闪蒸干燥装置在多品种氧化铝工业化生产中的应用

    多品种氧化铝有别于冶炼级氧化铝，它在晶形结构、化学成分、外观形状、粒度分布等方面具有特色，因而有特殊物理化学性能，在多品种氧化铝如催化剂用氢氧化铝，阻燃剂用氢氧化铝，活性氧化铝等产品的干燥工艺过程满足工艺要求，提高产品质量，减少作业环节，节能降耗的重要过程，适应这些特点的干燥设备的应用是人们所关心的重要课题。

　　东北大学辽宁东大粉体工程技术有限公司，一九九○年在吸收借鉴国外设备及工艺基础上，设计生产出适合国情，具有技术特点的闪蒸干燥设备，已形成专业化系列化产品，在化工、建材、冶金等领域形成工业化规模应用，对多品种氧化铝的干燥已取得成功的经验和较完善的工艺配套系统。本文对旋转闪蒸干燥机干燥过程作一介绍，以期有助于对多品种氧化铝干燥上的选择与应用。

　　1. 颗粒物料干燥过程的机理
　　颗粒物料进入干燥机后，热气流首先将热量传给颗粒表面，水分立即蒸发，并向外界扩散。表面水分的蒸发，引起颗粒表面和内部的水分差，水分将从颗粒内部不断地扩散到表面，再由表面向外界蒸发，此过程循环往复，最后达到整个颗粒的干燥。

　　1.1 升速干燥阶段
　　颗粒置于温度较高而相对湿度小于100％的传热介质中，在较短时间内，表面被加热到干燥介质湿球温度，水分蒸发的速度增长很快，颗粒吸收的热量和蒸发水分耗去的热量相等，达到平衡。此阶段时间很短，排出水量不大，之后进入等速阶段。

　　1.2 等速干燥阶段
　　在此阶段，颗粒表面蒸发的水分，由其内部向表面源源不断地补充，因而颗粒表面总是保持润湿状态。此时干燥速度保持不变，颗粒表面温度亦保持不变。该阶段水分的蒸发，理论上可按外扩散（蒸发）公式及传热公式计算干燥速度：
 
　　I外 ＝ M /（t?F）＝ a〔η（t湿球－t表）〕，kg/m2h

　　由上式可看出，蒸发速度（干燥速度）与颗粒表面和周围介质水蒸气浓度及温度差有关。其差愈大，干燥速度也愈大。另外，干燥速度还与颗粒表面的空气速度有关。颗粒表面总有一层不易流动的空气膜，它的厚度减小有利于水份蒸发和热交换。因而增大颗粒表面气流的速度，使空气膜减薄，可显著提高干燥速度。

　　1.3 降速干燥阶段
　　此阶段蒸发速度和热量的消耗大为降低，颗粒表面温度高于介质的湿球温度并逐渐升高，与载热体之间温差减小，直至接近或相同。
 
　　1.4 平衡阶段
　　此时颗粒表面水分吸湿和蒸发达到平衡，干燥速度为零。

　　颗粒中的水分亦即干燥最终水分，通常不应低于储存时的平衡水分。旋转闪蒸干燥机由于干燥后物料粒度颗粒粒度很小，物料在干燥筒内停留时间极短，通常在1～3s。因此，颗粒的干燥处于等速干燥阶段，其表面的温度就是干燥介质的湿球温度。采用旋转闪蒸干燥设备，物料的粒度均匀，表面无开裂、变形和过热，有利于保证产品质量。

　　2. 旋转闪蒸干燥机内颗粒的运动状态及干燥过程

　　热气流从筒下部沿筒壁切线方向进入筒内，在筒内高速旋转上升，与湿物料相遇后，旋转叶片将物料粉碎，热气流将物料加热，吹散。细颗粒物料的水份分被蒸发并随热气流螺旋上升，从排风口排出，经分离装置分离后形成干品。粗颗粒物料螺旋上升一段高度后，由于其悬浮速度小于干燥机的操作速度，因此将停止上升并滑落，经粉碎变成细颗粒，被热风吹散后再重复上述过程。干燥机内旋转叶片的独特设计及布置，有利于物料的快速碎散和干燥，分级环结构的合理设计，可保证产品的最终含水量和颗粒粒度。

　　干燥机中的热交换，主要表现为气流和颗粒、筒壁与颗粒的两种热交换。
 
　　如前所述，干燥过程的实质是水分的扩散过程，是靠外扩散和内扩散进行的。

　　水分子移动依其动力的不同，可分为湿传导和湿热传导。

　　2.1 湿传导
　　干燥过程中，由于表面水分的蒸发，颗粒表面水分与内部水分形成浓度差，因而在颗粒半径方向有一个水分梯度，引起水分由内部向表面移动。这种扩散、传导是由水分差引起的。

