气流干燥技术与设备1

气流干燥技术与设备刘朝贤2013年7月烟草行业烟草工艺重点实验室一、气流干燥技术工艺原理与设备类型二、叶丝气流干燥技术与滚筒干燥技术应用及效果情况三、不同叶丝气流干燥设备工作原理与结构分析比较四、典型叶丝气流干燥设备控制参数对叶丝质量的影响烟草行业烟草工艺重点实验室1烟草行业烟草工艺重点实验室2一、气流干燥技术工艺原理与设备类型（一）气流干燥技术工艺原理1、气流干燥工艺原理：气固两相传热传质→干燥对流干燥的形式利用高温空气介质和待干燥固体物料在悬浮输送过程中进行快速脱水而完成干燥的工艺固体湿物料的干燥是由传热和传质两个过程所组成传热过程：当湿物料与热空气相接触时，干燥介质（热空气）将热能传递至湿物料表面，由表面传递至物料的的内部传质过程：热量传递同时，湿物料中的水分从物料内部以液态或气态扩散到物料表面，由物料表面通过气膜扩散到热空气中去烟草行业烟草工艺重点实验室32、气流干燥基本过程（1）运动过程特征：加速运动阶段和等速运动阶段加速运动阶段：颗粒受到的曳力与浮力之和大于重力，具有向上的加速度，颗粒与气流的相对运动速度是一个变量。等速运动阶段：随颗粒运动速度增大，曳力逐渐减小，直至3个力的矢量和为零，颗粒进入等速运动阶段，此时气流与颗粒间的相对速度为一常数。烟草行业烟草工艺重点实验室4（2）传热传质过程特征具有不同阶段特征干燥初始阶段，颗粒刚进入干燥管时上升速度为零，与具有较高速度的热气流相遇，获得向上的速度，此时两相间的对流传热系数很大，物料颗粒不断加速上升，进入加速运动干燥阶段，固体颗粒在加速阶段所获得的热量占整个干燥阶段获得热量的一半以上。干燥后期，当固体物料的上升速度接近乃至达到气流速度时，对流传热系数大大减小，干燥效率降低。颗粒与气流的相对运动情况对颗粒与气流之间的传热速率影响较大。不断改变气固两相的相对速度，增加粒子周围边界层处的湍流强度，进而增加两相的接触时间，扩大气固两相的接触面积，提高干燥效率。烟草行业烟草工艺重点实验室53、气流干燥特点（1）气固两相间传热传质的表面积大，热效率高采用气固两相并流操作，固体颗粒在气流中高度分散呈悬浮状态，使两相间的接触面积大大增加；在较高的气流速度（20—40m/s）作用下，气固两相的相对速度较高，体积传热系数大，热效率高。（2）热效率高，干燥时间短，处理量大热效率一般达60-70%气体干燥管的长度一般为10－20米管内气速为20－40m/s，其中下端风速40m/s，上端风速15－20m/s气-固两相之间的接触干燥时间一般为0.5-2s气料比＝4－10：1干燥时间为1－10s（3）循环操作，使用方便（4）缺点：流动阻力较大（一般为3000－4000Pa），动力消耗大烟草行业烟草工艺重点实验室61、气流干燥设备系统组成气流干燥设备一般由空气加热器、喂料器、干燥器、气料分离器、除尘器及风机等部件组成。（二）气流干燥设备系统组成及类型基本流程：湿物料自喂料器进入干燥管，空气由风机鼓入，经加热器加热后与湿物料汇合，在干燥管内达到干燥目的。干燥后的物料经气料分离和除尘后，得到需要的产品，废气经抽风机排出。核心部件——干燥器控制方式：物料状态（固）：水分、温度热风状态（气）：热风风量、温度、湿度、气料比（Q气/Q固）烟草行业烟草工艺重点实验室7烟草行业烟草工艺重点实验室82、气流干燥设备类型气流干燥设备在化工、医药、食品、烟草等行业的生产加工过程得到普遍应用。根据干燥器的形式分为多种气流干燥设备类型。