何詠濤　黃建青

摘要：簡要介紹了氮氣閉路循環(huán)流化床干燥裝置的原理、工藝流程及設(shè)備特點，對氮氣閉路循環(huán)流化床干燥過程的影響因素進行了分析，并提出了提高干燥效率的方法，通過實際生產(chǎn)驗證了物料粒徑和系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量對干燥效率的影響。

關(guān)鍵詞：氮氣閉路循環(huán)流化床;工藝流程;干燥效率;物料粒徑;循環(huán)風(fēng)量

0 引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中，較多工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)正不斷地對生產(chǎn)工藝和設(shè)備進行技術(shù)改造和技術(shù)創(chuàng)新。在石油化工、精細化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥、中間體、生物工程等行業(yè)出現(xiàn)了許多熱敏性、含有易燃易爆溶劑的物料和某些遇空氣即變性、易吸濕的特殊物料，它們的耐熱性能很差，但對干燥成品的含濕率要求非常嚴(yán)格（如需控制在0.1%以下），并且產(chǎn)品干燥均勻性要求也頗高，這給企業(yè)的成品干燥操作帶來了一定的難度。如果選用普通熱風(fēng)型干燥設(shè)備干燥產(chǎn)品，需要耗費較長時間，且最終成品較難達到規(guī)定的含濕率指標(biāo)。若使用真空傳導(dǎo)型干燥設(shè)備，則干燥時間過長，能耗較大，尤其是當(dāng)產(chǎn)品含濕率降至0.5%以下時，繼續(xù)干燥的速率將會更低。

氮氣閉路循環(huán)干燥是指干燥介質(zhì)在封閉系統(tǒng)中循環(huán)使用的干燥過程，具有可回收溶劑、干燥速率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、安全、環(huán)保等優(yōu)點，不但可回收重復(fù)利用干燥尾氣中的大量熱量，而且可節(jié)省大量用于冷卻干燥尾氣的冷量，節(jié)能效果顯著，有著廣闊的應(yīng)用前景。

1 氮氣閉路循環(huán)流化床干燥裝置原理、工藝流程及設(shè)備特點

1.1? ? 氮氣閉路循環(huán)流化床干燥裝置的原理

采用低含濕率（含濕0.01%）的氮氣或空氣作為干燥介質(zhì)，使之擁有較強的載濕能力。在閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)中反復(fù)經(jīng)歷載濕和去濕的過程，直至將濕物料干燥完畢。一般情況下，在濕物料易揮發(fā)分為有機溶劑時或處于易導(dǎo)致粉塵爆炸的環(huán)境時，需要采用稀有氣體氮氣作為干燥介質(zhì);在閉路循環(huán)干燥過程中，通過加熱器將干燥介質(zhì)加熱，而蒸發(fā)出來的揮發(fā)分通過被連續(xù)地冷凝成液體來去除或收集，已去除液體溶劑或水分的干燥介質(zhì)經(jīng)加熱后重新循環(huán)使用。由于冷凝去除液體后，干燥介質(zhì)揮發(fā)分的含量降低，重新加熱后，其相對濕度將進一步減小，因而這時干燥介質(zhì)就擁有較強的載濕能力，為深度干燥創(chuàng)造了條件。這就是氮氣閉路循環(huán)流化床干燥系統(tǒng)之所以能在較低操作溫度下，有效地將產(chǎn)品干燥至極低含濕率的原因，這種流化床式的干燥設(shè)備又可以稱為沸騰干燥器。

1.2? ? 氮氣閉路循環(huán)流化床干燥裝置的工藝流程

氮氣閉路循環(huán)流化床干燥裝置的工藝流程如圖1所示。該干燥裝置在開始干燥之前，首先對設(shè)備進行去氧處理并對其充氮，同時風(fēng)機開啟，氮氣經(jīng)風(fēng)機送入加熱器，由加熱器加熱后送入主機體內(nèi)。在大面積的氣固兩相接觸中，物料內(nèi)水分和溶媒快速蒸發(fā)后隨排氣帶走，達到干燥的目的。溶媒隨廢氣在頂筒的布袋（或濾桶）處第一次除塵，進入除塵器后進行第二次除塵（部分設(shè)備由旋風(fēng)分離器做二級除塵，布袋做三級除塵），再由除塵器進入冷凝器，溶媒在冷凝器中冷卻成液體從出口排出，冷凝后的氣體經(jīng)由進氣口進入風(fēng)機，完成循環(huán)。

