轉筒干燥器的工業分類及熱量衡算

許亞茹(青海金世紀工程項目管理有限公司，青海 格爾木 816000)

1 概述

轉筒干燥器屬于半懸浮床干燥器，被廣泛應用于化工，食品等工業生產中。適合干燥顆粒狀或塊狀物料，如純堿、硝銨和各種鹽類。在滾筒的轉動作用下，濕物料和干燥介質能實現充分接觸，與其他干燥設備相比，有處理能力大，結構簡單，故障率少等特點。

2 轉筒干燥器工作原理

轉筒干燥器的主體是略帶傾斜并能回轉的圓筒體，筒體內壁上裝有抄板，可把物料不斷地抄起又灑下。其工作原理是濕物料從轉筒一端進料口加入，借助于轉筒的緩慢轉動，在重力作用下，從一端向另一端移動，與通過筒內的干燥介質進行有效的接觸而被干燥；同時，因筒體內壁加裝了抄板，很大程度上加大了濕物料和干燥介質的接觸面積，從而提高干燥速率。干燥過程中所用的干燥介質一般為熱空氣、煙道氣或水蒸氣等。如果干燥介質為熱空氣或煙道氣，則干燥后的廢氣排放前須經旋風分離器除塵，以免對環境造成污染，同時還有回收攜帶于廢氣中工藝物料的作用。

3 轉筒干燥器的分類

根據物料與干燥介質的接觸方式，分為直接加熱式、間接加熱式和復合加熱式。

3.1 直接加熱式

直接加熱轉筒干燥器是濕物料與干燥介質直接接觸，主要分為三種形式：常規直接加熱轉筒干燥器、葉片式穿流轉筒干燥器、通氣管式轉筒干燥器。在不同結構的轉筒干燥器中，以采用熱介質直接加熱物料最為普遍[1]。

常規直接加熱轉筒干燥器是以對流傳熱的方式進行干燥，分為并流式和逆流式。并流式是熱風與物料移動的方向相同，熱風與濕物料均從轉筒同一端進出。該方式適合于熱敏性物料及附著性較大的物料的干燥。逆流式是熱風流動方向與物料移動方向相反，這樣可以產生較大的平均溫度差，達到較好的傳熱效果。對于耐高溫的物料，適合采用逆流式干燥。

葉片式穿流轉筒干燥器在筒體內壁裝有許多傾斜葉片，熱風從端部進入轉筒底部，從下部有料層的葉片間吹入筒內。優點是能保證熱風與物料在充分接觸下進行干燥，避免出現熱風短路現象。適合于干燥粒狀、塊狀或片狀物料，如焦炭、大豆、砂糖等。通氣管式轉筒干燥器與常規直接加熱式相似，差別是筒內取消了抄板，增加了一個不隨筒體轉動的中心管，中心管上裝有許多沿長度方向均勻分布，而沿圓周方向則主要集中在中心管下部的分支管。其特點是物料在筒內移動的過程中，可以形成穩定的料層，對物料飛揚情況有很好的抑制作用；熱風從端部進入中心管，高速地從埋在料層中的分支管小孔中噴出，與物料強烈接觸，強化了傳熱傳質過程[2]。

3.2 間接加熱式轉筒干燥器

間接加熱轉筒干燥器是干燥介質不直接與濕物料接觸，干燥過程所需的全部熱量都是經過傳熱壁面傳給被干燥物料的。根據干燥介質的不同，分為常規式和蒸汽管式兩種。該類干燥器適合干燥降速干燥階段較長的物料，因為它可以在相當穩定的干燥溫度下，使物料有足夠長的停留時間；還適用于干燥熱敏性物料，但不適用于黏性大、易結塊的物料。

3.3 復式加熱轉筒干燥器

該干燥器主要由轉筒和中央內管組成，流體間以傳導和對流傳熱的組合方式進行熱量交換。熱風先進入中央內管，以熱傳導方式將熱量傳給管外的物料，然后折入管外，與物料以對流傳熱的方式在中央內管和轉筒的環隙間逆流接觸換熱，最后熱風由原料入口端排出。這種結構的優點是高溫熱風先通過中央內管進行熱傳導，再轉入環狀空間后熱風溫度有所下降，使得轉筒外壁與環境間的熱損失降低，提高了熱量利用率。

