旋轉閃蒸干燥機的改進

李 寧 孫德松 于鎮寧

（常州工程職業技術學院，江蘇 常州 213000）

旋轉閃蒸干燥機的改進

李 寧 孫德松 于鎮寧

（常州工程職業技術學院，江蘇 常州 213000）

針對傳統結構的旋轉閃蒸干燥機的粉碎室內膽和粉碎刀片所存在的欠缺進行改進優化，提高機器的工效，降低能耗。通過對物料在傳統結構旋轉閃蒸干燥機內部運動機理的研究發現：物料在圓筒形的粉碎室內隨氣流作圓周運動時，其運動速度、方向與粉碎刀的旋轉速度、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構的粉碎刀作用下易沿切向擊中筒壁，加大黏壁程度，并且粉碎刀的旋轉對氣流無輔助作用。如把圓筒形粉碎內膽改為多邊形粉碎內膽，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，可以提高工效；同時把粉碎刀改為帶斜角的風扇形刀組，促進熱氣流的上升運動，可以加強物料的干燥、粉碎和上升，減少物料的黏壁。

旋轉閃蒸干燥機；結構；改進

在旋轉閃蒸干燥機誕生之前，對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行稀釋，使得待干燥物料水分增加，延長了干燥時間。單純的噴霧干燥設備［1］最大的缺點是高度高，對廠房要求高，同時設備制造及安裝難度較大。流化床干燥設備［2］也存在著能耗高、干燥不均勻的缺點。易變性、生物菌體、熱敏性［3］等物料在較長時間的干燥下容易變質、變色、焦化等。基于上述原因，國內外的干燥設備研究機構經過多年的努力［4］，將噴霧干燥和流化床干燥的技術進行有機結合，通過高壓強力旋轉熱氣流與粉碎物料高速接觸進行干燥，這樣就克服了噴霧干燥設備和流化床干燥設備的缺點，也克服了對物料的局限，形成了傳統的旋轉閃蒸干燥機，得到廣泛的使用。盡管多年來傳統的旋轉閃蒸干燥機歷經了不斷地改良升級，但在粉碎室內膽及粉碎刀片的結構方面并無較大改進。本試驗在傳統旋轉閃蒸干燥機的基礎上，擬通過對物料在粉碎室內膽的運動機理和粉碎刀片對物料的作用機理的研究，并通過樣機的不斷試驗，來改進粉碎室內膽結構和粉碎刀片結構，從而解決物料粉碎工效低、物料黏壁［5］及能耗高的問題。

1 旋轉閃蒸干燥機的特性、構造和工作機理

1.1 旋轉閃蒸干燥機的特性

旋轉閃蒸干燥機是20世紀80年代首先在國外產生的一種綜合技術干燥設備，其特性是既克服了噴霧干燥設備高度高，對廠房、制造、安裝的要求高以及成本高，又克服了單位產量耗能高、流化床干燥均勻性差的缺點。旋轉閃蒸干燥機是噴霧干燥技術和流態化技術的綜合體。它非常適合濾餅和黏度高的膏狀物料，無需通過像噴霧干燥那樣先將物料稀釋再進行噴霧干燥的繁瑣過程，特別是高壓、強力旋轉熱風氣流接觸物料的時間很短，保護了易變性、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。經過多年的不斷改良升級，設備更加緊湊，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、稀土等行業得到了廣泛、有效地應用［6］。

1.2 旋轉閃蒸干燥機的基本構造

旋轉閃蒸干燥機是帶有螺旋粉碎裝置的豎式流化床干燥機，能夠同時完成物料的粉碎、干燥、分級等單元操作。設備主體為筒狀，自下而上由3個區段組成：粉碎硫化區段、中間干燥區段和頂部分級區段。下部粉碎區段安裝有通過外部無極調速電機驅動的旋轉葉片攪拌器。在干燥段裝設螺旋加料器，由通過變頻調速的電機帶動。上部分級區段設有一個分級環，分級環的通徑根據不同產品的粒度要求作相應的更換調整（圖1）。

圖1 現有的旋轉閃蒸干燥機結構示意圖Figure 1 Structure representation of the currently available spin flash dryer

1.3 旋轉閃蒸干燥機的工作機理

根據閃蒸干燥機的構造特性，把它的工作機理分為4個過程：破碎、氣固混合、干燥和粒度分級，這種作用機理是其他單機功能的干燥機所無法同時具備的［7］。

1.3.1 破碎 膏糊或濾餅物料通過加料器擠壓進入機體內部會立即被高速旋轉的攪拌片及高速旋轉氣流粉碎，物料的分散度迅速加大，單位體積濕物料的比表面積相應擴大。

1.3.2 氣固混合 旋轉閃蒸干燥機以空氣為載熱體，是否達到有效的氣固混合是決定干燥速率的重要因素。旋轉攪拌葉片將物料粉碎、分散，同時加壓，以旋風形式進入筒體內的熱空氣處于湍流狀態，很快達到氣固混合。值得注意的是干燥機底部的倒錐結構使氣流速度最高可達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。

1.3.3 干燥 如上所述，當物料在相對穩定的流化層受到熱空氣作用，物料水分被蒸發，繼而向上運動，其中含水率高、表面積小的物料由于密度大，會自動下落，但下落到一定距離后會停止，此時重力與浮力平衡。物料被進一步破碎和脫水后再次開始向上運動并通過分級后排出。