1.3? ? 氮氣閉路循環(huán)流化床干燥裝置的特點

（1）產(chǎn)品可以在不含氧的條件下完成干燥，不易氧化、變性和降解，并消除了爆炸、燃燒等風(fēng)險。

（2）干燥介質(zhì)溫度不需要很高，它們?nèi)跃哂休^強的載濕能力，能對物料進行深度干燥，成品最終含濕率可達0.02%～0.1%。

（3）溶劑可以全部回收，大大降低了產(chǎn)品成本。

（4）干燥速率快，生產(chǎn)能力大大提高，可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

（5）干燥器和捕集器連成一體，干燥產(chǎn)品形態(tài)、色澤、含濕率等均勻，質(zhì)量穩(wěn)定。此外，在同一個設(shè)備內(nèi)還可以完成產(chǎn)品混合、復(fù)配和冷卻等后續(xù)工序，且不會吸潮。

（6）根據(jù)閉路循環(huán)干燥的技術(shù)特點，可采用連續(xù)進料的方式進行干燥，極大地提升了干燥的效率。

（7）因閉路操作，無廢氣和粉塵排入大氣，不會引起環(huán)境污染，企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境好，員工勞動強度低。

2 氮氣閉路循環(huán)流化床干燥過程的影響因素

2.1? ? 循環(huán)風(fēng)量

風(fēng)量大小是影響整個干燥過程最重要的因素，直接影響干燥效率。系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量越大，帶走溶劑的速率越快，干燥時間越短。而風(fēng)量的大小受循環(huán)風(fēng)機的功率、過濾裝置的通透性、系統(tǒng)環(huán)境是否通暢等綜合影響。在循環(huán)風(fēng)量中檢測實際數(shù)據(jù)，一般建議在冷凝裝置之后安裝檢測裝置，這樣更能反映系統(tǒng)實際的循環(huán)風(fēng)量。

2.2? ? 底板

底板的通透性對干燥過程的影響不容忽視。在干燥過程中，易結(jié)球物料易堵塞底板孔，導(dǎo)致循環(huán)風(fēng)無法通過，無法及時帶走物料表面的溶劑，影響干燥效率。一般的孔板除粘有物料影響干燥效率外，還不易清洗。特別是一些雙層底板，更易出現(xiàn)物料夾層的現(xiàn)象。目前，在實際生產(chǎn)中使用較多的是采用單層、分布較密、孔徑較小、補加肋板的孔板替換一般孔板。

2.3? ? 過濾裝置

一般在氮氣閉路循環(huán)流化床干燥裝置中，為了更好地收集物料，防止物料進入風(fēng)管，影響干燥環(huán)境，會設(shè)置兩級捕集裝置。捕集裝置的形狀和布袋的通透性勢必會影響整個系統(tǒng)的循環(huán)風(fēng)量，進而影響干燥效率。對于捕集裝置的形狀，一般建議采用全孔設(shè)置，減少物料阻力。對于過濾裝置中布袋材質(zhì)的選擇，一般建議采用抗靜電有基底非織造濾料，其具有透氣性好、物料不易粘料等特點。

2.4? ? 攪拌裝置

在物料的干燥過程中，攪拌的影響不可忽視。攪拌槳的形狀設(shè)計和攪拌頻率對干燥速率的影響較大，在物料干燥過程中，攪拌一方面有利于將物料內(nèi)部含濕量及時帶走，另一方面，對提高物料均一性和防止物料結(jié)球也有較大作用。

2.5? ? 反吹裝置

（1）在干燥過程中，需及時清除過濾裝置上的物料，一般采用氮氣反吹裝置，或者稱之為“脈沖裝置”，此裝置可接入介質(zhì)氣流，為保證效果，需進一步考慮其反吹壓力的瞬間氣流量。

（2）在干燥結(jié)束之后，對過濾裝置、筒體內(nèi)壁等殘留的物料進行清除非常重要。在閉路循環(huán)流化床干燥裝置中，一般都會設(shè)計安裝反吹裝置，采用與干燥氣流反方向的形式進行吹掃，使物料脫落，進而達到清除的目的。

2.6? ? 加熱裝置

在干燥過程中，氮氣閉路循環(huán)流化床干燥介質(zhì)主要是通過加熱裝置加熱氣流從而帶走物料表面的溶劑。而要保證干燥介質(zhì)溫度的穩(wěn)定性，加熱器的構(gòu)造顯得非常重要，所以，一般需要根據(jù)循環(huán)風(fēng)量的大小計算出相應(yīng)的加熱面積，根據(jù)需要的加熱面積再確定加熱裝置的構(gòu)造。

