江蘇風興干燥設備有限公司
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閱讀：45發(fā)布時間：2010-12-13
1 前言
本項目處理的磷酸鹽物料，是飲料和食品的添加劑，干燥設備其目的是人們在食用的同時，補充人體必要的磷酸鹽。此工程之前，磷酸鹽產品多以粉狀提供給食品廠，其缺點是粉狀的流動性差，溶解速度慢，不易攪拌均勻。據生產廠家介紹，國外有顆粒狀產品，使用性能優(yōu)于粉狀產品，深受食品廠的歡迎。根據廠家的要求，本專題組對物料及產品進行必要的測試，開發(fā)了高溫組合冷凍干燥設備裝置，經試車一次取得成功。
根據物料的特殊要求，設計了壓力式噴霧冷凍干燥設備器滾筒干燥機與多層耙式聚合器串聚組合的聯(lián)合冷凍干燥設備裝置，熱源采用煤氣直燃的煙道氣。由于要求較復雜，流程設計、設備的結構設計以及材料的選擇都比較復雜。經多次論證后確定設計方案，使系統(tǒng)的流程和設備結構都有很強的針對性和適應性。滿足了在同一系統(tǒng)中生產不同性質物料的需要，提高了生產自動化水平，減輕了勞動強度，也降低了生產費用。經過一年多的生產運轉，設備的各項指標均達到預期目的。這種生產方法在國內尚屬*，產品為微粒狀，具有良好的流動性和潤濕性，大大方便了使用，提高了產品的附加值，已達到國外同類產品水平。
2 物料特點
該工程擬生產磷酸鹽系列產品，工藝要求磷酸鹽合成后，經冷凍干燥設備得到顆粒狀產品，再經高溫聚合反應，才得到zui后成品。其中部分產品要求高溫反應溫度為550℃，反應時間為20min分鐘，另一部分產品要求聚合溫度為300℃，反應時間為10分鐘點。物料合成后呈流動性液體，含固率為50%，并含有結晶水，當加熱脫結晶水時，會出現(xiàn)粘性，此時易粘器壁，如果粉體中有80%脫掉結晶后基本通過了粘滯點，粘壁程度大大減輕。要求該裝置連續(xù)完成冷凍干燥設備和聚合兩個操作，并能適用于所有產品。
3 生產流程簡述
3.1 原生產工藝
原生產工藝流程如下，采用壓力式噴霧的方法，在噴嘴下方約1.5m處設置若干個煤氣燃燒嘴,霧化的液滴直接噴到火焰上,得到仍未*聚合的粉狀物料后,再將其送入到回轉窯中用明火繼續(xù)培燒使其*聚合。此工藝的缺點是由于霧滴直接噴到回轉滾筒干燥機火焰上，水分在高溫下快速蒸發(fā)使霧滴產發(fā)生爆裂，zui終不能得到顆粒狀產品。物料送入回轉窯聚合時，不可避免地與筒壁接觸，而此時正是物料出現(xiàn)粘滯狀態(tài)的合適溫度，因此粘結筒壁現(xiàn)象十分嚴重。此工藝為間歇式工作，不僅產品質量差而且勞動強度極大，不能滿足市場要求。
根據物料特性、產品要求及生產的具體情況，本工藝設計成壓力式噴霧冷凍干燥設備，得到顆粒狀產品后再串聯(lián)一臺聚后反應器，達到連續(xù)生產并得到*聚合的顆粒狀產品。
3.2 流程說明
料液由料槽經過濾后被引入到高壓泵內，經高壓泵加壓后，經穩(wěn)壓器進入冷凍干燥設備器經壓力式噴嘴霧化。
冷空氣經過濾后由鼓風機吹入煤氣燃燒爐，與煙道氣混合調溫后進入噴霧冷凍干燥設備器與霧滴進行傳熱傳質，在冷凍干燥設備的同時已有80%的物料完成聚合反應，到達冷凍干燥設備器底部與氣體分離。尾氣經旋風分離器后由引風機引入到濕式除塵器洗滌后排空。
干粉進入聚合器后受來自煙道氣而升溫繼續(xù)進行聚合反應。主軸帶動耙齒將物料自上至下逐層移動，zui后從下部出料口出料。
