离心喷雾干燥塔的改进和优化

干燥技术与设备268DryingTechnology&Equipment2011年第9卷第5期设备与装置离心喷雾干燥塔的改进和优化李强（重庆民丰化工有限责任公司，重庆潼南402660）摘要：针对干燥塔试车过程中发生的物料粘壁、不能满足设计生产运行能力等问题，改进和调整了热风分配器，优化了设备布置和工艺控制参数，使干燥塔能够长期、稳定运行，产量达到设计能力。关键词：喷雾干燥；粘壁；热风分配器；改进；优化中图分类号：TQ051文献标志码：A文章编号：1727-3080（2011）-268-061前言我公司铬粉车间目前拥有三台旋转式离心喷雾干燥塔，型号LPG2100，塔直径为Ф8800mm，干燥塔直筒高为8900mm，锥底角55°。干燥塔单台设计能力为13000吨/年。有关设计参数如表1－1。在设备使用初期，由于对干燥系统仍处于摸索和调试阶段，因此其生产能力和连续生产周期不能达到设计要求。为此，我们对喷雾干燥设备进行了一系列的改进和优化。2主要存在的问题，以及针对这些问题对设备的改进和优化2.1物料粘壁、结块物料粘壁是因为液滴极迅速地飞行到壁上，没有提供充分的干燥（停留）时间。物料结块则是由于塔、管道壁内外温差过大，同时受到进料浓度、进料稳定性的影响。离开雾化器的雾滴及干燥空气的运动组合方式决定着干燥速度及干燥程度。雾滴－空气运动的结果决定着液滴在干燥塔中的停留时间。王喜忠指出：“关于雾滴－空气的运动状态，有如下结论：①可以认为细雾滴的运动，在大部分干燥塔体积中，受到空气流的完全影响。一旦小液滴离开雾化器，它们便获得雾化器附近周围空气的速度。②粗雾滴和空气流动关系不大。③在并流流动的情况下，离开旋转雾化器的雾滴倾斜地去和引入的干燥空气接触。④在干燥塔内的热风分布器的周围，以及在壁上的这些涡流，建立起局部范围内的雾滴－空气的逆流运动。⑤空气－雾滴的运动，由热风分布器的位置和结构、雾化器的位置和操作、在干燥时的雾滴行为、干燥塔的尺寸、粉体－空气排出的方式控制。⑥在雾滴干燥的关键的第一阶段中，热风分布器决定着雾滴－空气运动”[1]。收稿日期：2011-9-20。作者简介：李强（1982－），男，汉族，四川人，本科，主要从事化工非标设备的设计和设备管理。E-mail:[e-mail]。第5期李强等，离心喷雾干燥塔的改进和优化269这些结论对于我们分析物料粘壁的原因、推测塔内空气流的运动状态具有重要指导意义。2.1.1由雾化器引起的物料粘壁纯雾滴的蒸发公式：()()21208401DDtrDDdtrmLDDmL−Δ=Δ=∫λρλρττ——纯雾滴蒸发时间mtΔ——热空气与料液的对数平均温度差Lρ——雾滴密度λ——围绕蒸发液滴的气膜平均导热系数r——液体的汽化潜热0D、1D——雾滴的初、终直径当纯雾滴蒸发时，1D＝0，故mLtDrΔ=λρτ820，可以看出，蒸发时间τ与20D成正比，与mtΔ及λ成反比。由上可推知，在雾化器转速恒定、干燥介质和被干燥物料性质不变的情况下，由雾化器引起的物料粘壁主要是因为雾滴初始直径过大所致，雾化器布料器布料不均匀、雾化盘通道堵塞均可能导致雾滴直径过大。另外，雾化器没有安装在干燥塔中心，将导致雾滴到塔壁的距离不等，引起一侧粘壁。为此，我们在物料进雾化器前增加了80目筛网的简易过滤系统，用于过滤物料中的粗纤维等（由压滤机滤布带来），避免堵塞布料器和雾化盘通道，使雾滴离开雾化盘的瞬间便获得理想大小；同时，我们在雾化器底座增加了定位销，用于将其准确固定在塔正中心，使雾距对称。2.1.2由热风分配器引起的物料粘壁前面所提到的“结论”中说，在雾滴干燥的关键的第一阶段中，热风分布器决定着雾滴－空气运动。热风分配（布）器通过内、外导风板来控制热风的方向和旋转，所以导风板的角度能够直接影响到雾滴－空气的运动轨迹。表1－1干燥塔有关设计参数干燥物料盐基性硫酸铬[Cr2(OH)m(SO4)n.xH2O]原料液含固量42%进料温度40℃塔进风温度200±10℃塔排风温度80℃±5℃产品产量1516kg/h产品堆比重0.8喷液量3610kg/h蒸发水量2094kg/h物料雾化方式高速离心雾化雾化盘转速12000转/分干燥技术与设备270DryingTechnology&Equipment2011年第9卷图2－1热风分配器如果导风板的角度过大，会导致分配器出口热风速度过慢、空气流的过分旋转、雾矩过小、雾层不能迅速降落，从而引起沿顶盖和壁的上部粘壁（图2－2的A处）。在这种情况下，适当调节导风板（使之与y轴夹角减小），使热风增大，旋转加速向下。如果导风板的角度过小，则导致分配器出口热风速度过快、热风旋转过小、雾矩过大、液滴未干就碰壁，引起沿壁下部和锥体粘壁（图2－2的B处）。在这种情况下，调节导风板（使之与y轴夹角增大），适当增加空气流水平方向的旋转，延长液滴干燥时间。外侧导风板角度不宜过大，否则将整体降低风速。试验证明，当外侧导风板与y轴呈10～15°时、内侧导风板与y轴呈12～17°时，能够使雾滴－空气运动能够达到理想状态，防止物料粘壁。