn)，可采用連續(xù)進(jìn)料的方式進(jìn)行干燥，極大地提升了干燥的效率。

（7）因閉路操作，無(wú)廢氣和粉塵排入大氣，不會(huì)引起環(huán)境污染，企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境好，員工勞動(dòng)強(qiáng)度低。

2 氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥過(guò)程的影響因素

2.1? ? 循環(huán)風(fēng)量

風(fēng)量大小是影響整個(gè)干燥過(guò)程最重要的因素，直接影響干燥效率。系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量越大，帶走溶劑的速率越快，干燥時(shí)間越短。而風(fēng)量的大小受循環(huán)風(fēng)機(jī)的功率、過(guò)濾裝置的通透性、系統(tǒng)環(huán)境是否通暢等綜合影響。在循環(huán)風(fēng)量中檢測(cè)實(shí)際數(shù)據(jù)，一般建議在冷凝裝置之后安裝檢測(cè)裝置，這樣更能反映系統(tǒng)實(shí)際的循環(huán)風(fēng)量。

2.2? ? 底板

底板的通透性對(duì)干燥過(guò)程的影響不容忽視。在干燥過(guò)程中，易結(jié)球物料易堵塞底板孔，導(dǎo)致循環(huán)風(fēng)無(wú)法通過(guò)，無(wú)法及時(shí)帶走物料表面的溶劑，影響干燥效率。一般的孔板除粘有物料影響干燥效率外，還不易清洗。特別是一些雙層底板，更易出現(xiàn)物料夾層的現(xiàn)象。目前，在實(shí)際生產(chǎn)中使用較多的是采用單層、分布較密、孔徑較小、補(bǔ)加肋板的孔板替換一般孔板。

2.3? ? 過(guò)濾裝置

一般在氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥裝置中，為了更好地收集物料，防止物料進(jìn)入風(fēng)管，影響干燥環(huán)境，會(huì)設(shè)置兩級(jí)捕集裝置。捕集裝置的形狀和布袋的通透性勢(shì)必會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)風(fēng)量，進(jìn)而影響干燥效率。對(duì)于捕集裝置的形狀，一般建議采用全孔設(shè)置，減少物料阻力。對(duì)于過(guò)濾裝置中布袋材質(zhì)的選擇，一般建議采用抗靜電有基底非織造濾料，其具有透氣性好、物料不易粘料等特點(diǎn)。

2.4? ? 攪拌裝置

在物料的干燥過(guò)程中，攪拌的影響不可忽視。攪拌槳的形狀設(shè)計(jì)和攪拌頻率對(duì)干燥速率的影響較大，在物料干燥過(guò)程中，攪拌一方面有利于將物料內(nèi)部含濕量及時(shí)帶走，另一方面，對(duì)提高物料均一性和防止物料結(jié)球也有較大作用。

2.5? ? 反吹裝置

（1）在干燥過(guò)程中，需及時(shí)清除過(guò)濾裝置上的物料，一般采用氮?dú)夥创笛b置，或者稱之為“脈沖裝置”，此裝置可接入介質(zhì)氣流，為保證效果，需進(jìn)一步考慮其反吹壓力的瞬間氣流量。

（2）在干燥結(jié)束之后，對(duì)過(guò)濾裝置、筒體內(nèi)壁等殘留的物料進(jìn)行清除非常重要。在閉路循環(huán)流化床干燥裝置中，一般都會(huì)設(shè)計(jì)安裝反吹裝置，采用與干燥氣流反方向的形式進(jìn)行吹掃，使物料脫落，進(jìn)而達(dá)到清除的目的。

2.6? ? 加熱裝置

在干燥過(guò)程中，氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥介質(zhì)主要是通過(guò)加熱裝置加熱氣流從而帶走物料表面的溶劑。而要保證干燥介質(zhì)溫度的穩(wěn)定性，加熱器的構(gòu)造顯得非常重要，所以，一般需要根據(jù)循環(huán)風(fēng)量的大小計(jì)算出相應(yīng)的加熱面積，根據(jù)需要的加熱面積再確定加熱裝置的構(gòu)造。

2.7? ? 氧含量

在流化床干燥裝置中，由于濕品一般為有機(jī)溶劑或由于物料干燥有粉塵爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，一般采用氮?dú)庾鳛楦稍锝橘|(zhì)，系統(tǒng)內(nèi)氧含量指標(biāo)要求比較嚴(yán)格，如系統(tǒng)中氮?dú)庵脫Q比較慢或系統(tǒng)密閉性較差，對(duì)于干燥效率有著較大的影響，也會(huì)帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.8? ? 冷凝裝置

