李伏虎

（中國神華鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010072）

真空槳葉干燥機(jī)在高黏度物料的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

李伏虎

（中國神華鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010072）

介紹了真空槳葉干燥機(jī)的工作原理、行業(yè)應(yīng)用情況、技術(shù)特點(diǎn)，針對(duì)我廠高黏度物料特性進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造，通過該設(shè)備在實(shí)驗(yàn)過程中的運(yùn)行、調(diào)試以及系統(tǒng)改造，實(shí)現(xiàn)了高黏度物料在較高真空度條件下的平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)滿足了產(chǎn)品品質(zhì)及產(chǎn)量等各項(xiàng)技術(shù)要求。該設(shè)備在本次實(shí)驗(yàn)的成功應(yīng)用，為真空槳葉干燥機(jī)在高黏度物料的開發(fā)和應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

空心；槳葉干燥機(jī)；特點(diǎn)；高黏度物料；可行性

空心槳葉干燥機(jī)是一種以熱傳導(dǎo)為主的臥式攪拌型干燥機(jī)。因內(nèi)部空心的攪拌葉片形似于船槳，固稱之為空心槳葉干燥機(jī)。槳葉干燥機(jī)國外已經(jīng)開發(fā)多年，最早由德國開發(fā)成功，之后我國引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)，并進(jìn)行了改進(jìn)，現(xiàn)已開發(fā)了雙軸和四軸兩種結(jié)構(gòu)、十多種規(guī)格的系列產(chǎn)品。近年來國內(nèi)各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，國產(chǎn)槳葉干燥機(jī)技術(shù)已經(jīng)十分成熟。我廠油渣萃取項(xiàng)目作為新型技術(shù)，物料性質(zhì)具有特殊性。由于其自身高黏度特性，干燥機(jī)還沒有相關(guān)業(yè)績。針對(duì)該物料性質(zhì)，我們與設(shè)備廠家進(jìn)行合作，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證槳葉干燥機(jī)對(duì)高粘度物料的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。為槳葉干燥機(jī)應(yīng)用提供更廣闊的領(lǐng)域。

1 槳葉干燥機(jī)原理

空心槳葉干燥機(jī)是由互相嚙合的二根或四根槳葉軸、帶有夾套的W形殼體、機(jī)座以及傳動(dòng)部分組成，物料的整個(gè)干燥過程在封閉狀態(tài)下進(jìn)行，有機(jī)揮發(fā)氣體及異味氣體在密閉氛圍下送至尾氣處理裝置，避免環(huán)境污染。干燥機(jī)以蒸汽，熱水或?qū)嵊妥鳛榧訜峤橘|(zhì)，軸端裝有加熱介質(zhì)進(jìn)出的旋轉(zhuǎn)接頭。加熱介質(zhì)分為兩路，分別進(jìn)入干燥機(jī)殼體夾套和槳葉及軸內(nèi)腔，將殼體和槳葉軸同時(shí)加熱，以傳導(dǎo)加熱的方式對(duì)物料進(jìn)行加熱干燥。被干燥的物料由螺旋送料機(jī)連續(xù)的送入干燥機(jī)的加料口，物料進(jìn)入干燥機(jī)殼體后，通過槳葉的轉(zhuǎn)動(dòng)使物料翻轉(zhuǎn)、攪拌，不斷更新加熱介面，與殼體夾套和槳葉接觸，被充分加熱，使物料所含的表面水分蒸發(fā)，蒸發(fā)水分通過氣相出口連續(xù)排出。同時(shí)，物料隨槳葉軸的旋轉(zhuǎn)成螺旋軌跡向出料口方向輸送，在輸送中繼續(xù)攪拌，使物料中滲出的水分繼續(xù)蒸發(fā)。最后，干燥均勻的合格產(chǎn)品由出料口排出。

