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文档简介
1、饲料烘干机械喷雾干燥塔的节能措施及方法研究 近年来我国陶瓷工业发展迅速。2006年我国日用陶瓷、建筑卫生陶瓷的产量均位居世界第一,其中日用陶瓷产量高达170亿件,约占世界总产量的65%;建筑陶瓷砖年产量约为35亿,约占世界总产量的55%。同时我国也是能源消耗大国,建筑卫生陶瓷行业是油耗和电耗大户 工作原理 湿物料经输送机与加热后的空气同时进入干燥器,松散的粉粒状物料分散悬浮于热空气中,二者充分混和,在气流夹带的过程中瞬间脱除水分。通过气流干燥器管径的大小交替变化,使得物料颗粒在干燥的目的、干燥后的成品从旋风分离器排出,一小部分飞粉由二级旋风除尘器或布袋除尘器得到回收利用根据干燥作业形式不同,有
2、以下四种系列产品:1、系列2、系列3、系列4、系列。型是负压操作,物料经过风机带有粉碎作用,型为多级尾气循环型,型是集闪蒸干燥与气流干燥为一体的强化型气流干燥器,式我公司根据用户要求设计的新型干燥设备。产品特点 适用于粒径范围在5um5mm之间的粉粒状物料表面水的干燥; 干燥强度大、设备投资省:占地面积小。 自动化程度高、产品质量好,干燥时间极短,产品不与外界接触,污染小,质量好。 设备成套供应、热源自由选择,用户可根据需要添置除尘器或其他辅助设备。在加热方式选择上,气流干燥设备有较大的适应性,用户可以根据所在地区的条件选用蒸汽、点、热风炉加热、同时又可根据物料耐热温度(或热风温度)选择:15
3、0时。可选用蒸汽加热;200时,电加热(或蒸汽加热,电补偿或导热油加热);300时,热媒热风炉;600时,燃油热风炉。技术咨询及试验气流干燥式一种批量大、热效率较高的快速连续瞬间干燥设备,虽然其适用于多种物料的干燥,如糯米粉、糟渣类、南瓜子皮等饲料颗粒、A.B.C中间体、白炭黑、苯吡唑酮、茶粕、草酸催化剂、沉淀碳粉、对乙酰氮基苯磺酰氨、对氨基水杨酸、哆耳玛托、对苯二酸、二乙苯胺、二氧化钛、活性炭、氟硅酸钠、氟石矿、副产硫胺、硅胶粉末、合成树脂、磷酸钙、聚丙烯树脂、金霉素、偏硅酸钠、康氯酸咖啡渣、口服葡萄糠、硫酸钠、硫化矿、磷矿粉、兰BB、p.v.c、熔融磷肥、四环素、三氧化铁、碳酸钙、钛铁矿、
4、铜矿、尾煤、硬脂酸盐、玉米蛋白、药品、药剂、氧化铁、酒渣、可膨胀石墨等。但由于物料性质差异较大,为了使广大用户能够选择到最佳的干燥设备,我公司免费技术咨询,提供安装布置图,进行物料试验。技术参数型号model蒸发水份evaporated moisture(kg/H)装机功率equipped power(kw)占地occupied area()高度height(m)QM50506.25209QM1001008.63211QM250250206416QM500500339616QM100010006312016注:以上参数供参考,实际尺寸根据场地要求确定,干燥强度与物料特性、使用温度等因素有关。气
5、流式干燥机气流式干燥机属于连续式常压干燥机。结构如图109所示,是将加热介质与待干燥食品固体颗粒直接接触,并使之悬浮于气流中,和热气流并流流动,进行连续快速干燥。气流式干燥机可以在正压或负压下操作,这主要取决于风机在系统中的位置安排。一、气流式干燥机的特点(1) 由于采用较高气流速度(20-40ms),固体颗粒在气流中高度分散呈悬浮状态,气固两相之间的传热传质的表面积大为增加,体积传热系数提高。(2) 气流干燥采用气固两相并流操作,这样可以使用高温的热介质进行干燥,气流干燥的管长一般为10-20m,管内气速为20-40ms,因此,湿物料的干燥时间仅0.5-2s,干燥时间很短、处理量大、热效率高
6、。(3) 结构简单、紧凑,体积小,操作方便。(4) 气流式干燥机系统的流动阻力降较大,一般为3000-4000Pa,必须选用高压或中压通风机,动力消耗较大,气流干燥气速高、流量大,需选用较大尺寸的旋风分离器和袋式除尘器。气流干燥对于干燥负荷很敏感,固体物料输送量过大时,气流输送难以正常操作。二、气流式干燥机的种类分为直接进料式、分散进料式、粉碎进料式和混合进料式等类型。(一)直接进科式气流干燥机适用于分散性良好、黏着性小的粉料和粒料的干燥,如马铃薯片、米糠、淀粉和面粉等的加工。通常在20-40ms的高速热风中直接进料进行干燥加工。(二)分散进料式气流干燥机特点是在气流干燥管下面装有一台鼠笼式分
7、散器,可将进料打散,它适合于含水量较低、松散性尚好的块状物料,如咖啡渣、玉米渣等物料的加工。(三)粉碎进料式气流干燥机特点是在气流干燥管下面装有一台冲击式锤磨机,用以粉碎湿物料,减小粒径,增加物料表面积,强化干燥。因此,大量水分在粉碎过程中就可得到蒸发。这样,便于采用较高的进气温度,以获得大的生产能力和高的传热效率。对许多热敏性物料,其进气温度可高于物料的熔点、软化点和分解点。在淀粉、结晶食盐、速熟食品等处理中应用较多。(四)混合进料式气流干燥机若湿物料含水量较高,加料时容易结团,可以将一部分已干燥的成品作为返料,在混合加料器中和湿物料混合,以利于干燥操作。加工豆粕、鱼粉、汤圆粉等物料时采用。
