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轻质碳酸钙干燥设备选型
发布者:admin 发布时间:2011-5-9 21:50:53 阅读:208

摘要:对轻质碳酸钙的干燥及其有关设备的概况作了介绍,选用空心桨叶加旋转闪蒸相组合的形式作为轻质碳酸钙的干燥设备,具有热效率高、能耗低、产品质量好、干燥均匀、操作工况稳定等特点。是一种较为理想的干燥设备。
  前言
  轻质碳酸钙是我国传统的重要化工产品,是橡胶、塑料、涂料、食品、医药、造纸等工业上不可缺少的填料之一,也是建材行业的重要原料,轻质碳酸钙(以PCC表示)系指化学合成法制取的产品,一般以石灰石为原料,经锻烧、消化、碳化、分离、干燥、粉碎、分级、包装等工序制备,因质轻、堆积密度小而得名,随着我国经济建设的快速发展,国内对轻质碳酸钙的需求量越来越大,近几年其产量每年平均以10%的速度递增。
  PCC生产中干燥虽然属于物理过程,机理简单,只是将湿碳酸钙滤饼中水分加热蒸发,保证水分含量达标。但该过程是生产中消耗热能最大的工序,它比石灰石锻烧耗煤高20%~30%,还存在干燥温度控制不好易造成返碱,密闭不严易造成产品污染等问题,直接影响最后产品的质量优劣、成本高低,故对干燥设备的选择应该满足一定的要求:①保证产品工艺质量要求,干燥质量均匀;②适应物料的状态,如块状、浆状或粉状、粒状等;③干燥速率高,达到所需的生产能力;④能耗低,热效高,而且稳定;⑤对环境污染小,劳动环境好;⑥投资省,操作安全可靠;⑦适应物料的热劣化,即考虑物料的热敏性,它是确定待干燥物料的温度上限,是选择干燥设备和热源的重要条件。
  1、干燥的途径
  1.1、干燥传热的方式
  热传递的基本方式有:①热传导,这是物质内的一种传热方式,也就是说没有物质的宏观位移;②对流传热,是流体中质点发生相对位移而引起的热交换。在干燥过程中讨论的对流传热是指热量由流体传到固体壁面(或反之)的过程,对流传热有自然对流和强制对流。③辐射传热,因热的原因而产生的电磁波在空间的传播称为热辐射。物体(固体、液体和气体)都能将热能以电磁波的形式发射出去,而不需要任何介质。任何物体只要在绝对零度以上,都能发射辐射能,但是只有在物体的温度差别较大时,辐射传热才能成为主要的传热方式。
  1.2、强化干燥的基本途径
  强化传热的基本途径包括:增大传热面积;提高总传热系数;提高传热平均温差三个方面。
  1.2.1、增大气固相之间的传热面积
  当温差与传热系数不变时,传热面积的增大与传热量的增加成正比,因此,增大传热面积可以提高总传热量。增大传热面积不应该简单的将设备放大,而要从设备的结构来考虑,即在单位体积内提供较大的传热面积,例如采用螺旋板式干燥器。减小固体物质的颗粒直径,提高固相物质的分散性等。
1.2.2、提高总传热系数K值
  传热系数与流体的流动及污垢热阻有关,增加流体的流动速率,破坏流体流动的层流边界层,可以大大提高传热系数,比如,采用螺旋管等可以破坏边界层。防止结垢和及时清除垢层,可以减少垢层热阻。尽量采用热导率大的材料。
  1.2.3、增大平均温度差
  增大传热平均温差可以提高传热速率。但平均温度差既受到热源(油、水蒸汽、煤、电等)的限制,又受到物料性质的限制,即受物料允许上限温度的限制。
  此外,干燥过程是热量传递和质量传递同时进行的操作,如果将干燥介质(如空气)预先除湿,加大质量传递推动力,也是强化干燥的有效途径。
  2、干燥设备的简介
  目前应用于普通轻钙干燥装置较普遍的有回转滚简干燥机、列管干燥机、盘式干燥机、链式干燥机、空心桨叶干机、闪蒸干燥机以及组合干燥机。现仅对几种设备作简要分析。
  2.1、回转滚筒干燥机
  回转滚筒干燥器的主体是有一定倾斜度并能回转的圆简体。目前应用较广的是间接加热的回转滚筒干燥器。该设备用于轻钙干燥,生产能力大,连续生产,结构简单,操作方便。由于是间接加热,故尾气处理设备也简单,因而动力消耗也较省。但是此设备的不足之处是:①设备庞大,一次性投资多,总传热系数低(约70~150W/m℃),热效率低(30%~50%)。②因为该设备主要是靠热传导加热,物料直接接触加热器壁,碳酸钙中的碳酸镁分解温度为350℃,所以极易因其分解而反碱;同时较小颗粒物料很容易干燥过度,影响其分散性和白度,尤其不适应活性钙的干燥。③设备容积利用程度很低.物料填充系数仅10%~20%;④产品质量不均匀。⑤烟道气通过火管时很容易因温度过高以及腐蚀而破损,致使烟道气泄漏到被干燥物料的空间中,对物料造成不良影响;⑥从回转圆筒到破碎、分筛各工序粉尘飞扬,严重影响环境质量。(弊端:终水份达不到理想状态)
  2.2、列管式干燥机
  列管式干燥机是回转滚筒干燥器中的一种,采用管束传热,增加传热面积,大大减小了设备尺寸,增加了单位体积的传热量,热效率高达85%,可降低煤耗约20%~30%。在保留回转滚筒优点的同时,克服了回转滚筒的部分缺点。但是水分控制较难,波动幅度较大,结构较为复杂。在采用导热油时,维修困难;又由于导热油积碳,热阻增大,传热系数下降,其干燥速率也在不断下降。(弊端:终水份达不到理想状态)
  2.3、闪蒸干燥机
  闪蒸干燥器英文名为“SpinFlashdryer”,应译作“旋转气流快速干燥器”,现已约定俗成,不便改动。闪蒸干燥器是将带搅拌的流化床干燥和气流干燥结合成一体的干燥装置。工作时热空气由人口管进人搅拌粉碎干燥室,对物料产生强烈的剪切、吹浮、旋转作用,物料因受到离心、剪切、碰撞、摩擦而被微粒化,强化了传热。据有关文献记载,闪蒸干燥器的总传热系数约为普通直管干燥器的3倍,广泛应用于各行各业。具体到碳酸钙行业,从实践结果来看,产品的分散性、细度、白度均优于回转圆筒、列管、盘式干燥器。但生产成本及投资稍高于其他类型干燥机。(弊端:能耗大)
  
