第五節　干 燥 設 備

一、干燥設備概述

干燥操作的目的是除去某些固體原料、半成品及成品中的水分或溶劑，以便于儲存、運輸、加工和使用。去濕是用熱能加熱物料，使物料中濕分蒸發而除去，這一過程稱為干燥，是除去固體物料中濕分的一種方法。在石油化工生產中，多先用機械法最大限度地去除固體物料中的濕分，再用干燥法除去剩余的濕分，最后得到合格的固體產品。

1.干燥器按操作方法分類

2.干燥器按供熱方法分類

（1）固定床干燥器結構如圖2-62所示。圖2-62中，虛線表示脈沖流。

（2）自由降落床干燥器結構如圖2-63所示。

3.石化工業中的干燥方法

石化工業中的干燥方法主要有三類：機械除濕法、加熱干燥法、化學除濕法。

（1）機械除濕法　是用壓榨機對濕物料加壓，將其中一部分水分擠出。它只能除去物料中部分自由水分，結合水分仍殘留在物料中。因此，物料經過機械除濕后含水量仍然較高，一般達不到石油化工工藝要求的較低的含水量。

（2）加熱干燥法　是化學工業中常用的干燥方法，它借助熱能加熱物料，汽化物料中的水分。物料經過加熱干燥，能夠除去其中的結合水分，達到石油化工工藝上所要求的含水量。

（3）化學除濕法　是利用吸濕劑除去氣體、液體和固體物料中少量的水分。由于吸濕劑的除濕能力有限，僅用于除去物料中的微量水分，石油化工生產中應用極少。

二、回轉圓筒干燥器

回轉圓筒干燥器是一種干燥大量物料的干燥器。由于它能使物料在圓筒內翻動、拋撒，與熱空氣或煙道氣充分接觸，干燥速度快、運轉可靠、操作彈性大、適應性強、處理能力大，廣泛使用于冶金、建材、輕工等行業。在石油化工行業中，硫酸銨、硫化堿、安福粉、硝酸銨、尿素、草酸、重鉻酸鉀、聚氯乙烯、二氧化錳、碳酸鈣、磷酸銨、硝酸磷肥、鈣鎂磷肥、磷礦等的干燥，大多使用回轉圓筒干燥器。

（一）回轉圓筒干燥器的工作原理

回轉圓筒干燥器結構如圖2-64所示。需要干燥的濕物料由皮帶運輸機或裝斗式提升機送到料斗，然后經加料機構通過加料管進入進料端。加料管的斜度要大于物料的休止角，以便物料順利進入干燥器內。干燥器圓筒是一個與水平線略成傾斜的旋轉圓筒。物料自較高一端加入，載熱體也由此端進入，與物料呈并流接觸；也有載熱體與物料呈逆流接觸的。隨著圓筒的轉動，物料受重力作用向較低的一端移動。濕物料在筒內前移過程中，直接或間接得到了載熱體的給熱，使濕物料得以干燥。干物料卸出后，經皮帶運輸機或螺旋輸送機送出。在圓筒內壁上裝有抄板，抄板將物料抄起來又灑落，使物料與氣流的接觸表面增大，以提高干燥速率并促使物料前移。載熱體一般為煙道氣、熱空氣或水蒸氣（在間接式加熱時用）等。濕物料被蒸出的水蒸氣混入煙道氣內。煙道氣排出干燥器后，一般需經旋風分離器將氣體中所夾帶的細粉捕集下來。如需進一步減少尾氣含塵量，還應經過袋式除塵器或濕式除塵器后再放空。

回轉圓筒干燥器一般適用于顆粒狀、片狀、塊狀物料的干燥，也可通過部分摻入干物料的辦法，用來干燥黏性膏狀物料或含水量較高的物料，并已成功地用于溶液物料（料漿）的造粒干燥中。

（二）直接傳熱轉筒干燥器

直接傳熱轉筒干燥器內載熱體（如煙道氣或干凈熱空氣）以對流的方式將熱量傳遞給與其直接接觸的濕物料表面，在石油化工、建材行業使用很廣泛。直接傳熱轉筒干燥器如圖2-65所示。濕物料與載熱體的流向有并流或逆流兩種。并流式是熱風與物料同方向移動，即使入口處熱風溫度較高，因物料處于表面蒸發階段，故物料溫度仍然大致保持濕球溫度；出口端的物料處于溫度上升階段，但因熱風溫度已下降，故產品的溫度升高也有限，因此，即使用較高的熱風溫度，也不致損壞產品的質量。逆流式適用于將干燥產品加熱到某一溫度的場合，可以使產品含濕量很低。