8、饲料穿流循环带式干燥机Galileo Galilei 产品描述DWP型穿流循环带式干燥机由若干个干燥单元和一个冷却单元组成,每个干燥单元段包括循环风机、供热装置、新风补充系统,有共用的尾气排放系统及尾气回用系统其工艺流程如下:物料经前道工序出来后,倒入上料台上料斗中,经匀称装置匀料后,由输送网带将其带入烘干机内,网带运行速度可调;冷风从新风补充口进入离心风机,经翅片式换热器加热后(或与热风炉提供高温热风混合后),进入烘干机内经特殊结构提速穿透物料层,与湿物料充分接触,进行热质交换,物料内的水分被蒸发为水蒸汽,与热空气一道带走,一部分湿空气由排湿口排空,另一部分进入循环使用;由于每个单元的物料的
9、含湿量不同,每个单元的排湿量与循环风的比例也各不相同;在整个干燥过程中,热风湿度也均不相同;干燥初期的物料含水率较高,可选用较高的热风温度;干燥后期的物料含水率较低,可选用较低的热风温度,大大提高干燥效率。特 点可以调节排湿量、加热温度、物料停留时间及加料速度以取得最佳的干燥效果,设备配置灵活;可使用网带冲洗系统及物料冷却系统,适应性更好;热量循环利用,节省能源;独特的分风装置,使热风分布更加均匀,干燥强度更高,确保产品品质的一致性及干燥快捷性;热源可采用蒸气、导热油、电或燃煤(油)热风炉配套。用 途DWP型穿流循环带式干燥机式常用的连续式干燥设备,可广泛应用在脱水蔬菜、水果、炒货、海产品、方
10、便食品等食品、农副产品和医药、化工、建材、电子等行业,特别适合于透气较好的片状、条状、颗粒状物料的干燥,对滤饼类的膏状物料,也可通过造粒机或挤条机制成型后进行干燥。典型物料脱水蔬菜、白瓜子、松子仁、葵花籽、杏仁、芸豆等籽仁类、五香瓜子、颗粒饲料、味精、鸡精、椰蓉、有机颜料、合成橡胶、丙烯纤维、药品、药材、小木质品、电子元器件老。技术参数型号DWP1-2DWP1.2-4DWP2-4DWP2-8DWP2-12DWP2-16有效干燥面积effective drying surface24.88162432铺料厚度thickness of raw material sprea ding315mm使用温
11、度operation temperature4060蒸汽压力steam pressure0.21.0Mpa蒸汽耗量steam consume1.82.15Kg/Kg.H2O干燥时间drying time5180min干燥强度drying strength260Kg.H2O/.h装机功率power equipped8.05Kw7.15Kw14.75Kw24.95Kw32.75Kw44.75Kw外形尺寸overall dimensionsA3.5m4.5m5.8m6.4m10.4m14.4mB1.18m1.18m1.42m2.22m2.22m2.22mC2.2mD2.2m2.2m3.3m3.3m3
12、.3m3.3m带式干燥机一、概述带式干燥机由若干个独立的单元段所组成,每个单元段包括循环风机、加热装置、单独或公用的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统。因此,对干燥介质数量、温度、湿度和尾气循环量等操作参数,可独立控制,从而保证工作的可靠性和操作条件的优化。带式干燥机操作灵活,湿物料进料、干燥过程在完全密封的箱体内进行,自动化程度高,劳动条件好,避免了粉尘的外泄。带式干燥机的被干燥物料随同输送带移动,物料颗粒间的相对位置比较固定,干燥时间基本相同。带式干燥机非常适用于要求干燥物料色泽变化一致或湿含量均匀的物料干燥。结构简单,常用于干燥速度要求较低、干燥时间较长,在干燥过程中工艺操作条件要保持恒定的
13、场合,如谷物类、米饼类食品。产品相关知识:气流干燥在烟草加工中的应用研究进展 烟草在线据烟草科技报道气流干燥是一种连续式高效固体流态化的干燥方法,在烟草、化工、医药、粮食加工等行业应用普遍。深入研究气流干燥原理及其在烟草加工中的应用技术,对于优化烘丝工艺参数、开发新的烟草干燥设备以及充分发挥气流干燥加工技术的优势进而提高卷烟产品质量具有重要意义。 1、气流干燥的原理及特点 1.1干燥原理 气流干燥也称瞬间干燥,是使加热介质(既是载热体也是载湿体,如空气)与待干燥的固体物料直接接触的过程。物料悬浮于气流中,加热介质以对流传热方式将热量传给物料,使物料中的部分水分汽化,从而获得一定湿含量的固体产品
14、。 在气流干燥物料的过程中,物料颗粒在气流中的运动分为加速运动阶段和等速运动阶段。在加速运动阶段,颗粒受到的曳力与浮力之和大于重力,具有向上的加速度,因此颗粒与气流的相对运动速度是一个变量;随颗粒运动速度增大,曳力逐渐减小,直至3个力的矢量和为零,颗粒进入等速运动阶段,此时气流与颗粒间的相对速度为一常数。颗粒与气流的相对运动情况对颗粒与气流之间的传热速率影响较大,在初始干燥阶段,颗粒刚进入干燥管时上升速度为零,与具有较高速度的热气流相遇,获得向上的速度,此时两相间的对流传热系数很大,物料颗粒不断加速上升,进入加速运动干燥阶段,固体颗粒在加速阶段所获得的热量占整个干燥阶段获得热量的一半以上。在干