  3、干燥设备的选型
  干燥工序的能耗对整个产品的成本有较大的影响,根据以上干燥器的特点,我们在山东潍坊某公司年产2万吨轻质碳酸钙项目的干燥选型上采用空心桨叶干燥机和盘式干燥机工艺,先利用空心桨叶干燥机将含水率为35%-45%的轻钙滤饼干燥到含水率约18%,然后再进盘式干燥机,将产品干燥到0.2%含水率,与传统的干燥方式相比,本工艺采用的二级组合干燥法干燥轻质碳酸钙湿料具有以下优点:
  (1)干燥的温度较低,可保证超细活性碳酸钙中所含的改性剂不被氧化和变色,从而保证超细活性碳酸钙产品的品质。
  (2)双轴桨式干燥器的两根螺旋轴不停地转动,对含湿量为35-45%%的超细活性碳酸钙滤饼进行均匀搅拌,使物料得到充分的混合,干燥效果好。
  (3)双轴桨式干燥器的双轴相互啮合,具有自清理功能,可防止物料粘壁。
  (4)双轴桨式干燥器热效率高达90%,能耗低,运行费用小。
  (5)盘式干燥机是最终干燥18%阶段。在18%水份轻质碳酸钙具有良好的流动性,产品的粒度无级可调,产品的湿含量和产品的粒度均匀一致。
  
  (7)由于一级和二级干燥机的干燥温度和物料的停留时间均可调,故产品的湿含量和产量可调,设备操作弹性大,运行平稳可靠。
  经过近一年的运行表明,该系统具有热效率高、能耗低、产品质量好、干燥均匀、操作工况稳定等特点。是一种较为理想的干燥设备。
 
 

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