真空槳葉干燥機在高黏度物料的應用實驗

李伏虎

（中國神華鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古鄂爾多斯 010072）

真空槳葉干燥機在高黏度物料的應用實驗

李伏虎

（中國神華鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古鄂爾多斯 010072）

介紹了真空槳葉干燥機的工作原理、行業應用情況、技術特點，針對我廠高黏度物料特性進行結構優化改造，通過該設備在實驗過程中的運行、調試以及系統改造，實現了高黏度物料在較高真空度條件下的平穩運行，同時滿足了產品品質及產量等各項技術要求。該設備在本次實驗的成功應用，為真空槳葉干燥機在高黏度物料的開發和應用提供了技術支持。

空心；槳葉干燥機；特點；高黏度物料；可行性

空心槳葉干燥機是一種以熱傳導為主的臥式攪拌型干燥機。因內部空心的攪拌葉片形似于船槳，固稱之為空心槳葉干燥機。槳葉干燥機國外已經開發多年，最早由德國開發成功，之后我國引進了該項技術，并進行了改進，現已開發了雙軸和四軸兩種結構、十多種規格的系列產品。近年來國內各行業的廣泛應用，國產槳葉干燥機技術已經十分成熟。我廠油渣萃取項目作為新型技術，物料性質具有特殊性。由于其自身高黏度特性，干燥機還沒有相關業績。針對該物料性質，我們與設備廠家進行合作，通過實驗驗證槳葉干燥機對高粘度物料的可行性進行了驗證。為槳葉干燥機應用提供更廣闊的領域。

1 槳葉干燥機原理

空心槳葉干燥機是由互相嚙合的二根或四根槳葉軸、帶有夾套的W形殼體、機座以及傳動部分組成，物料的整個干燥過程在封閉狀態下進行，有機揮發氣體及異味氣體在密閉氛圍下送至尾氣處理裝置，避免環境污染。干燥機以蒸汽，熱水或導熱油作為加熱介質，軸端裝有加熱介質進出的旋轉接頭。加熱介質分為兩路，分別進入干燥機殼體夾套和槳葉及軸內腔，將殼體和槳葉軸同時加熱，以傳導加熱的方式對物料進行加熱干燥。被干燥的物料由螺旋送料機連續的送入干燥機的加料口，物料進入干燥機殼體后，通過槳葉的轉動使物料翻轉、攪拌，不斷更新加熱介面，與殼體夾套和槳葉接觸，被充分加熱，使物料所含的表面水分蒸發，蒸發水分通過氣相出口連續排出。同時，物料隨槳葉軸的旋轉成螺旋軌跡向出料口方向輸送，在輸送中繼續攪拌，使物料中滲出的水分繼續蒸發。最后，干燥均勻的合格產品由出料口排出。

干燥機空心軸上密集排列著楔形中空槳葉，熱介質經空心軸流經槳葉，循環加熱。單位有效容積內傳熱面積很大，熱介質溫度為-40～320°C，可以是水蒸氣，也可以是液體，如熱水、導熱油等。通過間接傳導進行加熱，熱量均用來加熱物料，熱量損失很小，僅為通過氣體保溫層向環境的散熱。楔形槳葉傳熱面具有自清潔功能，物料顆粒與楔形面的相對運動產生清潔作用，能夠除去楔形面上的附著物料，使物料在運動中一直保持著清潔的傳熱面。

2 槳葉干燥機的應用

隨著國內各行業的發展，槳葉干燥機已成功地用于食品、化工、石化、染料、工業污泥等領域。設備傳熱、冷卻、攪拌的特性使之可以完成以下單元操作：煅燒（低溫）、冷卻、干燥（溶劑回收）、加熱（融化）、反應和滅菌。

1）用導熱油做加熱干燥介質，槳葉干燥機可完成低溫煅燒工作。如：二水硫酸鈣（Ca2SO4·2H2O）煅燒轉化為半水硫酸鈣（Ca2SO4·1/2H2O）。碳酸氫鈉（NaHCO3）經煅燒轉化為純堿（Na2CO3）等。

2）通入冷卻介質，如水、冷卻鹽水等即可用來冷卻。如用純堿行業的槳葉式涼堿機取代老式的空氣冷卻涼堿機，節省了能源及尾氣處理設備，降低了操作費用，還可用于鈦白粉、鎳鐵合金粉及各種粉粒狀物料的冷卻。