干燥機(jī)空心軸上密集排列著楔形中空槳葉，熱介質(zhì)經(jīng)空心軸流經(jīng)槳葉，循環(huán)加熱。單位有效容積內(nèi)傳熱面積很大，熱介質(zhì)溫度為-40～320°C，可以是水蒸氣，也可以是液體，如熱水、導(dǎo)熱油等。通過間接傳導(dǎo)進(jìn)行加熱，熱量均用來加熱物料，熱量損失很小，僅為通過氣體保溫層向環(huán)境的散熱。楔形槳葉傳熱面具有自清潔功能，物料顆粒與楔形面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生清潔作用，能夠除去楔形面上的附著物料，使物料在運(yùn)動(dòng)中一直保持著清潔的傳熱面。

2 槳葉干燥機(jī)的應(yīng)用

隨著國內(nèi)各行業(yè)的發(fā)展，槳葉干燥機(jī)已成功地用于食品、化工、石化、染料、工業(yè)污泥等領(lǐng)域。設(shè)備傳熱、冷卻、攪拌的特性使之可以完成以下單元操作：煅燒（低溫）、冷卻、干燥（溶劑回收）、加熱（融化）、反應(yīng)和滅菌。

1）用導(dǎo)熱油做加熱干燥介質(zhì)，槳葉干燥機(jī)可完成低溫煅燒工作。如：二水硫酸鈣（Ca2SO4·2H2O）煅燒轉(zhuǎn)化為半水硫酸鈣（Ca2SO4·1/2H2O）。碳酸氫鈉（NaHCO3）經(jīng)煅燒轉(zhuǎn)化為純堿（Na2CO3）等。

2）通入冷卻介質(zhì)，如水、冷卻鹽水等即可用來冷卻。如用純堿行業(yè)的槳葉式?jīng)鰤A機(jī)取代老式的空氣冷卻涼堿機(jī)，節(jié)省了能源及尾氣處理設(shè)備，降低了操作費(fèi)用，還可用于鈦白粉、鎳鐵合金粉及各種粉粒狀物料的冷卻。

3）干燥，槳葉干燥機(jī)應(yīng)用最廣泛的用途，不使用熱空氣，使溶劑回收、能源消耗、環(huán)境控制處于易處理的理想狀態(tài)。對(duì)需回收溶劑、易燃易氧化熱敏性物料尤為適應(yīng)，已廣泛用于精細(xì)化工、石化、染料行業(yè)。

3 干燥機(jī)的特點(diǎn)

3.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊

干燥機(jī)主要的傳熱部件是殼體夾套、軸、楔形的槳葉，這些密集的槳葉按照規(guī)定的間隔交叉排列在固定的旋轉(zhuǎn)軸上，因此單位容積的傳熱比較高。基于這一原因，這種設(shè)備的結(jié)構(gòu)非常緊湊、占地面積小。

3.2 傳熱效率高

由于相對(duì)旋轉(zhuǎn)的楔形的槳葉和傾斜的槳葉表面以及機(jī)體的加熱、冷卻，保證了所有與產(chǎn)品接觸的表面能夠均勻地傳遞熱能。物料充分混合攪拌，干燥機(jī)本體熱量損失很小，熱量利用率高，提高了設(shè)備的傳熱效率。

3.3 自潔性能

槳葉具有自潔能力。槳葉相向旋轉(zhuǎn)，葉片的兩個(gè)斜面反復(fù)攪拌、壓縮、松弛并推進(jìn)物料，使葉面具有獨(dú)特的自潔能力，防止物料在槳葉軸與軸間累計(jì)黏結(jié)，影響干燥機(jī)正常運(yùn)行。同時(shí)槳葉干燥機(jī)的傳熱系數(shù)也高于其他任何傳導(dǎo)干燥方式。

3.4 處理物料范圍廣

使用不同熱介質(zhì)，既可處理熱敏性物料，又可處理需高溫處理的物料。常用介質(zhì)有水蒸氣、導(dǎo)熱油、熱水、冷卻水等。既可連續(xù)操作也可間歇操作，可在很多領(lǐng)域應(yīng)用。

