就梗絲乾燥系統的設計研討的乾燥裝置論文
就梗絲乾燥系統的設計研討的乾燥裝置論文
系統結構
梗絲低速氣流乾燥裝置與其他氣流乾燥裝置的結構組成相似，主要由乾燥器、氣料分離器、除塵器、熱風動力等部件組成，見圖1。其中，乾燥器是氣流乾燥裝置的核心部件，直接決定著裝置的效能。
1乾燥器
目前在化工、食品、製藥等行業所採用的氣流乾燥裝置，以乾燥器的形狀區分，主要有長管、短管、脈衝、倒錐形和環形等［10］。其中，①長管幹燥器應用最早且使用最廣泛，優點是結構簡單，缺點是乾燥管過長，一般為10～20m，裝置裝配空間高度較高。②短管幹燥器多用於沙石類物料的乾燥，不適宜於菸草物料。③脈衝氣流乾燥採用管徑交替縮小與擴大的方法，使物料運動交替加速或減速，這種乾燥方式熱交換效率高，但區域性風速相對較高，容易造碎。④環形乾燥器是將直管變成環形結構，從而降低了乾燥器的高度，但由於乾燥管轉彎部分較多，故區域性管壁易於粘料，對物料的造碎也較大。⑤倒錐形氣流乾燥器氣流速度由下而上逐漸減小，不同懸浮速度的物料可分別在管內不同的高度懸浮。含水率大的物料懸浮速度大，在乾燥管內移動速度慢，乾燥時間長；含水率小的物料懸浮速度小，在乾燥管內移動速度快，乾燥時間較短。因此這種乾燥方式可以獲得較好的含水率均勻性，同時由於風速變化使物料和熱風產生相對運動，熱交換效率也較高。綜合考慮乾燥器系統阻力、熱交換效率和梗絲造碎情況，且有利於實現低風速氣流乾燥，因而選用了倒錐形乾燥器。
2氣料分離器
氣料分離主要採用切向和旋風兩種方式［11］。考慮到梗絲密度較小，物料與熱風分離難度較大，氣料分離器選用切向落料器比旋風落料器可獲得更好的分離效果。
3除塵器
除塵器主要有旋風和布袋兩種形式［11］。布袋除塵器除塵效率高，但佔地面積大，清理保養難度大，不適合於高溫高溼氣體的除塵和在車間生產環境中使用；旋風除塵器雖然除塵效率較低，但佔地面積小，清理保養方便，對熱風系統的阻力影響小，適合於高溫高溼氣體除塵和在車間生產環境中使用，因此除塵選用了旋風除塵器。
4熱風加熱器
熱風加熱器主要有蒸汽熱交換器和熱風爐兩種［11］。蒸汽熱交換器使用蒸汽為熱源，蒸汽是二次能源，能源利用率低，提供的熱風溫度低（一般不超過170℃），受蒸汽質量影響大，蒸汽熱交換器系統阻力大，容易積塵存在安全隱患；熱風爐使用柴油或天燃氣一次能源作為燃料，能源利用率較高，可克服蒸汽熱交換器的不足，因此熱風加熱器選用了熱風爐。綜上所述，為了使加工的梗絲具有較好的膨脹效果（或填充值）和含水率均勻性，同時達到加工過程低風速、低造碎的要求，確定的梗絲膨脹乾燥系統整體結構見圖2。
技術實現
1工藝風速
不同含水率梗絲在豎直管道內最低懸浮速度的試驗結果見表1。為實現低風速條件下的安全輸送，將倒錐形乾燥管幹燥入口（梗絲含水率36%）的氣流速度設定為7m/s，乾燥出口（梗絲含水率13%）的氣流速度設定為3～4m/s。
2乾燥管和進料管
乾燥管作為裝置的關鍵部件，形狀為方形，在風力輸送物料時，方形的四角風速不穩定［12］，容易堆積物料，因此在設計製造時將方形的四角製作成較大的圓角，並把內壁打磨光滑。根據生產能力2000kg/h(按標準含水率12%)，來料含水率40%，出口含水率12.5%，計算出脫水量G=917kg/h，由脫水量G計算出所需要的熱量M=2.225×109J，由質量和能量守恆定理可得出攜帶熱量M所需要的空氣Q（風機風量）約為36000m3/h。根據風機風量Q及乾燥管上部和下部風速計算出乾燥管上部和下部截面面積分別為3.2m2和1.4m2，乾燥管尺寸見圖3。