（机械工程专业论文）盘式连续干燥焙烧器设计与应用.pdf

摘要 本课题从山东铝公司的生产需要出发，遵循低能耗、低成本、工艺流程短、 产品质量稳定，设备占地面积小、操作人员少、劳动强度低等目标要求，进行了 盘式连续干燥焙烧器的优化设计及应用性研究。 设计过程从干燥物料的特性和生产工艺参数入手，通过分析各类干燥设备的 特点及其适用于物料类型进行了选型，依据干燥物料类型为沙状物料、连续生产 的特点选择了盘式连续干燥器。干燥前的物料含有附着水和结晶水，因此在盘式 干燥的基础上又附加了焙烧功能，使物料脱去结晶水结合盘式干燥器各层干燥 盘可以加入不同干燥介质这一特点，总体方案提出设计集干燥、焙烧、冷却为一 体的盘式连续干燥焙烧器冷却的目的是使中温焙烧后物料降温便于包装 本课题主要对物料衡算、热平衡、耙叶的安装角度、物料停留时间等参数进 行了优化分析，并对盘式连续干燥焙烧器依据工艺流程进行了核算，在此基础上， 对机械结构进行优化设计，包括传动方案、干燥盘以及其它主要零部件的设计和 选型 最后，对盘式连续焙烧器在山东铝业公司的应用情况进行了分析盘式连续 干燥焙烧器具有连续生产，密封操作，蒸发强度大，湿度梯度分布合理，动力消 耗低，占地面积小等优点使用三种介质为蒸汽，电、水来完成物料的烘干，焙 烧，冷却三个热交换过程。为化学品氧化铝的生产奠定良好的设备基础。验证了 盘式连续焙烧器设计的可行性和必要性 关键词：盘式烘干低温焙烧能量消耗比率 一i v k b s t r a c t t h eo p t i m i z i n gd e s i g na n da p p l i c a t i o no fp a nc o n t i n u o u sd r y i n gr o a s t e r h a sb e e nd o n ei nt h i sp a p e rf r o mt h ea c t u a lp r o d u c i n gn e e d si ns h a n d o n g a l u m i n u mc o m p a n ya c c o r d i n gt ol o we n e r g yc o n s u m p t i o n ，l o wc o s t ，s h o r t p r o c e s s ，s t a b l eq u a l i t y ，s m a l la r e ao fm a c h i n e s ，s 腿l lo p e r a t i n gp e o p l e s 。 l o ww o r k i n gi n t e n s i t y f r o mt h ed r i e d m a t e r i a l s s p e c i e sa n dp r o d u c i n gi n d e x ，p a nc o n t i n u o u s d r y i n gr o a s t e ri ss e l e c t e db y a n a l y z i n gd i f f e r e n td r y i n gm a c h i n e ss p e c i e s a n dt h e i ra p p l y i n gm a t e r i a l so nt h eb a s i so ft h es a n dm a t e r i a l s ，c o n t i n u o u s p r o d u c i n g t h er o a s t i n gf u n c t i o ni sa d d e di nt h ep a nd r y i n gp r o c e s st og e t r i do fc r y s t a lw a t e rb e c a u s et h em a t e r i a l sb e f o r ed r y i n gc o n t a i na d h e s i v e w a t e ra n dc r y s t a lw a t e r p a nc o n t i n u o u sd r y i n gr o a s t e rt h a tg e t sd r y i n g ， b a k i n g ，c o o l i n gt o g e t h e ri so f f e r e di nt h ew h o l ed e s i g na c c o r d i n gt ot h e s p e c i et h a td i f f e r e n td r y i n gm e d i ac a nb ea d d e di n t ot h ep a nc o n ti n u o u s d r y i n gr o a s t e r t h ei n t e n t i o no fc o o l i n gi st ol o w e rt e m p e r a t u r eo fm i d d l e t e m p e r a t u r er o a s t i