15、燥后期,当固体物料的上升速度接近乃至达到气流速度时,对流传热系数大大减小,干燥效率降低。在干燥流程中不断改变气固两相的相对速度,增加粒子周围边界层处的湍流强度,尽可能扩大气固两相的接触面积,增加两相的接触时间,是提高干燥效率的有效措施。1.2干燥设备的特点 气固两相间传热传质表面积大,干燥效率高。由于固体物料(多为颗粒)在气流中处于高度分散状态,使两相间的接触面积大大增加,在较高的气流速度(2040m/s)作用下,气固两相的相对速度较高,体积传热系数大,热效率高;干燥时间短。气流干燥过程只需几秒钟,特别适合于对热敏性和低熔点物料的干燥;流动阻力较大,动力消耗大。 目前气流干燥设备主要有直管式、
16、脉冲管式、旋风式和倒锥式气流干燥器等。直管式气流干燥器的应用较普遍;脉冲管式气流干燥器的干燥效率较直管式高得多,它采用交替缩小和扩大管径的方法,使颗粒运动交替加速或减速,造成空气和颗粒的相对速度及传热面积较大,从而强化了传热传质速率。同时,气流在大管径内速度下降,有利于延长物料的干燥时间。气流干燥设备发展方向是干燥器单体多样化、设备流程管网化和物料分散机械化。 2、气流干燥技术及设备在烟草加工中的应用 2.1烟草气流干燥技术及设备的研究 早在1959年,Anderson就提出了用热空气干燥烟草的方法,之后又设计出一套由干燥管和圆柱形干燥室间隔组成的脉冲管式烟丝干燥系统。其原理是,含水率高的烟丝
17、被热空气携带沿干燥管上升进入干燥室,未到达顶部即下落,如此循环往复,烟丝被热空气不断干燥,直至含水率达到设定值时被输送出于燥室。这种往复式干燥方法克服了以往滚筒式干燥设备存在的烟丝含水率不均匀问题,并且能够连续作业。 20世纪6070年代,研究者还设计出了多种用于烟草的气流干燥方法及设备,但由于技术不够完善,致使烟丝在干燥器中停留时间过长,并且容易造碎。1983年,Hibbits设计出了较为经典的高温气流干燥烟丝设备,由喂料装置、干燥管、分离器以及用于加热工艺气的加热器组成,烟丝被高温高速的过热蒸气输送通过文丘里管和干燥管,在干燥管中运行时烟丝速度始终低于气流速度,因此传热传质速率很高,烟丝在
18、干燥管中的停留时间不超过1s。Wu等研制的气流输送烟草干燥机的特点是烟丝被热气流携带进入切向分离器,输送、干燥、分离几乎同时进行,烟丝在直管中运行的距离很短,有效地解决了烟丝造碎问题。 我国烟草行业使用的烟草气流干燥设备主要是从国外引进并消化吸收的,在使用过程中对设备进行了一些改进。2002年,由常州智思机械制造和合肥卷烟厂联合研制的“SH9型叶丝在线高速膨胀系统”,采用管塔式结构和脉冲式气流输送,使传热系数大大提高,在干燥过程中气流与烟丝充分接触,有效地减少了因含水率不均匀产生的烟丝结团现象。此外,李彪等将DickinsonLegg生产的HXD气流干燥系统的垂直干燥管改造成具有大半径的圆弧形
19、流道和截面呈椭圆形的卧式干燥管道,并改进了热风分配比例,使干燥出口烟丝的含水率更均匀,烟丝造碎减少。 1967年,Wright用热气流干燥烟丝时向干空气中添加蒸气或喷射水,结果烟丝填充值明显提高。此后,科研人员还采用多种方法提高烟丝气流干燥后的填充值,以达到节约成本、降低卷烟焦油的目的。Jew-ell等采用120340的高温气流干燥梗丝,向气流中加入蒸气或蒸气与空气的混合物,随着空气中水蒸气含量的增加,烟丝填充值也显著升高。Scrunecker等分析认为,通过向干空气中加入水蒸气,能够提高气流的湿球温度,避免烟丝在于燥过程中因收缩而导致填充值降低。Dipling将含水率为10%60%的烟丝用3
20、801000的热气流进行干燥,结果烟丝填充值比干燥前提高了30%。但发现,过高的干燥气流温度会造成烟草香味物质的损失。Hibbits的设计是将含水率为48.5%的烟丝用350的过热蒸气进行干燥,填充值可以达到8.3cm3/g,比烘丝前提高了63%。 1993年,W.西尔什等详细设计了气流干燥烟丝过程中的气流速度、气流温度、物料含水率、物料温度的上下限以及气料比范围。为加快初始时的干燥速度,气流速度的设计值高达100m/s,此外提高烟丝干燥前的含水率(不超过40%),向干燥气体中添加水蒸气,将干燥段下游截面积设计为上游截面积的35倍,这些措施都有助于加快干燥速率,提高烟丝的填充值。该技术被授权给
21、DickinsonLegg制造和销售气流干燥设备。Werkmeister等设计的气流干燥设备不同于传统的直管式气流干燥器。烟丝被热空气携带通过两个连续的弓形肘状管,干燥后烟丝的填充值可以达到5.41cm3/g。IE泰瑟姆等设计的气流干燥装置与此类似。 随着烟丝气流干燥设备和技术研究的深入,人们在利用气流干燥设备改善烟丝干燥效果和物理特性的同时,也在考虑如何获得较好的感官质量。针对采用较高的气流温度干燥烟丝时香味物质易挥发,造成香气损失和烟味劣化问题,植松宏海等在干燥管进料口的下游位置向高温气流中喷人一定量的蒸气或水,以此来控制气流传递给烟丝的热量,使烟丝在快速膨胀的同时能够保留原有的香气。在烟
