已知多种干燥湿物料的方法,并已用于实践中。 例如,已知一种用于干燥湿散料(如闸瓦内衬物料)的方法。过程中散料先在混合机中经机械加工和湿润,随后将湿散料卸出,一份份地铺于料盘上,将这些料盘堆置于干燥箱中,堆放时每个料盘间留有空隙。然后向密封的干燥箱中通入热空气使散料干燥。该方法的缺点是物料必须从搅拌机中卸出,并铺在料盘上,这通常是用手工方法送入干燥箱中。由此,它是一种既耗时又耗能的过程。另外,此法还产生部分粘结的产品,以致在所例举的闸瓦内衬物料的例子中,不易充满压模具。
还有一些已知的干燥方法,它们是将湿散料装入所谓的流化床干燥器中,而干燥气体通过多孔板之类的装置从下向上流经需要混合的物料。这种过程也有一个明显的缺点:一方面所需空气的流速要随干燥过程中物料密度的改变而变化,另一方面从一开始就有不同大小的混合物料结块或类似地东西。流化床干燥器只有在物料颗粒尽可能呈同样大小的状态下才能最佳地运行,这时可调节干燥空气的流速,使被干燥的物料正好保持悬浮状态。当混合物料颗粒分布不均匀时,不能调节至最佳气体流速。这意味着较轻的部分要被气流带走,同时较重的部分将得不到干燥,因为它们不能呈悬浮状态。
另一些已知的干燥方法,是将混合物料保留在混合容器中。这种装置通常是由水平配置的静止混合容器和在其中绕水平轴旋转的混合轴组成。
在加入由如填料、纤维状组分和液态粘合剂组成的混合组分后,即开始混合过程,混合过程结束后,组分即被干燥了。为干燥湿散料,加热带双层夹套的混合容器,并在该混合器内部抽真空。靠真空作用,液体组分开始蒸发,引出蒸汽并冷凝于冷凝器中。随干燥度增加,蒸发作用减弱,因为在混合装置与容器壁之间的边界层显著地阻碍热传递,以致不能继续给混合物料供给蒸发所需的能量。此外,在产品干燥过程中,在产品颗粒与容器壁之间的接触传热面积也随之变小,这也妨碍热传导。在实践中发现,在混合设备中的真空干燥过程,尽管开始时是较为自发的和强烈的,但随后由于上述问题而迅速减退下来,或使干燥时间延续很长,以致由于经济原因而不能经常采用这种方法。
还有一种干燥方法,它直接与混合过程相联,此方法称作吹气干燥法。这种方法有意避免采用真空,而以所谓吹气过程代之。例如在水平转鼓式混合器中,将干燥空气通过许多喷嘴吹入混合容器的下半部。空气流过混合物料,而被所含液体的蒸汽部分饱和。这种吹气干燥法与料盘干燥法大致相似,其优点为混合物料通过混合机构翻动着,所以与料盘干燥法相比,能加速干燥过程。但是该法的缺点是,为带走湿汽必需有相当大量的空气或气体。使用大量气体又涉及让细物料从气流中沉降下来的问题。实际上这意味着为了使气体流速在技术上可行,就需要采用较长的干燥时间。
本发明是要提供一种方法,既克服上述缺点,又达到能耗最少、干燥时间尽可能短之目的。
本发明的方法,是在流化床中除去湿物料中的液体,其特征是:物料在用机械混合法形成的循环式流化床中进行充分混合;在该法的第一步中利用湿物料的潜热,在负压下使物料所含的液体至少部分地蒸发;在紧接的第二步中,使加热过的气体通过流化床,以该气体至少被欲除去的液体的蒸汽所部分饱和而完成物料的干燥过程。