3）干燥，槳葉干燥機應用最廣泛的用途，不使用熱空氣，使溶劑回收、能源消耗、環境控制處于易處理的理想狀態。對需回收溶劑、易燃易氧化熱敏性物料尤為適應，已廣泛用于精細化工、石化、染料行業。

3 干燥機的特點

3.1 設備結構緊湊

干燥機主要的傳熱部件是殼體夾套、軸、楔形的槳葉，這些密集的槳葉按照規定的間隔交叉排列在固定的旋轉軸上，因此單位容積的傳熱比較高。基于這一原因，這種設備的結構非常緊湊、占地面積小。

3.2 傳熱效率高

由于相對旋轉的楔形的槳葉和傾斜的槳葉表面以及機體的加熱、冷卻，保證了所有與產品接觸的表面能夠均勻地傳遞熱能。物料充分混合攪拌，干燥機本體熱量損失很小，熱量利用率高，提高了設備的傳熱效率。

3.3 自潔性能

槳葉具有自潔能力。槳葉相向旋轉，葉片的兩個斜面反復攪拌、壓縮、松弛并推進物料，使葉面具有獨特的自潔能力，防止物料在槳葉軸與軸間累計黏結，影響干燥機正常運行。同時槳葉干燥機的傳熱系數也高于其他任何傳導干燥方式。

3.4 處理物料范圍廣

使用不同熱介質，既可處理熱敏性物料，又可處理需高溫處理的物料。常用介質有水蒸氣、導熱油、熱水、冷卻水等。既可連續操作也可間歇操作，可在很多領域應用。

3.5 控制簡單

干燥過程和停留時間都可以檢查、控制和調整。它們都可以根據被干燥產品的物理性能單獨進行設定和調整，對軸或者槳葉的數量、轉速、傳熱體的溫度和干燥停留時間進行設定和調整，達到干燥效果。

3.6 適合于濕度很大產品的干燥

由于使用了槳葉式的干燥元件和連續的混合攪拌，能夠對黏度很大的、高濕度的材料進行干燥。它的結構設計避免了產品在死角處的積留和因產品積留而帶來的過熱或者腐敗變質。

3.7 材料的損耗及磨損很小

由于槳葉的轉速很低，只有10～40r/min，這就有效地避免了磨蝕和由磨蝕帶來的機床設備快速的磨損，延長了設備使用壽命。另外，也將金屬材料的破裂風險降低到了最小程度。

4 我廠高黏度物料實驗

中國神華煤制油有限公司鄂爾多斯煤制油分公司2016年成立油渣萃取項目組，以使液化油渣合理高效利用。根據煤液化油渣溶劑萃取特性，能被溶劑萃取部分稱為瀝青相，不能被溶劑萃取部分稱為固相。本項目選擇煤焦油洗油作為溶劑的萃取工藝，使油渣中的瀝青與溶劑混合相溶，隨后采用固液分離設備分級分離，得到不同灰分含量的分離液，分離液經減壓蒸餾后，最終得到不同等級的煤液化瀝青。

物料經過分離設備分離后，固相物料中含有35%的洗油，只有將這部分洗油提取出來循環利用才能證明此工藝的可行性。所以此項目中干燥設備選型至關重要。通過我們前期技術交流及設備考察，選定槳葉干燥機為本項目的重點論證方案之一。槳葉干燥機雖然在化工行業應用廣泛且成熟，但高黏度物料干燥方面沒有運行業績。為了驗證槳葉干燥機在本工藝的可行性及可靠性，我們與天華設計院共同合作，提供我廠特有物料，進行槳葉干燥機實驗。本次實驗的主要就槳葉干燥機處理本項目高黏度物料在結垢、黏壁、處理量、干燥效果等方面進行實驗驗證。

4.1 物料特性

名稱：含洗油的類瀝青物；狀態：黑色黏稠狀；進料溫度：120℃；絕干物料比熱：1.3kJ/（kg·℃）（設計計算值）；濕分比熱：2.677kJ/（kg·℃）（設計計算值）；濕分蒸發潛熱：650kJ/kg（設計計算值）；黏度：8 350mPa·s（120℃）；堆密度：1 000kg/m3（估算）；干燥目的：回收洗油。