22、丝气流干燥结束时降低气流速度,也可以达到避免因烟丝过热而损失香气的目的。黄嘉扔提出采用过热蒸气高温干燥烟丝时,在烟丝干基含水率降至15.0%-16.5%的干燥管位置导人温度较低且具有一定含湿量的循环气流,能够使热气流温度快速降低,避免烟丝香气过多损失,还可以减少枯焦味。 目前国内烟草行业使用的气流干燥设备主要有英国DiekinsonLegg的HXD高温气流式烟丝干燥机,生产能力为480010000kg/h;德国HAUNI的HDT过热蒸气干燥机,最大生产能力为10000kg/h;国内自行研制的SH9型烟丝高速膨胀干燥机和消化吸收的SH963型烟丝气流干燥设备。HXD目前在国内烟草企业中应用较多,
23、该系统主要由燃烧炉、热交换器、进料系统、气流膨胀干燥管和旋风分离器组成,工作风温控制范围260480,工艺气流速度可达到60m/s左右,能够通过排潮风温、模拟载荷流量、控制喷水量和蒸气喷射量等工艺参数来控制出口烟丝的含水率,保证产品质量均匀稳定。 2.2与滚筒式干燥方式的比较 烟草气流干燥设备与传统的滚筒式干燥机工作原理不同,传热方式不同。滚筒式干燥主要以热传导方式干燥烟丝,而气流干燥是以对流传热方式使烟丝中的水分蒸发,因此滚筒式干燥的时间较长,一般需要68min,而气流干燥仅需几秒钟。 2.3气流干燥对烟丝质量的影响 由于气流干燥是采用高湿膨胀和高温高速热风干燥定形,可比滚筒式烘丝机的烘后烟
24、丝填充值高15%-18%。扫描电镜照片显示,烟丝经气流干燥后细胞胀大,比表面积和孔容明显增加。填充值的增加量受来料烟丝物理性能和工艺参数的影响。研究发现,填充值随着工艺气流量(29×10335×103kg/h)的增加呈先降低后上升的趋势,烟丝填充值与温度在260330之间的工作风温呈正相关关系。席年生等22研究结果表明,向热气流中加入蒸气,利用过热蒸气的高热焓量能为烟丝提供更多的热量,使其快速升温膨胀,从而提高其填充值。当烟丝初始含水率为25%时,随着蒸气喷射量由0增大到1800kg/h,叶丝的填充值由4.35cm3/g增加到4.56cm3/g。 与滚筒式烘丝机相比,采用气
25、流干燥方式处理烟丝的另一个优点是不会产生明显的干头干尾现象。这是由于设备在正常运转时,气流干燥机中任一时刻的烟丝存量只相当于滚筒式干燥机中烟丝量的2%左右,加之气流干燥机的控制程序中设有模拟负载,能够最大限度地减少不合格料头和料尾的产生。 目前气流干燥技术在烟草加工中还存在一些问题,主要是由于干燥时间短,烟丝受前道工序出口物料含水率的影响较大,导致出口烟丝含水率的控制精度较差。尤其是当人口烟丝含水率超过28%时,出口烟丝的结团现象较明显,同等条件下与滚筒式烘丝机相比,出口烟丝的含水率波动较大。 采用特定的气流干燥工艺参数处理烟丝,对降低卷烟焦油量和烟碱量有明显效果。与滚筒式烘丝机相比,烟丝经气
26、流干燥后填充值增加,由于单支卷烟的重量减轻,可使烟气焦油量下降0.71.5mg/支,烟碱量下降0.080.15mg/支。马宇平等对不同等级烤烟型配方烟丝经HXD处理后的效果进行了对比研究,发现将进料含水率由22%提高至34%,工艺气流温度由200上升至290时,中高档卷烟的焦油量约下降5%左右,低档卷烟的焦油量可下降10.6%。由于气流干燥机采用高温强处理方式,对于有效去除卷烟的木质气和青杂气、降低刺激性效果明显,但一定程度上也会降低卷烟的香气质和香气量,使烟气浓度和劲头也有所降低。从目前使用情况看,采用气流干燥方式对低等级烟丝的感官质量改善明显,而对高档烟丝的感官质量有一定的负面影响。 气流
27、干燥的主要工艺参数有烟丝初始含水率、干燥气流温度、干燥气流中蒸气的加入量等,改变每个工艺参数的设置都会对烟丝的加工质量产生影响。 烟丝初始含水率的高低对干燥处理后的填充值和感官质量有重要影响。研究表明,当烟丝的初始含水率较低时,采用气流干燥方式处理后的烟丝填充值与滚筒式干燥机相比差异不大,卷烟单支重量也没有明显变化。但随着初始含水率(22%34%)的增大,气流干燥后的烟丝填充值明显增加;当烟丝的初始含水率进一步增大时,填充值增加的速率会有所减缓。对于高档烟的配方烟丝,随烟丝初始含水率的升高,气流干燥后卷烟的香气量、细腻程度和浓度会略有下降,杂气、刺激性和干净程度变化不大;而对于低档烟配方烟丝,
28、则随烟丝初始含水率升高,卷烟香气量略有减少,细腻程度有所降低,但杂气、刺激性及干净程度得到改善。干燥气流温度对烟丝物理特性、感官质量和化学成分有显著的影响。干燥气流的温度在一定范围内与干燥后烟丝的填充值呈正相关关系。有研究表明,卷烟的香气质和香气量受热风温度的影响较大,热风温度过高会降低香气的优雅度和透发性。据Kim等的研究,用过热蒸气干燥加料回潮后的白肋烟丝,处理温度由150上升到320,烟丝填充值也随之上升,由6.08cm3/g增加到7.81cm3/g。并且随着过热蒸气温度的升高,烟丝中的总糖、烟碱和总氨基酸含量明显降低,总氮及醚提取物的含量也有所减少,同时白肋烟的感官质量也发生变化,烘烤