（1）直管式气流干燥器（2）脉冲式气流干燥器（3）倒锥式气流干燥器（4）套管式气流干燥器（5）环形式气流干燥器烟草行业烟草工艺重点实验室9（1）直管式气流干燥器长管干燥器——结构简单，易于制造——干燥管过长（一般为10-20m），致使气流干燥设备高度较高；热交换效率低，致使设备能源利用率低短管干燥器——干燥管较短（一般为4-6m）——只适合易于干燥的散状物料，多用于沙石类物料的干燥，不适宜于烟草物料的干燥烟草行业烟草工艺重点实验室10（2）脉冲式气流干燥器——管径交替缩小或扩大——颗粒运动交替加速或减速，气流和颗粒作不等速流动，气流和颗粒间的相对速度与传热面积都较大，强化传热传质速率——在扩大管中气流速度大大下降，增加干燥时间烟草行业烟草工艺重点实验室11（3）倒锥式气流干燥器——气流速度由下而上逐渐减小，不同悬浮速度的物料可分别在管内不同的高度悬浮——干燥过程含水率逐渐降低，其悬浮速度逐渐减小，物料即向上浮动，直至干燥程度达到要求时被气流带出干燥管——不同含水率的物料在同一干燥管内产生不同的干燥时间，含水率大的物料其悬浮速度大，在干燥管内移动速度慢，其干燥时间长；含水率小的物料，则相反——水分均匀性较好——热交换效率较高烟草行业烟草工艺重点实验室12（4）套管式气流干燥器——物料与气流同时由内管底部进入，由顶部导入内外管的环形空间内，由环形空间向外排出——优点：由于外管的作用，避免了内管的热量损失；降低了干燥器的高度——缺点：底部出料口设计制造难度大（5）环形式气流干燥器——将直管变成环形结构，降低了干燥器的高度——整个干燥管转弯部分较多，且有套管，局部管壁易于粘料烟草行业烟草工艺重点实验室13二、叶丝气流干燥技术与滚筒干燥技术应用及效果情况（一）气流干燥与滚筒干燥工作状态差异1、传热方式不同叶丝气流干燥：以对流方式干燥叶丝叶丝滚筒干燥：以传导和对流方式干燥叶丝2、干燥介质不同叶丝气流干燥：采用热风干燥，热风温度选择范围较大（170－300℃），风量可调，风速较高（15－30m/s）叶丝滚筒干燥：采用筒壁和热风干燥，筒壁温度可选择范围较小（120－170℃），热风温度较低（80－120℃），风速低（1.0m/s左右）烟草行业烟草工艺重点实验室143、物料状态不同叶丝气流干燥：来料水分可选择范围大（22－35％），温度适中。叶丝滚筒干燥：来料水分可选择范围小（22－24％），温度较高。4、干燥时间不同叶丝气流干燥：干燥时间短（1－10s）。叶丝滚筒干燥：干燥时间长（4－8min）。5、出料状态不同叶丝气流干燥：出料不均匀，出口叶丝温度、水分偏差大。叶丝滚筒干燥：出料均匀，出口叶丝温度、水分相对稳定。烟草行业烟草工艺重点实验室15（二）气流干燥与滚筒干燥处理叶丝效果差异1、物理特性差异（1）叶丝填充值叶丝滚筒干燥：叶丝填充值在4.0－4.6cm3/g叶丝气流干燥：叶丝填充值在4.4－5.5cm3/g，比滚筒提高10－25%（2）叶丝结构整丝率：基本无差异碎丝率：气流干燥比滚筒干燥有所减少，降低率大约10－15%（3）叶丝含水率叶丝滚筒干燥：叶丝含水率标准偏差小，一般在0.17%以下叶丝气流干燥：叶丝含水率标准偏差较大，一般在0.17－0.3%之间烟草行业烟草工艺重点实验室16（4）干头干尾量叶丝滚筒干燥：叶丝干头干尾量较多，在0.5－1.5%之间叶丝气流干燥：叶丝干头干尾量基本没有（5）叶丝结团量叶丝滚筒干燥：基本没有叶丝结团情况叶丝气流干燥：有叶丝结团结情况，在在0.5－1.0%之间烟草行业烟草工艺重点实验室172、感官质量差异叶丝气流干燥：对减少杂气、降低刺激性具有明显效果；同时，也会对香气质与香气量、丰满程度（浓度、劲头等）具有一定程度降低作用。叶丝滚筒干燥：对杂气减少、刺激性降低效果没有气流干燥明显；但是，对香气质与香气量、丰满程度（浓度、劲头等）保持好于气流干燥。气流干燥对低档烟叶及低档卷烟的感官质量改善明显；对高档烟叶及高档的感官质量有一定的负面影响。因此，需从工艺、配方、加香料改进。烟草行业烟草工艺重点实验室183、烟气成分差异叶丝气流干燥：与滚筒干燥相比，对卷烟焦油量和CO量具有进一步降低作用；同时，对7种有害成分影响各不相同，总体上能够降低危害性指数。相关试验表明，可使卷烟烟气焦油量下降0.7—1.5mg/支，烟碱量下降0.08—0.15mg/支。4、能源消耗差异叶丝气流干燥要高于滚筒干燥。