閃蒸干燥裝置在多品種氧化鋁工業化生產中的應用?

　　多品種氧化鋁有別于冶煉級氧化鋁，它在晶形結構、化學成分、外觀形狀、粒度分布等方面具有特色，因而有特殊物理化學性能，在多品種氧化鋁如催化劑用氫氧化鋁，阻燃劑用氫氧化鋁，活性氧化鋁等產品的干燥工藝過程滿足工藝要求，提高產品質量，減少作業環節，節能降耗的重要過程，適應這些特點的干燥設備的應用是人們所關心的重要課題。
　　東北大學遼寧東大粉體工程技術有限公司，一九九○年在吸收借鑒國外設備及工藝基礎上，設計生產出適合國情，具有技術特點的閃蒸干燥設備，已形成專業化系列化產品，在化工、建材、冶金等領域形成工業化規模應用，對多品種氧化鋁的干燥已取得成功的經驗和較完善的工藝配套系統。本文對旋轉閃蒸干燥機干燥過程作一介紹，以期有助于對多品種氧化鋁干燥上的選擇與應用。

　　1. 顆粒物料干燥過程的機理
　　顆粒物料進入干燥機后，熱氣流首先將熱量傳給顆粒表面，水分立即蒸發，并向外界擴散。表面水分的蒸發，引起顆粒表面和內部的水分差，水分將從顆粒內部不斷地擴散到表面，再由表面向外界蒸發，此過程循環往復，最后達到整個顆粒的干燥。
　　1.1 升速干燥階段
　　顆粒置于溫度較高而相對濕度小于100％的傳熱介質中，在較短時間內，表面被加熱到干燥介質濕球溫度，水分蒸發的速度增長很快，顆粒吸收的熱量和蒸發水分耗去的熱量相等，達到平衡。此階段時間很短，排出水量不大，之后進入等速階段。
　　1.2 等速干燥階段
　　在此階段，顆粒表面蒸發的水分，由其內部向表面源源不斷地補充，因而顆粒表面總是保持潤濕狀態。此時干燥速度保持不變，顆粒表面溫度亦保持不變。該階段水分的蒸發，理論上可按外擴散（蒸發）公式及傳熱公式計算干燥速度：
　　I外 ＝ M /（t?F）＝ a〔η（t濕球－t表）〕，kg/m2h
　　由上式可看出，蒸發速度（干燥速度）與顆粒表面和周圍介質水蒸氣濃度及溫度差有關。其差愈大，干燥速度也愈大。另外，干燥速度還與顆粒表面的空氣速度有關。顆粒表面總有一層不易流動的空氣膜，它的厚度減小有利于水份蒸發和熱交換。因而增大顆粒表面氣流的速度，使空氣膜減薄，可顯著提高干燥速度。
　　1.3 降速干燥階段
　　此階段蒸發速度和熱量的消耗大為降低，顆粒表面溫度高于介質的濕球溫度并逐漸升高，與載熱體之間溫差減小，直至接近或相同。
　　1.4 平衡階段
　　此時顆粒表面水分吸濕和蒸發達到平衡，干燥速度為零。
　　顆粒中的水分亦即干燥最終水分，通常不應低于儲存時的平衡水分。旋轉閃蒸干燥機由于干燥后物料粒度顆粒粒度很小，物料在干燥筒內停留時間極短，通常在1～3s。因此，顆粒的干燥處于等速干燥階段，其表面的溫度就是干燥介質的濕球溫度。采用旋轉閃蒸干燥設備，物料的粒度均勻，表面無開裂、變形和過熱，有利于保證產品質量。