冷凍干燥設備器和聚合器用兩個獨立的熱源，聚合器出口氣體是高溫低濕氣體，干燥設備有很高的利用價值，引入到冷凍干燥設備器熱風管中作為補充熱源。利用閥門控制，冷凍干燥設備器可以實現(xiàn)并逆流兩種操作方式。當需要并流工作時，開啟12d和12e，關閉12c和12f，當需要逆流操作時，開啟12c和12f，關閉12d和12e。
此流程的特點是冷凍干燥設備聚合連續(xù)工作，而且zui大限度地節(jié)約能源。利用風管通過閥門切換，可進行并流、逆流操作，適應多種磷酸鹽的加工過程
流程圖
1—空氣過濾器；2—風機；3—煤氣燃燒爐；4—料槽；5—料液過濾器；6—高壓泵；7—穩(wěn)壓器；8—冷凍干燥設備器；9—聚合器；10—旋風分離器；11—濕式除塵器；12—蝶閥；13—星形閥
A—冷空氣；F—原料；G—煤氣；C—尾氣；D—產品；M—細粉
4 主要設備簡介
4.1 噴霧冷凍干燥設備器
此冷凍干燥設備器為高塔型壓力式噴霧冷凍干燥設備器，但與常用的低溫型有如下區(qū)別，回轉滾筒干燥機由于工藝需要，采用并流、逆流兩種進風方式，上部用孔式整流板整流，下部采取切向百葉窗式多通道進風，切換熱風流向時進出風管可以共用。逆流時熱風溫度很高，下部為高溫區(qū)，因此下部采用耐高溫不銹鋼。為防止風管產生熱應力，在風管的應力集中處安裝多個膨脹節(jié)以消除應力。
冷凍干燥設備器結構的確定
在一般情況下，確定冷凍干燥設備器直徑主要有三種方法，①流體力學法，通過噴嘴的噴液量及噴出速度確定冷凍干燥設備器直徑；②蒸發(fā)強度法，此方法是一種經驗方法，通過熱風進口溫度選定體積蒸發(fā)強度，再根據蒸發(fā)水量估算出冷凍干燥設備室的容積，然后根據直徑和高度的關系確定冷凍干燥設備器直徑；③風速法，根據物料衡算及熱量衡算計算出風量，再根據風速范圍確定冷凍干燥設備器直徑。在低溫并以冷凍干燥設備為主要目的冷凍干燥設備器的計算中，三種方法計算結果應基本統(tǒng)一。由于本工程為高溫作業(yè)，采用后兩種方法計算的結果與*種方法不能兼顧。換言之，后兩種方法計算結果遠小于*種方法，也就是說，用后兩種方法計算結果，直徑過小，會造成嚴重粘壁。本工程zui關鍵就是解決粘壁問題，所以應以*種方法計算結果為主。
4.2 聚合器
聚合器由多層中空的環(huán)狀板組成，每層板有一個下料口，板的中空腔中通入高溫氣體，以對物料進行傳導加熱，料層中通入少量氣體帶出濕分以強化反應效果。殼體為立式筒形結構，安裝在噴霧冷凍干燥設備器的下方，板間隔為150mm，每層板上有一料耙，由主軸帶動，主軸由齒輪及蝸輪蝸桿減速機兩級減速，再接調速電機，可根據工藝需要進行無級調速。
5 工藝設計
物料名稱：食用磷酸鹽系列產品
設備產量：1000T/Y
工作時間：7200h/Y
料液含水量：w1=50%（濕基）
產品含水量：w2=5%（濕基）
霧化壓力：△P=2MPa
料液重度：=1150kg/m3
產品堆密度：=500kg/m3
產品溫度：100℃
產品比熱：c=2kJ/kg?℃
熱風進口溫度：t1=650℃
尾氣排出溫度t2=150℃
保溫時間：20min
根據前面的分析并結合工程特點，*步要完成冷凍干燥設備過程，干燥設備將物料中的水分脫掉，得到微粒狀固體。然后經高溫使部分物料在下落的過程中實現(xiàn)聚合，解決物料的粘壁問題，以便安全進入聚合器中進一步完成聚合反應。首先通過流體力學計算以確定冷凍干燥設備器的直徑。
首先確定噴嘴孔徑。由于此物料極易粘壁，霧化角不宜選擇過大，今選擇霧化角=500
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