1.3.4 粒度分級 粒度分級是通過分級器完成的。分級器是一塊裝在干燥筒上部的環形擋板。當物料隨旋轉氣流上升時，受離心力作用物料會以不同旋轉半徑作螺旋上升運動，達到濕度、粒度要求的物料質量較小，在離心力的作用下旋轉半徑也小，會從分級器的內孔迅速排出；而大塊及含水較高的物料質量較大在離心力的作用下旋轉半徑也較大，會被擋在干燥室內，直至物料的粒度和濕度達標后，才能由分級器內孔排出。

2 現有旋轉閃蒸干燥機結構存在的不足

2.1 主機破碎區內的物料運動形態

物料從投料口投入主機體內首先進入破碎區，經粉碎刀組破碎的物料在高速氣流和旋轉粉碎刀的聯合作用下，沿筒體直徑的切線方向旋轉，隨著旋轉速度的加快，物料顆粒的運動速度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速度v2－v1減小，因此造成粉碎工效的下降。

2.2 粉碎刀對破碎段系統內氣流的影響作用

傳統的帶有刮板的粉碎刀結構比較單一，多為與轉軸垂直的板式結構，純切向力明顯，在破碎過程中容易將物料直接擊向筒壁，增大黏壁幾率，并且對高速氣流的上升無輔助作用。

3 旋轉閃蒸干燥機結構的改進

（1）針對物料在主機破碎區內運動形態的分析所發現的問題，可通過專利技術［8］予以改進，把粉碎室內膽由原來的圓形（圖2）改成32～64個邊，角度為5°～10°的等邊多邊形（圖3）。經試驗發現，角度大會產生死角，易造成結料，而角度小接近圓形，效果不明。角度為5°～10°時，既不結料又增加了粉碎效果。改進后，粉碎室內筒帶折邊后，物料在桶壁上產生撞擊作用，改變飛行方向，降低物料速度，增加物料與刀的接觸次數，大大增加了粉碎效果。

圖2 現有的筒體結構Figure 2 Currently available tube structure

圖3 改進后的筒體結構Figure 3 Improved tube structure

（2）將與轉軸垂直的板式結構粉碎刀片（原來是一字型，2個刀片，線速度20m/s）（圖4，圖5），改進為下部板式結構刀組、上部風扇形粉碎刀的組合體。風扇形粉碎刀有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，刀片高速旋轉產生了上升氣流，和底部上來的旋轉熱氣流共同作用，提高了物料的干燥、破碎和上升運動效果，對于黏性膏狀物料可減少黏壁現象，增加粉碎效果。但改進后的粉碎刀組制造難度高，制造成本較原刀組高30%～35%，還需要校動靜平衡，制造精度和檢驗精度也高。

4 實際性能測試對比

4.1 測試設備

旋轉閃蒸干燥機：XSG800，溧陽市誠邦機械有限公司。

4.2 測試物料

檸檬鉻黃：CASNO：1344－37－2，杭州恒昊顏料化工有限公司。

圖4 現有的攪拌組件圖Figure 4 Currently available mixing components

圖5 現有的粉碎刀Figure 5 Currently available grinding knife

圖6 改進后的攪拌組件圖Figure 6 Improved mixing components

圖7 改進后的粉碎刀Figure 7 Improved grinding knife

4.3 測試方法

改進后的旋轉閃蒸干燥機設備安裝到位，檢查蒸汽流量計、電度表，設備空轉運行30min，內膽部分預熱至150℃，開始投料測試，1h后對產品進行稱重并對蒸汽流量計、電度表抄表，將所得數據與未改進的設備單位產量及能耗進行對比。重復以上過程，進行兩個批次的物料測試。

4.4 測試結果

改進前、后的閃蒸干燥機性能對比見表1。

由表1可知，改進后的旋轉閃蒸干燥機產量增加10%～15%，節能10%～13%。

表1 顏料閃蒸干燥機使用性能測試對比表ńTable 1 Contrastive demonstration of service performance test of the paint flash dryer

5 結論

本發明的有益效果是：改進前僅靠刀片粉碎物料，當旋轉風力和旋轉刀片一起作用時，物料隨氣流沿光滑內壁旋轉上升，物料與刀片的相對速度減至最小，影響粉碎效果；改進后，物料在等邊多邊形筒體內壁上產生撞擊作用，改變飛行方向，降低物料速度，增加物料與刀的接觸次數，產量增加10%～15%。該粉碎刀對物料有一個向上的力，增加了粉碎效果，而且減少物料的黏壁。通過對筒壁和刀片的兩項改進，本旋轉閃蒸干燥機可節能10%～13%。

1 張文孝，姚學勇，王玉德，等.噴霧干燥現狀及展望 ［J］.食品與機械，2004（6）：36～38.

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

3 馬瑞進，杜燕，楊志剛，等.熱敏性物料干燥實驗研究［J］.干燥設備與技術，2012（1）：24～27.

4 韓丹，李龍，程云山，等.現代攪拌技術的研究進展［J］.食品與機械，2004（4）：32～35.

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

6 蔣斌，柴本銀，彭麗華，等.旋轉閃蒸干燥機的設計［J］.干燥設備與技術，2007（3）：146～149.

7 劉相東 ，于才淵 ，周德仁.常用工業干燥設備及應用［M］：北京，化學工業出版社，2005.

8 李寧.一種旋轉閃蒸干燥機：中國，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，常州工程職業技術學院副教授。E－mail：nli＠email.czie.net

2012－05－15