旋转闪蒸干燥机的改进

李 宁 孙德松 于镇宁

（常州工程职业技术学院，江苏 常州 213000）

旋转闪蒸干燥机的改进

李 宁 孙德松 于镇宁

（常州工程职业技术学院，江苏 常州 213000）

针对传统结构的旋转闪蒸干燥机的粉碎室内胆和粉碎刀片所存在的欠缺进行改进优化，提高机器的工效，降低能耗。通过对物料在传统结构旋转闪蒸干燥机内部运动机理的研究发现：物料在圆筒形的粉碎室内随气流作圆周运动时，其运动速度、方向与粉碎刀的旋转速度、方向较为接近，粉碎工效不高；物料在带有刮板的垂直板式结构的粉碎刀作用下易沿切向击中筒壁，加大黏壁程度，并且粉碎刀的旋转对气流无辅助作用。如把圆筒形粉碎内胆改为多边形粉碎内胆，使物料在撞击作用下改变飞行方向，增加与粉碎刀的接触次数，可以提高工效；同时把粉碎刀改为带斜角的风扇形刀组，促进热气流的上升运动，可以加强物料的干燥、粉碎和上升，减少物料的黏壁。

旋转闪蒸干燥机；结构；改进

在旋转闪蒸干燥机诞生之前，对于滤饼和黏度高的膏状物料的干燥只能采用喷雾干燥和流化床干燥，物料在干燥前还需进行稀释，使得待干燥物料水分增加，延长了干燥时间。单纯的喷雾干燥设备［1］最大的缺点是高度高，对厂房要求高，同时设备制造及安装难度较大。流化床干燥设备［2］也存在着能耗高、干燥不均匀的缺点。易变性、生物菌体、热敏性［3］等物料在较长时间的干燥下容易变质、变色、焦化等。基于上述原因，国内外的干燥设备研究机构经过多年的努力［4］，将喷雾干燥和流化床干燥的技术进行有机结合，通过高压强力旋转热气流与粉碎物料高速接触进行干燥，这样就克服了喷雾干燥设备和流化床干燥设备的缺点，也克服了对物料的局限，形成了传统的旋转闪蒸干燥机，得到广泛的使用。尽管多年来传统的旋转闪蒸干燥机历经了不断地改良升级，但在粉碎室内胆及粉碎刀片的结构方面并无较大改进。本试验在传统旋转闪蒸干燥机的基础上，拟通过对物料在粉碎室内胆的运动机理和粉碎刀片对物料的作用机理的研究，并通过样机的不断试验，来改进粉碎室内胆结构和粉碎刀片结构，从而解决物料粉碎工效低、物料黏壁［5］及能耗高的问题。

1 旋转闪蒸干燥机的特性、构造和工作机理

1.1 旋转闪蒸干燥机的特性

旋转闪蒸干燥机是20世纪80年代首先在国外产生的一种综合技术干燥设备，其特性是既克服了喷雾干燥设备高度高，对厂房、制造、安装的要求高以及成本高，又克服了单位产量耗能高、流化床干燥均匀性差的缺点。旋转闪蒸干燥机是喷雾干燥技术和流态化技术的综合体。它非常适合滤饼和黏度高的膏状物料，无需通过像喷雾干燥那样先将物料稀释再进行喷雾干燥的繁琐过程，特别是高压、强力旋转热风气流接触物料的时间很短，保护了易变性、热敏性和生物菌体干燥前后的物性，并且能防止某些物料的焦化、变色、变质。经过多年的不断改良升级，设备更加紧凑，操作维修更方便，能耗不断降低，工效大大提高，受到世界各大公司的重视，在食品、轻工、化工、染料、矿山、稀土等行业得到了广泛、有效地应用［6］。

1.2 旋转闪蒸干燥机的基本构造

旋转闪蒸干燥机是带有螺旋粉碎装置的竖式流化床干燥机，能够同时完成物料的粉碎、干燥、分级等单元操作。设备主体为筒状，自下而上由3个区段组成：粉碎硫化区段、中间干燥区段和顶部分级区段。下部粉碎区段安装有通过外部无极调速电机驱动的旋转叶片搅拌器。在干燥段装设螺旋加料器，由通过变频调速的电机带动。上部分级区段设有一个分级环，分级环的通径根据不同产品的粒度要求作相应的更换调整（图1）。