29、香味增强,刺激性、苦味、灼热感及冲击强度降低,余味得到改善。戴翔等进行了烤烟型卷烟配方烟丝气流干燥处理试验,结果表明,气流温度由200逐渐上升到265,卷烟的感官质量也逐渐下降,烟丝中的总糖、总氮和总植物碱含量随之下降。 采用热气流干燥烟丝时,将蒸气注入热交换器前的空气中,可以提高传热系数和热焓,有利于加快干燥速率,促使烟丝膨胀。席年生等的研究表明,热空气中的蒸气施加量对卷烟内在质量的影响主要表现在香气特性和口感特性方面,采用较低的蒸气施加量对中高档卷烟配方烟丝的内在质量有改善作用,而对于低档卷烟的配方烟丝则应采用较高的蒸气施加量,否则会使卷烟的香气质、香气量及干净程度下降,干燥感增加。 气流
30、干燥技术研究的深化体现在对气流干燥各工艺技术参数间关系的研究上。周俊等通过实验证明,在保证出口烟丝含水率合格的前提下,其它条件保持不变,HXD的工艺气流温度与人口烟丝含水率和烟丝流量成正比,与加水量成反比,由此认为实际生产过程中应先设定合理稳定的来料烟丝流量和含水率,其次设定正确的热风温度和热风流量,通过控制喷水量和旋风分离器的温度来调节热风温度和出口烟丝含水率。张大波等通过改变HXD的各运行参数进行实验,对采集的数据进行统计分析,得出了以进料含水率、物料流量、工艺气流量、喷蒸气量为自变量,气流初始温度为因变量的回归方程,利用该方程可以计算出保证HXD正常运行的参数组合,使干燥烟丝出口含水率在
31、短时间内达到均匀稳定。郑州烟草研究院还对气流干燥主要技术参数如物料初始含水率、物料流量、工艺气流量、蒸气施加量与设备运行条件、产品加工质量和内在质量的变化规律进行了较为全面的实验研究,揭示了HXD工作过程众多单因素参数变化对卷烟综合加工质量的影响趋势。 3、烟草气流干燥技术研究进展 3.1气流干燥对烟丝化学成分的影响 随着气流干燥技术在我国烟草加工中研究和应用的深化,科研人员也在探求气流干燥对烟丝化学成分的影响。2004年,于瑞国等对不同产区的单料烟进行了试验,发现气流干燥处理后烟丝的化学成分变化程度大于滚筒干燥的烟丝。王蕾等用液相色谱法分析了气流干燥前后烟丝中游离氨基酸的含量,结果显示,经气
32、流干燥后烟丝的氨基酸含量比干燥前大大减少,且减少的程度超过采用滚筒式烘丝机烘后的烟丝。廖旭东等的研究表明,烟丝经过HXD气流干燥后,烟气水分有所降低。 3.2烟草气流干燥过程的数学模拟 近年来,对物料气流干燥过程进行数学模拟和数值优化的工作开展得越来越多。对气流干燥过程的分析是以气固两相流理论为基础,研究颗粒在干燥管中的运动情况、颗粒与气流之间的传热传质状况是进行过程模拟的基础。根据粒子在干燥管中运动时的受力情况列出其在加速运动段和等速运动段的基本方程,可以描述出粒子的运动状况。而对于气流干燥过程传热传质的研究,则是根据影响对流传热系数的因素如流体性质、流动状态、颗粒性质等计算对流传热传质系数
33、,再根据半经验半理论方程计算对流传热速率和传质状况,通常是将等速干燥和降速干燥分别进行讨论。 Pelegrina等利用一维模型对土豆颗粒的气流干燥过程进行模拟,绘制出颗粒速度、温度和含水率沿干燥管的变化曲线。Skuratovsky等采用二维模型对直管气流干燥过程进行模拟,得到沿干燥管径向(管径的7/1211/12处)颗粒和气流的速度、温度以及颗粒含水率沿干燥管的变化曲线,并且模拟出干燥过程中颗粒直径的变化情况。从这些曲线图中可以看出,物料沿干燥管径向的干燥状态并不完全相同,并且在干燥结束时这种差异达到最大。在对烟草的气流干燥过程进行数值模拟研究方面,Fukuchi等将烟丝看成等体积的球体,将烟
34、丝的形状定义为烟丝表面积/球体表面积,烟丝尺寸用球体直径表示。通过对烟丝运动情况的模拟,建立了连续相(热空气)的质量、动量、能量守恒方程以及分散相(烟丝)的力平衡方程,通过迭代运算可以得到烟丝的运动特征。经实验验证,模型预测值与实验值吻合很好。Pakowski等利用Meunier提出的一维数学模型对过热蒸气气流干燥过程进行模拟,得出烟丝和过热蒸气的温度、水分及速度沿干燥管的分布曲线,并对不同工艺参数控制的干燥过程进行了实验,所得烟丝出口含水率和温度的实际测定值与模型预测结果吻合,该模型的建立对于模拟工业生产过程很有意义。 4、结语 虽然气流干燥技术在我国烟草行业的发展越来越快,但由于应用时间不
35、长,有关气流干燥过程原理及加工工艺参数对卷烟产品质量的影响研究还有待继续深入。今后,运用计算机技术对气流干燥过程进行数值模拟,深入探求物料在干燥过程中的流体运动情况以及烟丝、气流两相在干燥管中沿轴向、径向的温度、湿度分布状况将成为改进气流干燥技术和设备的重要研究方向。 对流传热干燥设备的适用范围 现有的干燥设备中,最多的是对流传热干燥。如热空气干燥,热空气和被干燥物料接触进行热交换以蒸发水分。对流干燥机代表性的设备常见类型有空气悬浮干燥机,如流化床干燥机、闪蒸干燥机、气流干燥机、喷雾干燥器、通风干燥机、流动干燥机、气旋转干燥机、搅拌干燥机、平行流动干燥机、回转干燥机等。 实际应用时,有单机使用