n gm a t e r i a l st om a k ep a c k i n ge a s y 0 p t i m i z i n gd e s i g no fm a t e r i a le q u i l i b r i u m ，h e a te q u i l i b r i u m , t h ea n g l e o fp e d d l e s ，s t a y i n gt i m e so fm a t e r i a l sh a v e b e e n d o n ea n dt h e s ea r e c a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h ep r o c e s so fp a nc o n t i n u o u sd r y i n gr o a s t e r o n t h eb a s i so ft h i s ，t h em a c h i n ec o n s t r u c t i o ni so p t i m i z e di n v o l v i n gt h e d e s i g na n ds e l e c t i o no fd r i v i n gp l a n e ，d r y i n gp a na n dm a i np a r t s f i n a l l y ，t h ea p p l i c a t i o no fp a nc o n t i n u o u sd r y i n gr o a s t e ri ns h a n d o n g a l u m i n u mc o m p a n yh a sb e e na n a l y z e d p a nc o n t i n u o u sd r y i n gr o a s t e rc o n t a i n s m a n yv i r t u e ss u c ha sc o n t i n u o u sp r o d u c t i o n 。s e a l i n g o p e r a t i o n ，l a r g e e v a p o r a t i o ni n t e n s i t y ， r e a s o n a b l e h u m i d i t yg r a d a t i o n ，l o wp o w e r v c o n s u m p t i o n ，s m a l lt a k i n ga r e aa n ds oo n t h e r eh e a te x c h a n g i n gp r o c e s s o fd r y i n g ，r o a s t i n g ，c o o l i n ga r ec o m p l e t e db yu s i n gs t e a m ，e l e c t r i c i t y w a t e ra sm e d i a a l lt h e s em a k eag o o d e q u i p m e n tf o u n d a t i o nf o r t h e p r o d u c t i o no fc h e m i c a la l u m n at h ef e a s i b i l i t ya n dn e c e s s i t yo fd e s i g no f p a nc o n t i n u o u sd r y i n gr o a s t e ri st e s t e d k e y w o r d s ：p a nd r y i n gl o w - t e m p e r a t u r er o a s t i n g e n e r g yc o n s u m p t i o nr a t i o v i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：嘲讯雹 日期：d z ， 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作一s 料迁新虢? 呦日多 第一章绪论 1 1 选题的背景 山东铝业公司的主要产品是使用碱石灰烧结法生产的氧化铝，碱石灰烧结法 虽然工艺落后，生产成本高，但是其产品却具有先进工艺不具备的特点呈现纯 白色，号称中国白这就为山东铝业公司开发氧化铝的高附加值产品一化学品氧 化铝提供的得天独厚的条件，中国铝业公司在0 5 年已确定把山东铝业公司建成为 中国最大的化学品氧化铝生产基地山东铝业公司承担了新产品的开发任务在 新产品的开发过程中，需要对物料进行烘干和焙烧，这就对这一设备的开发奠定 了一个需求基础。 1 1 1 任务的来源 山东铝业公司化学品氧化铝系列产品如：拟薄水铝石、4 a 沸石、催化剂等将 成为未来几年本公司的主要产品，在工业化生产中，现在这些产品的干燥设备采 用的是栅式蒸汽干燥箱，耙式烘干机等设备，焙烧设备采用焙烧炉现有这些设 备中大部分功能简单，汽耗高，产能低，虽然易于安装操作，故障率低，但是劳 动强度大，指标的确定和控制只能依靠操作经验的摸索，物料易受外界污染，其 产品成为不了“精品”。