本方法突出的优点是:在旋转循环式流化床中,以适当降低的压力使液体蒸发过程能自行开始,最初不需由外界供给能量,即避免了所有上述有关通过器壁传热的缺点,因为每一颗粒已含有蒸发所需的能量,并且所述流化床可保证蒸汽自由排出。一旦用于进一步蒸发液体的能量基本消耗完了,可不采用例如加热混合容器夹套的方法来补充能量,而是中断真空干燥过程,并立即转入吹气干燥过程。为此,使干燥的加热空气吹过流化床。这时,加热气体一方面将热量传给散物料,同时被液体的蒸汽所部分饱和,在理想条件下将完全饱和。通过直接向以机械法形成的流化床中引进气体,这样可从一开始就以最佳流速操作,因为流化床的形成与气流量和流速无关。另一优点是能使气体流量或流速最佳地适合该干燥过程。从物理角度看,显然,在给定的干燥气体的相对湿度下,其带走的蒸汽量基本上只取决于该气体的温度或该气体的饱和容量,以及由该气体的热含量所提供的能量。这就创造了理想条件,从而能准确地逐个调节气体温度、气体量,以及进入干燥过程前的气体的相对湿度等参数。
物料的潜热可来源于物料预先的加热和(或)物料在混合装置中由于充分混合而造成的对物料的加热。
用垂直或切向部件使流化床循环是合适的。
本发明方法的进一步改进,是要使干燥用的气体通过闭环回路,使其在进入干燥过程前在热交换器中被加热,并在其被来自散料水分的蒸汽至少部分饱和之后,再进入洗涤过程,以达直接冷凝。
本发明方法的进一步改进的有利之处是,洗涤过程所采用的液体能和物料中所含的液体相同。
另一个有利点是,在洗涤过程或直接冷凝过程中,用低温液体冷却循环气,使其达与新的温度水平相应的饱和态,从而达到气体与蒸汽的分离。
气体的闭合循环具有独特的优点,它能避免向环境的排放,同时只需要进行气体与蒸汽的部分分离。
本发明方法的进一步的改进建议,作为洗涤液使用的液体,在其自身的循环中,要被冷却至冷凝蒸汽所需的温度。由此可利用所谓的致冷装置使所用液体温度降低至刚刚高于其凝固点。这样就可能对气流的温度和所含蒸汽的冷凝进行最佳控制。
当由流化床流出的气体的潜热不足以提供所需能量时,在气流进入流化床之前向气流回路补充外部能量也是有利的。一种进一步的改进,是想通过控制流化床的旋转速度,以摩擦热的形式引入蒸发所需的补充能量。例如,可根据能量的需求以调节转速来实现,其突出的优点是,所需能量可直接引入到湿物料中,这样就可以避免物料的局部过热或低效率的热传导。这就达到从物料的所有颗粒中均匀除去液体的目的。
本发明方法的进一步改进是基于下述事实:加热所需的能量在相当大程度上可通过流化床气流中的蒸汽冷却和冷凝来得到,并可用热泵将此能量导入冷却后的气流中。如前所述,蒸发过程是依赖于潜热能量的存在或能量的供给。因此气流在进入流化床之前要适当加热。当气体从液体蒸汽中分离出来时,能量被除去了。在不影响环境的条件下这种能量可排到环境中,为此可利用换热器进行间接热交换。本发明提出的另一种方法是,直接冷凝过程中所排放的气流在进入流化床之前,用热泵将排至环境的能量返回到该气流中。这样,能回收大量的能量,同时还可避免对环境造成附加的影响。
本方法的进一步改进是,以惰性气体作为循环气体,如氮、二氧化碳或其他类似气体。其附加的优点是排除了在干燥含溶剂的散料时可能发生的危险,例如爆炸危险。
所加惰性气体的量只要达不到爆炸极限即可。最好用所谓的氧分析仪监测最大允许氧含量,需要时可增加惰性气体通入量。因此在吹气干燥流程中综合利用了真空干燥、吹气干燥和应用惰性气体的优点。当使用惰性气体时,大大减少了爆炸危险性,这就可省去昂贵的防护措施。
本发明的方法,从经济性和操作时间来看,判断出从负压干燥过程直接转换到吹气干燥过程的时刻是有利的。例如根据简单的时间函数法,就可以确定此转换点。但是测定散料的温度分布图是更灵敏的,一旦过程超出最佳温度范围,就可以转换为吹气干燥。因为温度测量总是与向温度探测元件的传热紧密相关,所以连续测量混合容器中的绝对压力是有利的办法。
