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分级器直径对旋转闪蒸干燥机性能影响的研究

发布时间:2010/6/7 9:28:43

   一、概述
  旋转闪蒸干燥机是连续操作的对流干燥设备,也是目前工业生产中用于干燥滤饼状物料的首选设备之一。其工作原理如图1所示。主机大致可分为三大部分:
  集风室及破碎流化段;
  中部干燥段;
  顶部回收段。
  滤饼状物料经螺旋给料装置进入干燥机用于干燥段的中部,呈散状落入破碎流化段。热空气沿切线方向进入集风室,集风室断面呈螺旋线渐小,集风室内的热空气沿集风室与破碎流化段之间的缝隙形成高速旋转的状态进入破碎流化段。由给料机落下的散块状物料受旋转叶片的冲击破碎及旋转气流的浮动作用,料块之间,料块与旋转叶片之间相互碰撞摩擦,并伴随物料的湿份蒸发,形成了大小不一的颗粒,随旋转气流向上运动进入中部干燥段。由于颗粒的粒径不等,其运行的轨迹也不一致,在整个干燥段空间内弥散,与热气流进行充分的传质传热,湿份不断蒸发。较大颗粒行动轨道半径较大,贴近筒壁。较小颗粒运行轨道半径较小。在中部干燥段顶部设置一分级器,较大颗粒,由于湿份大,颗粒间的凝聚现象未能及时消除,遇到分级器的阻挡,以较大的沉降速度回落入破碎流化段,再重复上述过程,微细颗粒随气流通过分级器进入回收段,并随气流一起进入微细粉回收装置连续产出干燥后的产品。
  目前,旋转闪蒸干燥机普遍存在的问题是设备一次性投资较大,能耗较大,而产量相对来说较小,而且设备调试时耗时费工。即使是现已运行的干燥系统也不知是否是在最佳状态下操作。这样,经济性就不理想,造成浪费。这里有两个方面的原因,首先是系统的合理配置,诸如针对不同物料不同产量要求进行质热衡算,确定热量、风量、温度等。其次是怎样针对不同物料、不同的系统配置改进主机的构造。这两方面问题的解决,可望进一步提高产量,从而提高效率,达到节能的目的。
  系统的合理配置,已有文章探讨,而如何改进旋转闪蒸干燥机主机、减少现场调试过程中的不必要拆装修改,使其处于最佳的状态下操作,尚未见报道。由于在干燥机中,物料颗粒加到旋转上升气流中的速度不定,旋转气流由破碎流化段底部环隙进入破碎流化段,加之又有旋转叶片的搅动,气流的方向和速度也不够均匀,因此,物料颗粒没有一个固定的可以事先确定的运动轨迹。目前,中部干燥段顶部的分级器直径就无法确定。而现今的此种干燥机的生产厂家,在设计及生产中,不管何种物料,千篇一律采用小的分级器直径,然后,在安装后,看能否达到用户要求的产量,达不到,用改变系统鼓、引风机配比的方法,仍达不到,就只能反复拆装,盲目地割大分级器直径。这样或大、或小都不能使干燥机处于理想的状态下工作,既耗时费工,又影响设备投产时间,而且造成能源的浪费。若通过理论计算能确定不同物料的分级器直径,无疑是一项有实用价值的工作。
  二、旋转闪蒸干燥机干燥过程中物料颗粒的运动分析及受力分析
  颗粒的运动分析
  在干燥机中,进入到破碎流化段的散块状物料经旋转叶片的冲击碰撞分散及其所携湿份的蒸发,颗粒间的凝聚现象逐渐消除,块、团状物料变成不等径的颗粒群,受到旋转上升气流的作用,产生旋转上升流动。由于此过程中,颗粒群的微观运动非常复杂,,颗粒粒径非常小,这样,假设在圆周方向颗粒的速度与气流的运动速度相一致;在径向,颗粒运动受到离心力与曳力的共同作用,忽略其它因素的影响;在轴向,由于研究分级器直径,暂不考虑颗粒的轴向运动;并忽略颗粒与流体间的相互作用。即只考虑颗粒的径向运动和圆周运动,考察单颗粒在干燥机中的运动情况。
  颗粒的受力分析
  设颗粒形状为球形,由于干燥机是处于微负压状态下,其中气体的密度ρ变化范围不大,假定为某一常数。单颗粒在干燥机破碎流化段的受力∑F。
  ∑F=mg+m·
  式中:m——颗粒质量
  ——重力加速度;
  ——离心加速度;
  ——颗粒受到流体的曳力;
  ——颗粒在流体中受到的浮力;
  ——颗粒间相互作用力;
  ——叶片对颗粒的作用力。
  由于颗粒在流体中到多种力的作用,其中,重力、浮力对颗粒的径向运动影响不大,并假设颗粒间相互无影响,则颗粒间作用力可以不考虑,同时叶片对颗粒无径向作用力,则颗粒在径向受到的力可简化为:
  ∑F=Fd+m·
  即单颗在干燥机破碎流化段及干燥段的径向运动主要受到流体的曳力以及惯性离心力的作用,从颗粒的力学平衡状态分析,在理想的力学平衡下,能够确定颗粒的径向运动。若颗粒受到的离心力大于曳力,颗粒向外筒壁运动,若曳力大于离心力,颗粒向中心区移动。通过分级器进入回收段。通过理想的力平衡,可以确定颗粒合格品范围中最大颗粒直径d,在干燥段径向处于受力平衡状态。
  ∑F=0 即
  式中:Fd——颗粒受到径向曳力分量。
  三、分级器直径的计算
  根据上述单颗粒的力学平衡分析,设vp是气体与静止颗粒的最大径向速度差,假设此相对速度等于流场中气流的径向速度,近似计算。
  式中:Q——流量;S1——环隙面积。
  设v为颗粒的切向速度,假定气体的切向速度为vg,近似计算:
  式中:S2——集风室截面积。
  设R为颗粒旋转半径,颗粒的质量
  ρs·π
  式中:ds——颗粒直径;ρs——颗粒密度。
  π·Cd·d3s/4·ρ·v2ρ/2=π·Cd·d3s·v2ρ
  式中:ρ——气体密度;Cd——曳力系数。
  则(3)式:
  πρsd3s)/6·v2g/R=k·(π·Cd·d3s·v2ρ
  式中:k——颗粒形状因子。
  则:
  ·ρs·ds·v2g)/(3·k·ρ·Cd·v2ρ
  四、结论
  根据不同的物料特性,通过理论计算确定分级器直径,可以避免调试过程中的不必要拆装,同时,最大限度地发挥干燥机的潜在能力,使其处于最佳的操作状态下,避免能源的浪费,这对干燥机的设计和实际调试可提供理论指导。

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干燥机应用范围:
  高效节能煤泥干燥机是在滚筒干燥机的基础上开发研制而成的新型干燥设备,可广泛应用于:
  1、煤炭行业煤泥、原煤、浮选精煤、混合精煤等物料的干燥;
  2、选矿行业各种金属精矿、废渣、尾矿等物料的干燥;
  3、化工行业非热敏性物料的干燥。
  4、建筑行业高炉矿渣、粘土、石灰石、沙子、石英石等物料的干燥;

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