　　2. 旋轉閃蒸干燥機內顆粒的運動狀態及干燥過程
　　熱氣流從筒下部沿筒壁切線方向進入筒內，在筒內高速旋轉上升，與濕物料相遇后，旋轉葉片將物料粉碎，熱氣流將物料加熱，吹散。細顆粒物料的水份分被蒸發并隨熱氣流螺旋上升，從排風口排出，經分離裝置分離后形成干品。粗顆粒物料螺旋上升一段高度后，由于其懸浮速度小于干燥機的操作速度，因此將停止上升并滑落，經粉碎變成細顆粒，被熱風吹散后再重復上述過程。干燥機內旋轉葉片的獨特設計及布置，有利于物料的快速碎散和干燥，分級環結構的合理設計，可保證產品的最終含水量和顆粒粒度。
　　干燥機中的熱交換，主要表現為氣流和顆粒、筒壁與顆粒的兩種熱交換。
　　如前所述，干燥過程的實質是水分的擴散過程，是靠外擴散和內擴散進行的。
　　水分子移動依其動力的不同，可分為濕傳導和濕熱傳導。
　　2.1 濕傳導
　　干燥過程中，由于表面水分的蒸發，顆粒表面水分與內部水分形成濃度差，因而在顆粒半徑方向有一個水分梯度，引起水分由內部向表面移動。這種擴散、傳導是由水分差引起的。
　　2.2 濕熱傳導
　　由于顆粒表面水分蒸發時需要吸收熱量，造成顆粒內部與表面的溫度差，即在半徑方向存在一個溫度差 溫度梯度。由此引起的水分移動稱濕熱傳導。
　　在用于熱空氣干燥時，濕擴散由顆粒內部向外部表面進行。同時，由于顆粒表面溫度往往高于其內部溫度，熱擴散則使水分由顆粒表面向內部移動。因此，可以看作熱擴散阻礙濕擴散的進行，降低了干燥速度。
　　旋轉閃蒸干燥機由高速熱氣流沿切線方向給入筒體，由于筒體內的螺旋運動，一方面降低顆粒周圍的介質溫度，同時增加了周圍介質流速和溫度，提高了外擴散的速度，另一方面高溫氣流高速沖擊位于筒體下部的顆粒聚集體（ 溫度較高的料團），加之筒體內攪拌葉片的作用，使聚集體碎散，粒度變小，內部毛細管的長度也因之減小，強化了內擴散的效果，降低其阻力。該過程的反復，消除了物料結塊，強化了顆粒水分的蒸發。
　　顆粒和熱氣流的流動方式，在筒體下部既有對流，也有順流（并流）。對粗粒聚集體更是對流和順流反復換熱。對于細粒物料，上述過程則隨熱氣流同程進行，因而干燥過程可瞬間完成。對于粗聚集體的干燥，實際上是采用高溫低濕的熱空氣進行。這些粗聚集體主要是由水份分子吸附，充填于顆粒空隙之間，采用高溫低濕的條件，使整個聚集體的熱傳導緩慢，造成局部應力集中而使其干裂、碎散，加速干燥過程，提高熱效率。

　　3. 閃蒸干燥機的工藝流程
　　旋轉閃蒸干燥機屬連續工作的干燥設備，由主機和螺旋給料機構組成，并分別由電動機單獨驅動。
　　旋轉閃蒸干燥系統，除主機外還必須具備：供熱部分，供氣部分，成品收集部分。一般此三部分中供熱多采用燃煤、燃油、燃氣的熱風爐或采用電力、蒸汽換熱器；供氣系統則由離心式通風機及其管路、閥等組成；成品收集部分則由旋風分離器和袋式過濾器等組成。
　　上述系統配置是閃蒸干燥機系統的基本配置，對特殊物料應進行系統調整，以適應不同物料干燥的要求。

　　4. 多品種氧化鋁干燥的工藝性及參數選擇
　　多品種氧化鋁的干燥習慣采用的干燥方式為箱式、帶式或回轉滾筒干燥，這些干燥物料多處于靜態或半動態干燥過程，干燥時間長，能耗高，且干燥后的物料還需進行粉碎、分級過程，造成產品質量低，能耗高，產品浪費嚴重，形成粉塵環境污染，閃蒸干燥機是全動態干燥方式。高含濕物料進入干燥機內經過幾秒鐘的瞬間即干燥成粉，完成干燥、分散、分級過程，干燥熱介質與被干燥物料是在最大比表面積傳熱狀態下進行表現出瞬間傳熱干燥特點，使能源利用率明顯提高，產品表觀、流動性、均勻性異常突出，干燥過程是在封閉狀態下進行，提高產品回收率，減少環境污染，這種干燥方式在多品種氧化鋁產品干燥上表現出顯著特點。
　　多品種氧化鋁產品干燥過程，首先將壓濾或離心脫水后的產品，由可調速的送料機送入干燥機內，這種送料裝置具有送料穩定并可克服不同物料的粘性，干燥機的熱源可采用間接或直接燃燒的加熱器。燃料為天然氣、柴油、液化氣，如燃煤應采用機燒式燃煤熱風爐，保證燃煤溫度穩定，燃燒尾氣符合環保要求，系統穩定的設定根據干燥產品物性進行選擇，過高溫度易引起個別物料表面燒結，結晶水析出及熱敏色變等，在進入閃蒸干燥機內的物料經分散、干燥、粒度分級過程后由后部氣體捕集系統進行氣固分離，分離參數選擇要視物料粒度進行確定，對超細物料要限定進入袋濾器的風速不大于1米/秒為宜以防止跑料，以阻燃用氫氧化鋁為例，將壓濾后含水為50??以上的濾餅送入閃蒸干燥機內，進口風溫為250～300℃，干燥后物料終水1??以下，SKSZ125型每小時產量為500～700kg/h，系統配置功率65千瓦，占地120m2。
　　旋轉閃蒸干燥機的作業、動態、連續、快速、產品品質均勻，系統操作穩定，且節能、降耗、無污染，在多品種氧化鋁的干燥，以及在輕金屬行業產品方面將會得到更廣泛的應用。