36、,也有组合机使用,还有变形机型等。气流干燥机、流化床干燥机、喷雾干燥器等都是以热空气为载热体,在干燥的同时,也完成了物料的转移。此类干燥机的特征主要是没有传动部件。 干燥粉、粒、片状物料,最普通的方式就是在颗粒表面施加热空气或气体流。通过的气流对物料进行传热,使水分蒸发。蒸发后的水蒸汽直接进入空气中被带走,对干燥系统中常用的干燥介质有空气、惰性气体、直接燃烧气体或过热蒸汽。 该方法使热空气与物料直接接触,边加热边除去水分。关键是要提高物料与热空气的接触面积,防止热空气偏流。恒速干燥期间的物料温度几乎与热空气的湿球温度相同,所以使用高温热空气也可以干燥热敏性物料。这种干燥方法干燥速率高,设备投资
37、少,但热效率较低,下面是各类对流干燥设备的基本情况。 箱式干燥器 是最老的干燥器之一。物料用盘盛装,料盘摆在架车上逐层逐排放入,用蒸汽或电作为热源,箱内热空气可循环及部分排放,以使干燥较均匀。虽热效率低,但仍在大量的使用,也在继续制造,原因是结构简单,操作不经常照管也无明显问题。但不少物料干燥时须翻盘、翻粉,热敏性物料常易变色,亦不适用于带溶媒物料的干燥。由于物料堆积,其内层传热、传质差,因而干燥速率低。 隧道式烘房 系将料盘分置于特制小车上,可逐车间歇进、出隧道,以增加产量及提高热效率。其他结构与箱式干燥器相似。 网带式干燥机 可用于干燥玉米、谷物、蔬菜等。此机装有不锈钢丝网制的传动带,物料
38、随带移动,可分段加热。该装置以每段1.82m长为一单元,最长可连接至40m,每小时处理量可高至4t。恒率干燥阶段热空气温度可达130,排气相对湿度可达85%。 多层涡轮干燥器 其结构为一立式园筒,内设有若干层转盘,物料可由顶部加入,逐层落下至底部放出。热空气自底部引入,由设于园筒中心的数个鼓风涡轮叶轮分段循环空气,并于器内壁相应高度设加热器,以补充空气的热量,提高热效率及干燥速率。但该设备不易清洗,对多品种生产及要求洁净的物料较困难。 闪蒸干燥装置在多品种氧化铝工业化生产中的应用 多品种氧化铝有别于冶炼级氧化铝,它在晶形结构、化学成分、外观形状、粒度分布等方面具有特色,因而有特殊物理化学性能,
39、在多品种氧化铝如催化剂用氢氧化铝,阻燃剂用氢氧化铝,活性氧化铝等产品的干燥工艺过程满足工艺要求,提高产品质量,减少作业环节,节能降耗的重要过程,适应这些特点的干燥设备的应用是人们所关心的重要课题。东北大学辽宁东大粉体工程技术,一九九年在吸收借鉴国外设备及工艺基础上,设计生产出适合国情,具有技术特点的闪蒸干燥设备,已形成专业化系列化产品,在化工、建材、冶金等领域形成工业化规模应用,对多品种氧化铝的干燥已取得成功的经验和较完善的工艺配套系统。本文对旋转闪蒸干燥机干燥过程作一介绍,以期有助于对多品种氧化铝干燥上的选择与应用。1. 颗粒物料干燥过程的机理颗粒物料进入干燥机后,热气流首先将热量传给颗粒表
40、面,水分立即蒸发,并向外界扩散。表面水分的蒸发,引起颗粒表面和内部的水分差,水分将从颗粒内部不断地扩散到表面,再由表面向外界蒸发,此过程循环往复,最后达到整个颗粒的干燥。1.1 升速干燥阶段颗粒置于温度较高而相对湿度小于100的传热介质中,在较短时间内,表面被加热到干燥介质湿球温度,水分蒸发的速度增长很快,颗粒吸收的热量和蒸发水分耗去的热量相等,达到平衡。此阶段时间很短,排出水量不大,之后进入等速阶段。1.2 等速干燥阶段在此阶段,颗粒表面蒸发的水分,由其内部向表面源源不断地补充,因而颗粒表面总是保持润湿状态。此时干燥速度保持不变,颗粒表面温度亦保持不变。该阶段水分的蒸发,理论上可按外扩散(蒸
41、发)公式及传热公式计算干燥速度:I外 M /(t?F) a(t湿球t表),kg/m2h由上式可看出,蒸发速度(干燥速度)与颗粒表面和周围介质水蒸气浓度及温度差有关。其差愈大,干燥速度也愈大。另外,干燥速度还与颗粒表面的空气速度有关。颗粒表面总有一层不易流动的空气膜,它的厚度减小有利于水份蒸发和热交换。因而增大颗粒表面气流的速度,使空气膜减薄,可显着提高干燥速度。1.3 降速干燥阶段此阶段蒸发速度和热量的消耗大为降低,颗粒表面温度高于介质的湿球温度并逐渐升高,与载热体之间温差减小,直至接近或相同。1.4 平衡阶段此时颗粒表面水分吸湿和蒸发达到平衡,干燥速度为零。颗粒中的水分亦即干燥最终水分,通常
42、不应低于储存时的平衡水分。旋转闪蒸干燥机由于干燥后物料粒度颗粒粒度很小,物料在干燥筒内停留时间极短,通常在13s。因此,颗粒的干燥处于等速干燥阶段,其表面的温度就是干燥介质的湿球温度。采用旋转闪蒸干燥设备,物料的粒度均匀,表面无开裂、变形和过热,有利于保证产品质量。2. 旋转闪蒸干燥机内颗粒的运动状态及干燥过程热气流从筒下部沿筒壁切线方向进入筒内,在筒内高速旋转上升,与湿物料相遇后,旋转叶片将物料粉碎,热气流将物料加热,吹散。细颗粒物料的水份分被蒸发并随热气流螺旋上升,从排风口排出,经分离装置分离后形成干品。粗颗粒物料螺旋上升一段高度后,由于其悬浮速度小于干燥机的操作速度,因此将停止上升并滑落