3.5 控制簡單

干燥過程和停留時(shí)間都可以檢查、控制和調(diào)整。它們都可以根據(jù)被干燥產(chǎn)品的物理性能單獨(dú)進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整，對(duì)軸或者槳葉的數(shù)量、轉(zhuǎn)速、傳熱體的溫度和干燥停留時(shí)間進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整，達(dá)到干燥效果。

3.6 適合于濕度很大產(chǎn)品的干燥

由于使用了槳葉式的干燥元件和連續(xù)的混合攪拌，能夠?qū)︷ざ群艽蟮摹⒏邼穸鹊牟牧线M(jìn)行干燥。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免了產(chǎn)品在死角處的積留和因產(chǎn)品積留而帶來的過熱或者腐敗變質(zhì)。

3.7 材料的損耗及磨損很小

由于槳葉的轉(zhuǎn)速很低，只有10～40r/min，這就有效地避免了磨蝕和由磨蝕帶來的機(jī)床設(shè)備快速的磨損，延長了設(shè)備使用壽命。另外，也將金屬材料的破裂風(fēng)險(xiǎn)降低到了最小程度。

4 我廠高黏度物料實(shí)驗(yàn)

中國神華煤制油有限公司鄂爾多斯煤制油分公司2016年成立油渣萃取項(xiàng)目組，以使液化油渣合理高效利用。根據(jù)煤液化油渣溶劑萃取特性，能被溶劑萃取部分稱為瀝青相，不能被溶劑萃取部分稱為固相。本項(xiàng)目選擇煤焦油洗油作為溶劑的萃取工藝，使油渣中的瀝青與溶劑混合相溶，隨后采用固液分離設(shè)備分級(jí)分離，得到不同灰分含量的分離液，分離液經(jīng)減壓蒸餾后，最終得到不同等級(jí)的煤液化瀝青。

物料經(jīng)過分離設(shè)備分離后，固相物料中含有35%的洗油，只有將這部分洗油提取出來循環(huán)利用才能證明此工藝的可行性。所以此項(xiàng)目中干燥設(shè)備選型至關(guān)重要。通過我們前期技術(shù)交流及設(shè)備考察，選定槳葉干燥機(jī)為本項(xiàng)目的重點(diǎn)論證方案之一。槳葉干燥機(jī)雖然在化工行業(yè)應(yīng)用廣泛且成熟，但高黏度物料干燥方面沒有運(yùn)行業(yè)績。為了驗(yàn)證槳葉干燥機(jī)在本工藝的可行性及可靠性，我們與天華設(shè)計(jì)院共同合作，提供我廠特有物料，進(jìn)行槳葉干燥機(jī)實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)的主要就槳葉干燥機(jī)處理本項(xiàng)目高黏度物料在結(jié)垢、黏壁、處理量、干燥效果等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

4.1 物料特性

名稱：含洗油的類瀝青物；狀態(tài)：黑色黏稠狀；進(jìn)料溫度：120℃；絕干物料比熱：1.3kJ/（kg·℃）（設(shè)計(jì)計(jì)算值）；濕分比熱：2.677kJ/（kg·℃）（設(shè)計(jì)計(jì)算值）；濕分蒸發(fā)潛熱：650kJ/kg（設(shè)計(jì)計(jì)算值）；黏度：8 350mPa·s（120℃）；堆密度：1 000kg/m3（估算）；干燥目的：回收洗油。

4.2 設(shè)計(jì)要求

處理量：3500kg/h（濕基）；濕分名稱：洗油；初始濕含量：～35%；產(chǎn)品濕含量：≤5%；干燥過程中料溫：≤260℃；設(shè)備臺(tái)數(shù)：10臺(tái)/套。

4.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)及流程

4.3.1 技術(shù)參數(shù)