根据绝对压力的概念,可计算与蒸汽-气体混合物相关的平衡温度,随之进行转换操作。
一个优越的方法是,不用绝对压力测量法,而利用冷凝液收集罐中冷凝液增量的时间关系。一旦生成的冷凝液在给定的时间内接近渐近线时,就到了开始从负压干燥转换为吹气干燥的时刻。冷凝液生成量的时间关系可由计算机求得,所以自动转换是可行的。
此外,来自流化床的真空-蒸汽流和载有蒸汽的气流都通过同一过滤单元是有利的。
本方法的进一步改进是要使气流在负压力下通过流化床。其优点是在较低温度下可利用液体较早沸腾来达到干燥目的。
此外,使气流在高于大气压下通过流化床也是有利的。这能加速干燥过程,因为处于较高压力下的气体能吸收较多的蒸汽,并且能显著减少气体通过系统的循环数目。
附图说明:
图1 本发明方法的实施例流程图
图2 接有热泵系统的吹气干燥厂的一部分
图3 带有冷凝液量测量装置的冷凝液收集罐图
图4 操作室内保持恒压的控制回路图
图5 本发明方法的另一实施例流程图
图1中,为实施本方法所需的耐真空的混合器1上装有供料器2,它带有一个可关闭阀3。用驱动电机4通过混合机构(图中未表示)形成流化床。在混合器顶端装有排气过滤器5。在排气过滤器与混合室之间是阀6。
在排气过滤器外壳上装有双层夹套7,加热介质通过连接管8进入,并由连接管9排出。蒸汽加热时,还设有冷凝液排放装置10。在真空操作下,混合器的内部通过管线11和11′与阀12相接,通至冷凝器13。冷却介质通过进管14和出管15流过该冷凝器。真空泵16与载有蒸汽或冷凝液的冷凝器内部相连。真空泵的排气端连至冷凝塔18。
压力测量装置48和图中未示出的调节器,以及阀47一起,在真空运行期间控制真空或解除系统的真空并使之重达大气压力。
在冷凝器中凝结的冷凝液通入冷凝液收集罐19。阀22和21在冷凝塔18与处于真空下的冷凝器13之间起气压隔离作用。由冷凝液收集罐19流出的冷凝液经管线23流至冷凝塔18的收集室24。
用于吹气干燥的气体经管线25、阀26和减压阀27通入供气管28。在吹气干燥时,关闭阀12和阀17。通入的气体和排出的烟气一起经排气过滤器5、管线11和30,再靠鼓气机31经管线32和33,送入冷凝塔18。这时阀29和34是开启的。在用保护气体运行时,氧气分析器58监测保护气体中最大的允许氧含量。
冷凝塔18由凝液收集室24、塔的主体35及没有详细示出的液体分布器36组成。
在运行期间,用泵38将来自冷凝塔18的冷凝液收集室24中的流体经管线37、39、41和热交换器40送至液体分布器36。在热交换器40上装有供冷却介质进出的管线42和43。
图2示出了吹气干燥工厂的一部分,其中包括带有热泵的在热交换器40(冷凝液冷却)和热交换器45(循环气体加热)之间的热工艺回路。图中用两个符号表示热泵的两个单元;即压缩机48和蒸发器49。热交换器45和40经由热泵与管线42′和43′相连。
图3示出带有冷凝液量测量装置的冷凝液收集罐19。冷凝液经管线21进入,并经管线23排出。
45为液位测量装置。图中表示的是一种浮筒式装置。根据冷凝液收集罐的容量,浮筒51显示相应的液位高度。此高度经测量值变送器52确认后送至计算机(图中未示出)。为了得到相当高的测量精度,冷凝液收集罐19必须以能称重的方式悬挂安装。这时管线21和23的布线应不影响测量结果。
