新型微粉干燥机的研制及工业应用

BMA004

作者：李盈海 孙中心 张毅 赵旭
  天华化工机械及自动化研究设计院干燥所甘肃兰州     摘要：本文叙述了新型微粉干燥机在工作原理和设备结构方面与旋转闪蒸干燥机的异同，说明了搅拌器和分级器的一般设计方法，介绍了微粉干燥机在散状物料和纳米物料中的应用，指出了其发展前景。
    1工作原理     微粉干燥机的工作原理与旋转闪蒸干燥机基本相同，都是利用旋转气流与物料颗粒间产生很大的相对运动，从而强化传热传质的原理来完成物料的干燥。所不同的是：微粉干燥机具有更强的破碎和分散能力，非常适合于超细物料的干燥；微粉干燥机具有可调式分级器，可以方便地控制产品的粒径；微粉干燥机的结构更加先进，检修维护更加方便。微粉干燥机是集干燥、破碎和分级为一体的多功能干燥机。     2设备结构微粉干燥机主要由喂料机、搅拌器、分级器、传动装置和干燥室等组成，如图1。具体介绍如下。     2.1喂料机     微粉干燥机的进料一般采用螺旋输送机。对于膏状粘性物料，需对输送机进行特殊设计以防止物料堵塞和架桥。对于浆状物料，进料可以采用容积泵进行加料。     2.2搅拌器     搅拌器的作用是将团状的物料打散，在热风的共同作用下将物料流化。针对如膏状、粘性和散状等不同物料，可以设计不同形式的搅拌器。与旋转闪蒸干燥机不同的是，微粉干燥机的搅拌器可以设计成立式或卧式结构，分别适用于不同的场合。采用卧式结构可以大大降低设备高度，且便于维护和检修。     2.3分级器     旋转闪蒸干燥机一般用于对于产品粒度没有严格要求的物料，其分级结构为干燥机顶部的固定式淘析环。微粉干燥机的顶部设有分级轮，其转速可调，适用于超细和纳米级等粒径有严格要求的物料。对于粒径范围要求非常严格的物料(如d90≥2μm)，必要时可以采用多个分级轮。     2.4传动装置     旋转闪蒸干燥机一般采用皮带立式传动，电机一般固定在筒体底部的机架上以增加设备的稳定性。微粉干燥机的传动装置固定在整体型的机架上，几乎没有振动。相应于立式和卧式搅拌器，传动装置也有立式和卧式两种形式。     传动装置的设计对设备的稳定性影响很大。兰化公司采用的国内某厂家生产的10型旋转闪蒸干燥机，由于传动装置设计不合理，设备运转时振动非常大。     2.5干燥室     微粉干燥机和旋转闪蒸干燥机的干燥室基本相同。不同点在于由于进风方式不同，所以筒体的进风段不同。微粉干燥机不需要复杂的进风蜗壳和分配器。     3设计计算     微粉干燥机的工艺流程与旋转闪蒸干燥机相似。筒体直径一般参照旋转闪蒸干燥机的计算方法来确定。这里主要介绍搅拌器和分级器的设计方法。     3.1搅拌器的设计     搅拌器的形式和结构以及转动速度对干燥过程的影响很大。
旋转闪蒸干燥机的搅拌器都采用立式结构如锚式、桨式和旋转叶片式等)，其结构为多层形式以保证对物料的分散度。
    微粉干燥机的搅拌器已由最初的立式结构发展到卧式。其转子多参照粉碎机结构进行设计，破碎和分散能力很强。搅拌器的转速可以在1000~4500rpm之间，具体数值根据干燥室的直径和物性确定。干燥室直径大时取小值，直径大时取小值。搅拌器外缘的圆周速度约在50~80m/s之间。由于微粉干燥机的搅拌器转速很高，加工后必须进行动平衡试验。转子的受力情况比较复杂，目前其所需功率主要凭经验选取。     3.2分级器的设计     微粉干燥机的分级器为离心式气流分级器，它依靠叶轮高速旋转而产生的离心力和气流的向心力之间的作用把细粉与粗粉分开。分级器的转速可以在1000~2000rpm之间，叶轮外缘的圆周速度约在20~30m/s之间。     进行分级器设计时，根据干燥所需的风量，确定筒体直径对应的叶轮直径和最大允许的叶轮转速，以保证最大分级能力。在生产过程中，可以对叶轮转速和风量进行调节以满足成品粉尘的粒径要求。     4应用情况     天华化工机械及自动化研究设计院经过多年的研制，于2000年开发成功φ350型和立式φ1100型立式微粉干燥机。2003年开发成功φ800型卧式和φ1100型卧式微粉干燥机。该干燥机已获专利并成功应用于工业装置。     微粉干燥机非常适合于膏状粘性物料的干燥。在用于干燥高湿含量的粘性物料时，若最终产品的湿含量要求很低，则单独采用微粉干燥机时产量小且能耗很大，这时采用两级干燥很有优势。微粉干燥机的应用情况见表1。     对于散状或粘性不大的物料，凡是可以用旋转闪蒸干燥机的物料都可以采用微粉干燥机干燥。而且微粉干燥机应用于这些物料时效果更好。通过对转子结构的改造，微粉干燥机可以应用于有机物如丁腈橡胶等的干燥。     纳米物料在潮湿状态下，由于强大的表面结合力使得物料具有极大的粘性，导致物料结团，流动性差，输送困难，给干燥带来困难。在干燥过程中，这种结合力引起物料团聚，影响产品性能。因此干燥过程中应防止物料架桥，对团聚物料有效打散。另外，纳米物料中一般都含有改性剂，无论是有机的还是无机的，受热都易分解。因此，纳米物料干燥时需考虑物料的热敏性。     微粉干燥机的搅拌器具有很强的破碎能力和分散能力，可以将团聚的物料打散，再经分级器分级，完全能够满足粒度要求。同时，物料在微粉干燥机中的停留时间很短，物料不会变质。天华院开发的微粉干燥机已经成功应用于纳米碳酸钙、纳米氢氧化铝、微粉级氢氧化铝和纳米氢氧化镁等物料的干燥，见表1。     内蒙古某厂的纳米碳酸钙生产线由于使用了旋转闪蒸干燥机，导致产品中有超标大颗粒，无法满足要求。2002年1月，该厂家与我院联系进行改造。后来，该厂家采用了我院研制的微粉干燥机，产品性能大大改善，完全满足了厂家的要求。这充分说明微粉干燥机的优越性。     另外，微粉干燥机还可以直接干燥对浆状物料如分子筛等进行干燥。
5结束语
    微粉干燥机是在旋转闪蒸干燥机的基础上开发出来的一种新型干燥机。但微粉干燥机的结构型式更加先进，性能更优越，尤其适合于超细物料的干燥。微粉干燥机的制造费用与旋转闪蒸干燥机相比增加不多。在纳米技术蓬勃发展的今天，微粉干燥机的应用范围将会越来越广阔。
    参考文献     [1]OVEB.CHRISTIANSENandMARYSUTERASARDO.FindtheOptimum     flashdryertoremovesurfacemoisture.ChemicalEngineerProgress.     August,2001.     [2]潘永康，王喜忠等.现代干燥技术.北京：化学工业出版社，1998     [3]李连成等.我国纳米碳酸钙市场.无机盐工业