这就急需开发一种适合于流水线生产，效率高，能耗低， 便于操作，产品质量稳定的设备，适合于工业化流水线生产。 1 1 2 研究基础及具备的条件 该课题研究的基础条件就是依据山东铝业公司引进的4 3 舻盘式连续干燥器设 备的主要参数和技术性能及部分的技术资料，作为设计输入的主要数据，通过广 泛搜集信息、现场观测，请教现场操作人员等方式，同时不断深入学习该专业领 域的理论知识和经验，把该项内容研究透研究实，为盘式连续干燥焙烧器设计以 及下一步项目研制开发、制造、应用打下一个较好的基础另外，山东铝业公司 恒成机械制造厂加工制造能力很强，具有多年的为氧化铝生产制造设备的经验， 这也是项目研发并试制成功的保证 盘式连续干燥焙烧器的研制项目为新产品设计开发项目，实施的过程遵循设 计、制造、使用验证、总结完善的路予，对设计开发、产品制造、检验、安装调 试、使用全过程进行严格控制，保证设计和制造质量 1 。1 3 效益风险分析 ，q 。 由于盘式连续干燥焙烧器在我公司使用的良好空问，其效果及其本身所具有 的性能特点决定了其具有良好的市场前景。盘式连续手燥焙烧器研发试制成功后， 可以在山东铝业公司进行由点及面地推广，可应用于氢铝、特种氧化铝、拟薄水 铝石、4 a 沸石、催化荆等物料的干燥焙烧过程，现今公司内的需求量就有4 - 5 台， 国内化学品氧化铝生产企业需求置也是非常巨大的仅于燥设备外购价格大约在 5 0 万元台，如果我们研发制造的话，制造的成本每台约4 5 万元，销售价格约为 5 5 万元，能实现利润近l o 万元( 面向市场销售售价可能会更高) 。在公司内达到 互惠互利、共同发展的局面。不但如此，我们还可以努力将该系列产品推向市场， 其经济效益是可观的。 主要的风险在于目前国内还没有此种设备的生产，即使是盘式连续干燥器， 国内应用及研究的也较少，所以资料较少，可参考的文献也不多，这给我们的设 计工作带来了相当的难度，我们还需进一步搜集资料、收集生产工艺参数，完善 设计产品的性能，以确保产品的质量。另外，该设备与物料接触部分部件材质均 为不锈钢焊接件，要求较高，在制造上有一定的难度，部分零部件的制造、安装 工艺性还不是很好，所我们还是要面临较大的市场风险。 1 2 干燥技术的发展概况 干燥的目的是利用一定的设备，除去某些原料、半成品，成品中的水分或溶 剂，使物料便于包装、运输、贮藏、加工和使用。干燥技术的应用，在我国具有 十分悠久的历史。闻名于世的造纸技术，就显示了干燥技术的应用。 天工开物 一书中，描述了人工加热干燥过程，总结了我国劳动人民的干燥实践，反映了我 国古代劳动人民的高度智慧。在解放前，我国干燥技术的应用，一般仍停留在于 手工作坊的阶段解放以后，干燥技术的应用发展很快，2 0 世纪5 0 年代初期，分 2 散悬浮态干燥技术( 如气流干燥器等) 开始工业应用，干燥技术的研究工作也普遍 开展，高效的干燥器也在生产中应用。随着工业现代化的进展，随着化学工业的 机械化、大型化和自动化水平的提高，作为化工单元操作设备之一的干燥器，也 必将更加迅速的发展“ 1 2 1 干燥技术 干燥的目的是除去某些原料、半成品、成品中的水分或溶剂，就化学工业而 言目的在于使物科便于包装、运输、贮藏、加工和使用具体为： ( 1 ) 悬浮液和滤饼状的化工原料和产品，可经干燥成为固体，便于包装和运 输。 ( 2 ) 不少的化工原料和产品，由于水分的存在，有利于微生物的繁殖，易霉 烂、虫蛀或变质，这类物料经过干燥便于贮藏。例如生物化学制品，抗生素及食 品等，若含水量超过规定标准，易于变质，影响使用期限，需要经干燥后才有利 于贮藏。 。 。 ( 3 ) 为了使用方便例如食盐、尿素等，当其干燥到含水率为0 2 一o 5 左 右时，物科不易结块，使用比较方便 ， ( 4 ) 便于加工。一些化工原料，由于加工工艺要求，需要粉碎( 或造粒z 到 一定的粒度范围和含水率，以利于再加工和利用。如磷矿石经粉碎干燥可以提高 化学反应速度；催化荆半成品的造粒干燥，可使其保持一定含水率和粒度范围， 有利于压片成型等。 ( 5 ) 为了提高产品的质量。某些化工原料和产品，其质量的高低与含水量有 关物料经过干燥处理，水分除去后，有效成分相应增加，提高了产品质量例 如涤纶切片在纺丝前，干燥到含水率为0 0 2 以下，可以防止在抽丝时产生气泡， 提高丝的质量。 化学工业中的干燥方法有三类：机械除湿法、加热干燥法，化学除湿法。机 械除湿法，是用压榨机对湿物料加压，将其中一部分水分挤出物料中除去的水分 量主要决定施加压力的大小。物料经机械除湿后仍保留很高的水分，一般为4 0 一6 0 左右粒状 物料或不许受压的物料可用离心机脱水，经过离心机除去水分后，残留在物 3 料中的水分为5 一1 0 左右。其他，还有各种类型的过滤机，也是机械除湿法常 用的设备机械除湿法只能除去物料中部分自由水分，结合水分仍残留在物料中 因此，物料经过机械除湿后含水量仍然较高，一般不能达到化工工艺要求的较低 的含水量加热干燥法是化学工业中常用的干燥方法，它借助热能加热物制、气 化物料中的水分。