旋转闪蒸干燥技术在分子筛浆液预干燥中的应用 -旋转闪蒸干燥系统,...
慕雪梅 许云波 马文辉 吴冬 卢晓玮
【摘 要】分子筛在催化裂化中起着十分重要的作用，在分子筛的制备过程中，经带滤机交换后的分子筛物料需要先经过预干燥除去大部分水分以提高系统热效率，改善分子筛的焙烧效果。目前国内分子筛物料干燥后均为粗粉状，而且有较多的大颗粒存在，由于其粉体化程度不够造成焙烧效果不理想，进而影响到产品质量。本文通过针对目前国内分子筛干燥存在的问题，结合国外先进技术，对旋转闪蒸干燥技术的理论分析，从旋转闪蒸干燥机结构原理、国内现状以及分子筛行业的应用情况对旋转闪蒸干燥器进行分析和探讨，来确定旋转闪蒸干燥技术用于分子筛干燥的可行性。
【关键词】旋转闪蒸干燥；分子筛
20世纪90年代以前，国内分子筛预干燥采用的是转鼓干燥，这种干燥机由于自身结构的原因，无法达到预期的干燥要求，相当一部分干燥过程必须由焙烧炉来完成，造成焙烧炉长度增加，有时还会因前段工艺波动造成焙烧时间不足，从而影响到产品质量。分子筛预干燥技术的滞后，已成为国内分子筛产品质量提高的瓶颈。
旋转闪蒸干燥是以空气为热载体，热空气与湿物料直接接触进行对流传热的一种干燥方式。其可选择的操作弹性较宽，热空气入风温度可以从150℃到1000℃以上（具体根据设备本体材质的耐温性能和被干燥物料的热敏性要求而定）；空气加热方式的选择主要是根据被干燥物料对空气质量和温度的要求而定的，目前较为普遍采用的空气加热方式有：电加热、蒸汽换热、燃料油或燃料气直接加热（即烟气发生炉）、燃料油或燃料气或燃煤间接加热（使用换热器）等。旋转闪蒸干燥系统具有设备体积小、结构紧凑、占地面积小的特点，而且集干燥与破碎于一体，是一种应用前景非常好的干燥方式。
如图1所示，旋转闪蒸干燥器主机内的工作原理如下：需要被干燥的湿物料经由加料设备从旋转闪蒸干燥主机的顶部或侧面中部送入干燥室内；热空气则从旋转闪蒸干燥干燥主机的底部经过一个特殊流道设计的环隙口进入干燥室内，受环隙口尺寸和形状的影响，热风在干燥室内形成一股高速螺旋的上升气流；需要被干燥的湿物料在重力的作用下朝旋转闪蒸干燥器的底部下落，与高速螺旋的上升热气流相接触，同时，干燥室内的数组破料刀片高速旋转，对较大、较湿的物料颗粒进行机械破碎；物料在干燥室内由于高速螺旋的热气流和高速旋转的刀片的双重作用而受到强烈的离心力、剪切力的作用，物料颗粒与颗粒、颗粒与容器内壁、颗粒与破料刀片之间不断地进行碰撞和摩擦而被迅速微粒化；被粉碎后的物料传热面积大大增加，可以在很短的时间内与热空气之间完成热交换，因此湿物料在干燥室内只需要很短的停留时间就能被干燥。旋转闪蒸干燥器主机内一般都设有分级环，其作用是防止未被破碎和干燥的大颗粒物料随上升气流逸出干燥室，由于离心力的作用，已经被破碎和干燥的细粉处于螺旋上升气流的内圈，可以顺利地从分级环中穿过而离开干燥室，大颗粒的物料则处于螺旋上升气流的外圈，在上升过程中被分级环截留，然后在离心力和重力的作用下被甩向干燥器内壁又向干燥器底部回落，重新进行破碎和干燥。
旋转闪蒸干燥机是为了解决高粘性膏状、糊状以及滤饼状物料的直接干燥问题而开发的产品。它是利用流态化原理，通过搅拌器的机械力和热气流的剪切、吹浮、旋转湍动作用使没有流动性的颗粒能像流体一样呈现快速流动状态，气体一固体两相流动时，相间发生高速传热和传质现象，物料因此得到干燥。由于流态化技术很复杂，干燥操作条件（如气速、温度、压力）差别大，物料性质（如粒度、粒度分布、重度等）各式各样，因此，关于旋转闪蒸干燥的流态化文献很少，放大设计仍旧依靠实验和经验。目前，需要闪蒸干燥的行业已达到十幾个，相应地，需要干燥的物料产量、质量、种类等也发生了很大变化，各种企业对设备的实际需求，也迫使旋转闪蒸干燥技术进一步提高。对于旋转闪蒸干燥机来说，影响流态化质量的因素主要有五个：物料颗粒、气流、热风分布器、搅拌器、干燥室的形状尺寸。后三个都是结构因素，因此，分析和改进结构是加强流化干燥的主要途径。
旋转闪蒸干燥从最初投入市场开始，其主机的结构形式经历了三个阶段的变化，从最初的直筒锥体结构形式变化到直筒平底的外形结构再变化到直筒倒锥体底（见图2）。其使用性能也越来越理想，在热气流分布、物料干燥、破碎效果和物料在干燥器内壁的粘结情况等方面均有了较大程度的改善，因此旋转闪蒸干燥技术的应用领域越来越广泛。
图3是目前最典型的旋转闪蒸干燥系统的的工艺流程示意图。其工作原理如下：需要被干燥的湿物料在加料器（3）内被机械搅拌初步破碎后，由螺旋输送器（4）输送到旋转闪蒸干燥器主机（5）内；作为热载体的空气经鼓风机（1）进入加热器（2）加热到所需温度后，以一定的喷动速度进入旋转闪蒸干燥器主机（5）底部的空气分布器中，从分布器环隙口进入干燥室，对干燥室内的湿物料进行干燥。由于气流和干燥室内高速旋转刀片的联合作用，物料在干燥室内受到离心力、剪切力和碰撞的影响而被微粒化；被粉碎后的物料传热面积大大增加，在很短的时间内被热空气干燥，然后随气流进入旋风分离器中（6）内进行干品捕集；经过旋风分离后的气体中仍含有一定量的物料颗粒，再经过布袋除尘器（7）的进一步气固分离后由引风机（8）抽出排大气。
我国分子筛预干燥技术还处于研究开发阶段，近些年随着国内大专院校和科研院所不断进行的理论和工业应用研究，旋转闪蒸干燥技术比以前有了较大幅度的进步，但是与国外先进水平相比还是有一定的差距，这些差距主要体现在工艺设计、自控设计、关键部件的专有技术和机械制造水平等多方面。
【参考文献】
[1]潘永康.现代干燥技术[M].北京：化学工业出版社，1998.23-180.
[2]桐荣良三.干燥装置手册[M].秦霁光.上海：上海科学技术出版社，1983.8-64.
[3]曹恒武.干燥技术及其工业应用[M].北京：中国石化出版社，2003.3-56.
[4]何德强，赵旭，韩志宏.旋转闪蒸设备在Y型分子筛干燥中的工业应用[J].化工装备技术.2004，25（5）：1-4.
[5]赵明.高效闪蒸干燥机的应用[J].广东有色金属学报.2001，12（1）：13-16.
[6]张威.旋转闪蒸干燥机的结构强流化分析及改进[J].本溪冶金高等专科学校学报.2000，2（4）：14-16.
[7]张振伟，张平安，邓永胜.旋转闪蒸干燥机干燥过程分析[J].机械设计与制造.1998，1：43-44.
[责任编辑：张涛]
