冶金设备基础第5章-干燥.ppt

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1、,Faculty of Materials and Metallurgical EngineeringKunming University of Science and Technology,多媒体教学课程：冶金设备基础,昆明理工大学材料与冶金工程学院,任课教师：徐瑞东,第5章 干燥,学习目的与要求了解冶金工厂湿物料的类型、特点和描述湿物料的参数；掌握湿物料的性质，干燥曲线的特性；掌握气流干燥、喷雾干燥、沸腾干燥、远红外干燥、微波干燥原理和特点;学会选择湿物料的干燥设备和给料设备。,物料去湿的方法及干燥过程的应用：,机械去湿离心过滤等机械分离。吸附去湿某种干燥剂(如氯化钙、硅胶)与湿物料共 存

2、，将湿物料中水分转入到干燥剂中。供热干燥向物料中供热以汽化其中的水分。,物料去湿的方法,需要干燥的物料,原 料精矿、熔剂炼前脱水；氢气、氧气脱水半产品湿式收尘的脱水，冷冰铜炼前脱水产 品氢氧化铝氧化铝，五水硫酸铜硫酸铜,干燥概念-借助于机械方法、吸附方法以及供热方法，去除固体物料中的水分过程。,干燥分类：干燥过程按操作工艺分为间歇和连续干燥两种；按除水分所使用的物理条件可分为常压干燥、真空干燥和冷冻干燥按加热方式则可分为传导干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热干燥,对流干燥：即热能以对流的方式由热气体(干燥介质,既是载热体又是载湿体)传给与其直接接触的湿物料。对流干燥方法包括气流干燥、沸腾干燥、

3、喷雾干燥、转筒干燥等。,5.1湿空气的基本理论(干燥理论)湿空气的性质,湿空气的性质,1.湿度H,饱和湿度HS湿度百分数Hp相对湿度HR,2.热焓量及湿热容,热焓量I,湿热容cH,3.温度,湿空气的H-t图及H-I图 利用湿度图可以确定湿空气的性质、如温度、湿度、相对湿度和热焓量等。,湿空气的温度-湿度图,湿空气的热焓量-湿度图,等湿度线,等干球温度线,等热焓量线,等相对湿度线,等湿球温度线,5.2干燥过程的物料和热量衡算,物料衡算,物料中液体的含量w,空气消耗量m,并流接触的干燥器图,加热,预热器热量衡算,干燥器热量衡算,对流干燥器的流程,m：含有1kg干物料的湿物料所需要消耗的干空气的质量

4、(kg)数w1、w2：进入和离开干燥器时物料中含有液体量，kg/kgH1、H2：进入和离开干燥器时空气的湿度，kg/kg,5.3物料湿分的性质和干燥特性物料湿分的性质 1.水分与物料的结合方式,化学结合水分：与离子或结晶体分子化合的水分，不能用干燥方法除去吸 附 水分：附着在物料表面的水分，极易用干燥方法除去毛 细 管水分：多孔性物料孔隙中所含有的水分溶 胀 水 分：渗入到物料细胞壁的水分,平衡水分：物料在一定干燥条件下，能够用干燥方法除去所含水分的限度值。自由水分：物料中所含有的大于平衡水分的水分,2.平衡水分和自由水分,3.结合水与非结合水,结 合水：借化学力或物理力与物料相结合的水分非结

5、合水：机械地附着于物料表面或物料空隙中的水分,5.3.2 干燥特性 干燥过程中，水分在湿物料表面的汽化与物体内部水分的迁移同时进行。干燥速率：单位时间、单位面积(气固接触界面)被汽化的水分质量。干燥曲线：自由含水量X与时间的关系曲线。干燥速率曲线：干燥速率与自由含水量X的关系曲线。影响干燥速率的因素：物料自身性质、物料的含水特性、干燥条件、干燥的操作水平、临界湿度。,物料中的水分,自由水分,平衡水分,非结合水分,能除去的结合水分,不能除去的结合水分,物料中几种水分的关系:,5.4干燥方法及干燥设备,基本要求,1.几种常见的对流式干燥器,干燥室,小板车,送风机,空气预热器,调节阀,空气预热器,空