烟草行业烟草工艺重点实验室19（三）气流干燥技术装备在国内使用情况1、HXD（Garbiuo-Dickson公司）徐州、南京、龙岩、厦门、常德、济南、许昌、柳州、青岛、长沙等卷烟企业（20余家）。2、HDT（Hauni公司）成都、蚌埠、广州、昆明、上海、兰州等卷烟企业。3、SH9系列（江苏智思公司）合肥、延吉、南宁、什邡、潜江、郑州、哈尔滨等卷烟企业（30余家）。4、SH96系列（秦皇岛公司）保定、涪陵、天水、张家口、零陵，四平、绵阳、西昌等多家卷烟企业。5、CTD（意大利Comas公司）龙岩、厦门、郑州院6、Eva(意大利Garbiuo公司)青岛烟草行业烟草工艺重点实验室20三、不同叶丝气流干燥设备工作原理与结构分析比较（一）HXD（Garbiuo-Dickson公司）（二）HDT（Hauni公司）（三）SH9系列（江苏智思）（四）SH96系列（秦皇岛公司）（五）CTD（意大利Comas公司）（六）Eva(意大利Garbiuo公司)烟草行业烟草工艺重点实验室21（一）HXD气流干燥设备干燥设备外形图烟草行业烟草工艺重点实验室221、HXD干燥前后工序流程与布置切后叶丝增温增湿水分22－35％，温度60—75℃HXD干燥烟草行业烟草工艺重点实验室23（1）叶丝增温增湿设备（DCC或RCC）2、HXD干燥设备结构与工作原理设备外形图烟草行业烟草工艺重点实验室24蒸汽蒸汽蒸汽水风机0C出料罩筛网自动筛网清扫器热交换器DCC工作原理图含水率可达40％，温度可达80℃烟草行业烟草工艺重点实验室25（2）HXD干燥a、设备结构旋风分离器回风管道干燥膨胀管道进料气锁热风管道工艺加热器出料气锁结构原理图烟草行业烟草工艺重点实验室26进料管：其与垂直文丘里管成300角，文丘里管的缩口截面约为干燥立管截面的33%。进料气锁：转子叶片和轴用不锈钢制造，轴上焊有10个径向叶片，叶片顶部装有青铜材料的调节板。气锁装在文丘里入料管的顶部，中间装有膨胀节。垂直干燥管：是外部有加强筋的矩形管。矩形管顶部是90o弯头，并保证与旋风分离器平滑过渡，在弯头处有一个带插销的检查门。旋风分离器：旋风分离器用3.0mm厚不锈钢板制作，旋风分离器的的出风口为圆形管道。管道上装排潮风温温度计。烟草行业烟草工艺重点实验室27出料气锁：此气锁与进料气锁的结构类似，气锁装于旋风分离器下部，由平台构架支撑。回流气体管道：为圆形，包括一个带有压差变送器的文氏管和一个带有电--气执行装置的平衡式风门的热风风量控制系统。工艺风机：主要提供工作风量，从主工艺风机到热交换器的回风管道分为两部分，一部分连通热交换器，另一部分连通工艺废气排放口，并装有电-气控制废气排放量。工艺加热器：工艺加热器由燃烧器和热交换器组成。燃烧器装在燃烧室的一端，带有可观察的火焰观察窗。高温烟气在热交换器的管内走，被加热热风在管外走，进行热量交换。烟草行业烟草工艺重点实验室28蒸汽喷射系统：蒸汽喷射包括：孔板式压差变送器、电磁流量计和截止阀、疏水阀、过滤器、蒸汽减压阀等。排料槽和自动灭火系统：烟丝从出料气锁进入排料槽，在出料气锁的下部装有火花探测器，当火花探测器探测到有小火星时，排料翻板立刻动作，同时排料槽处的水喷嘴喷水。烟草行业烟草工艺重点实验室29b、工艺处理过程工作原理示意图烟草行业烟草工艺重点实验室30切后叶丝经过滚筒增温增湿机获得较高的温度和湿度，然后经振槽输送，利用负压系统进入热气流喷射干燥膨胀管道，使叶丝在较短时间（4－10s）快速脱水膨胀，高速气流将烟丝带入旋风分离塔分离，叶丝由分离塔的下口经气锁出料，湿热蒸汽由上口排出，经除湿后（排潮系统）进入循环加热，加热后再次利用以减少热量损失。工艺处理过程：烟草行业烟草工艺重点实验室31c、控制系统一定流量叶丝→控制热风(速度、温度、湿度)、气料比等→控制水分、温度、膨胀率等Q=K(T+273)P工艺气流量控制回路：循环工艺气流量是由旋风分离器出