干燥機(jī)型號(hào)：JG-3.0；傳熱面積：3m2；設(shè)計(jì)溫度：殼程260℃，管程250℃；

設(shè)計(jì)壓力：殼程：殼程/管程：50kPa（a）/0.2MPa（g）；干燥機(jī)材質(zhì)：與物料接觸的部分304。

電機(jī)名稱：隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)；電機(jī)型號(hào)：YB132S-4；電機(jī)功率：5.5kW。

4.3.2 實(shí)驗(yàn)流程

流程簡述：濕物料通過鎖氣器連續(xù)加入到真空槳式干燥機(jī)中，熱源通過真空槳式干燥機(jī)空心的熱軸、葉片和夾套將熱量傳遞給物料。在熱軸的帶動(dòng)下，葉片把物料打散，同時(shí)將物料向出料口輸送。蒸發(fā)的濕分進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷凝，尾氣經(jīng)真空泵抽出排空，干燥后的物料通過鎖氣器間歇排放收集。

4.4 設(shè)備選型

針對(duì)本項(xiàng)目物料黏度大，易燃易爆等特性，選擇為雙軸薄膜真空干燥機(jī)。雙軸薄膜真空干燥機(jī)是根據(jù)槳葉干燥機(jī)和圓盤干燥機(jī)優(yōu)化組合設(shè)計(jì)的新型干燥機(jī)，其主要由薄膜熱軸、殼體、傳動(dòng)系統(tǒng)、密封系統(tǒng)等組成，工作過程中具有較好的密封性、耐磨性和耐高溫性能，使用過程中操作彈性大，傳熱系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，尤其是對(duì)較黏物料具有自清理功能，是油渣和黏性物料的最佳選用設(shè)備。

4.4.1 熱軸系統(tǒng)

熱軸是薄膜干燥機(jī)的核心部件，主要由軸管、軸頭、矩形葉片等組成，葉片形式為矩形葉片，徑向剖開為矩形，軸向?yàn)樯刃危刃蚊嫱粋€(gè)平面，這一點(diǎn)與其他葉片完全不同，由于本部件選用較厚的鋼板或鍛件制造完成，具有較強(qiáng)的耐磨性能，與軸管焊接時(shí)強(qiáng)度較高，有效防止軸本身產(chǎn)生的撓度，進(jìn)一步保證密封性。兩片盤片、內(nèi)外側(cè)扇形板、側(cè)板及加強(qiáng)筋焊接而成，設(shè)計(jì)了加強(qiáng)筋和傳熱導(dǎo)體柱，既可以承受高溫引起的變形，也可以增強(qiáng)側(cè)板的耐磨性能，同時(shí)也能承受高壓。能保證長時(shí)間下該軸不會(huì)產(chǎn)生變形和泄露，也能進(jìn)一步降低用戶使用過程中的維修費(fèi)用。

4.4.2 熱源進(jìn)出系統(tǒng)

傳統(tǒng)型干燥機(jī)的油或蒸汽進(jìn)出口采用主動(dòng)端進(jìn)蒸汽，從動(dòng)端出油、冷凝液或蒸汽的結(jié)構(gòu)，而雙軸薄膜干燥機(jī)采用從動(dòng)端進(jìn)高溫油和出低溫由的新型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)避免高溫對(duì)主動(dòng)端的傳動(dòng)精密度產(chǎn)生影響，從而增加軸的傳動(dòng)平穩(wěn)度，同時(shí)也減少了一端面的漏點(diǎn)，為后續(xù)檢維修降低費(fèi)用，天華院已經(jīng)大規(guī)模成功應(yīng)用。

4.4.3 軸端密封系統(tǒng)

