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循環撞擊流干燥機

“循環撞擊流干燥機” （中國專利號Chinese Patent ZL No 03235519.x）為我室研制的新型干燥機。在化工、醫藥、輕工等許多工業生產中需要對物料進行干燥處理；其中的一大類是粉粒狀物料。濕的粉粒狀物料中水分的賦存狀態大致有三類：表面游離水、孔隙水和結晶水。凡含有孔隙水或結晶水的物料，同時也含有游離水。游離水很容易脫除，現有的多種干燥機例如流化床干燥機、氣流干燥機等都可以滿足脫除這類水分的要求；脫除孔隙水和結晶水就比較困難，通常需要相當長的時間。對某些孔隙水或結晶水含量較低的松散粉粒狀物料，采用流化床這類停留時間較長的干燥機可以滿足要求。然而某些物料水分含量較高，并含有孔隙水或結晶水，例如懸浮法制得的PVC含水25%，其中表面游離水約5－8%，其余為孔隙水。這類物料的干燥必須解決好兩個問題：(1)必須快速脫除絕大部分表面水，否則半干狀態的物料很容易結成團塊，破壞干燥機正常操作；(2)總的干燥時間必須足夠長，否則產品水分含量達不到要求。對于這類物料，傳統的技術多半是采用氣流—流化床兩級干燥，至今仍廣泛采用。氣流干燥在數秒鐘內迅速脫除表面水；流化床則提供足夠長的干燥時間，保證達到最終脫水要求。這種兩級干燥技術流程長、設備龐大，能耗也較高。上世紀80年代末至90年代初，德國研發了一種名為旋風干燥機的PVC專用干燥裝置；我國已引進消化并在若干生產廠使用。該機本體外形為圓筒，內壁設有螺旋形折流擋板。熱空氣攜帶濕物料切向進入干燥機下部并旋轉向上運動。由于折流擋板的存在延長了物料停留時間，可以滿足干燥要求。該技術的不足之處是已干燥物料全部被氣體帶出干燥機，增加了旋風分離除塵回收系統的負荷，動力消化較大；裝置結構也較復雜。本實用新型的目的，是克服上述現有技術的不足，提供一種能夠同時滿足脫除游離水和孔隙水或結晶水要求的更有效和節能的粉粒狀物料干燥裝置。本實用新型采用同軸垂直撞擊流原理工作。循環撞擊流干燥機由本體、上加速管和與之等直徑的下加速管三個基本部件組成；本體為異徑錐/柱形圓筒。其下半部分為較小的圓筒下接錐臺形筒體，錐臺小直徑端與下進氣管連接；錐臺近圓筒壁處設有出料管；該下半部分與下加速管之間形成環室，是循環物料運動的空間；下加速管的下端與下進氣管的頂端之間保留一定的距離，使得從下進氣管進入的氣流能夠抽取并攜帶環室中下流的物料進入下加速管向上運動。本體的上半部分直徑逐漸擴大為一個更大的、帶頂蓋的圓筒，其內部除了與之同軸的上加速管所占截面以外是沉降室；頂蓋上設有排氣管。上加速管兼作上進氣管；在其伸出本體頂蓋一定高度處連接進料管。上加速管的下端與下加速管的頂端之間保持一定的距離，即撞擊距離；從上加速管出來向下流動的氣－固兩相流與從加速管出來向上流動的氣－固兩相流在該距離的中點處撞擊，形成高度湍動的撞擊區。操作時在下進氣管和上加速管連續通入熱氣流的情況下，先用適當的加料機例如螺旋給料機通過進料管加入同種干物料，由熱氣流帶入干燥機，直至環室中充滿干物料時停止加干料。此時干物料在干燥機內循環。待干燥機內溫度達到正常后，用加料機通過進料管連續加入待干燥濕物料，開始運行。從進料管進入上加速管的濕物料與熱氣流混合并被加速，形成氣－固懸浮體從上加速管出口高速向下流出；經下進氣管進入的熱氣流抽取并攜帶環室底部的部分基本干燥的物料沿下加速管向上流動并加速物料顆粒，形成氣－固懸浮體從下加速管出口高速向上流出；兩股反向流體在上、下加速管出口之間撞擊，形成撞擊區。撞擊過程中發生強烈的相間熱、質傳遞，濕物料所含水分大部分被脫除。撞擊后兩股流體合并，并轉為徑向向外流動。由于重力的作用，部分固體顆粒直接落入環室；部分顆粒隨氣體向本體上部內壁運動并與壁碰撞后沿壁滑落進入環室；小部分顆粒可能被氣體攜帶向上運動，但在沉降室中與氣體分離、落入環室。分離掉大部分固體顆粒、溫度已降低的氣體經排氣管排出干燥機，隨后再經過適當的裝置除塵、回收處理后放空。進入環室的物料藉重力向下運動，到達環室底部時被經下進氣管進入的熱氣流抽取、攜帶，再次通過下加速管向上運動，并與從上加速管出來的向下流體撞擊，如此反復循環。通過若干次循環后物料水分含量可以保證達到要求。出料管在控制流量下連續卸出已達到干燥要求的物料作為產品。出料量的控制應使得環室中料位基本恒定。本實用新型循環撞擊流干燥機的突出特點是包括兩個最基本的要素：兩股氣－固兩相流相向流動撞擊和固體物料循環運動。撞擊流有利于達到高的干燥強度；物料循環則可以保證足夠長的平均干燥時間。撞擊流是一種新的技術方法，已有大量實驗結果證明它對強化相間傳遞非常有效。本實用新型充分利用了撞擊流的這一特性。因此，與現有其它技術相比，其突出優點就是干燥強度高，從而設備較小。與傳統的、用于同時含游離水和孔隙水或結晶水的物料的氣流—流化床兩級干燥技術相比，本實用新型流程、設備簡單、緊湊，能耗、動力消耗較低；與前述旋風干燥機相比，由于絕大部分產品在干燥機底部回收，本實用新型具有除塵系統負荷低、動力消耗較小的優點。

武漢工程大學 2021-04-11

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