就梗丝干燥系统的设计研讨的干燥设备论文

时间:2021-08-31

  系统结构

就梗丝干燥系统的设计研讨的干燥设备论文

  梗丝低速气流干燥设备与其他气流干燥设备的结构组成相似,主要由干燥器、气料分离器、除尘器、热风动力等部件组成,见图1。其中,干燥器是气流干燥设备的核心部件,直接决定着设备的性能。

  1干燥器

  目前在化工、食品、制药等行业所采用的气流干燥设备,以干燥器的形状区分,主要有长管、短管、脉冲、倒锥形和环形等[10]。其中,①长管干燥器应用最早且使用最广泛,优点是结构简单,缺点是干燥管过长,一般为10~20m,设备装配空间高度较高。②短管干燥器多用于沙石类物料的干燥,不适宜于烟草物料。③脉冲气流干燥采用管径交替缩小与扩大的方法,使物料运动交替加速或减速,这种干燥方式热交换效率高,但局部风速相对较高,容易造碎。④环形干燥器是将直管变成环形结构,从而降低了干燥器的高度,但由于干燥管转弯部分较多,故局部管壁易于粘料,对物料的造碎也较大。⑤倒锥形气流干燥器气流速度由下而上逐渐减小,不同悬浮速度的物料可分别在管内不同的高度悬浮。含水率大的物料悬浮速度大,在干燥管内移动速度慢,干燥时间长;含水率小的物料悬浮速度小,在干燥管内移动速度快,干燥时间较短。因此这种干燥方式可以获得较好的含水率均匀性,同时由于风速变化使物料和热风产生相对运动,热交换效率也较高。综合考虑干燥器系统阻力、热交换效率和梗丝造碎情况,且有利于实现低风速气流干燥,因而选用了倒锥形干燥器。

  2气料分离器

  气料分离主要采用切向和旋风两种方式[11]。考虑到梗丝密度较小,物料与热风分离难度较大,气料分离器选用切向落料器比旋风落料器可获得更好的分离效果。

  3除尘器

  除尘器主要有旋风和布袋两种形式[11]。布袋除尘器除尘效率高,但占地面积大,清理保养难度大,不适合于高温高湿气体的除尘和在车间生产环境中使用;旋风除尘器虽然除尘效率较低,但占地面积小,清理保养方便,对热风系统的阻力影响小,适合于高温高湿气体除尘和在车间生产环境中使用,因此除尘选用了旋风除尘器。

  4热风加热器

  热风加热器主要有蒸汽热交换器和热风炉两种[11]。蒸汽热交换器使用蒸汽为热源,蒸汽是二次能源,能源利用率低,提供的热风温度低(一般不超过170℃),受蒸汽质量影响大,蒸汽热交换器系统阻力大,容易积尘存在安全隐患;热风炉使用柴油或天燃气一次能源作为燃料,能源利用率较高,可克服蒸汽热交换器的不足,因此热风加热器选用了热风炉。综上所述,为了使加工的梗丝具有较好的膨胀效果(或填充值)和含水率均匀性,同时达到加工过程低风速、低造碎的要求,确定的梗丝膨胀干燥系统整体结构见图2。

  技术实现

  1工艺风速

  不同含水率梗丝在竖直管道内最低悬浮速度的试验结果见表1。为实现低风速条件下的安全输送,将倒锥形干燥管干燥入口(梗丝含水率36%)的气流速度设定为7m/s,干燥出口(梗丝含水率13%)的气流速度设定为3~4m/s。