4.2 設計要求

處理量：3500kg/h（濕基）；濕分名稱：洗油；初始濕含量：～35%；產品濕含量：≤5%；干燥過程中料溫：≤260℃；設備臺數：10臺/套。

4.3 實驗參數及流程

4.3.1 技術參數

干燥機型號：JG-3.0；傳熱面積：3m2；設計溫度：殼程260℃，管程250℃；

設計壓力：殼程：殼程/管程：50kPa（a）/0.2MPa（g）；干燥機材質：與物料接觸的部分304。

電機名稱：隔爆型三相異步電動機；電機型號：YB132S-4；電機功率：5.5kW。

4.3.2 實驗流程

流程簡述：濕物料通過鎖氣器連續加入到真空槳式干燥機中，熱源通過真空槳式干燥機空心的熱軸、葉片和夾套將熱量傳遞給物料。在熱軸的帶動下，葉片把物料打散，同時將物料向出料口輸送。蒸發的濕分進入冷凝器進行冷凝，尾氣經真空泵抽出排空，干燥后的物料通過鎖氣器間歇排放收集。

4.4 設備選型

針對本項目物料黏度大，易燃易爆等特性，選擇為雙軸薄膜真空干燥機。雙軸薄膜真空干燥機是根據槳葉干燥機和圓盤干燥機優化組合設計的新型干燥機，其主要由薄膜熱軸、殼體、傳動系統、密封系統等組成，工作過程中具有較好的密封性、耐磨性和耐高溫性能，使用過程中操作彈性大，傳熱系數高等優點，尤其是對較黏物料具有自清理功能，是油渣和黏性物料的最佳選用設備。

4.4.1 熱軸系統

熱軸是薄膜干燥機的核心部件，主要由軸管、軸頭、矩形葉片等組成，葉片形式為矩形葉片，徑向剖開為矩形，軸向為扇形，但扇形面同一個平面，這一點與其他葉片完全不同，由于本部件選用較厚的鋼板或鍛件制造完成，具有較強的耐磨性能，與軸管焊接時強度較高，有效防止軸本身產生的撓度，進一步保證密封性。兩片盤片、內外側扇形板、側板及加強筋焊接而成，設計了加強筋和傳熱導體柱，既可以承受高溫引起的變形，也可以增強側板的耐磨性能，同時也能承受高壓。能保證長時間下該軸不會產生變形和泄露，也能進一步降低用戶使用過程中的維修費用。

4.4.2 熱源進出系統

傳統型干燥機的油或蒸汽進出口采用主動端進蒸汽，從動端出油、冷凝液或蒸汽的結構，而雙軸薄膜干燥機采用從動端進高溫油和出低溫由的新型結構，該結構避免高溫對主動端的傳動精密度產生影響，從而增加軸的傳動平穩度，同時也減少了一端面的漏點，為后續檢維修降低費用，天華院已經大規模成功應用。

4.4.3 軸端密封系統

雙軸薄膜干燥機的軸端密封是整個系統安全保證，如果密封失效或有漏點，空氣進入干燥機會有閃爆的可能性。本密封系統采用迷宮密封將大量的油渣阻擋在殼體內部，然后用硬質環將大部分遺漏的渣再次進行阻擋，少部分遺留的油渣進入緩沖倉進行收集，根據使用經驗約兩年清倉一次，緩沖倉內部填滿后發現有氣體外漏，備用的反吹氮氣進行反吹再次密封，該系統安全可靠無風險。

4.4.4 自清理系統

自清理系統是雙軸薄膜干燥機和傳統干燥機的設計要點，在黏性較高的物料干燥過程中，防止物料黏附熱軸，如果物料黏附在熱軸表面，使傳熱系數降低，干燥效率變差，因黏附物料使熱軸重量增加，導致干燥機的傳動功率增加，本項目中干燥機設計有刮刀，在矩形葉片上增加抄板掏料結構，雙軸嚙合時可最大限度減小死區，盡可能增大攪拌區間。

4.4.5 熱膨脹設計要點

雙軸薄膜干燥機在較高溫度場必須考慮膨脹移動，較合理的設計能減少設備故障，降低維修率，雙軸薄膜干燥機設計溫度按照350℃考慮，膨脹量約62mm，主動端為固定端，從動端為滑動端，機架與地基連接部位采用滑動結構，有效釋放膨脹應力，防止因膨脹應力導致熱軸彎曲變形、葉片根部泄露和損壞密封系統等缺陷。