两个传感器50和50′不断地测定冷凝液收集罐及其内装液体的重量,并将结果送往计算机(图中未示出)。
图4示出用于操作室内保持恒压的控制回路图。在真空泵16与冷凝器13之间的管线56中设有带定位控制器53的控制阀57和测量绝对压力的测量传感器55。用电路将测量传感器55和控制阀47,以及控制阀的定位控制器53连接到控制器54上,其定值以手动或以计算机(图中未示出)输入。
当实施本发明的方法时,供料管上的阀3是关闭的。在排气过滤器与真空混合器间的阀6是开启的,同时阀44,34和29是关闭的。真空泵16启动后,从排气过滤器5排出的烟气经管线11进入冷凝器13并在其中凝出。冷凝液流入冷凝液收集罐19。该收集罐19有液位计45,它配有测量值遥送装置(图中未给出)。可利用液位计测得随时间变化的冷凝液量,并将测量值发送至计算机(图中未示出)。
实现上述测量,可采用位于端部的带浮筒51的装置和所属的测量值传感器52。另一种测量方法是,当冷凝液罐19是以能称重的方式悬挂安装时,利用测量传感器50和50′进行测量。
为了保持特定的温度分布,对系统施以一定的压力。该压力由温度与有关液体的蒸汽压之间的平衡来确定。为此利用控制器54,它能将从计算机来的定值与系统的压力值进行比较。为检测压力,利用定压传感器55及其所属的测量变送器。如果定值与实际值相互偏离,则控制器54向控制阀47上的定位控制器53发出相应脉冲,以调整经管线57的空气偏差或调整供气。
在真空干燥阶段完成后,将冷凝液收集罐19排空,使冷凝液进入冷凝塔18的冷凝液收集罐24。在转换为吹气干燥后,关闭阀12和17,并打开阀29和34。
通过管线25、阀26、减压阀27和管线28,向处于真空的混合器内部充以气体或充以保护气体以惰性化。与真空运行时一样,排气过滤器5的双层夹套7中有加热介质流过,以防烟气在过滤器外壳的壁上凝出。在热交换器45a中加热了的气体经管线46流至混合容器内部,并进入旋转循环式流化床中,它一方面失去温度,另一方面充载蒸汽。用鼓风机31使气体或保护气经冷凝塔18、热交换器45和混合器进行循环运行。被蒸汽饱和或部分饱和的气体流经管线11,30,32,进入冷凝塔18。然后流过填料塔35,在塔35中,气体被溶剂逆流冷却,并洗出蒸汽组分。溶剂是经泵38进行循环,并在热交换器40中冷却。通过塔35中的直接冷凝,对气流的冷却达到了极高的导热系数,尤其是能避免在冷却过程中雾的生成。在继续的循环中,经进一步解脱掉液体蒸汽并被冷却了的气体,重新进入热交换器45a,以加热、干燥,并返回至循环式流化床中。
保护气进入流化床之前,用位于管线46上的氧气分析器58测定气体的氧含量。必要时,通过控制回路(图中未示出)进一步添加保护气。
以压缩机48和蒸发器49两个部件表示的热泵,它将在热交换器40中得到的热能传递至热交换器45a,以加热气体或保护气体。
另一个实施例示于图5,它与图1中的实施例的差别,是泵16(最好是水环真空泵)用来自冷凝塔18的收集室24的液体运行,该液体随后返回收集室24。这样做能避免由泵产生的污染过的工作液流入环境。
按照图5中以粗线表示的实施例。从收集室24引出的并经过热交换器40的液流的一部分经装有阀60的管线58进入泵16作为工作流体,此液体随后经管线59返回收集室24。
按照图5中以虚线表示的实施例,收集室24中的液体直接经管线58′进入泵16,然后再返回收集室24。