  2干燥管和进料管

  干燥管作为设备的关键部件,形状为方形,在风力输送物料时,方形的四角风速不稳定[12],容易堆积物料,因此在设计制造时将方形的四角制作成较大的圆角,并把内壁打磨光滑。根据生产能力2000kg/h(按标准含水率12%),来料含水率40%,出口含水率12.5%,计算出脱水量G=917kg/h,由脱水量G计算出所需要的热量M=2.225×109J,由质量和能量守恒定理可得出携带热量M所需要的空气Q(风机风量)约为36000m3/h。根据风机风量Q及干燥管上部和下部风速计算出干燥管上部和下部截面面积分别为3.2m2和1.4m2,干燥管尺寸见图3。根据系统的风量(36000m3/h)和风速,以梗丝(含水率36%)3~4倍的悬浮速度(表1)计算出进料管的截面积。为了使热风从进料管输送到干燥管的截面风速均匀,根据文献[13]的要求,确定进料管的长度为4~5m,进料管尺寸见图4。为有效解决风速低易使物料在干燥管底部沉积问题,将进料管结构设计为2层。进料管上层通过热风输送物料,下层只输送热风,使物料在进入干燥管时,下层的热风能对物料起到托起作用,同时在进料管前端设置上下层热风分配风门。根据试验,当下层的热风量约为总风量的2/3时,物料在干燥管底部不会出现沉积现象。

  3匀料辊

  考虑到干燥管截面积较大,梗丝在进入干燥管后不能充分散开,部分梗丝会在惯性作用下直接沿着干燥管的对面管壁运动,导致物料分布不均匀,脱水不均衡,影响出口含水率的稳定。因此,在干燥管下部设计安装一个匀料装置(即匀料辊),见图5。由减速机驱动的匀料辊为三棱形,安装于进料管和倒锥形干燥管的结合处,使进入干燥管的物料在干燥管各截面上均匀分布,从而提高固气混合物的传热传质效率,保证梗丝干燥脱水的均匀性。

  4设备表面处理

  与高含水率梗丝接触的部件表面,如文氏管内腔、进料气锁和汽料分离器内壁、匀料辊表面等均采用特氟龙处理,以防止高含水率物料在其表面粘结。2.5控制因素和工艺流程梗丝低速气流干燥设备控制因素主要由风温、风量(干燥时间)、排潮量、梗丝含水率(脱水量)等组成。干燥热风循环使用,干燥后回风的一部分(占总风量的20%~30%)通过排潮管道排出干燥系统;回风的大部分(占总风量的70%~80%)分成2路,由热风分配阀门调节,一路进入热风炉加热,另一路直接进入混合箱与加热后的热风混合后形成工艺热风。热风炉的出风温度控制在200~250℃,控制精度±3℃;干燥管上部的风速为3.2~3.4m/s,工作风温控制在170~230℃,控制精度±1℃。通过调整热风风机的频率控制风量,风机频率控制在30~50Hz;系统风量的调节范围为36000~58000m3/h,控制范围为42000~48000m3/h。干燥系统的排潮量通过调整排潮管道内风门的角执行器进行控制。排潮风门开度可在0~100%之间调节,为了节省能源,在设备预热阶段时排潮风门关闭,在正常生产时排潮风门的开度控制在30%~70%。梗丝出口含水率的控制是根据工艺要求设定,按照进料流量和含水率计算出脱水量,在干燥系统风量、排潮量一定的情况下,通过调整工作风温进行控制,出口含水率控制范围为设定值±0.5%。系统的工艺流程为:膨化后的梗丝由进料气锁送入进料管,进料管沿气流方向倾斜安装,在热风作用下将梗丝输送到倒锥形干燥管内,经匀料辊分散后达到悬浮状态,并沿风速方向向上运动,因干燥管采用倒锥形设计,风速向上逐渐减小。而梗丝在运动过程中不断地干燥脱水,含水率逐渐降低,含水率小的梗丝运动速度快,干燥时间短;反之,速度慢,干燥时间长。梗丝通过这种运动自行调节干燥含水率,从而提高干燥后的含水率均匀性。在悬浮干燥过程中,梗丝中的梗头、梗签、团块等重物被风选分离,下落到干燥管底部并排出。

  应用效果

  梗丝低速气流干燥设备目前已在许昌卷烟厂得到了生产应用,与原使用的流化床干燥工艺相比,发挥了气流干燥填充值高、含水率均匀性好的技术优势,克服了现有气流式干燥设备存在的不足。由表2和表3可见,改进后梗丝整丝率提高约5百分点,碎丝率降低约1百分点,梗丝干燥出口断面含水率极差减小1.5百分点;“黄金叶(帝豪)”和“红旗渠(银河之光)”两个品牌卷烟的感官质量分别提高了0.5分和1.1分,主流烟气指标均符合产品设计要求。