（三）復式傳熱轉筒干燥器

復式傳熱轉筒干燥器一部分熱量由載熱體通過金屬壁傳給被干燥物料，另一部分熱量則由干燥介質直接與物料接觸而傳遞，是傳導和對流兩種傳熱形式的組合，熱利用率較高。復式傳熱干燥器由內外兩個圓筒構成。被干燥物料沿著內外圓筒的環形空間移動；熱風先穿過內筒，然后折回穿過環形空間而與物料相接觸。因此，物料一方面接受由中心管以熱傳導形式傳遞的熱量，另一方面又接受以對流形式傳遞的熱量。圖2-66為復式傳熱轉筒干燥器的結構示意。

（四）回轉圓筒干燥器的操作和維護

回轉圓筒干燥器在操作時應當控制好進料量的多少、進氣溫度的高低和風量的大小等，應按規定的最佳操作條件進行操作。否則，如進料量多、氣體溫度低、風量小都可能使物料達不到要求的干燥程度；如進料量少、氣體溫度高、風量大，就有可能使物料過熱，并且浪費熱能。

回轉圓筒干燥器常見故障及處理方法如表2-12所示。

三、流化床干燥器

在一個干燥設備中，將顆粒物料堆放在分布板上，當氣體由設備下部通入床層，隨著氣流速度加大到某種程度，固體顆粒在床層內就會產生沸騰狀態，這種床層稱為流化床。采用這種方法進行物料干燥稱為流化床干燥。

（一）流化床干燥的原理

流化床干燥是流化技術在干燥方面的應用，如圖2-67（a）所示。顆粒狀物料由床側加料器加入，熱氣流由底部進入，通過多孔分布板與物料接觸，當氣流速度達到一定時，就會將物料顆粒吹起，并且使顆粒在氣流中做不規則跳動，互相混合和碰撞。此時的氣流速度稱為臨界速度。如果氣流速度再增大，物料顆粒就會被氣流帶走，此時的速度稱為帶走速度。反之，若氣流速度減小，物料顆粒就會下落。因此，流化床干燥器的氣流速度應控制在臨界速度范圍內。

在流化床干燥過程中，氣體激烈地沖動著固體顆粒，這種沖動速度具有脈沖性質，其結果就大大強化了傳熱和傳質的過程。在流化床內傳熱和傳質是同時發生的。圖2-67（b）為兩層沸騰床干燥器的結構，濕物料由第一層上方加入，熱氣流由筒底送入，與物料顆粒逆向接觸。物料顆粒在第一層被干燥后經溢流管降入第二層，干、濕物料顆粒在每一層內部都相互混合，但層與層則不相互混合。由于第二層上的干物料是與溫度較高、濕度較小的入口熱氣流接觸，物料顆粒的最終含水量比單層流化床干燥器低。熱氣通過第二層干物料層后，進入第一層與含水量較高的進口濕物料接觸，因此它在排出時的溫度比單層的低，濕度比單層的高。這樣便增大了熱的利用率，節省了能源。

（二）流化床的特點和分類

1.特點

（1）顆粒與熱干燥介質在沸騰狀態下進行充分的混合與分散，減少了氣膜阻力，而且氣固接觸面積相當大，其體積傳熱系數一般在2300～7000W/（m³·K）范圍內。

（2）由于流化床內溫度均一并能自由調節，故可得到均勻的干燥產品。

（3）物料在床層內的停留時間一般為幾分鐘至幾小時（有的只有幾秒鐘），可任意調節，故對難干燥或要求干燥產品含濕量低的物料特別適用。

（4）由于體積傳熱系數大，干燥強度大，故在小裝置中可處理大量的物料。

（5）結構簡單，造價低廉，沒有高速轉動部件，維修費用低，物料由于流化而輸送簡便。

（6）對于散粒狀物料，其粒徑與形狀有一定的限制，如粒徑范圍為20～30μm至5～6mm是適宜的，形狀以類似球形為佳。

2.分類

（1）按被干燥的物料分類　有散粒狀物料、膏糊狀物料、溶液和懸浮液等具有流動性物料。

（2）按操作情況分類　流化床可分為間歇式和連續式。

（3）按設備結構型式分類　流化床可分為單層流化床干燥器、多層流化床干燥器、臥式多室流化床干燥器、振動流化床干燥器、噴動床干燥器、惰性粒子流化床干燥器等，此外，還有帶攪拌槳的以及內置熱傳導裝置的流化床干燥器。

（三）單層和臥式多室流化床干燥器

單層和臥式多室流化床干燥器如圖2-68所示。它適用于干燥各種難以干燥的粒狀物料、熱敏性物料，并逐漸擴展到粉狀、小塊狀等物料。散粒狀物料往往是經造粒機制成4～14目的大小，初始含濕量一般在10%～30%，干燥后的終濕量一般在0.02%～0.3%。當被干燥的物料在80～100目或更細小時，如聚氯乙烯，則干燥器上部需加以擴大，以減少細粉夾帶，其分布板的孔徑及開孔率也相應減小，以改善流化狀態。