除去i k g 的水分，需要消耗一定的热量。例如用空气来干燥物 料时，空气预先被加热送人干燥器，将热量传给物料，同时气化物料中的水分， 形成水蒸气，并随空气带出干燥器物料经过加热干燥，能够除去物科中的结合 水分，达到化工工艺上所要求的含水量。化学除湿法，是利用吸湿剂除去气体、 液体和固体物料中少量的水分。由于吸湿荆的除湿能力有限，仅用于除去物料中 的微量水分，化工生产中应用极少。 化学工业中固体物料的干燥，一般是先用机械除湿法，除去物料中大量的非 结合水分，再用加热干燥法除去残留的部分水分包括非结合水分和结合水分 1 2 2 干燥技术发展概况 干燥是将物料中的水分去除或去除其他挥发成分的操作，涉及面很广。随着 生产的发展，对干燥技术、干燥设备的需求有了更高的要求由于我国原有化工 基础较薄弱，产量小，大多数用电烘箱、蒸汽烘干箱等干燥物料为适应工农业 生产的需要，开展了对喷雾、气流、流化等干燥装置的开发以及对农产品、食品、 药品、生物制品等的干燥过程及装置的研究开发工作口】 一 一 干燥是化工、农产品加工和许多工业部门的二个关键性生产单元，是一门多 学科跨行业的加工技术因它涉及化工，食品、林业、医药、水产，农业、纺织 和轻工等部门，所以近年来在全球范围倍受人们关注，国际、洲际和地区性的干 燥会议层出不穷。干燥也是一个耗能最多的加工环节，随着我国国民经济的发展， 干燥技术也在不断发展与提高。2 0 世纪7 0 年代以来我国许多部门都召开了有关 干燥的学术会议，对我国干燥技术的发展起了积极的推动作用。早在1 9 6 5 年6 月，上海市化学化工学会就组织了华东六省一市干燥过滤技术会议。1 9 7 5 年 5 月，原化学工业部在南京组织召开了全国第一届干燥技术会议1 9 8 6 年1 0 月， 中国化工学会组织了全国第二届干燥技术会议。迄今已满5 届。1 9 9 4 年l o 月辽 宁省干燥技术学会于沈阳组织了“9 4 全国干燥技术研讨会”1 9 9 6 年4 月，国家 4 自然科学基金委员会材料与工程科学部于北京召开了“9 6 干燥技术研讨会”。还 有“全国冷冻干燥会”、“全国农副产品干燥学术会”、。木材干燥技术交流会” 以及中国农机学会收获加工机械专业委员会和全国农产品干燥情报网也组织过几 次干燥技术学术讨论会等等这些会议都集中交流研讨了有关干燥问题。另外， 化学工程、化工机械、工程热力学、红外线加热技术等专业会议，也都有不少于 燥方面的论文发表我国学者除了在国内会议刊物上发表论文以外，在国际干燥 会议上也有不少论文 2 0 0 5 年9 月2 l 一2 4 日由中国化工学会化学工程专业委员会干燥技术专业组 主办，南京工业大学承办的中国干燥领域学术水平最高的全国性会议“第十届全 国干燥会议”于在南京隆重召开本次会议的主题是“交流、协作、创新，促进 中国干燥事业的发展”来自国内外的专家、学者和大中型干燥设备企业的代表 共1 6 0 余人参加了会议中国化工学会化学工程专业委员会干燥技术专业组名誉 组长王喜忠教授在大会上做了题为：1 近三十年来我国干燥技术的发展概况”的 报告他说，干燥设备行业是一个社会性的行业，市场产值大约2 5 亿，生产应用 膏 遍及许多重要行业，是一个前景巨大的产业群落，它与化工、石化、农业、食品、 轻工、医药、林业、硅酸盐等传统产业有着密不可分的联系，是一个不容忽视的 产业群落，作为众多行业中必不可少的干燥产业，理应引起社会的高度关注， 在我国从事干燥理论研究，开发新型干燥设备和相关装置的大专院校，科研 院所也有很多，不少单位都有比较稳定的队伍和明确的发展方向，是发展干燥理 论与技术的力量所在 我国先后开发研究的内容包括：气流干燥、沸腾干燥、喷雾干燥及雾化干燥 装置、分离装置，振动流化床、惰性粒子流化床、强化干燥，旋转闪蒸干燥，制 药用的无菌喷干及迥转真空干燥，混流干燥、粉碎干燥联合机、胶塞灭菌干 燥联合机、热泵干燥、冷冻干燥、多层流化床、多层振动流化床、多室流化床、 离心流化床、螺旋扳干燥、流化床喷雾造粒干燥、木材真空干燥、搅拌干燥、红 外干燥、远红外干燥、静电干燥、微波干燥、l i c l 转轮除湿干燥、对撞干流燥、 多段换向穿流干燥、北大荒横流式谷物干燥机、立式及卧式盘式干燥机、桨叶或 螺旋叶干燥机等等乜】 5 在应用基础方面，我国也结合或联系物料的干燥过程，开展了上述各类干燥 方式中不同物料的关键参数的研究，如流化速度、雾化速度、干燥强度与各项操 作指标的关系、能量的节约等也对若干种干燥进行了数学模拟、离散理论，优 化方法、专家系统、计算机调控、物料在干燥过程中有关指标的变化，以及固体 干燥过程中多孔介质的传热传质研究等 研究干燥的物料有：化工、医药产品，中草药材、粮食作物、种子、牧草、 石化，林业产品、渔产品、食用菌、人参、木材、羊毛、皮革、禽肉、菌丝体、 菱镁球矿、白炭黑、粘土制品、特陶、速溶茶、植物蛋白、酒糟等等。 辅助设备的研究开发，有各种热风炉、高温热管，旋风分离器等等。二种不 同干燥方法的联用如气流沸腾、喷雾流化等也都有报道。 