4 干燥器物料衡算和熱量衡算

以空氣為干燥介質的干燥過程的物料衡算和熱量衡算主要包括水分蒸發量計算、耗用空氣量計算及干燥過程的熱量計算。空氣加熱的干燥器流程簡圖如圖1 所示。

圖1 空氣加熱的干燥器流程簡圖Fig.1 Process flow chart of air heating dryer

圖中，L 為絕干空氣用量(kg/h)；G1，G2分別為濕物料進入和離開干燥器時的流量(kg 濕物料/h)；t0，t1，t2分別為新鮮濕空氣進入預熱器、進入干燥器和離開干燥器時的溫度(℃)；H0，H1，H2分別為新鮮濕空氣進入預熱器、進入干燥器和離開干燥器時的濕度(kg/kg 絕干氣)；θ1，θ2分別為濕物料進入和離開干燥器時的溫度(℃)；ω1，ω2分別為濕物料進入和離開干燥器時的濕基含水量(kg 水/kg 濕物料)。

4.1 水分蒸發量W的計算

4.2 熱量衡算

先進行干燥器的熱量衡算，進而可以求出干空氣的用量。

對整個干燥系統做熱量衡算，總耗熱量包括物料升溫耗熱Q1、汽化水分耗熱Q2、干空氣帶出熱量Q3、空氣中水蒸氣帶出熱量Q4及熱損失Q5。

(1)物料升溫耗熱—Q1

式中：Cm2為干燥后產品的比熱容(kJ/(kg·℃))；Cs為絕干物料的比熱容(kJ/(kg 絕干料·℃))；Cω為物料中所含水分的比熱容(取4.187kJ/(kg 水·℃))。

(2)汽化水分耗熱—Q2(在干燥過程中，濕物料中被蒸發掉的水分W 由液態溫度θ1被加熱并汽化，在溫度t2下以氣態形式離開干燥器所需的熱量。)

式中：I2為水蒸氣在t2溫度下的焓值(kJ/kg)；I1為液態水在θ1溫度下的焓值(kJ/kg)。

(3)干空氣離開干燥器帶出熱量—Q3

式中：C2為干空氣在t2溫度下的比熱容(kJ/(kg·℃))；C0為干空氣在t0溫度下的比熱容(kJ/(kg·℃))。

(4)空氣中水蒸氣帶出熱量—Q4

式中：I2為t2溫度下水蒸氣的焓值(kJ/kg)；I0′為t0溫度下水蒸氣的焓值(kJ/kg)；H0為干燥介質濕空氣的濕度(kg 水汽/kg絕干氣)；φ為濕空氣的相對濕度；p為當地大氣壓(kPa)；ps為在空氣溫度下，純水的飽和蒸氣壓(kPa)。

(5)熱損失—Q5

Q5為干燥器表面的散熱損失，工程計算中，一般按總熱量的5%～10%估算。

(6)熱平衡

干燥過程中熱源提供給干燥介質的熱量與總的耗熱量相平衡：

式中：C1為干空氣在t1溫度下的比熱容(kJ/(kg·℃))。

4.3 耗用空氣量

絕干空氣量

耗用新鮮空氣量

5 結語

轉筒干燥器是一種比較傳統的大型干燥設備，發展至今，生產技術日趨成熟，設備無故障運行時間也較長。該設備有自己的適用范圍，可以連續作業，生產效率較高，在當今的市場上占有相當大的比例。通過熱量衡算，我們知道干燥過程是能耗較大的單元操作，在進行干燥設備選擇過程中，要綜合考慮產品性質、干燥介質來源、不同干燥器的應用范圍、干燥后熱煙氣處理的難易程度、設備投資、運行成本等多方面因素進行選型設計，以求實現高效、節能的干燥處理過程。