根據系統的風量（36000m3/h）和風速，以梗絲（含水率36%）3～4倍的懸浮速度(表1)計算出進料管的截面積。為了使熱風從進料管輸送到乾燥管的截面風速均勻，根據文獻［13］的要求，確定進料管的長度為4～5m，進料管尺寸見圖4。為有效解決風速低易使物料在乾燥管底部沉積問題，將進料管結構設計為2層。進料管上層透過熱風輸送物料，下層只輸送熱風，使物料在進入乾燥管時，下層的熱風能對物料起到托起作用，同時在進料管前端設定上下層熱風分配風門。根據試驗，當下層的熱風量約為總風量的2/3時，物料在乾燥管底部不會出現沉積現象。
3勻料輥
考慮到乾燥管截面積較大，梗絲在進入乾燥管後不能充分散開，部分梗絲會在慣性作用下直接沿著乾燥管的對面管壁運動，導致物料分佈不均勻，脫水不均衡，影響出口含水率的穩定。因此，在乾燥管下部設計安裝一個勻料裝置(即勻料輥)，見圖5。由減速機驅動的勻料輥為三稜形，安裝於進料管和倒錐形乾燥管的結合處，使進入乾燥管的物料在乾燥管各截面上均勻分佈，從而提高固氣混合物的傳熱傳質效率，保證梗絲乾燥脫水的均勻性。
4裝置表面處理
與高含水率梗絲接觸的部件表面，如文氏管內腔、進料氣鎖和汽料分離器內壁、勻料輥表面等均採用特氟龍處理，以防止高含水率物料在其表面粘結。2.5控制因素和工藝流程梗絲低速氣流乾燥裝置控制因素主要由風溫、風量（乾燥時間）、排潮量、梗絲含水率（脫水量）等組成。乾燥熱風迴圈使用，乾燥後迴風的一部分（佔總風量的20%～30%）透過排潮管道排出乾燥系統；迴風的`大部分（佔總風量的70%～80%）分成2路，由熱風分配閥門調節，一路進入熱風爐加熱，另一路直接進入混合箱與加熱後的熱風混合後形成工藝熱風。熱風爐的出風溫度控制在200～250℃，控制精度±3℃；乾燥管上部的風速為3.2～3.4m/s，工作風溫控制在170～230℃，控制精度±1℃。透過調整熱風風機的頻率控制風量，風機頻率控制在30～50Hz；系統風量的調節範圍為36000～58000m3/h，控制範圍為42000～48000m3/h。乾燥系統的排潮量透過調整排潮管道內風門的角執行器進行控制。排潮風門開度可在0～100%之間調節，為了節省能源，在裝置預熱階段時排潮風門關閉，在正常生產時排潮風門的開度控制在30%～70%。梗絲出口含水率的控制是根據工藝要求設定，按照進料流量和含水率計算出脫水量，在乾燥系統風量、排潮量一定的情況下，透過調整工作風溫進行控制，出口含水率控制範圍為設定值±0.5%。系統的工藝流程為：膨化後的梗絲由進料氣鎖送入進料管，進料管沿氣流方向傾斜安裝，在熱風作用下將梗絲輸送到倒錐形乾燥管內，經勻料輥分散後達到懸浮狀態，並沿風速方向向上運動，因乾燥管採用倒錐形設計，風速向上逐漸減小。而梗絲在運動過程中不斷地乾燥脫水，含水率逐漸降低，含水率小的梗絲運動速度快，乾燥時間短；反之，速度慢，乾燥時間長。梗絲透過這種運動自行調節乾燥含水率，從而提高幹燥後的含水率均勻性。在懸浮乾燥過程中，梗絲中的梗頭、梗籤、團塊等重物被風選分離，下落到乾燥管底部並排出。
應用效果
梗絲低速氣流乾燥裝置目前已在許昌捲菸廠得到了生產應用，與原使用的流化床乾燥工藝相比，發揮了氣流乾燥填充值高、含水率均勻性好的技術優勢，克服了現有氣流式乾燥裝置存在的不足。由表2和表3可見，改進後梗絲整絲率提高約5百分點，碎絲率降低約1百分點，梗絲乾燥出口斷面含水率極差減小1.5百分點；“黃金葉（帝豪）”和“紅旗渠（銀河之光）”兩個品牌捲菸的感官質量分別提高了0.5分和1.1分，主流煙氣指標均符合產品設計要求。