6、气预热器,(1)箱式干燥器,固体加料器,(2)气流干燥器(1)物料在气流中呈悬浮状态，气固两相接触面积大，有利于热交换。(2)并流操作，可采用高温气体。(3)干燥时间短，处理量大。(4)设备简单，占地面积小。(5)适用性广，可用于各种粉粒状物料。(6)气流速度高，颗粒对设备有一定的磨损，不适于处理对管粘附性很强的物料和对晶形有一定要求的物料。,A直管气流干燥器,四川宜宾磷铵公司四川温江粮油食品厂四川华阳蛋白总公司,一、干燥速度快：物料被加料机送入干燥管道后被高速运动的热空气所破碎，物料与热空气接触的比表面积大大增加，瞬间蒸发大部分水份，从而使整个干燥时间仅需0.5-2秒。由于时间极短，被干燥的

7、物料温度一般都小于60，故特别适用于热敏性物料的干燥。,二、干燥强度大，设备投资省：气流干燥器的水份蒸发能力从40kg/h-1500kg/h或更大，而设备容积极小，投资也省，是其他干燥设备比不上的。葛洲坝葛丰化工厂4万吨/年饲料磷酸氢钙气流干燥器，其水份蒸发量高达2000kg/h。,三、自动化程度高，产成品质量好：气流干燥操作全在管道中进行，且多为负压操作，因此可以实现自动化，产成品不与外界接触，无粉尘、污染小、质量好，劳动强度底。四、设备成套供应，材质、热源根据物料特性和用户条件自由选择，适应性广。,应用范围：*化工类：磷酸氢钙、塑料树脂、硫酸铜、硫酸亚铁、硫酸锌、氟硅酸钠、对氨基苯酚、元明

8、粉。*食品类：土豆淀粉、玉米淀粉、红薯淀粉、木薯淀粉、元宵粉、味精、魔芋精粉、变性淀粉。*饲料类：米糠、白酒糟、啤酒遭、糖泥、菜籽粕、活性酵母、酒精糟、饲料微元（硫酸盐）。*其它类：口服葡萄糖、酶制剂、煤粉、锯木渣、木屑、曲药、膨化谷壳。,B.涡旋流气流干燥器,工作原理：湿物料经定量螺旋加料器，由螺旋片的推力，进入干燥器内，与由下而上的热空气相遇，水份即蒸发，加上干燥量的放大、缩小，产生脉冲气流，使载热空气和湿物料快速、慢速运动，将湿物料悬浮在热空气中，物料不断翻滚，加大了传热面积，传热系数高，水份蒸发快，干燥时间短。干燥的粉粒随气流上升，进入旋风分离器收集，尾气经袋式除尘器过滤后放空。,适用

9、于制药、化工、食品、饲料、粮食、建材行业等的疏松结晶粉粒状物料的干燥除湿，如淀粉、饲料、鱼粉、煤粉、食盐、粮食、塑料树脂等多种物料的干燥作业。,C.脉冲气流干燥机,单级脉冲干燥机,强化气流干燥机,经干燥的细产品由热风带进收尘装置，没有被夹带的颗粒较大的湿产品，继续被破碎干燥，直至能够被风输送到收尘装置。,循环气流干燥机,适用于各类含表面水份的粉粒状物料的干燥脱水,双级气流干燥机,适用于表面水较高粉粒状，松散结晶物料的干燥脱水。,广泛用于膏糊状物料的干燥,适用于各类含表面水份的粉粒状、松散结晶物料干燥脱水,螺旋加料器,一、工作原理 湿物料通过喷咀产生雾化，使雾滴与热空气充分接触，水份即蒸发，因被

10、雾化的液滴与原料液相比表面积大，完成干燥时间极短。干燥的粉粒随热气流上升继续进行恒速干燥，达到产品含水率的要求，然后进入旋风分离器收集，尾气经袋式除尘器过滤后放空。可用于热敏性物料的干燥。二、应用领域 适用于医药、农药、染料、颜料、食品、化工原料、轻工产品等细粉的喷雾干燥。,(3)喷雾气流干燥器,离心式喷雾干燥器,喷雾干燥流程,2.干燥特点 干燥速度快，可采用高温气体，而不致降低产品质量，因为当液滴仍有大量水分存在时，它的温度不超过热空气的湿球温度，而且生产过程简单，操作控制方便。能处理水含量高达90%的料液，不经浓缩，同样能一次获得均匀的干燥产品。大部分产品干燥后不需粉碎和筛选，简化了生产工