干燥技术随着有关产业的发展有着比较大的进展，因为干燥涉及不同品类产 品的品质、性状、干燥前后的不同物态而干燥的能耗在工业发达国家要超过能 耗总量的1 0 ，因此，干燥过程的节能是涉及面广的长远课题。同时，大量的干 燥需求也必然促使干燥装置制造业的发展。其中机电一体化、加工制造标准化、 调控水平等也都是体现干燥装置水平的内涵。由此认为我国目前干燥技术的发展 方兴未艾。随着干燥有关产品的发展，对其品质的提高、能量单耗的降低、操作 的可靠程度，都会对干燥技术及其装置提出更高的要求对于干燥装置制造业来 说，满足上述要求，乃至逐步形成具有当代世界水平或领先水平的产品及企业， 也是必要的。若干干燥工作开展不多的产品，如造纸、食品、矿冶等方面的加强 以及干燥基础理论的研究，已有机种及新机种的开发，机电一体化程度的提高、 制造标准的接轨等，都将是今后的工作内容。 1 2 3 干燥技术的发展趋势及前景 t 现代干燥技术的发展趋势：有效利用能源、提高产品质量及产量、减少环境 影响、安全操作、易于控制、一机多用。 具体来讲，干燥技术的发展将着重于以下方面： 在直接式干燥器中使用过热蒸汽作为干燥介质； 大量使用间接加热( 传导) 方式； 采用组合式传热方式( 对流、传导与介电或热辐射的组合) ； 6 在特殊情况下，使用容积式加热( 微波或高频场) ； 组合使用不同类型的干燥器或常规干燥技术： 采用问断传热方式； 运用新型或更为有效的供热方法( 如脉冲燃烧、感应加热等) ； 运用新型气固接触技术( 如二维喷动床、旋转喷动床等) ； 设计灵活、多用途的干燥器； 使用模糊逻辑、神经网、专家系统等实现过程的控制； 在线测量湿含量及产品质量等 1 3 干燥设备的分类及应用 一 千燥操作时采用某种方式将热量传给含水物料，且将此热量作为潜热使水分 蒸发分离的操作。干燥最重要的是使热量最有效的传给物料干燥设备的作用就 ， 是在保证物料质量要求的前提下，尽可能的提高传热效率。 1 3 1 干燥器的分类 l 、按干燥器操作压力分可分为常压式和真空式干燥器两类 2 、按干燥器操作方式分可分为问歇操作和连续操作的干燥器两类 3 、按被干燥物料的状态分可以分为块状物料、带状物料、粒状物料、膏状 物料、溶液或浆状物料干燥器等 4 、按干燥器供给物料热量的方法分可以分为传导加热干燥器、对流加热干 燥器、辐射加热干燥器，高频加热干燥器等。 5 、按干燥器使用干燥介质的种类分可以分为空气、烟道气、过热水蒸气、 惰性气体为干燥介质的干燥器。 6 、按干燥器的构造分可以分为喷雾干燥器、流化床干燥器，气流干燥器、 回转圆筒干燥器、滚筒干燥器、各种厢式干燥器等 7 、一种较新的分类方法，把干燥器分为两大类、五小类两大类是绝热干燥 过程和非绝热干燥过程。绝热干燥过程又可分两类：一是小颗粒物料干燥器，例 如喷雾干燥器、气流干燥器、流化床干燥器、移动床干燥器及回转圆筒干燥器等。 二是块状物料干燥器，例如厢式干燥器中的洞道式干燥器、多带式及带式干燥器 7 等。非绝热干燥过程，又分为三小类：真空干燥、传导传热干燥、辐射传热干燥， 其特点是非绝热系统 1 3 2 干燥设备的应用 l 、喷雾干燥器 喷雾干燥器是处理溶液，悬浮液和泥浆状物料的干燥器。他使用喷雾的方法， 使物料成为雾滴分散在热气流中，物料与热空气成并流、逆流或混流的方式互相 接触，使水分迅速蒸发，达到干燥的目的。其适用于： ( 1 ) 催化剂的干燥如丙烯睛催化剂、轻油转化催化剂、中温变换催化剂，高 压甲醇催化剂及低压甲醇催化剂等。 ( 2 ) 洗涤剂的干燥如合成洗衣粉，十二酵硫酸钠及皂基等。 ( 3 ) 染料和颜料的干燥如活性翠蘸，咔叽绿、增白剂及铬黄等。 ( 4 ) 化学肥料的干燥如尿素及氮磷复合肥料等 ( 5 ) 聚合物的干燥如聚氯乙烯醋酸酯、聚乙烯醇、尿素甲醛树脂、三聚氨胶甲 醛树脂、苯酣甲醛树脂、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、苯乙烯丁二烯树脂及聚甲醛等。 ( 6 ) 陶瓷原料的干燥如铁氧体、碳化钨、皂石、氧化铝及钛酸盐等 ( 7 ) 矿物的干燥如铜精矿、镍精矿、氧化铜精矿、铝精矿，锌精矿、锡精矿、 沉淀铜、沉淀碳酸镍，贵重金属泥、皂土、冰晶石、高岭土及磷酸盐等。 ( 8 ) 农药的干燥如除草剂、杀虫剂及杀菌剂等。 ( 9 ) 药品的干燥如维生素、抗菌素、酶、糊精，肝精、培养基及中草药植物 抽取液等 ( t o ) 速溶食品的干燥如全脂奶粉、脱脂奶粉、麦乳精，可溶性鱼粉、鱼浆 及鱼蛋白质等嘲 2 、流化床干燥器 流化床干燥器又名沸腾床干燥器。其干燥方式是：敖粒状的固体物料，由螺 旋加料器加入流化床干燥器中，空气由鼓风机送入燃烧时，加热后送入流化床底 部经分布板与固体物科接触，形成流态化，达到气固相的热质交换此方法常用 于： ( 1 ) 单层圆筒形流化床已用于硫酸铵、氯化铵、无水亚硫酸钠、食盐、聚四 8 氟乙烯、葡萄糖酸钙、碱性青莲染料、催化剂颗粒等物料的干燥。 ( 2 ) 多层圆筒形流化床干燥器已用于涤纶切片、水杨酸钠、氩基匹林、土霉 素、金霉素、四环素、片剂淀粉颗粒、糖粉等物料的干燥。 ( 3 ) 卧式多室流化床干燥器己用于聚氯乙烯树脂、聚丙烯树脂尼龙1 0 1 0 、 邻氯苯甲酸、四环素、土霉素、氯霉素、合霉素、肝粉、糖粉等物料的干燥。 ( 4 ) 带有搅拌器的流化床已用于硫酸铵、硫酸铜、氟化钠、氨基酸、聚丙烯 树脂、酚醛树脂等物料的干燥。 ( 5 ) 惰性粒子流化床已用于铁白粉、代森锌、颜料、染料、硅藻土、腐殖酸 钠、腐殖酸等物料的干燥。 ， ( 6 ) 振动流化床已用于糖、石棉矿、奶粉等物料的干燥 ( 7 ) 喷雾流化造粒干燥已用于尿素、葡萄糖、溴化钠、溴化钾、溴化铵、铁 白粉、丙二酸钠、醋酸钾、氯化钙、硝酸铵等物料的干燥。 3 、气流干燥器、， 气流干燥器是被干燥的物料直接由加料器加入气流干燥管中，空气由鼓风机 送入燃烧炉，加热后，进入气流干燥管的底部。高速的热气流使加入的粉粒状使 物料加速并分散的悬浮在气流中，在气流加速和输送的过程中完成对湿物科的干 燥。 ( 1 ) 直管式气流于燥器已用于硫酸铵、磷酸三钠、磷酸氢钙、苏打、氯化锂、 亚硫酸钠、保险粉、催化剂、聚氯乙烯、聚乙烯、醋酸钠、草酸、7 1 7 离子交换 树脂、季戊四醇、水杨酸钠、阿司匹林、扑热息痛、安乃近、四环素、金霉素等 物料的干燥。 ( 2 ) 脉冲式气流干燥器已用于聚氯乙烯，聚丙烯，硫酸钠、焦亚硫酸钠、苯 甲酸、糠氯酸等物料的干燥。 ( 3 ) 倒锥式气流干燥器已用于小苏打、聚氯乙烯、重铬酸钾等物料的干燥。 ( 4 ) 旋风式气流干燥器己用于四环素、氯霉素，土霉素、咖啡因、药用淀粉、 硬脂酸镁、二乙苯铵、磷酸镁钙等物料的干燥。 ( 5 ) 带分散器的气流干燥器已用于淀粉、氧化铁，粉未活性炭，沉淀炭粉、 粘土、醋酸纤维絮等物料的干燥 9 4 、转圆筒干燥器 此设备是湿物料从回转圆筒的一端加入，干燥用的烟道气与物料并流进入， 湿物料在抄扳作用下，把物料分散在干燥用的烟道气中，同时向前移动，物料在 移动中直接从气流中获得热量，使水分汽化，达到干燥的目的适用于硫酸铵、 硝酸铵、尿素、焦亚硫酸钠、钙镁磷肥、轻质碳酸钙、磷矿、硫精矿、石棉矿等 物料的干燥。 5 ，滚筒干燥器 滚筒干燥器是一种以热传导方式使物料加热、水分汽化的干燥器。滚筒是一 个外表面经过加工的金属空心圆筒，被传动装置带动，转速为4 - 1 1 r m i n 。加热 蒸汽从颈部通入并在简内冷凝，冷凝水由虹吸管排出，简体外部部分浸入被干燥 的料浆中，使一层物料布于滚筒外壁而被加热，水分被汽化，散于周围空气中 滚筒转一周，物料完成干燥，结于外壁，然后又刮刀卸料。用于硫化蓝、硫化元、 淀粉、轻质碳酸钙、苯甲酸钠、三盐基硫酸铝、葡萄糖、草酸、酵母、煤粉、味 精、硝酸钠、立德粉，增自剂、直接元青、重碱、拉开粉、电玉粉、碳酸氢纳、 盐基挥，硫酸铬，骨胶、活性炭等物料的干燥。 6 ，厢式干燥器 外形像箱子的干燥器，外部是绝热层，内部结构为支架，物料装在浅盘里， 置于支架上，经预热空气吹过物料表面，使水分蒸发，达到干燥的目的。常用人 工装卸料，效率低，但应用广泛。用于纸张、皮革、棉纱、人造丝束，羊毛、染 料，颜料、盐类、催化剂半成品、催化剂、陶瓷、耐火砖、木材等物料的干燥。 真空厢式干燥器己用于电玉粉，香葵醛香料、人造纤维、皂基，糖、味精、催化 剂、丁苯橡胶等物料的干燥。 7 ，真空耙式干燥器 一 其是一种传导加热干燥器，内有水平耙式搅拌叶片，通入蒸汽加热，用真 空泵抽出湿气和不凝缩气体，达到干燥目的。应用于还原染料中问体、葸醌磺 酸、还原橄榄绿r 、卡普龙聚合体、二氨基葸醌、水杨酸中间体等物料干燥。 8 、竖式( 移动床) 干燥器 其是一种利用被干燥物科的自重，在干燥器中垂直乡下运动的干燥器，外 1 0 一 科为直立的通道，内部安装有减缓物料向下运动的横向栅板和纵向栅板，物料 连续的从上部加入，热风从燃烧室向上流动，达到干燥目的。已用于矿石、煤、 涤纶切片、合成树脂、谷物等物料的干燥。 9 ，红外线干燥器 利用红外线照射设备干燥物料的表面，部分红外线被物料吸收后，在物料内 部转化成热能，加热物料使水分汽化，达到干燥的目的已用于食品、术材、皮 革、纸张、浆纱、各种油漆涂料层等物的干燥。 1 0 、高频干燥器 湿物料在高频电场中，发生介电损失i 面产生热量，使物料被加热，水分被汽 化达到干燥的目的己用于烟叶，玻璃钢、皮革、布匹，陶瓷坯、木材等物料的 干燥 n ，组合干燥器k 组合干燥器是一种干燥器和另一种干燥器串联成一个干燥系统，充分发挥两 种干燥的器的特点，来完成某一干燥任务 已用于本材、谷物，纸张、炭墨、硫酸钡、活性白土、催化剂、聚氯乙烯树 脂，聚丙烯树脂、涤纶切片、二甲酯、对苯二甲酸、大红粉、直接红浆等物料的 干燥。， 黪。， 1 4 本课题研究的内容 本文从研究干燥器的基本原理、分类与应用入手，依据本企业生产需求实际， 和生产物料的特征参数的需要，对比了几种干燥设备的优缺点，重点选择盘式连 续干燥设备作为研究和改型目标，依据一定的干燥理论，进行新式盘式连续干燥 焙烧器的设计开发和研制并应用，本文对盘式连续干燥焙烧过程中的几个重要参 数进行了研究和优化，同时对物料和热平衡进行了优化计算，并对该设备的应用 进行了研究。 