图1 现有的旋转闪蒸干燥机结构示意图Figure 1 Structure representation of the currently available spin flash dryer

1.3 旋转闪蒸干燥机的工作机理

根据闪蒸干燥机的构造特性，把它的工作机理分为4个过程：破碎、气固混合、干燥和粒度分级，这种作用机理是其他单机功能的干燥机所无法同时具备的［7］。

1.3.1 破碎 膏糊或滤饼物料通过加料器挤压进入机体内部会立即被高速旋转的搅拌片及高速旋转气流粉碎，物料的分散度迅速加大，单位体积湿物料的比表面积相应扩大。

1.3.2 气固混合 旋转闪蒸干燥机以空气为载热体，是否达到有效的气固混合是决定干燥速率的重要因素。旋转搅拌叶片将物料粉碎、分散，同时加压，以旋风形式进入筒体内的热空气处于湍流状态，很快达到气固混合。值得注意的是干燥机底部的倒锥结构使气流速度最高可达60m/s，保证了下落的大颗粒物料处于被热空气包围的流化状态。

1.3.3 干燥 如上所述，当物料在相对稳定的流化层受到热空气作用，物料水分被蒸发，继而向上运动，其中含水率高、表面积小的物料由于密度大，会自动下落，但下落到一定距离后会停止，此时重力与浮力平衡。物料被进一步破碎和脱水后再次开始向上运动并通过分级后排出。

1.3.4 粒度分级 粒度分级是通过分级器完成的。分级器是一块装在干燥筒上部的环形挡板。当物料随旋转气流上升时，受离心力作用物料会以不同旋转半径作螺旋上升运动，达到湿度、粒度要求的物料质量较小，在离心力的作用下旋转半径也小，会从分级器的内孔迅速排出；而大块及含水较高的物料质量较大在离心力的作用下旋转半径也较大，会被挡在干燥室内，直至物料的粒度和湿度达标后，才能由分级器内孔排出。

2 现有旋转闪蒸干燥机结构存在的不足

2.1 主机破碎区内的物料运动形态

物料从投料口投入主机体内首先进入破碎区，经粉碎刀组破碎的物料在高速气流和旋转粉碎刀的联合作用下，沿筒体直径的切线方向旋转，随着旋转速度的加快，物料颗粒的运动速度v1与粉碎刀片的速度v2接近。即破碎刀片和物料颗粒的相对速度v2－v1减小，因此造成粉碎工效的下降。

2.2 粉碎刀对破碎段系统内气流的影响作用

传统的带有刮板的粉碎刀结构比较单一，多为与转轴垂直的板式结构，纯切向力明显，在破碎过程中容易将物料直接击向筒壁，增大黏壁几率，并且对高速气流的上升无辅助作用。

3 旋转闪蒸干燥机结构的改进

（1）针对物料在主机破碎区内运动形态的分析所发现的问题，可通过专利技术［8］予以改进，把粉碎室内胆由原来的圆形（图2）改成32～64个边，角度为5°～10°的等边多边形（图3）。经试验发现，角度大会产生死角，易造成结料，而角度小接近圆形，效果不明。角度为5°～10°时，既不结料又增加了粉碎效果。改进后，粉碎室内筒带折边后，物料在桶壁上产生撞击作用，改变飞行方向，降低物料速度，增加物料与刀的接触次数，大大增加了粉碎效果。

图2 现有的筒体结构Figure 2 Currently available tube structure

图3 改进后的筒体结构Figure 3 Improved tube structure

（2）将与转轴垂直的板式结构粉碎刀片（原来是一字型，2个刀片，线速度20m/s）（图4，图5），改进为下部板式结构刀组、上部风扇形粉碎刀的组合体。风扇形粉碎刀有3层，每层有3片刀，线速度增加到40～45m/s，叶片斜角为10°（图6、图7）。在工作时，刀片高速旋转产生了上升气流，和底部上来的旋转热气流共同作用，提高了物料的干燥、破碎和上升运动效果，对于黏性膏状物料可减少黏壁现象，增加粉碎效果。但改进后的粉碎刀组制造难度高，制造成本较原刀组高30%～35%，还需要校动静平衡，制造精度和检验精度也高。