11、艺流程，可连续自动化生产，操作稳定，干燥过程无粉尘飞扬，劳动条件好 缺点是：热效率低、能量消耗大。,喷雾器的类型,常用的喷雾器,将物料注于50002000r/min的旋转圆盘上，借离心力使料液向四周抛出、分散成滴，对悬浮液或粘稠液均适用。传动装置制造及维修费用高。,使0.10.5MPa的压缩空气与料液同时通过喷嘴，在出口处压缩空气将料液分散成雾滴。适用于溶液和乳滞液的喷洒及含固体颗粒的浆料。消耗压缩空气，动力费用高。,用高压泵使液体首先在320MPa的压强下通过孔径为0.250.5mm的喷嘴后形成一圆锥形薄膜进而分散成滴。,气流与液滴的流向,A压力喷雾干燥器,干燥塔,旋风分离器,布袋式除尘器,

12、空气预热器,空气加热器,雾化器,过滤器器,高压泵,稳压管,食品、医药、化工、染化、陶瓷、生化、农药、塑料,干燥速度快，料液经雾化后表面积大大增加，在热风气流中，瞬间就可蒸发95%98%的水份，完成干燥时间仅需数秒钟，特别适用于热敏性物料的干燥。产品具有良好的均匀度、流动性和溶解性，产品纯度高，质量好。生产进程简化，操作控制方便。对于湿含量4060%的液体能一次干燥成粉粒产品，干燥后不需粉碎和筛选，减少生产工序，提高产品纯度。对产品粒径，松密度，水份，在一定范围内可通过改变操作条件进行调整，控制和管理都很方便。,雾化喷头,气流式喷雾干燥机系气液两相并流式干燥设备。采用二流体（或三流体等）喷嘴式雾

13、化器，利用压缩空气（或蒸汽等）与料液间亚音速或超音速的速度差，将常规和有一定粘性的物料雾化成微细雾滴，与干燥热介质迅速进行热交换，在极短的时间内干燥成粉。,C气流喷雾干燥器,空气压缩机,稳压器,料槽,料泵,鼓风机,热源,干燥塔,旋风分离器,布袋除尘器,系统引风机,系统引风机,布袋除尘器,旋风分离器,干燥塔,料泵,料槽,热源,鼓风机,D.低压混流式喷雾干燥机,应用领域：1.化学工业：磺化酚醛树脂、褐煤树脂、腐植酸钠、腐值酸钾、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、萘系减水剂，木钙减水剂、糖钙减水剂、二氧化硅、氟化钾、碳化钨。2.制药工业：中药浸膏、蛋白胨、血粉、酵母抽提物、肝血浆3.食品工业：鸡味素、焦糖色素

14、、大豆分离蛋白、植物水解蛋白4.环保治理：胱氨酸母液、造纸黑液、赖氨酸母液,E.WPG-I型（实验专用）微型喷雾干燥器,在实验室专用的微型喷雾干燥机，克服了原烘箱的缺点。具有瞬间干燥的特点，瞬间可蒸发95-99%的水份，使所需干燥的物料快速得到粉料。一般在大专院校、科研单位、化工行业等实验室专用。,(4)沸腾干燥器,常温空气经过加热器加热后，通过多孔板把热空气均布在沸腾干燥段。物料在干燥床内呈沸腾流化状态，提高了传热面积，从而节约时间与能耗，尾气由布袋过滤后，由引风机吸出排放。,沸腾干燥器适于630m颗粒物料干燥，同时要求被干燥物料不易结团。,强化沸腾干燥机,湿物料经定量螺旋加料器，由螺旋片的