43、,经粉碎变成细颗粒,被热风吹散后再重复上述过程。干燥机内旋转叶片的独特设计及布置,有利于物料的快速碎散和干燥,分级环结构的合理设计,可保证产品的最终含水量和颗粒粒度。干燥机中的热交换,主要表现为气流和颗粒、筒壁与颗粒的两种热交换。如前所述,干燥过程的实质是水分的扩散过程,是靠外扩散和内扩散进行的。水分子移动依其动力的不同,可分为湿传导和湿热传导。2.1 湿传导干燥过程中,由于表面水分的蒸发,颗粒表面水分与内部水分形成浓度差,因而在颗粒半径方向有一个水分梯度,引起水分由内部向表面移动。这种扩散、传导是由水分差引起的。2.2 湿热传导由于颗粒表面水分蒸发时需要吸收热量,造成颗粒内部与表面的温度差,
44、即在半径方向存在一个温度差 温度梯度。由此引起的水分移动称湿热传导。在用于热空气干燥时,湿扩散由颗粒内部向外部表面进行。同时,由于颗粒表面温度往往高于其内部温度,热扩散则使水分由颗粒表面向内部移动。因此,可以看作热扩散阻碍湿扩散的进行,降低了干燥速度。旋转闪蒸干燥机由高速热气流沿切线方向给入筒体,由于筒体内的螺旋运动,一方面降低颗粒周围的介质温度,同时增加了周围介质流速和温度,提高了外扩散的速度,另一方面高温气流高速冲击位于筒体下部的颗粒聚集体( 温度较高的料团),加之筒体内搅拌叶片的作用,使聚集体碎散,粒度变小,内部毛细管的长度也因之减小,强化了内扩散的效果,降低其阻力。该过程的反复,消除了
45、物料结块,强化了颗粒水分的蒸发。颗粒和热气流的流动方式,在筒体下部既有对流,也有顺流(并流)。对粗粒聚集体更是对流和顺流反复换热。对于细粒物料,上述过程则随热气流同程进行,因而干燥过程可瞬间完成。对于粗聚集体的干燥,实际上是采用高温低湿的热空气进行。这些粗聚集体主要是由水份分子吸附,充填于颗粒空隙之间,采用高温低湿的条件,使整个聚集体的热传导缓慢,造成局部应力集中而使其干裂、碎散,加速干燥过程,提高热效率。3. 闪蒸干燥机的工艺流程旋转闪蒸干燥机属连续工作的干燥设备,由主机和螺旋给料机构组成,并分别由电动机单独驱动。旋转闪蒸干燥系统,除主机外还必须具备:供热部分,供气部分,成品收集部分。一般此
46、三部分中供热多采用燃煤、燃油、燃气的热风炉或采用电力、蒸汽换热器;供气系统则由离心式通风机及其管路、阀等组成;成品收集部分则由旋风分离器和袋式过滤器等组成。上述系统配置是闪蒸干燥机系统的基本配置,对特殊物料应进行系统调整,以适应不同物料干燥的要求。4. 多品种氧化铝干燥的工艺性及参数选择多品种氧化铝的干燥习惯采用的干燥方式为箱式、带式或回转滚筒干燥,这些干燥物料多处于静态或半动态干燥过程,干燥时间长,能耗高,且干燥后的物料还需进行粉碎、分级过程,造成产品质量低,能耗高,产品浪费严重,形成粉尘环境污染,闪蒸干燥机是全动态干燥方式。高含湿物料进入干燥机内经过几秒钟的瞬间即干燥成粉,完成干燥、分散、
47、分级过程,干燥热介质与被干燥物料是在最大比表面积传热状态下进行表现出瞬间传热干燥特点,使能源利用率明显提高,产品表观、流动性、均匀性异常突出,干燥过程是在封闭状态下进行,提高产品回收率,减少环境污染,这种干燥方式在多品种氧化铝产品干燥上表现出显着特点。多品种氧化铝产品干燥过程,首先将压滤或离心脱水后的产品,由可调速的送料机送入干燥机内,这种送料装置具有送料稳定并可克服不同物料的粘性,干燥机的热源可采用间接或直接燃烧的加热器。燃料为天然气、柴油、液化气,如燃煤应采用机烧式燃煤热风炉,保证燃煤温度稳定,燃烧尾气符合环保要求,系统稳定的设定根据干燥产品物性进行选择,过高温度易引起个别物料表面烧结,结
48、晶水析出及热敏色变等,在进入闪蒸干燥机内的物料经分散、干燥、粒度分级过程后由后部气体捕集系统进行气固分离,分离参数选择要视物料粒度进行确定,对超细物料要限定进入袋滤器的风速不大于1米/秒为宜以防止跑料,以阻燃用氢氧化铝为例,将压滤后含水为50?以上的滤饼送入闪蒸干燥机内,进口风温为250300,干燥后物料终水1?以下,SKSZ125型每小时产量为500700kg/h,系统配置功率65千瓦,占地120m2。旋转闪蒸干燥机的作业、动态、连续、快速、产品品质均匀,系统操作稳定,且节能、降耗、无污染,在多品种氧化铝的干燥,以及在轻金属行业产品方面将会得到更广泛的应用。 冷藏车的改进与冷链行业的道路 冷
49、链设备是发展冷链的基础,也是低碳经济发展时代,冷链发展低碳之路上需要重点关注的领域,而冷藏车作为主要的运输保温设备,无疑最先受到重视。 据调查显示,我国目前仅有冷藏车4万辆左右,而且高耗能、高污染的问题突出,并且随着冷链需求的加剧这一数据必然逐年扩大,可见冷链行业想要走健康的道路,冷藏车的改进是重要一步。冷链涉及环节很多,但作为冷藏车要严格执行国家排放标准、减少车辆二氧化碳尾气排放,降低冷藏车油耗,减轻车身重量,提高燃料利用率。现阶段很多企业正在进行车辆的轻量化设计,以求进一步提高冷藏车的载重效率,降低发动机能耗。我国冷藏车厢生产工艺经历了三个阶段,一、整体注入发泡金属蒙皮结构。第一代冷藏车制