图2－2物料粘壁位置另外，导风板原有厚度为1mm，经观察，此厚度下的叶片在气流中会发生颤动，使气流分布紊乱。为此我们将导风板厚度为改为3mm，让其不再在气流中颤动。2.1.3由收料引风机出风管位置引起的物料粘壁原有收料引风机出风管如图2－3所示，位于中心管的上方，显然，出风管内鼓出的气流会对旋转的雾滴－空气流动造成变数（雾滴阻力增大），加速雾滴降落，造成锥体部分的粘壁。第5期李强等，离心喷雾干燥塔的改进和优化271图2－3干燥塔原设备布置图改进后的出风管位置位于主旋风除尘器的进口段，避免了对塔内气流的干扰，如图2－4所示。图2－4干燥塔现设备布置图2.1.4由于料仓和管道内外温差过大引起的物料结块针对这一问题，我们对料仓和管道进行伴热和保温。同时适当延长烘塔时间，能更少的减小物料结块。2.2对振动筛位置的调整，优化设备布置原有振动筛位置在干燥塔出口下，如图2－3所示，一旦振动筛发生意外情况（比如电机故障、筛网破裂、筛出口堵塞等），将造成主塔锥底大量物料的堆积堵塞，增加排障和清洗难度，极为不便。调整优化后的振动筛位于收料旋风料仓下，如图2－4所示。2.3对控制参数调整，优化工艺参数热风进风温度和出风温度的确定对于干燥作业来说是极为重要的。进风温度直接决定了干干燥技术与设备272DryingTechnology&Equipment2011年第9卷燥室的蒸发强度，如表2－2所示。热风温度越高则热效率越好，经济性越好，但是过高的热风温度会使铬粉的溶解性差，影响产品质量，因此必须在保证产品质量的前提下适当提高热风温度。而出风温度与产品的水分含量有关，也应按产品所要求的特性来决定。通过试验，进风温度为190±2℃、出风温度为80～82℃时效果最佳。为了尽可能保证以上进风温度，我们在天然气管道上安装了调压阀，将天然气出口压力稳定、调至一定范围值内，避免了天然气压力波动导致的进风温度起伏，更好地控制了进风温度。表2－2热风温度与蒸发强度的关系进风温度，℃蒸发强度，kg/(m3.h)130～150300～400500～7002～48～1215～25同时，我们还确定了合适的料泵进料速度。料泵进料速度将会影响到雾滴的直径，因此合适的进料频率将会得到良好的产品，通过试验，进料频率为18～20Hz时效果最佳。2.4改进进料泵，提高进料均匀性料泵进料是否均匀将会影响到进料速度。原有隔膜泵阀座（橡胶材质）和阀球之间的密封为线密封，如图2－5所示，阀球回坐时球面和锥面不能很好的密封，造成进料不稳定，同时线密封将加速阀座的老化，使用寿命短。通过改进阀座，将锥面改为球面，密封性能好，极大提高了进料均匀性，同时增大了阀座的外直径，使其在螺栓的预紧力下形变减小，改进后的阀座如图2－6。图2－5改进前的阀球和阀座图2－6改进后的阀球和阀座2.5对包装抽风系统的改进原有包装机的除尘系统，单独配有一引风机和文丘里除尘器，但由于设备未布置得当，抽风管道过长阻力过大，负压太小不能起到除尘作用，并且文丘里除尘器需经常更换洗水，极为不便。为此，我们取消了此除尘系统，另从位置相对较近的塔引风机进口处引出一管道用于除尘，效果良好，即回收了粉尘，又简化了设备装置，操作简易，利于环保。3结束语通过对离心喷雾干燥塔一系列的改进和优化，主要是针对热风分配器的调整，收料引风机第5期李强等，离心喷雾干燥塔的改进和优化273出风管、振动筛等设备的优化布置，同时试验出最佳进出风温度、进料频率等，优化了控制参数，使干燥塔连续运行周期从原来的半天到数天不等达到现在的二十八天，单台产量能够达到1100吨/月，创造了良好的经济效益。参考文献[1]王喜忠,于才渊,周才君.喷雾干燥(第二版)[M].北京:化学工业出版社,2003.[2]王喜忠,等.现代干燥技术.喷雾干燥章[M].北京:化学工业出版社,1998.[3]姚玉英,等.化工原理[M].天津:天津大学出版社,1999.TheImprovementandOptimizationofCentrifugalSpray-dryingTowerLIQiang(ChongQingMinFengChemicalCO.,LTD,TongNanCountyinChongQing402660)Abstract:Duringthetestprocessofspray-drying,materialadheretothewallanditcannotmeetthedesignedproductionandoperationability.Fortheseproblems,weimprovedandadjustedthehot-airdistributor,optimizedthearrangementofequipmentandprocessedcontrolparameters,sothespray-dryingtowercanoperatechronicallyandsteadily,withdesignedproduction.Keywords:Spray-drying；stickywall；hot-airdistributor；improvement;optimization