雙軸薄膜干燥機(jī)的軸端密封是整個(gè)系統(tǒng)安全保證，如果密封失效或有漏點(diǎn)，空氣進(jìn)入干燥機(jī)會(huì)有閃爆的可能性。本密封系統(tǒng)采用迷宮密封將大量的油渣阻擋在殼體內(nèi)部，然后用硬質(zhì)環(huán)將大部分遺漏的渣再次進(jìn)行阻擋，少部分遺留的油渣進(jìn)入緩沖倉進(jìn)行收集，根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)約兩年清倉一次，緩沖倉內(nèi)部填滿后發(fā)現(xiàn)有氣體外漏，備用的反吹氮?dú)膺M(jìn)行反吹再次密封，該系統(tǒng)安全可靠無風(fēng)險(xiǎn)。

4.4.4 自清理系統(tǒng)

自清理系統(tǒng)是雙軸薄膜干燥機(jī)和傳統(tǒng)干燥機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在黏性較高的物料干燥過程中，防止物料黏附熱軸，如果物料黏附在熱軸表面，使傳熱系數(shù)降低，干燥效率變差，因黏附物料使熱軸重量增加，導(dǎo)致干燥機(jī)的傳動(dòng)功率增加，本項(xiàng)目中干燥機(jī)設(shè)計(jì)有刮刀，在矩形葉片上增加抄板掏料結(jié)構(gòu)，雙軸嚙合時(shí)可最大限度減小死區(qū)，盡可能增大攪拌區(qū)間。

4.4.5 熱膨脹設(shè)計(jì)要點(diǎn)

雙軸薄膜干燥機(jī)在較高溫度場必須考慮膨脹移動(dòng)，較合理的設(shè)計(jì)能減少設(shè)備故障，降低維修率，雙軸薄膜干燥機(jī)設(shè)計(jì)溫度按照350℃考慮，膨脹量約62mm，主動(dòng)端為固定端，從動(dòng)端為滑動(dòng)端，機(jī)架與地基連接部位采用滑動(dòng)結(jié)構(gòu)，有效釋放膨脹應(yīng)力，防止因膨脹應(yīng)力導(dǎo)致熱軸彎曲變形、葉片根部泄露和損壞密封系統(tǒng)等缺陷。

5 實(shí)驗(yàn)情況

5.1 實(shí)驗(yàn)條件

試驗(yàn)物料：煤液化油渣離心干相；物料含油量：物料含油量35%；干燥機(jī)換熱面積：3m2；導(dǎo)熱油進(jìn)溫度：246～250℃；導(dǎo)熱油出溫度：243～246℃；真空度：46～71kPa；槳葉電機(jī)頻率：25Hz；槳葉軸轉(zhuǎn)速：12.25r/min；計(jì)劃進(jìn)料量：120kg/h；進(jìn)料溫度：100℃；進(jìn)料方式：人工添加，旋轉(zhuǎn)閥進(jìn)料；出料方式：手動(dòng)間歇排料。

5.2 實(shí)驗(yàn)情況

2017年6月16日我公司派專業(yè)人員赴蘭州天華設(shè)計(jì)院同實(shí)驗(yàn)人員共同進(jìn)行真空槳葉干燥機(jī)高黏度物料實(shí)驗(yàn)。12：57分開始加料，實(shí)驗(yàn)開始。為了保證物料連續(xù)進(jìn)料，操作人員嚴(yán)格控制2kg/min加料，干燥機(jī)真空度穩(wěn)定在71kPa，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。13：40分固相開始出料，物料表面溫度125℃，技術(shù)人員開始取樣進(jìn)行分析，取樣頻率為20min/次。14：41分進(jìn)料結(jié)束，15：14分出料結(jié)束，本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，干燥機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，氣固相出料連續(xù)穩(wěn)定。停機(jī)后設(shè)備人員打開干燥機(jī)進(jìn)行內(nèi)部檢查，內(nèi)部存在輕微黏結(jié)掛壁情況，殘余物料干燥充分，可以通過排放口排出。6月20日取樣分析結(jié)果提交：5次取樣分析固相含油率分別為0.61%、0.38%、2.25%、1.64%、4.41%。

