桨叶式干燥机是一种以热传导为主的卧式搅拌型连续干燥设备.因搅拌叶片形似船桨,故称桨叶式干燥机,国外也称槽形干燥机或喷雾干燥机.
早在70年代国内就进行了的开发,限于当时技术条件和所设计的热轴结构过于复杂,因此中途停止.随着国外设备的引进,国内这方面技术资料的不断增多.于是又对其结构进行了新的开发,目前已成为系列化机型.见图l.
国外对振动流化床桨叶式干燥机已经开发多年,目前这种机型以El本为代表,现已开发出单轴、双轴和四轴3种结构、l0多个规格的系列产品.因该设备干燥所需热量依靠热传导间接加热,因此干燥过程不需或只需少量沸腾干燥气体以带走湿分.极大地减少了被气体带走的这部分热量损失,提高了热量利用率,是一种节能型干燥设备.它适合颗粒状及粉末状物料的干燥,对膏状物料也能进行干燥.
1 桨叶式干燥机的性能及特点
由设备结构可知,干燥所需热量是依靠夹套及叶片壁面间接加热,因此,干燥过程可不用或仅用少量气体以携带物料蒸发的水分,热量利用率可达80%~90% .本设备传热面有叶片和壁面两部分组成,其中叶片传热面占大部分,所以设备结构紧凑,单位容积的传热面大,占地面积小,可节省投资费.
干燥过程用气量少、流速低,被气体带走的粉尘少.因此干燥后气体中粉尘回收方便.而且回收设备简单,节省设备投资.对于有溶剂回收的干燥过程,可提高气体中溶剂质量浓度,使溶剂回收设备减小或缩短流程.由于桨叶结构特殊,物料干燥中交替受到挤压和松驰,强化了干燥.另外,当两叶片反向交错旋转时,具有自清洁作用,因此对黏性较高的膏状物料也能适用.干燥机内物料存留率高,停留时间通过加料速度、转速、存料量等调节,在几分种到几小时间任意调节,因此对易干燥和不易干燥的物料均能适合.另外,喷雾干燥内虽有许多搅拌桨叶,但物料在干燥机内从加料口向冉料口呈活塞流流动,停留时间分布很窄,因而产品干燥均匀.
2 桨叶式干燥机的工作原理
桨叶式干燥机传热面有叶片、搅拌轴、壁面等几部分,而且叶片的传热面占很大部分,所以设备结构紧凑,单位容积传热面积大.另外,搅拌、混合使物料剧烈翻动,从而获得很高的传热系数,因此占地面积和空间都很小,节省了厂房基建费用.干燥过程气体用量少,流速低,被气体带走的粉尘量少,所以后气体粉尘回收方便,回收设备体积小,可以节省设备投资.对于需要回收溶剂的干燥过程,可以大大提高溶剂质量浓度.
由于桨叶结构特殊,物料在干燥过程中交替受到挤压和松弛,强化了干燥.干燥室内物料的充满率很高,可以达到80%~90% ,物料的停留时间通过调节加料速度、搅拌轴转速、物料充满度等参数可调,气流干燥时间从几分钟到几小时内任意调节.另外,物料在干燥机内从加料口向出料口移动基本呈活塞运动,停留时间分布窄,因而产品含水率均匀.桨叶在搅拌轴上有一定的轴向角度,因此可以连续干燥物料,农药干燥的流
程见图2.
3 桨叶式干燥机的结构
以双轴式为例介绍其结构.它由带夹套的端面呈w型壳体、上盖、两根有叶片的中空轴、两端的端盖、通有热介质的旋转接头、金属软管以及包括齿轮、链轮的传动机构等部件组成.
此设备的核心是两根空心轴和焊在轴上的空心搅拌桨叶.桨叶形状为冷库楔形的空心半圆形,可以通入加热介质.除了起搅拌作用外,也是设备的传热体.桨叶的两主要传热侧面成斜面,因此当物料与斜面接触时,随着叶片的旋转,颗粒很快就从斜面滑开,使传热表面不断更新,强化了传热.在桨叶的三角形底部设有刮板,以将沉积于壳底的物料刮起,防止产生死角.桨叶的布排和各部位尺寸均有一定要求,而且在进料区,干燥区、排料区除桨叶外,另设有辅助机构,以保证整机操作稳定,干燥均匀.此外,停留时间亦可调节.