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1 包装机械基本情况概述

　　包装机械包含包装工业采用的所有完成包装过程的机械设备。它主要分为两大类:加工包装材料或容器的机械和用于完成包装过程的机械。加工包装材料或容器的机械分为:纸板加工机械、复合材料加工机械、纸盒(箱)加工机械、制袋机械、塑料容器加工机械、金属容器加工机械、玻璃容器加工机械等。用于完成包装过程的机械分为:充填机、灌装机、封口机、裹包机、贴标签机、清洗机、干燥机、杀菌机、捆扎机、多功能包装机、辅助农产品干燥设备。据 世 界 包装机械机构联合会统计德国、意大利、美国等九个发达国家的包装机械产值十年前就达到140多亿美元。我国包装机械在上世纪改革开放初期开始就得到了迅速的发展。包装机械工业总产值由70年代末的几千万元增长到90亿元以上，产品品种近1000种。但仍然不能满足国民经济发展的要求。与发达国家相比，差距很大。据统计95包装机械国内生产总值与进口额大体相当。随着我国经济迅速发展，国民的生活水准由温饱型向小康型过渡，包装机械在食品包装方面有着巨大的商机。因为美、日和欧洲的食品包装化率分别为90%,80%和70%。我国的食品包装化率仅为5%。因此，包装机械的发展潜力十分巨大。

