转筒干燥器的工业分类及热量衡算

许亚茹(青海金世纪工程项目管理有限公司，青海 格尔木 816000)

1 概述

转筒干燥器属于半悬浮床干燥器，被广泛应用于化工，食品等工业生产中。适合干燥颗粒状或块状物料，如纯碱、硝铵和各种盐类。在滚筒的转动作用下，湿物料和干燥介质能实现充分接触，与其他干燥设备相比，有处理能力大，结构简单，故障率少等特点。

2 转筒干燥器工作原理

转筒干燥器的主体是略带倾斜并能回转的圆筒体，筒体内壁上装有抄板，可把物料不断地抄起又洒下。其工作原理是湿物料从转筒一端进料口加入，借助于转筒的缓慢转动，在重力作用下，从一端向另一端移动，与通过筒内的干燥介质进行有效的接触而被干燥；同时，因筒体内壁加装了抄板，很大程度上加大了湿物料和干燥介质的接触面积，从而提高干燥速率。干燥过程中所用的干燥介质一般为热空气、烟道气或水蒸气等。如果干燥介质为热空气或烟道气，则干燥后的废气排放前须经旋风分离器除尘，以免对环境造成污染，同时还有回收携带于废气中工艺物料的作用。

3 转筒干燥器的分类

根据物料与干燥介质的接触方式，分为直接加热式、间接加热式和复合加热式。

3.1 直接加热式

直接加热转筒干燥器是湿物料与干燥介质直接接触，主要分为三种形式：常规直接加热转筒干燥器、叶片式穿流转筒干燥器、通气管式转筒干燥器。在不同结构的转筒干燥器中，以采用热介质直接加热物料最为普遍[1]。

常规直接加热转筒干燥器是以对流传热的方式进行干燥，分为并流式和逆流式。并流式是热风与物料移动的方向相同，热风与湿物料均从转筒同一端进出。该方式适合于热敏性物料及附着性较大的物料的干燥。逆流式是热风流动方向与物料移动方向相反，这样可以产生较大的平均温度差，达到较好的传热效果。对于耐高温的物料，适合采用逆流式干燥。

叶片式穿流转筒干燥器在筒体内壁装有许多倾斜叶片，热风从端部进入转筒底部，从下部有料层的叶片间吹入筒内。优点是能保证热风与物料在充分接触下进行干燥，避免出现热风短路现象。适合于干燥粒状、块状或片状物料，如焦炭、大豆、砂糖等。通气管式转筒干燥器与常规直接加热式相似，差别是筒内取消了抄板，增加了一个不随筒体转动的中心管，中心管上装有许多沿长度方向均匀分布，而沿圆周方向则主要集中在中心管下部的分支管。其特点是物料在筒内移动的过程中，可以形成稳定的料层，对物料飞扬情况有很好的抑制作用；热风从端部进入中心管，高速地从埋在料层中的分支管小孔中喷出，与物料强烈接触，强化了传热传质过程[2]。

3.2 间接加热式转筒干燥器

间接加热转筒干燥器是干燥介质不直接与湿物料接触，干燥过程所需的全部热量都是经过传热壁面传给被干燥物料的。根据干燥介质的不同，分为常规式和蒸汽管式两种。该类干燥器适合干燥降速干燥阶段较长的物料，因为它可以在相当稳定的干燥温度下，使物料有足够长的停留时间；还适用于干燥热敏性物料，但不适用于黏性大、易结块的物料。

3.3 复式加热转筒干燥器

该干燥器主要由转筒和中央内管组成，流体间以传导和对流传热的组合方式进行热量交换。热风先进入中央内管，以热传导方式将热量传给管外的物料，然后折入管外，与物料以对流传热的方式在中央内管和转筒的环隙间逆流接触换热，最后热风由原料入口端排出。这种结构的优点是高温热风先通过中央内管进行热传导，再转入环状空间后热风温度有所下降，使得转筒外壁与环境间的热损失降低，提高了热量利用率。

4 干燥器物料衡算和热量衡算

以空气为干燥介质的干燥过程的物料衡算和热量衡算主要包括水分蒸发量计算、耗用空气量计算及干燥过程的热量计算。空气加热的干燥器流程简图如图1 所示。

图1 空气加热的干燥器流程简图Fig.1 Process flow chart of air heating dryer

图中，L 为绝干空气用量(kg/h)；G1，G2分别为湿物料进入和离开干燥器时的流量(kg 湿物料/h)；t0，t1，t2分别为新鲜湿空气进入预热器、进入干燥器和离开干燥器时的温度(℃)；H0，H1，H2分别为新鲜湿空气进入预热器、进入干燥器和离开干燥器时的湿度(kg/kg 绝干气)；θ1，θ2分别为湿物料进入和离开干燥器时的温度(℃)；ω1，ω2分别为湿物料进入和离开干燥器时的湿基含水量(kg 水/kg 湿物料)。

4.1 水分蒸发量W的计算

4.2 热量衡算

先进行干燥器的热量衡算，进而可以求出干空气的用量。

对整个干燥系统做热量衡算，总耗热量包括物料升温耗热Q1、汽化水分耗热Q2、干空气带出热量Q3、空气中水蒸气带出热量Q4及热损失Q5。

(1)物料升温耗热—Q1

式中：Cm2为干燥后产品的比热容(kJ/(kg·℃))；Cs为绝干物料的比热容(kJ/(kg 绝干料·℃))；Cω为物料中所含水分的比热容(取4.187kJ/(kg 水·℃))。

(2)汽化水分耗热—Q2(在干燥过程中，湿物料中被蒸发掉的水分W 由液态温度θ1被加热并汽化，在温度t2下以气态形式离开干燥器所需的热量。)

式中：I2为水蒸气在t2温度下的焓值(kJ/kg)；I1为液态水在θ1温度下的焓值(kJ/kg)。

(3)干空气离开干燥器带出热量—Q3

式中：C2为干空气在t2温度下的比热容(kJ/(kg·℃))；C0为干空气在t0温度下的比热容(kJ/(kg·℃))。

(4)空气中水蒸气带出热量—Q4

式中：I2为t2温度下水蒸气的焓值(kJ/kg)；I0′为t0温度下水蒸气的焓值(kJ/kg)；H0为干燥介质湿空气的湿度(kg 水汽/kg绝干气)；φ为湿空气的相对湿度；p为当地大气压(kPa)；ps为在空气温度下，纯水的饱和蒸气压(kPa)。

(5)热损失—Q5

Q5为干燥器表面的散热损失，工程计算中，一般按总热量的5%～10%估算。

(6)热平衡

干燥过程中热源提供给干燥介质的热量与总的耗热量相平衡：

式中：C1为干空气在t1温度下的比热容(kJ/(kg·℃))。

4.3 耗用空气量

绝干空气量

耗用新鲜空气量

5 结语

转筒干燥器是一种比较传统的大型干燥设备，发展至今，生产技术日趋成熟，设备无故障运行时间也较长。该设备有自己的适用范围，可以连续作业，生产效率较高，在当今的市场上占有相当大的比例。通过热量衡算，我们知道干燥过程是能耗较大的单元操作，在进行干燥设备选择过程中，要综合考虑产品性质、干燥介质来源、不同干燥器的应用范围、干燥后热烟气处理的难易程度、设备投资、运行成本等多方面因素进行选型设计，以求实现高效、节能的干燥处理过程。