15、推力，挤压成片式条状，与来自强化器的热风相遇，部分水份即蒸发，粘性下降，结块落入强化器，经解碎机粉碎再干燥，湿物料悬浮在热空气，物料不断翻滚，加大了传热面积，传热系数高，干燥时间短。干燥后的粉粒随气流继续上升，进入旋风分离器收集，尾气经袋式除尘器过滤后放空。,(5)流化床干燥器,流化床干燥器,在流化床装置中，经过准确计算的热气流经流化床的均压布风板均匀分布后，穿过床内的物料，使物料颗粒悬浮于气流之中，形成流化状态。呈流化状态的物料颗粒在流化床内均匀的混合，并与气流充分接触，进行十分强烈的传热和传质，为干燥、冷却等过程提供了理想的环境。,振动流化床干燥器是由振动电机产生激振力使机器产生微小振动，

16、物料在给定方向的激振力的作用下跳跃前进，同时床底输入的热风使物料处于流化状态，物料与热风充分接触，从而达到理想的干燥效果。,A.振动流化床干燥器,物料由顶部加料口加入，在振动电机的激振力作用下使物料沿水平环状孔板由上层向下层联系运动，在设备中间由风道入的热风从下向沙锅内依次穿透各层孔板与物料混合，呈流化状态的物料与 热空气进行充分热交换，从而达到干燥的目的。干燥过程中物料逐渐行至底部，由出料口排出，尾气回收处理后废气由风机排出。,B.GDZ型多层振动流化干燥器,将造粒原料通过特制的雾化装置喷入流化床装置中呈流化状态的物料颗粒上，通过不同的系统配置，实现颗粒造粒。造粒后的物料经床内干燥、冷却后可

17、直接包装。,C.GLWP喷雾流化床干燥器,大型连续式喷雾流化床干燥机，一次实现液体物料的涂层、凝集、蒸发、干燥、结晶、造粒等多个操作过程，是大颗粒尿素制备、涂层控释肥料、球状无水氯化钙和食品速溶化等生产过程的首选工艺装备。,(6)转筒干燥器,转筒干燥器,经真空过滤后得到的滤渣，团块物料以及颗粒较大而难以流化的物料，可在转筒干燥器内获得一定程度的分散、使干燥产品的含水量进一部降低。具有处理量大，适应性强特点。,1.与热风炉和旋风分离器配套，可实现对物料的加热干燥分离收集”系统。2.微观上：物料呈剧烈沸腾干燥状态；宏观上：物料被筒壁上的抄板抄起、洒落，所有热风均有效穿过物料，完成干燥过程后排出。3

18、.广泛应用于化工、化肥、农药、饲料、颜料、中药材、粮食、蔬菜、纸浆、海产品、矿物质、冶金等行业的干燥环节。特别适用于对温度的高低和干燥介质的清洁度均有要求的生物肥料、有机肥料、菌类肥料以及渔粉、肉骨粉、氨基酸、蛋白类饲料原料的干燥处理。,山东省青州市九阳干燥设备厂,ZGQ系列新型转筒干燥器,2.其它常见的干燥器,导热板把热量传给物料,换热干燥器,(1)传导供热干燥器,(2)真空干燥器,真空干燥：将被干燥物料处于真空条件下，进行加热干燥。是利用真空泵进行抽气抽湿，使工作室内形成真空状态，加快了干燥速率。1、真空下物料溶液的沸点降低，使蒸发器的传热推动力增大，因此对一定的传热量，可以节省蒸发器的传

19、热面积；2、蒸发操作的热源可以采用低压蒸汽或废热蒸汽；3、蒸发器的热损失可减少。4、适用于在高温下易分解，聚合和变质的热敏性物料的干燥。5、在干燥前可进行消毒处理，干燥过种中任何不纯物均无混入；6、属于静态式真空干燥器，故干燥物料的形体不会损坏。,A.耙式真空干燥器,通过间壁传导供热，操作封闭，不须空气作干燥介质，适用于在空气中易氧化的有机物的干燥，同时对糊状物料适用性强，但生产能力低。,特点：采用夹层与内搅拌同时加热方式，传热面大，热效率高；设置搅拌，使物料在筒内形成连续循环状态，进一步提高了物料受热的均匀度；设置搅拌，可顺利进行浆状、膏状、糊状物料干燥。,B 双锥回转真空干燥器,机体为双锥