　　2.2 湿热传导
　　由于颗粒表面水分蒸发时需要吸收热量，造成颗粒内部与表面的温度差，即在半径方向存在一个温度差 温度梯度。由此引起的水分移动称湿热传导。

　　在用于热空气干燥时，湿扩散由颗粒内部向外部表面进行。同时，由于颗粒表面温度往往高于其内部温度，热扩散则使水分由颗粒表面向内部移动。因此，可以看作热扩散阻碍湿扩散的进行，降低了干燥速度。

　　旋转闪蒸干燥机由高速热气流沿切线方向给入筒体，由于筒体内的螺旋运动，一方面降低颗粒周围的介质温度，同时增加了周围介质流速和温度，提高了外扩散的速度，另一方面高温气流高速冲击位于筒体下部的颗粒聚集体（ 温度较高的料团），加之筒体内搅拌叶片的作用，使聚集体碎散，粒度变小，内部毛细管的长度也因之减小，强化了内扩散的效果，降低其阻力。该过程的反复，消除了物料结块，强化了颗粒水分的蒸发。

　　颗粒和热气流的流动方式，在筒体下部既有对流，也有顺流（并流）。对粗粒聚集体更是对流和顺流反复换热。对于细粒物料，上述过程则随热气流同程进行，因而干燥过程可瞬间完成。对于粗聚集体的干燥，实际上是采用高温低湿的热空气进行。这些粗聚集体主要是由水份分子吸附，充填于颗粒空隙之间，采用高温低湿的条件，使整个聚集体的热传导缓慢，造成局部应力集中而使其干裂、碎散，加速干燥过程，提高热效率。

　　3. 闪蒸干燥机的工艺流程
　　旋转闪蒸干燥机属连续工作的干燥设备，由主机和螺旋给料机构组成，并分别由电动机单独驱动。

　　旋转闪蒸干燥系统，除主机外还必须具备：供热部分，供气部分，成品收集部分。一般此三部分中供热多采用燃煤、燃油、燃气的热风炉或采用电力、蒸汽换热器；供气系统则由离心式通风机及其管路、阀等组成；成品收集部分则由旋风分离器和袋式过滤器等组成。

　　上述系统配置是闪蒸干燥机系统的基本配置，对特殊物料应进行系统调整，以适应不同物料干燥的要求。

　　4. 多品种氧化铝干燥的工艺性及参数选择

　　多品种氧化铝的干燥习惯采用的干燥方式为箱式、带式或回转滚筒干燥，这些干燥物料多处于静态或半动态干燥过程，干燥时间长，能耗高，且干燥后的物料还需进行粉碎、分级过程，造成产品质量低，能耗高，产品浪费严重，形成粉尘环境污染，闪蒸干燥机是全动态干燥方式。高含湿物料进入干燥机内经过几秒钟的瞬间即干燥成粉，完成干燥、分散、分级过程，干燥热介质与被干燥物料是在最大比表面积传热状态下进行表现出瞬间传热干燥特点，使能源利用率明显提高，产品表观、流动性、均匀性异常突出，干燥过程是在封闭状态下进行，提高产品回收率，减少环境污染，这种干燥方式在多品种氧化铝产品干燥上表现出显著特点。

　　多品种氧化铝产品干燥过程，首先将压滤或离心脱水后的产品，由可调速的送料机送入干燥机内，这种送料装置具有送料稳定并可克服不同物料的粘性，干燥机的热源可采用间接或直接燃烧的加热器。燃料为天然气、柴油、液化气，如燃煤应采用机烧式燃煤热风炉，保证燃煤温度稳定，燃烧尾气符合环保要求，系统稳定的设定根据干燥产品物性进行选择，过高温度易引起个别物料表面烧结，结晶水析出及热敏色变等，在进入闪蒸干燥机内的物料经分散、干燥、粒度分级过程后由后部气体捕集系统进行气固分离，分离参数选择要视物料粒度进行确定，对超细物料要限定进入袋滤器的风速不大于1米/秒为宜以防止跑料，以阻燃用氢氧化铝为例，将压滤后含水为50??以上的滤饼送入闪蒸干燥机内，进口风温为250～300℃，干燥后物料终水1??以下，SKSZ125型每小时产量为500～700kg/h，系统配置功率65千瓦，占地120m2。

　　旋转闪蒸干燥机的作业、动态、连续、快速、产品品质均匀，系统操作稳定，且节能、降耗、无污染，在多品种氧化铝的干燥，以及在轻金属行业产品方面将会得到更广泛的应用。