2 包装机械标准化发展现状及面临的形势

　　随着经济的发展，经济竞争日趋国际化，企业的竞争在某种程度上表现为标准的竞争。国际标准已经成为国际贸易游戏规则的一部分，成为评价产品质量的重要准则。由于标准在贸易中特殊地位，国外特别是经济发达国家和地区在标准化活动中，千方百计争夺领导权和发言权。

　　经过多年的努力，本行业已制订近五十项包装机械标准。从总体水平来讲能基本满足企业的需求，也能反映了行业的整体技术水平。并对包装机械工业的发展和水平的提高起到积极促进作用。但随着改革进一步的深化，市场的开放以及科学技术的不断进步与发展，包装机械的产品技术水平和质量也得到提高，这是不争的事实。但是我们也应清醒的认识到我国包装机械产品与发达国家之间的差距，他们表现在产品新技术的应用、外观质量、安全卫生和环境指标等。正对这种差距并结合我国包装机械工业的实际情况，需要标准化工作者应对的是，对有的标准需要修订以适应当前的技术发展要求，同时一些喷雾干燥产品的开发、新技术的应用也需要制订相应的标准。通过标准的制定来提高包装机械产品技术水平和质量，提高包装机械产品的竞争力;通过标准的制定来为外贸出口服务，引导行业产品结构调整，规范市场秩序。几年来我们组织行业有关单位完成了多项标准的制修订工作，有的已发布实施。另外根据原机械工业部科标［1997] 182号文《机械工业标准复审工作若干意见》的要求和中国机械工业联合会中机联标「2001] 124号文件的要求，对其中的三十一项标准进行了复审。复审的结论是共有二十三项标准被确认;五项标准要修订;三项标准被废止。


　存在的主要问题及原因分析:包装机械在ISO标准化组织没有对口的TC组织，没有相应的国际标准。无法采标。另一方面主要原因是观念的落后，对标准的市场作用重视不够，客观上也受到行业技术水平、加工制造水平的落后的影响。企业一般很少提出标准编制项目，对编制标准积极性不高，标准适应不了市场经济机制的需要。

　　此外，标准的投人产出机制主要体现在社会效益方面，而在经济效益方面没有形成良性循环。无论是强制性标准或推荐性标准，其编制经费均由国家补助小部分，主编单位承担大部分。标准经费缺口较大。

　　标准的服务体系还不完善。主要表现标准化意识不强，标准咨询服务机构建立较少，标准的使用单位缺乏参与标准化活动的积极性。

　　几年来，分标委会工作尽管遇到这样或那样的困难。但是一种强烈的责任感迫使我们必须知难而进，发扬“务实进取”的精神，不辜负上级的希望和行业的重托，踏踏实实尽最大地努力把工作做得更好一些，更多一些。但是我们仍然清醒地认识到，秘书处的工作与主管部门要求和各委员及行业单位要求仍有一定差距，比如我们的思想观念、工作方法如何加快适应市场经济的要求;面对市场全球化新形势，标准化工作如何更好的为企业服务，为产品服务;如何进一步调动各委员和行业单位的积极性，使分标委会工作更加具有活力，更富有成效。

3 包装机械产业标准化发展重点

　　包装机械标准化的任务和目标是为企业服务、为市场服务。为提高行业技术水平、产品结构调整。根据市场的需求制定产品标准，同时根据沸腾干燥包装机械发展趋势制定有关的安全卫生和环境标准。

　　需要以标准为载体，推广能够推动行业技术进步的高新技术和先进适用技术;需要以修订、废止标准的方式，淘汰处于寿命衰退期、安全性能和技术水平落后、浪费资源和严重污染环境的气流干燥产品。

　　包装机械标准化发展的重点项目分为国家标准重点项目、行业标准重点项目。在确定重点制修订标准项目时，要明确项目提出的依据，明确项目对产业改造提升和产品更新换代的作用，特别是要明确需要推广应用的能够推动行业技术进步的高新技术和先进适用技术。
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