5 實驗情況

5.1 實驗條件

試驗物料：煤液化油渣離心干相；物料含油量：物料含油量35%；干燥機換熱面積：3m2；導熱油進溫度：246～250℃；導熱油出溫度：243～246℃；真空度：46～71kPa；槳葉電機頻率：25Hz；槳葉軸轉速：12.25r/min；計劃進料量：120kg/h；進料溫度：100℃；進料方式：人工添加，旋轉閥進料；出料方式：手動間歇排料。

5.2 實驗情況

2017年6月16日我公司派專業人員赴蘭州天華設計院同實驗人員共同進行真空槳葉干燥機高黏度物料實驗。12：57分開始加料，實驗開始。為了保證物料連續進料，操作人員嚴格控制2kg/min加料，干燥機真空度穩定在71kPa，設備運行穩定。13：40分固相開始出料，物料表面溫度125℃，技術人員開始取樣進行分析，取樣頻率為20min/次。14：41分進料結束，15：14分出料結束，本次實驗結束。整個實驗過程中，干燥機運行穩定，氣固相出料連續穩定。停機后設備人員打開干燥機進行內部檢查，內部存在輕微黏結掛壁情況，殘余物料干燥充分，可以通過排放口排出。6月20日取樣分析結果提交：5次取樣分析固相含油率分別為0.61%、0.38%、2.25%、1.64%、4.41%。

5.3 實驗結果

（1）本次實驗累計進料205.86kg，耗時104min，實際進料量為118.8kg/h，折合每平方米干燥面積干燥能力約為40kg/h。

滿足設備實驗要求。

（2）槳葉干燥機從開始進料至出料時間間隔為42min，說明物料在干燥機內停留時間為42min。

（3）通過對不同時間干相出料進行分析，固相含油量平均值為（0.61+0.38+2.25+1.61+4.41）/5=1.86，遠小于本項目5%的設計要求，經濟效益可觀。

（4）干相出料呈顆粒狀（粒徑0～8mm，其中90%＜3 mm）。

6 真空干燥系統的實驗運行結論

1）槳葉干燥機運行中物料分散效果良好，平均固相含油率小于2%，滿足本項目小于5%的設計條件。

2）實驗進料為118.8 kg/h，能夠滿足設計條件；折合每平方米干燥面積干燥能力約為40kg/h，為滿足本項目3.5t/h設計能力，工業放大機的干燥面積約為87.5m2。考慮本次實驗進料溫度較設計溫度低約12～40℃，導熱油溫度較設計溫度低約80℃，實驗條件（實驗機無保溫）差散熱損失大等不利條件影響，工業放大時所需的干燥面積會更小。

3）干燥機內部檢查存在輕微黏結掛壁及死角結塊情況，但對設備運行沒有影響。通過優化槳葉結構，效果會更好。

4）實驗證明真空槳葉干燥機能處理高黏度物料。

7 真空槳葉干燥機的工業應用前景

本次真空槳葉干燥機處理高黏度物料實驗是成功的。驗證了真空槳葉干燥機在我們油渣萃取項目應用的可行性。接下來將進一步優化設備性能，確保設備干燥高黏度物料的可靠性，提過設備干燥效率及運行周期，也為干燥機在高黏度物料干燥領域積累寶貴經驗。

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Application Test of Vacuum Vane Dryer in High Viscosity Material

Li Fu-hu

This paper introduces the working principle，industry application and technical characteristics of the vacuum paddle dryer.It is optimized for the structure of the high viscosity material in our factory.Through the operation，debugging and system transformation of the equipment during the test，High viscosity materials in the higher vacuum conditions of the smooth operation，while meeting the product quality and production and other technical requirements.The successful application of this equipment in this experiment，for the vacuum paddle dryer in the development and application of high viscosity materials to provide technical support，with high reference value.

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TE88

B

1003–6490（2017）10–0116–03

2017–07–25

李伏虎（1981—），男，內蒙古鄂爾多斯人，工程師，主要從事化工設備管理工作。

收稿日期 ：2017–07–24

作者簡介：蘆傳慧（1985—），男，山東平原人，助理工程師，主要研究方向流化床鍋爐運行調整。