50、造企业均采用这一工艺。这种产品因为厢体上有大量金属材料存在,易形成大量冷桥;另一方面,注入发泡隔热层内的缺陷不易发现,内在质量不易保证;再者,由于发泡材料既作保温材料又作粘结剂,易产生粘结不牢等缺陷,保温效果不理想,漏热率(导热系数)偏高。二、整体注入发泡玻璃钢结构。在第二代和第三代冷藏车制造企业均有使用。这种产品在第一阶段产品的基础上又改进了一步,重量轻,漏热率(导热系数)降低,保温效果较好,但存在粘结不牢、车厢外蒙皮易咕泡等缺陷。三、全封闭聚氨酯板块粘结玻璃钢结构。在第二代和第三代冷藏车制造企业均有使用。这种产品重量轻,漏热率(导热系数)低,保温效果好。用不饱和聚酯树脂作粘结剂,另加垫层,
51、保温材料用硬质聚氨酯泡沫,导热系数低,强度高。板块粘结用高强度、高密封性胶合剂,形成一个整体。唯一缺陷是聚氨酯切割后损耗比较大,因此材料成本较高。尤其在当前化工原材料涨价严重的情况下,车厢的生产成本越来越高。 国内海绵钛生产技术和研究方向分析 我国海绵钛生产,依靠国内力量逐渐实现技术进步,从固定床氯化到沸腾氯化,从填料塔精馏到浮阀塔精馏,从还原蒸馏分离到还原蒸馏联合,镁电解从有隔板到大型无隔板,以及实现了镁氯的闭路循环等。生产规模从百吨级到千吨级,直至达到5000吨经济规模。但与国外先进水平比较,还存在较大差距。主要表现在技术经济指标、”三废”治理、设备配套水平和自动控制等方面。要把工厂规模扩
52、大到万吨级,实现”清洁、文明、无公害化”的现代化生产,需要针对目前存在的问题,对现有工艺技术和设备进行改进研究,主要研究方向和课题可归纳如下。1.高品位富钛料的制造技术西方国家使用高品位天然金红石和人造金红石为原料生产海绵钛。我国缺乏高品位的天然金红石资源和没有高品位人造金红石的生产,生产海绵钛是以含TiO2相当量92%左右的高钛渣为原料。高钛渣是采用小型敞口电炉生产的,工厂规模小,技术和设备也很落后,因为要使用沥青为粘结剂,环境污染严重。严格来讲,这些高钛渣小厂是属于国家政策该陶汰的高能耗高污染的小电炉。生产含TiO292%的高钛渣的技术改进相当困难,国外也没有相关的技术。国外的大型密闭电炉
53、只能生产含TiO285%左右的钛渣。独联体国家的半密闭式电炉也只能生产90%左右的钛渣,而且必须以优质钛铁矿为原料,如果以我国的钛铁矿为原料只能生产8587%的钛渣。与96%的天然金红石(杂质4%)和9294%的人造金红石(杂质68%)比较,92%的高钛渣(杂质11%)已是一种”粗粮”。所以,工厂不希望使用品位比92%高钛渣更低的原料。大型海绵钛冶炼厂希望使用高品位富钛料,解决高品位原料问题可供选择的途径有:1、建设大型化高品位富钛料工厂由于我国钛资源主要是低品位钛铁矿的特点,决定了需要采用除杂质能力强的富钛料工艺,才能获得高品位的富钛料。其中,盐酸浸出法制造人造金红石工艺路线,除杂质能力强,
54、可将含高钙镁的低品位钛精矿加工成含TiO29294%的高品位人造金红石,相关的技术研究已接近成熟,盐酸可实现循环使用,补充的盐酸可由氯化副产的盐酸提供。2)进口高品位人造金红石:澳大利亚有十分丰富的优质钛铁矿,采用还原锈蚀法制造的人造金红石TiO2含量达9294%,已建成的工厂年产能力达80多万吨。因此,可以考虑从澳大利亚进口这种人造金红石,它的粒度非常符合沸腾氯化的要求,同时还含有一定的低价钛。2、沸腾氯化炉的大型化技术的进一步研究。我国海绵钛生产大型化过程中,遇到的最大困难是四氯化钛的制造技术,包括氯化和精制两个工序;与国外先进水平差距最大的,也是四氯化钛的制造技术;所以,今后应把沸腾氯化
55、炉的大型化、氯化技术水平的提高(包括提高钛的氯化率、氯的利用率、氯化炉产能、降低尾气氯含量、提高四氯化钛回收率等)是今后研究工作的重点之一。3、四氯化钛除钒新工艺目前工业生产中,有铜丝、矿物油和铝粉三种除钒方法。其中,铜丝除钒效果好,可获得高质量的四氯化钛,但是间歇操作,铜丝失效后的洗涤再生操作劳动强度大,操作环境差,铜耗高,除钒成本高,仅适合小规模生产中应用。矿物除钒成本低,但需要采用特殊的加热方法,产生体积庞大的残渣液,残渣易在加热壁上结疤,除钒后的四氯化钛中含有少量有机物不易分离除去,较适用于氯化法生产钛白。铝粉除钒的残渣量少,不易结疤,容易从残渣回收钒,除钒成本低,是一种适合用于海绵钛
56、生产的除钒方法。铝粉除钒已在独联体国家海绵钛生产中成功使用多年,北京有研院等单位已成功地完成了小型试验研究,说明铝粉除钒是可行的工艺技术。但独联体国家使用的这种超细活性铝粉价格昂贵,并具有可爆性,需要研究改进。4、大型镁还原蒸馏联合法提高产品海绵化率。大型还原蒸馏联合法生产海绵钛,由于反应器容量的扩大,还原反应产生的热量不能有效地输出,造成局部高温,导致部分产品致密化;同时也防碍加料速度的提高,使生产周期增加,设备产能降低。因此,有必要进一步研究改进大型联合法的工艺和设备,以增加设备产能和提高产品的海绵化率。5、大型无隔板槽镁电解降低电耗。过去海绵钛生产中,镁电解技术一直比较落后,自使用110KA无隔板槽镁电解工艺后,技术水平和技术经济指标明显好转。但在引进消化过程中,对这项技术中的一些技术决窍还掌握不够,因而电流效率偏低
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