在氮?dú)忾]路循環(huán)系統(tǒng)氣流中，需要快速將溶劑冷卻下來(lái)，這就需要較大的冷卻面積和合適的冷媒。在實(shí)際使用過(guò)程中，可以根據(jù)循環(huán)風(fēng)量的大小，計(jì)算出相應(yīng)的冷卻面積，根據(jù)需要的冷卻面積再確定冷凝裝置的構(gòu)造。

2.9? ? 系統(tǒng)密閉性

在氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥裝置中，設(shè)備的密閉效果對(duì)循環(huán)風(fēng)量、氧含量、物料損失等都有直接影響。在使用過(guò)程中，需要時(shí)刻關(guān)注其閥門(mén)開(kāi)度以及攪拌軸、連接處的密封性。

2.10? ? 取樣代表性

判斷干燥的終點(diǎn)，一般是檢測(cè)物料含濕率。而在干燥過(guò)程中，由于循環(huán)風(fēng)量的影響，取出具有代表性的物料進(jìn)行檢測(cè)是一個(gè)較大的難點(diǎn)，這一方面與取樣口安裝的位置有關(guān)，另一方面與取樣口的物料代表性（物料殘留或干燥過(guò)程中濕物料附著在取樣口）有關(guān)。關(guān)于干燥的終點(diǎn)判斷，也可以尋求其他一些代表性現(xiàn)象，比如冷凝液的有無(wú)、物料溫度是否接近進(jìn)風(fēng)溫度等。

2.11? ? 濕品物料形狀

濕品物料的形狀對(duì)干燥效率的影響主要體現(xiàn)在內(nèi)部物料能否及時(shí)干燥，特別是一些塊狀的物料，在干燥過(guò)程中，如攪拌破碎不徹底，勢(shì)必會(huì)影響干燥時(shí)間。在實(shí)際生產(chǎn)中，若要烘干一些塊狀的濕品物料，可采用提前破碎等預(yù)處理方式，提高干燥效率。

2.12? ? 物料結(jié)壁

在氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥過(guò)程中，時(shí)常會(huì)烘干一些易結(jié)壁的物料。筒體內(nèi)結(jié)壁的物料會(huì)影響干燥效率，時(shí)間長(zhǎng)了對(duì)物料的性質(zhì)也會(huì)有影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，烘干易結(jié)壁的物料時(shí)，可采取在筒體上安裝振動(dòng)錘等輔助裝置，增加筒體內(nèi)清除物料的頻率等措施。

3 關(guān)于提高氮?dú)忾]路循環(huán)流化床裝置干燥效率的研究

3.1? ? 物料粒徑大小對(duì)干燥時(shí)間的影響研究

根據(jù)本公司車間的實(shí)際操作情況，在車間中進(jìn)行了試驗(yàn)，在相同物料、同一批濕品含水率、相同設(shè)備、氮?dú)鉄犸L(fēng)溫度為90 ℃的條件下，采用整粒機(jī)固定篩網(wǎng)過(guò)篩，改變濕物料的粒徑，進(jìn)行烘料分析，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可知，隨著濕品物料粒徑變小，烘干時(shí)間下降趨勢(shì)明顯，對(duì)于節(jié)約烘干時(shí)間有較大好處，但這也增加了烘料前的預(yù)處理難度。

3.2? ? 風(fēng)機(jī)頻率大小（送風(fēng)量大?。?duì)干燥時(shí)間的影響研究

在車間中進(jìn)行了第二個(gè)試驗(yàn)，在相同物料、同一批濕品含水率、相同設(shè)備、氮?dú)鉄犸L(fēng)溫度為90 ℃的條件下，改變風(fēng)機(jī)頻率大小，進(jìn)行烘料分析，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可知，系統(tǒng)風(fēng)機(jī)頻率越大，送風(fēng)量越大，即系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量越大，烘干時(shí)間下降趨勢(shì)較明顯，對(duì)于節(jié)約烘干時(shí)間有較大好處。但不能無(wú)限增大風(fēng)壓，需考慮系統(tǒng)影響。

4 結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要分析了氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥裝置的原理、工藝流程和設(shè)備特點(diǎn)，從氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥裝置干燥物料的實(shí)際問(wèn)題著手，分析了影響氮?dú)忾]路循環(huán)流化床干燥過(guò)程的相關(guān)因素，并提出了提高干燥效率的方法。最后，根據(jù)本公司車間的實(shí)際操作情況，在車間中進(jìn)行了試驗(yàn)，研究了改變濕品物料粒徑大小和系統(tǒng)風(fēng)機(jī)頻率（即系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量）對(duì)烘干時(shí)間的影響。

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收稿日期：2021-02-26

作者簡(jiǎn)介：何詠濤（1984—），男，安徽人，工程師，主要從事生產(chǎn)設(shè)備及工藝的精益管理應(yīng)用與研究工作。