干燥機中的熱交換,主要以氣流和顆粒,筒壁與顆粒的兩種熱交換為主。干燥過程的實質(zhì)是水分的擴散過程。是靠外擴散和內(nèi)擴散來進行的。外擴散即顆粒表面水分以蒸汽的形式從表面擴散到周圍介質(zhì)的過程。內(nèi)擴散是水分在顆粒內(nèi)部移動的過程。
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機采用高速熱氣流切線方向進入筒體,由于氣流在筒內(nèi)的螺旋運動,一方面降低顆粒周圍的介質(zhì)溫度,同時增加了介質(zhì)流速和溫度,這就大大地提高了外擴散的速度。另一方面,高溫氣流高速沖擊于筒體下部的顆?;驖窳?,同時筒體內(nèi)攪拌葉片的攪拌作用,使顆粒被破碎、粒度減小、內(nèi)部毛細管的長度也因之減小,強化了內(nèi)擴散的效果,降低內(nèi)擴散的阻力。這些顆粒又大多在筒體下部高溫、高攪拌強度的循環(huán)中被反復(fù)破碎。消除物料結(jié)塊,也是促進內(nèi)擴散的有力措施,強化了顆粒水分的蒸發(fā)。
顆粒和熱氣流的流動方式:在筒體下部既有對流也有并流,對粗粒更是對流和并流反復(fù)換熱。對于細粒物料則是隨熱氣流同程并行,因而干燥過程可以瞬間完成。對于顆粒的干燥實際上是采用高溫低溫的熱空氣干燥。這些顆粒主要是由水分子吸附、填充于顆粒空隙之間,采用高溫低濕的條件,整個顆粒的熱傳導(dǎo)緩慢,造成局部應(yīng)用集中而干裂、破碎、分散、加速干燥過程。
物料進入干燥機后,熱氣流首先將熱量傳給顆粒表面,引起表面水分的蒸發(fā),物料顆粒內(nèi)部水分不斷擴散到表面并向外界擴散,最后達到整個顆粒的干燥。若干燥過程中物料不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),則物料含水率、溫度和干燥速率隨時間的變化可以分為以下幾個階段:
1)升速干燥階段。顆粒置于溫度小于100%的傳熱介質(zhì)中,在較短的時間內(nèi)表面被加熱到干燥介質(zhì)濕球溫度,水分蒸發(fā)速率提高很快,一定時間后顆粒吸收的熱量和蒸發(fā)水分耗去的熱量相等,達到平衡。此階段時間很短,派出水量不大,之后進入等速階段。
2)等速干燥階段。在此階段中,顆粒表面蒸發(fā)的水分,由內(nèi)部向顆粒表面源源不斷地補充表面總是保持潤濕狀態(tài),此時干燥速率保持不變,顆粒表面溫度保持不變。蒸發(fā)速率(干燥速率)與顆粒表面的空氣速度有關(guān)。顆粒表面總有一層不易流動的空氣膜,空氣膜厚度的減小有利于水分蒸發(fā)和熱交換。因而,增大顆粒表面氣流的速度,使空氣膜減薄,可以提高干燥速率。干燥持續(xù)進行到一定時間,顆粒內(nèi)部水分擴散速度開始小于表面蒸發(fā)速度,顆粒中的水分已不能全部濕潤表面以維持表面的蒸發(fā),之后進入下一個干燥階段。
3)降速干燥階段。水分蒸發(fā)達到一定量以后,顆粒內(nèi)部水分不足以全部潤濕表面,潮濕表面逐漸減少,干燥速率逐漸降低,此階段中蒸發(fā)速率和熱量消耗大為降低,顆粒表面溫度高于介質(zhì)的濕球溫度并逐漸升高,與載熱體之間溫差減小,直接接近或相同。
4)平衡階段。此時顆粒表面水分吸濕和蒸發(fā)達到平衡,干燥速率為零。
顆粒中的水分為干燥最終水分,通常不應(yīng)低于貯存時的平衡水分。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機由于干燥后物料顆粒很小,在干燥機內(nèi)停留的時間極短,通常為1~3s。因此,顆粒的干燥處于等速干燥階段,其表面的溫度就是干燥介質(zhì)的濕球溫度。采用旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機,物料的粒度均勻,有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量。
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