第二章盘式连续干燥焙烧器的选型 2 1 干燥物料的特性 2 1 1 物料的状态 ( 1 ) 溶液及泥浆状物料，如工程废液及盐类溶液等 ( 2 ) 冻结物料，如食品、医药制品等 ( 3 ) 膏糊状物料，如活性污泥及压滤机滤饼等 ( 4 ) 粉粒状物料，如硫酸镀及树脂粉末等 ( 5 ) 块状物料，如焦炭及矿石等。 伯) 棒状物料，如木材等 ( 7 ) 短纤维状物料，如人造纤维等。 ( 8 ) 不规则形状的物料，如陶瓷制品等 ( 9 ) 连续的薄片状物料。如带状织物、纸张等 ( 1 0 ) 零件及设备的涂层，如机械产品的涂层等 2 1 2 物料的物理化学性质 被干燥物料的理化性质是决定干燥介质种类、干燥方法和干燥设备的重要因 素，因此，干燥器的设计者必须要清楚： ( 1 ) 物料的化学性质。如组成、热敏性( 软化点，熔点或分解点) ，物料的 毒性，可燃性，氧化性和酸碱性( 度) 、摩擦带电性、吸水性等。 ( 2 ) 物料的热物理性质。如物料含水率，假密度、真密度，比热容、热导率 及粒度和粒度分布等 2 2 干燥的物料的物化特性分析 我公司需要干燥的物料大致有：氢铝、拟薄水铝石，4 a 沸石、催化荆等，经 上道工序过滤( 或压滤) 后，其含水率约为：3 0 - 4 0 * , 6 ，最终产品含水率要求小于 5 。在3 0 9 6 4 0 的含水内，其中有1 0 9 6 的结晶水以上物科的物理化学特性为：细 颗粒状、白色、固体、易结块、熔点商、化学性质稳定、无味、无毒。 2 3 干燥器的选型方法 2 3 1 选用方案要保证被干燥物料达到其质量指标 被干燥物料的质量指标有粒度、色泽，含水率等多项，这些指标有行业标准 或国家标准。因此，选型时保证产品的质量指标是重中之重那么如何把关呢? 我认为应当做到以下两点首先，了解被干燥物料在现有的工业生产中采用何种 类型的干燥器，若目前广泛使用某种类型的干燥器。则选择该种类型，质量指标 肯定能得到保证其次，着目前没有正在使用的干燥器，或认为目前正在使用的 干燥器在技术上比较落后需要选择新类型的干燥器，那么一定要经过严格的小 二试或中试若试验获得的干燥物料样品能达到规定的质量指标，则可考虑选用该 ：种类型的干燥器，放大后不会导致被干燥物科的质量有较大的出入当然，若这 道关没把好干燥器投入使用后，出现问题也就不足为怪了o 】我公司干燥物料 的主要干燥指标是粒度和含水率粒度由干燥盘附加碾滚来控制，含水率由干燥 焙烧盘来控制。 2 3 2 选用方案前要掌握干燥器最基本的计算方法 干燥器的一个重要技术指标是生产能力，即每小时能干燥的物料量。有些干 燥器生产厂家在推销其设备时，往往会夸大干燥器的生产能力但等到其干燥器 投入使用后，却又无法达到其设计的生产能力，有时还达不到设计能力的4 0 9 6 ， 这往往会给需求方造成一定的经济损失。针对这种情况，我认为只要在设计制造 时对一些最基本的参数进行校核甚至要优化计算，就能了解干燥系统的配置是否 能达到设计能力。本课题在进行过程中几个参数及其计算方法，主要是物料在干 燥盘上的停留时间和热平衡计算及物料衡算。 1 ，每小时蒸发水量 g ；g ( q - o , 0 c l 一吐) ( 2 一1 ) 式中g ，蒸发水量，k g h g 物料被干燥后的产量。k g h q初始含水率，k g 水k g 湿物料 吐终了含水率，k g 水k g 湿物料 2 、每小时需要的最小热负荷 q = r g 式中q热负荷，k j h ，水的汽化潜热，k j k g 3 、每小时需要的最小风量 k ； 翌 o c t i - - t 2 ) 式中所风量，k g h ( 2 - 2 ) ( 2 - 3 ) t 进干燥器空气的温度，c ，： 出干燥器空气的温度，c c 空气的比热容，k j ( k g k ) 在式( 2 - 1 ) 中，g 、q 、峨均是干燥器用户在设计前就已确定的，所以g 是 容易知道的。在式( 2 - 2 ) 中水的汽化潜热是确定的，则q 也容易求得；若实际提 供的热负荷能达到q 的2 倍左右，则系统正常工作时所需要的热量就能得到保证。 在式( 2 - 3 ) 中， 、f ：是干燥器设计时必不可少的参数，直接影响到被干燥物料的 质量和干燥器能耗，在选型时必须确定。所以也是可求的已知所后，就可以校 核风机的风量。干燥流程中鼓风机和引风机是串联的，需要注意的是串联后的风 量并不是这两台风机风量的和例如：由两台型号相同的风机组成的干燥系统， 正常运转时其风量不会超过单台风机的风量。将单台风机的风量与最小风量进行 比较，若风机风量的裕量比较大，则说明该风机可以支持该干燥系统正常运转。 若没有裕量，干燥器投入使用后，就有可能达不到设计能力若风机风量小，则 该干燥器投入使用后，肯定达不到设计能力，甚至还可能导致整个系统无法正常 运转。因此，通过校核计算，选型时就能做到心中有数，避免误选。 t 4 2 3 3 选用方案要明确干燥器是非标设备 通常，不同的干燥器是针对不同的干燥对象而特定设计的，这就决定了在设 计干燥器时不能用一种价格尺度去衡量。但多数人在选型时，往往会用同一种价， 格尺度来衡量不同的干燥设备，往往会得不偿失因此，对于非标的干燥器，不能 单考虑设备制造的成本价格，需要综合考虑。