干燥器為一長方形箱式流化床，底部為多孔篩板，開孔率一般為4%～13%，孔徑為1.5～2.0mm。篩板上方，按一定間距設置隔板，構成多室。隔板可以是固定的，或活動的（可上下移動），以調節其與篩板的間距。由于設置了與顆粒移動方向垂直的隔板，既防止了未干燥顆粒的排出，又使物料的滯留時間趨于均勻。每一小室的下部有一進氣支管，支管上有調節氣體流量的閥門。

濕物料連續加入到干燥器的第一室，床層中的顆粒借助于床層位差，通過流化床分布板與隔板之間的間隙向出口側移動，被干燥的物料最后通過出口堰溢流連續排出。每一個室相當于一個流化床，臥式多室相當于多個流化床串聯使用。

圖2-69為臥式連續多室流化床干燥器，它將干燥后的細粉循環落到第一室，與初始進入的濕物料混合，可減少濕料結塊造成的麻煩。

（四）多層流化床干燥器

連續多層流化床干燥器的結構與板式塔相似，如圖2-70所示。一層板相當于一個流化床，濕物料自頂層加入，逐層下移，于底層排出。熱空氣由底部進入，向上通過各層，從頂部排出，物料與熱風逆向流動。由于物料有規則地從上到下移動，停留時間分布均勻，物料的干燥程度均勻，易于控制產品質量。又由于氣體與物料多次接觸，所以尾氣的水蒸氣飽和度提高，熱利用率較高。這種干燥器適用于干燥降速段的物料或產品要求含濕量很低的物料。連續多層流化床干燥器依其下料方式可分為溢流管式、穿流板式和錯流式等，此外，還有多層串連式和翻板式。

（五）噴動床干燥器

噴動床干燥器如圖2-71所示，其流動特征是一個向上的中心稀相流動床與一個四周向下的移動床的組合。噴動床干燥器底部為圓錐形，上部為圓筒形。氣體以高速從錐底進入，夾帶一部分固體顆粒向上運動，形成中央通道。在床層頂部顆粒好似噴泉一樣，從中心噴出向四周散落，然后沿周圍向下移動，到錐底又被上升氣流噴射而上，如此循環以達到干燥的要求。

噴動床技術用途相當廣泛，如干燥、造粒、冷卻、混合等。噴動床技術用于干燥，根據物料特點及具體工藝要求，出現有幾種形式的干燥裝置。常用的噴動床干燥器有兩種形式，即有分布板式和無分布板式。

圖2-72（a）為無分布板式噴動床干燥器，加料口設在設備錐底的窄截面處，產品自上部圓筒形側孔卸出，或者按干燥要求自頂部由尾氣帶出。在氣體及物料進口的窄截面處，氣流速度是大顆粒氣流輸送速度（即帶出速度）的1.5～2.0倍。

圖2-72（b）為有分布板式噴動床干燥器，物料從頂部加入，或在設備錐形底部靠近分布板處加入，產品通過錐形體處側孔卸出，或在圓筒體處側孔卸出。窄截面處氣速接近于顆粒的帶出速度，但在寬截面處則取最佳流化速度。

四、噴霧干燥器

噴霧干燥是采用霧化器將物料分散為霧滴，并用熱干燥介質（通常為空氣）直接將霧滴干燥成固體產品的一種干燥方法。料液可以是溶液、乳濁液或是懸浮液，也可以是熔融物、膏狀物或濾餅。產品根據需要可制成粉體、顆粒、空心球或團粒。經過幾十年的研究與實踐，噴霧干燥技術已比較成熟，設備尺寸的計算與確定也有可靠的方法。

（一）噴霧干燥的工作原理

將溶液、乳濁液、懸浮液或漿料在熱風中噴霧成細小的液滴，在它下落過程中，水分被蒸發而成為粉末狀或顆粒狀的產品，稱為噴霧干燥。

噴霧干燥的原理如圖2-73所示，在干燥塔頂部導入熱風，同時將料液泵送至塔頂，經過霧化器噴成霧狀的液滴，這些液滴群的表面積很大，與高溫熱風接觸后水分迅速蒸發，在極短的時間內便成為干燥產品，從干燥塔底部排出。熱風與液滴接觸后溫度顯著降低，濕度增大，作為廢氣由排風機抽出。廢氣中夾帶的微粉用分離裝置回收。

（二）噴霧干燥器的維修

幾種噴霧干燥的常見故障及處理方法如表2-13所示。