20、形回转体。内腔采用不锈钢或炭钢搪玻璃（工业搪瓷）制成。夹套内通入蒸汽，热水或导热油对内胆加热，通过器壁的热传导使腔内的湿物料中的水份汽化，水汽由真空系统排出，保持器内处于真空状态，以加快物料干燥速率。机体在电机的驱动下，低速回转，物料在器内不断翻动，与壁面不断更新接触，受热均匀，达到干燥目的。,在本真空状态下，在夹套内由蒸汽热水或导热油进行加热，是直接通过筒身内壁的热量与湿物料接触，靠筒身的振动，不断翻滚物料，物料吸热后蒸发的水蒸汽，通过真空泵连续抽出筒外，从而加快物料的干燥速度，随着物料的不断翻滚，达到物料均匀干燥的目的。,C.振动真空干燥器,物料由加料器均匀地铺在网带上，网带一般采用121

21、6目的不锈钢丝网（也可根据物料不同选择不同的网带钢带），由转动装置拖动在干燥机内移动。干燥机由若干单元组成，每一单元热风独立循环，部分尾气由专门的排湿风机排出，废气排出量由调节阀控制。热气由下向上穿过铺满物料的网带，完成热量与质量的传递过程，带走物料水分，从而实现干燥过程。网带允许的速度可根据物料温度要求自由调节，单元数量可根据需要选取。,(3)带式穿流干燥器,加料器,网带,分风器,换热器,循环风机,排湿风机,调节阀,换热器,循环风机,应用范围：魔芋、萝卜丝、花椒、生姜、大蒜、辣椒、黄花、木耳等脱水蔬菜；鸡精；中药饮片；饲料、稀土、钛白粉、轻质碳酸镁；小木制品；金属表面处理件；电子元器件等。,

22、热空气切线进入干燥器底部，在搅拌器带动下形成强有力的旋转风场。物料由螺旋加料器进入干燥器内，在高速旋转搅拌浆的强烈作用下，物料受撞击、摩擦及剪切力的作用下，物料迅速粉碎，与热空气充分接触、受热、干燥。脱水后的干物料随热气上升，分级环将大颗料截留，小颗粒从环中心排出干燥器外，由旋风分离和除尘器回收，未干透或大块物料受离心力作用甩向器壁，重新落到底部被粉碎干燥。,鼓风机,加热器,空气分配器,搅拌机,螺旋加料器,干燥器,分机器,旋风分离器,星形卸料器,除尘器,引风器,旋转闪蒸干燥器,单面链板式远红外干燥机,采用远红外干燥技术和链板单面输送方法，适用于食品、化工、冶金、制药、及建材等行业干燥粉状物料，

23、若做成单层还可用于干燥板状制品。,双面链板式远红外干燥机,用于食品、化工、冶金、制药、建材、石油等行业的粉、粒状物料的烘干或烘干兼冷却和输送。,惯性振动式远红外干燥机,用于冶金、制药、食品、化工、粮食、矿山、建材等行业等烘干非粘性小块、粒状粉状物料。,(4)远红外线干燥,红外线特点：红外线介于可见光和微波之间，是波长0.721000m范围的电磁波，一般把5.61000m之间的红外线称为远红外线，而把5.6m下的称近红外线。红外线能量被物质分子吸收后产生共振，引起分子原子的振动和转动而使物质变热。远红外线加热干燥的应用很广，几乎可用于所有工业部门，代替原来的自然干燥、电热干燥、热风干燥等。具有干

24、燥速度快，生产效率高，干燥时间约为热风干燥的十分之一，节约能源，设备尺寸小，建设费用低等优点。,原 料精矿、熔剂炼前脱水；氢气、氧气脱水半产品湿式收尘的脱水，冷冰铜炼前脱水产 品浆料，硫酸铜、硫酸锌等,需要干燥的冶金物料,本章小结,1.干燥过程的应用,2.湿空气的性质,3.物料湿分的性质,水分与物料结合方式,化学结合水吸附水分毛细管水分溶胀水分,干燥特性曲线,物料加热阶段恒速干燥阶段降速干燥阶段,作业 1 说明干燥速率曲线的规律性？干燥速率与哪些因素有关？2 什么是平衡水分和自由水分？什么是结合水分非结合水分？它们对干燥有何影响？3 阐述几种干燥的方法、原理和特点。4 列举几种干燥设备的类型和特点。,