简单地说，对同种类型的干燥器可 考虑其价格产量比，低者为优 2 3 4 选用方案要适度考虑干燥器的能耗 尹能耗是干燥器的一项重要性能指标，必须正确认识并在选型时适度考虑物 料在干燥时需消耗大量的能量，即不论采用何种类型，何种型号的干燥器，均需 要将水分蒸发掉。而蒸发水分的能耗占整个干燥系统能耗的绝大部分，因此选型 时不必太多考虑干燥器的能耗如要降低干燥器的能耗，可以在湿物料进干燥器 前进行预处理，利用离心机，压滤机等除去部分水分，从而降低蒸发水量，以达 5 到节能的目的此设备的前置设备应配置过滤设备，常选用压滤机。 ， n 2 4 盘式连续干燥焙烧器选型方案 妒 依据物料形态，沙状，含水3 0 - 4 0 左右，生产为：连续大量生产，干燥特性， 稳定，要求干燥设备适应性强，热效率在4 0 - 5 0 9 6 ，连续干燥水量3 0 0 k g h ，处理 鼻 物料3 t h 。物料干燥时间l o 分钟一1 2 0 分钟范围，热传导式，加热介质与物料不 接触，密闭干燥，依据以上特征，我选择盘式连续干燥，同时为了脱离掉结晶水， 在干燥器的某些干燥盘内加入高温焙烧功能，是干燥和焙烧两部分功能结合在一 起，形成一种组合式设备一一盘式连续干燥焙烧器。 2 5 盘式连续干燥焙烧器运行方案 湿物料自加料器( 送料螺旋) 连续地加到干燥器上部第一层干燥盘上，带有 耙叶的耙臂做回转运动，使耙叶连续地翻抄物料。物料沿螺旋线轨迹流过干燥盘 表面，在小干燥盘上的物料被耙叶移送到外缘，并从外缘落到下方的大干燥盘外 缘，在大干燥盘上耙叶推动物料由外向里移动并从中间落料口落入下一层小干燥 盘中大小干燥盘上下交替排列，物料得以连续地流过整个干燥器。中空的干燥 盘内通入加热介质，加热介质形式有饱和蒸汽、电炉丝和软化水，加热介质由于 1 5 燥盘的一端进入，从另一端导出已干物料从最上一层干燥盘落到壳体的底层， 最后被耙叶移送到出料口排出湿份从物料中溢出，由设在顶盖上的排湿口排出 从底层排出的干物料可直接包装具体形式见图2 一l 伽运行原理示意图。可通过 配加翅片加热器、溶剂回收冷凝器、袋式除尘器、于科返混机构、引风机等辅助 设备可提高其干燥的生产能力，干燥膏糊状和热敏性物料，可方便地回收溶剂， 并能进行热解和反应操作 图2 - 1 运行原理示意图 l - - 小圆盘2 - - 大圆盘3 - - 搅拌轴4 一时片支撑臂 5 - - 叶片( 耙叶) 6 一中心孔7 - - 加热介质进科孔 2 6 盘式连续干燥焙烧器的性能特点 一 ( 一) 调控容易、适用性强 l 、可以通过调整料层厚度、主轴转速、耙臂数量、耙叶型式和尺寸，使干燥 过程达到最佳 2 、每层干燥盘皆可单独通入热介质或冷介质，对物料进行加热或冷却，物料 温度控制准确、容易。 3 ，物料的停留时间可以精确调整 1 6 4 、物料流向单一，无返混现象，干燥均匀、质量稳定、不需再混合。 ( 二) 操作简单、容易 1 、干燥器的开车、停车操作非常简单 2 、停止迸料后，传送物料的耙叶能很快地排空干燥器内的物料 3 、通过特殊的大规格检视门和视镜，可以对设备内进行很仔细的清洗和观察 ( 三) 能耗低 l 、料层很薄，主轴转速低，物料传送系统需要的功率小，电耗少。 2 、以传导热进行干燥，热效率高，能量消耗低。 ( 四) 操作环境好，可回收溶剂，粉尘排放符合要求 l 、常压型：由于设备内气流速低，而且设备内湿度分布上高下低，粉尘很难 浮到设备顶部，所以顶部排湿口排出的尾气中几乎不含有粉尘 乐密闭型：配备溶剂回收装置，可方便地回收载湿气体中的有机溶剂溶剂 “ 回收装置简单，回收率高，对于易燃、易爆、有毒和易氧化的物料，可用氮气作 为载湿气体进行闭路循环，使之安全操作。特别适用于易燃、易爆、有毒物料的 干燥。 a 3 、真空型：在真空状态下操作的盘式干燥器，特别适用于热敏性物料的干燥 ( 五) 安装方便、占地面积小 、 1 、干燥器整体出厂，整体运输，只需吊装就位，安装定位非常容易。 2 、由于干燥盘层式布置、立式安装，既使干燥面积很大，占地面积也很小 1 7 第三章盘式连续干燥焙烧器的理论支持 3 1 物料衡算和热平衡计算 在干燥器的任务给定以后，进行物料衡算和热量衡算，以解决去除多少湿分 消耗多少干燥介质，需要消耗多少热量物料衡算又是热量衡算的基础它们的原 理虽然简单，但是应用起来却比较灵活。 3 1 1 物料衡算 i 、物科中去除的湿分量 在干燥过程中，产量的表示方法有3 种：以绝干物料来表示的小时产量g o ； 以产品来表示的小时产量g ：；以湿原料来表示的小时产量g 。假定没有损 耗，在干燥过程中绝干物料的质量是不变的，所以它们之间的关系是： g o - g l ( 等) - g ：( 訾) ( k g h ) ( 3 1 - 1 ) 小时产量应按每天的实际工作小时数和每年的实际工作1 3 数来计算。在连续 生产中，通常每年的工作小时数为7 5 0 0 - 8 0 0 0 h 。物料中去除的湿分量按下式计 算： = g o ( m i - m 2 ) ( k g h ) ( 3 卜2 ) 显然，吖i m 2 为i k g 绝干物料所失去的湿分质l ( k g k g ) 。 2 、