本设备加热介质既可以用蒸汽,也可用热油或热水,但热载体相态不同,其中空轴结构也不同.当用蒸汽加热,热轴结构简单;当用热水加热,轴结构比较复杂,尤其当需要考虑管内液体流速时更是如此.
图3为楔形桨叶式干燥机,楔形形状较为独特,它是由两片扇形侧板、一个三角形圆弧盖板、一个矩形侧板以及其上的刮板共5块薄板焊接而成.桨叶扇形面的左右两端,一端呈矩形,另一端为尖角,为同轴上螺距相同,旋向相反的两部分螺旋面相交而成,其投影像一只楔子.当设备运行时,桨叶的尖角端插入物料,由于扇形侧板的螺旋面为一倾斜面,在与物料颗粒或粉末接触时产生的撞击力分散,使附着在加热面上的粉末能够自动xx,维持加热面的光洁,保持高效的热传导性能.而搅拌桨叶交替、分散地压缩(在楔形斜面处)和膨胀(在楔形空隙处)搅拌桨叶面上的物料,因此,在靠近传热面处的颗粒或细粉搅拌非常剧烈,传热系数很高.
在中空搅拌轴的设计上,考虑热载体的不同,其结构分为蒸汽型(s)和液体型(L)两种,见图4.由于蒸汽冷凝传热系数较大,传热由壁面的热传导和物料侧的颗粒运动联合控制,可以不用考虑提高蒸汽侧的传热系数,所以轴内腔设计成中空型.为使轴和搅拌桨叶内的干燥设备蒸汽和冷凝液流动畅通,在每个轴内腔和桨叶内腔之间有两根长短不一的短管相连.其中较长的管内走蒸汽,此管的一端伸入轴内,另一端伸入桨叶内腔,以防止轴内或桨叶内的冷凝液回流而阻碍蒸汽流通,其伸出长度分别视轴内冷凝液深度和桨叶旋转一周产生的冷凝液量来确定,保证管口不被淹没.另一根较短管内走冷凝液,其一端伸入轴内,作用与较长管相同,另一端与轴外表面齐平,保证桨叶内的冷凝液及时排出.
当用液体作为热载体时,中空轴的结构采用L型.图4的结构为轴内设置中间隔板,使进入桨叶的载热液体与离开搅拌桨叶的冷液体各行其道,互不相混,喷雾干燥设备而轴上只开小孔即可.在大型设备中,由于轴内空间较大,采用图4的结构.在轴内设置一同心圆筒,其两端为盲板,用两块较窄的隔板与内外筒相连,冷热液体走环隙.这种结构既可提高轴内液体流动速度,强化轴表面传热,又可减轻冷热液体经中间隔板热传导产生"内耗".
楔形搅拌空心桨叶干燥机有两轴型和四轴型,两轴中心距视物料性质而异.对于黏性小、较松散的物料,轴中心距可略大于桨叶外径.对于流动性较差的物料,中心距应小于桨叶外径,使两轴桨叶呈错列状.这在设备运行时,两根轴上的烘箱桨叶交替插入物料层,强化了机械流化作用.
4,工作参数
从表1中部分农药和载体的参数可见,传热桨叶与对应轴的传热叶片有部分重叠,片外缘线速度一般在0.1m1.5 m/s.这种结构用于进行高水分、强附着性物料干燥时,在传热面上可防止形成附着.另外,搅拌、混合使物料翻动剧烈,从而获得高的传热系数.传热系数与载热体种类、原料特性关系密切,一般干燥处理时在120~350 W/(m .oC),操作温度一般在60℃一300 oC.冷却时传热系数为60-130 W/(m .oC),温度一般在5~C-32℃.当温度要求在200 oC以上时采用 冷库 导热油.