助剂生产中旋转闪蒸干燥系统的改造

刘波 丁京

（中国石化催化剂分公司北京燕山分公司，北京 102400）

1 背景

1.1 干燥系统简介

我单位使用的旋转闪蒸干燥机，是化工助剂生产过程中的重要设备。反应后的湿料要在干燥系统进行干燥，使湿含量从原来的40% ～ 50%减少到0.3%以下，并在干燥过程中有效去除有机物。干燥机工作原理简介如下：热空气从入口以适宜的速度从干燥机底部进入搅拌破碎干燥室，对物料产生了强烈的剪切、吹浮和旋转作用，物料受到离心、剪切、碰撞、磨擦而被微粒化，强化了传质传热。在干燥机底部，较大较湿的颗粒团在搅拌器的作用下被机械破碎，湿含量较低、颗粒度较小的颗粒被旋转气流夹带上升，在上升过程中进一步干燥。由于气固两相作旋转流动，固相惯性大于气相，气固两相间的相对速度较大，强化了两相间的传质传热，该型干燥机有较强的生产能力。

1.2 存在问题

在化工助剂的生产过程中，长期存在着物耗及能耗过大的问题，主要原因就是成品中有机物含量高，经过旋风干燥后因脱除有机物不利，使得成品气味重，需要反复精制，反复干燥，导致生产时间长，物料损耗多，生产成本过高，直接抑制了助剂的发展。自2007年至2009年，主要从降低产品中有机物含量入手对设备进行改造，不仅大幅提高了产品产量和质量，还有效地降低了物耗和能耗，使月产量大幅提高，降低了生产成本，迅速提高了市场占有率。

2 原因分析

通过对干燥机一段时间的操作和观察，我们发现运行一年后，鼓风机出风压力升高，干燥塔升温较慢以及物料脱有机物困难，产品合格率很低。在实验室小试中发现当水含量从0.34%下降到0.1%时（湿基），合格率就有明显上升。

3 对干燥系统的改造

3.1 对加热炉的改造

对炉子的改造主要是通过增加内、外筒体间隙中的支撑垫铁厚度，扩大过风间隙，减小局部变形，保证换热量。2007年改造前，按图纸尺寸，炉子单侧径向间隙（即A处）应为17.5 mm，但解体后发现因加热变形，实际过风间隙最大也仅为6 mm。改造后将其加宽为23 mm。2008年因内、外筒体间隙中的支撑垫铁有脱落，又进行解体，发现过风间隙仍有减小，垫铁脱落处仅为8 mm。此次改造，将内、外筒体间隙固定为30 mm。折流板式加热炉结构见图1。

3.2 改造前后的风量及热量对比

图1 折流板式炉体结构简图

改造前d1= 0.7 m d2= 0.734 m S1= 0.0394 m2（按图纸尺寸）

2007年改造后d1= 0.7 m d2= 0.746 m S2=0.0522 m2

2008年改造后d1= 0.7 m d2=0.760 m S3=0.0687 m2

增加的热空气量为ΔV =ΔV·ΔS =Δ × (0.0687 - 0.0394) =Δ ×0.0293（因气流速度增加量不大，此处忽略不计）。

即ΔV = V (0.0293/0.0394) = 74.36% V，热量增加是原来的1.74倍，去除有机物效果明显。一次精制合格率由原来几乎为零一下就跃升到50%。

3.3 对干燥塔的改造

根据小试情况，烘箱干燥效果较好，因此，考虑延长物料在干燥塔内的滞留时间，热量进行充分的交换，会对脱除有机物起到较好的效果。采取了两个措施：

措施一：干燥塔加高。在对炉子加热效率提高后，产品一次精制合格率接近50%，有机物含量平均300 PPM。后又将干燥塔提升增加1 m 后，一次精制合格率达到60%，有机物含量平均170 PPM，干燥效率和产品质量均得到进一步提高。

措施二：对分级器的改造

干燥室上部加装分级器可以控制出口物料的粒度及温度。原干燥室顶部仅有一个分级器，塔加高后，在加高部份又增加了一个分级器，此分级器的出口尺寸要小于原来的一级分级器。即一级分级器中空部份直径为400 mm，二级分级器中空部份直径为250 mm。加装后，有机物含量平均100 PPM，起到了较好的效果。

3.4 对加热炉的更新和对干燥塔的进一步改造

2009年将加热炉由原来的折流板式更新为翅片式，彻底解决了内外筒体变形导致过风间隙小的问题。但同时由于气流阻力小，又带来操作不稳的新问题。主要表现为：操作压力和压差不稳造成产品质量不稳，同时，产品粒径偏小，细粉含量高，合格率低。

分析原因：当含尘气流以一定速度由进气管进入旋风分离器时，气流将直线运动变为锥体运动，即外旋流。物料以平均17 μm大小的料径存在，含尘气体在旋转过程中产生离心力，将密度大于气体的尘粒甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性而靠入口速度的动量和向下的重力沿壁面下落，进入出料管。旋转下降的外旋气流在到达锥体时，因圆锥的收缩而向中心靠拢。根据“旋转矩”不变原理，其切向速度不断提高。当气流到达锥体下端某一位置时，即以同样的旋转方向从旋风除尘器中部，由下而上继续做螺旋形运动，即形成内旋流。净化后的气体经排气管排出，一部分未被捕集的尘粒也由此逃逸。由于旋风分离器进口为渐开线蜗壳形进口，从蜗壳形进口排入筒体的气体宽度逐渐变窄，使尘粒向壁面移动的距离减小，而且加大了进口气体和排气管的距离，减少气流的短路机会，可提高除尘效率； 同时处理气体量大，压力损失小。在一定范围内，进口气流速度高，分离效率也高。但气流速度太高，气流的湍动程度增加，二次夹带严重。另外，气流速度太高，粉尘颗粒与器壁的磨擦加剧，将使细粉尘含量增加。

采取了下列措施：

（1）加大进入旋风分离器的入口管截面面积，降低气流初始流速。

（2）加大分离器的旋转半径，根据“旋转矩”不变原理，降低进入分离器的气流切向速度，使气流速度不至于太高，利于平稳操作。参见图3，图中虚线部分为未改前的尺寸示意。

（3）保持一级分级器中空部分直径不变，二级分级器中空部分直径加大至300 mm，以利于粒径大的粉尘通过。

图2 旋风分离器渐开线进口

4 改造后的效果

取改造后一个月的数据与改造前对比分析如下：

项 目 改造前 2007年改造后 2008年改造后 2009年改造后有机物含量（PPM平均） 2000 123 50 20一级品率 ≤5% ≥60% ≥80% ≥85%单月产量（t） 6 12 16 16年产量（t） 40 105 130 170

由上表可看出，对干燥机改造后产品产量和质量大幅提高，能耗物耗明显降低，生产力有了很大的提高。

[1] 管国锋，赵汝溥主编 .化工原理[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2] 胡满银，赵毅，刘忠主编. 除尘技术[M]. 北京：化学工业出版社，2006.