2.7? ? 氧含量

在流化床干燥裝置中，由于濕品一般為有機溶劑或由于物料干燥有粉塵爆炸的風(fēng)險，一般采用氮氣作為干燥介質(zhì)，系統(tǒng)內(nèi)氧含量指標(biāo)要求比較嚴(yán)格，如系統(tǒng)中氮氣置換比較慢或系統(tǒng)密閉性較差，對于干燥效率有著較大的影響，也會帶來安全風(fēng)險。

2.8? ? 冷凝裝置

在氮氣閉路循環(huán)系統(tǒng)氣流中，需要快速將溶劑冷卻下來，這就需要較大的冷卻面積和合適的冷媒。在實際使用過程中，可以根據(jù)循環(huán)風(fēng)量的大小，計算出相應(yīng)的冷卻面積，根據(jù)需要的冷卻面積再確定冷凝裝置的構(gòu)造。

2.9? ? 系統(tǒng)密閉性

在氮氣閉路循環(huán)流化床干燥裝置中，設(shè)備的密閉效果對循環(huán)風(fēng)量、氧含量、物料損失等都有直接影響。在使用過程中，需要時刻關(guān)注其閥門開度以及攪拌軸、連接處的密封性。

2.10? ? 取樣代表性

判斷干燥的終點，一般是檢測物料含濕率。而在干燥過程中，由于循環(huán)風(fēng)量的影響，取出具有代表性的物料進行檢測是一個較大的難點，這一方面與取樣口安裝的位置有關(guān)，另一方面與取樣口的物料代表性（物料殘留或干燥過程中濕物料附著在取樣口）有關(guān)。關(guān)于干燥的終點判斷，也可以尋求其他一些代表性現(xiàn)象，比如冷凝液的有無、物料溫度是否接近進風(fēng)溫度等。

2.11? ? 濕品物料形狀

濕品物料的形狀對干燥效率的影響主要體現(xiàn)在內(nèi)部物料能否及時干燥，特別是一些塊狀的物料，在干燥過程中，如攪拌破碎不徹底，勢必會影響干燥時間。在實際生產(chǎn)中，若要烘干一些塊狀的濕品物料，可采用提前破碎等預(yù)處理方式，提高干燥效率。

2.12? ? 物料結(jié)壁

在氮氣閉路循環(huán)流化床干燥過程中，時常會烘干一些易結(jié)壁的物料。筒體內(nèi)結(jié)壁的物料會影響干燥效率，時間長了對物料的性質(zhì)也會有影響。在實際生產(chǎn)中，烘干易結(jié)壁的物料時，可采取在筒體上安裝振動錘等輔助裝置，增加筒體內(nèi)清除物料的頻率等措施。

3 關(guān)于提高氮氣閉路循環(huán)流化床裝置干燥效率的研究

3.1? ? 物料粒徑大小對干燥時間的影響研究

根據(jù)本公司車間的實際操作情況，在車間中進行了試驗，在相同物料、同一批濕品含水率、相同設(shè)備、氮氣熱風(fēng)溫度為90 ℃的條件下，采用整粒機固定篩網(wǎng)過篩，改變濕物料的粒徑，進行烘料分析，試驗結(jié)果如表1所示。

由表1可知，隨著濕品物料粒徑變小，烘干時間下降趨勢明顯，對于節(jié)約烘干時間有較大好處，但這也增加了烘料前的預(yù)處理難度。

3.2? ? 風(fēng)機頻率大?。ㄋ惋L(fēng)量大?。Ω稍飼r間的影響研究

在車間中進行了第二個試驗，在相同物料、同一批濕品含水率、相同設(shè)備、氮氣熱風(fēng)溫度為90 ℃的條件下，改變風(fēng)機頻率大小，進行烘料分析，試驗結(jié)果如表2所示。

由表2可知，系統(tǒng)風(fēng)機頻率越大，送風(fēng)量越大，即系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量越大，烘干時間下降趨勢較明顯，對于節(jié)約烘干時間有較大好處。但不能無限增大風(fēng)壓，需考慮系統(tǒng)影響。

4 結(jié)語

本文簡要分析了氮氣閉路循環(huán)流化床干燥裝置的原理、工藝流程和設(shè)備特點，從氮氣閉路循環(huán)流化床干燥裝置干燥物料的實際問題著手，分析了影響氮氣閉路循環(huán)流化床干燥過程的相關(guān)因素，并提出了提高干燥效率的方法。最后，根據(jù)本公司車間的實際操作情況，在車間中進行了試驗，研究了改變濕品物料粒徑大小和系統(tǒng)風(fēng)機頻率（即系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量）對烘干時間的影響。

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收稿日期：2021-02-26

作者簡介：何詠濤（1984—），男，安徽人，工程師，主要從事生產(chǎn)設(shè)備及工藝的精益管理應(yīng)用與研究工作。