4 实际性能测试对比

4.1 测试设备

旋转闪蒸干燥机：XSG800，溧阳市诚邦机械有限公司。

4.2 测试物料

柠檬铬黄：CASNO：1344－37－2，杭州恒昊颜料化工有限公司。

图4 现有的搅拌组件图Figure 4 Currently available mixing components

图5 现有的粉碎刀Figure 5 Currently available grinding knife

图6 改进后的搅拌组件图Figure 6 Improved mixing components

图7 改进后的粉碎刀Figure 7 Improved grinding knife

4.3 测试方法

改进后的旋转闪蒸干燥机设备安装到位，检查蒸汽流量计、电度表，设备空转运行30min，内胆部分预热至150℃，开始投料测试，1h后对产品进行称重并对蒸汽流量计、电度表抄表，将所得数据与未改进的设备单位产量及能耗进行对比。重复以上过程，进行两个批次的物料测试。

4.4 测试结果

改进前、后的闪蒸干燥机性能对比见表1。

由表1可知，改进后的旋转闪蒸干燥机产量增加10%～15%，节能10%～13%。

表1 颜料闪蒸干燥机使用性能测试对比表ńTable 1 Contrastive demonstration of service performance test of the paint flash dryer

5 结论

本发明的有益效果是：改进前仅靠刀片粉碎物料，当旋转风力和旋转刀片一起作用时，物料随气流沿光滑内壁旋转上升，物料与刀片的相对速度减至最小，影响粉碎效果；改进后，物料在等边多边形筒体内壁上产生撞击作用，改变飞行方向，降低物料速度，增加物料与刀的接触次数，产量增加10%～15%。该粉碎刀对物料有一个向上的力，增加了粉碎效果，而且减少物料的黏壁。通过对筒壁和刀片的两项改进，本旋转闪蒸干燥机可节能10%～13%。

1 张文孝，姚学勇，王玉德，等.喷雾干燥现状及展望 ［J］.食品与机械，2004（6）：36～38.

2 孙传祝，王相友，郭超，等.脉动振动流化干燥机的研制［J］.食品与机械，2005（5）：27～30.

3 马瑞进，杜燕，杨志刚，等.热敏性物料干燥实验研究［J］.干燥设备与技术，2012（1）：24～27.

4 韩丹，李龙，程云山，等.现代搅拌技术的研究进展［J］.食品与机械，2004（4）：32～35.

5 陈学志，廖传华，王宗濂，等.高黏度物料喷雾干燥的实践与分析［J］.干燥设备与技术，2011（4）：204～209.

6 蒋斌，柴本银，彭丽华，等.旋转闪蒸干燥机的设计［J］.干燥设备与技术，2007（3）：146～149.

7 刘相东 ，于才渊 ，周德仁.常用工业干燥设备及应用［M］：北京，化学工业出版社，2005.

8 李宁.一种旋转闪蒸干燥机：中国，858578［P］.2011－11－09.

Improvement and innovation of spin flash dryer

LI Ning SUNDe－songYU Zheng－ning

（Changzhou Engineering Professional Technology Institute，Changzhou，Jiangsu213000，China）

The essay optimizes barriers of the crush tank and crushing blade of the traditional machinery of spin flash dryer，improves efficiency and reduces energy consuming.Through the research of internal motion theory of the traditional spin flash dryer，two questions can be found：first，when material moving circularly in the columnar crushing chamber by airflow，the moving speed，direction of the material and crushing knife are quite close which make crushing efficiency not high；second，material is very easy to hit cylinder wall along tangential by the crushing knife with flighter in vertical plate structure and increase the extent of wall sticking，so that spinning of the crushing knife have no booster action to airflow.Through investigations，if the columnar crushing tank can be altered into polygonal，material can alter its flying direction through knock－on effects and increase frequency of exposure with crushing knife，so that working efficiency can be boosted.At the same time，if the crushing knife can be altered into fan－shaped knife tackle with oblique angle，the ascending motion of thermal current will be prompted and it will advance drying，crushing and ascending of material so that wall－sticking phenomenon of material can be improved.

spin flash dryer；configuration；improvement

10.3969 /j.issn.1003－5788.2012.04.039

李宁（1965－）女，常州工程职业技术学院副教授。E－mail：nli＠email.czie.net

2012－05－15