5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）本次實(shí)驗(yàn)累計(jì)進(jìn)料205.86kg，耗時(shí)104min，實(shí)際進(jìn)料量為118.8kg/h，折合每平方米干燥面積干燥能力約為40kg/h。

滿足設(shè)備實(shí)驗(yàn)要求。

（2）槳葉干燥機(jī)從開始進(jìn)料至出料時(shí)間間隔為42min，說明物料在干燥機(jī)內(nèi)停留時(shí)間為42min。

（3）通過對(duì)不同時(shí)間干相出料進(jìn)行分析，固相含油量平均值為（0.61+0.38+2.25+1.61+4.41）/5=1.86，遠(yuǎn)小于本項(xiàng)目5%的設(shè)計(jì)要求，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

（4）干相出料呈顆粒狀（粒徑0～8mm，其中90%＜3 mm）。

6 真空干燥系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)論

1）槳葉干燥機(jī)運(yùn)行中物料分散效果良好，平均固相含油率小于2%，滿足本項(xiàng)目小于5%的設(shè)計(jì)條件。

2）實(shí)驗(yàn)進(jìn)料為118.8 kg/h，能夠滿足設(shè)計(jì)條件；折合每平方米干燥面積干燥能力約為40kg/h，為滿足本項(xiàng)目3.5t/h設(shè)計(jì)能力，工業(yè)放大機(jī)的干燥面積約為87.5m2?？紤]本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)料溫度較設(shè)計(jì)溫度低約12～40℃，導(dǎo)熱油溫度較設(shè)計(jì)溫度低約80℃，實(shí)驗(yàn)條件（實(shí)驗(yàn)機(jī)無保溫）差散熱損失大等不利條件影響，工業(yè)放大時(shí)所需的干燥面積會(huì)更小。

3）干燥機(jī)內(nèi)部檢查存在輕微黏結(jié)掛壁及死角結(jié)塊情況，但對(duì)設(shè)備運(yùn)行沒有影響。通過優(yōu)化槳葉結(jié)構(gòu)，效果會(huì)更好。

4）實(shí)驗(yàn)證明真空槳葉干燥機(jī)能處理高黏度物料。

7 真空槳葉干燥機(jī)的工業(yè)應(yīng)用前景

本次真空槳葉干燥機(jī)處理高黏度物料實(shí)驗(yàn)是成功的。驗(yàn)證了真空槳葉干燥機(jī)在我們油渣萃取項(xiàng)目應(yīng)用的可行性。接下來將進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備性能，確保設(shè)備干燥高黏度物料的可靠性，提過設(shè)備干燥效率及運(yùn)行周期，也為干燥機(jī)在高黏度物料干燥領(lǐng)域積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1] 徐成海.真空干燥[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[2] 劉相東，于才淵，周德仁.常用工業(yè)干燥設(shè)備及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3] 李吉芬，柏云愛，郝立群.干燥設(shè)備在油廠的應(yīng)用[J].中國油脂，2009，34（4）：63-68.

Application Test of Vacuum Vane Dryer in High Viscosity Material

Li Fu-hu

This paper introduces the working principle，industry application and technical characteristics of the vacuum paddle dryer.It is optimized for the structure of the high viscosity material in our factory.Through the operation，debugging and system transformation of the equipment during the test，High viscosity materials in the higher vacuum conditions of the smooth operation，while meeting the product quality and production and other technical requirements.The successful application of this equipment in this experiment，for the vacuum paddle dryer in the development and application of high viscosity materials to provide technical support，with high reference value.

hollow；paddle dryer；characteristic；high viscosity material；feasibility

TE88

B

1003–6490（2017）10–0116–03

2017–07–25

李伏虎（1981—），男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，工程師，主要從事化工設(shè)備管理工作。

收稿日期 ：2017–07–24

作者簡介：蘆傳慧（1985—），男，山東平原人，助理工程師，主要研究方向流化床鍋爐運(yùn)行調(diào)整。