桨叶干燥机原理

桨叶式干燥机工作原理

桨叶式干燥机是一种常用于烘干物料的设备。它主要由电机、减速器、桨叶、螺旋输送机、热风炉和排风系统组成。

工作原理如下：

1. 在开始运转之前，先将准备干燥的物料装入干燥机中。

2. 打开热风炉，通过燃料燃烧产生热量。热风炉的热量进入干燥机。

3. 电机驱动减速器，减速器再驱动桨叶转动。桨叶一般装在干燥机内壁上，并呈倾斜排列。当桨叶转动时，会产生物料与桨叶之间的摩擦，从而使物料不断地移动和混合。

4. 同时，热风通过排风系统进入干燥机内。热风经过减速器带动桨叶搅动物料，使其与热风充分接触，加快物料的蒸发速度。

5. 物料的水分被热风蒸发后，形成湿气。湿气由排风系统从干燥机中排出，同时，新鲜的热风也继续进入干燥机内。

6. 经过一段时间的干燥，物料的水分逐渐减少，干燥过程完成。

7. 关闭热风炉和排风系统，停止干燥机的运转。

8. 完成干燥后，将干燥好的物料从干燥机中取出或进行下一步的处理。

通过桨叶的搅动和热风的作用，桨叶式干燥机能够高效地将物料中的水分挥发出来，使其达到所需的干燥效果。同时，物料的混合和移动也有助于使干燥均匀。这种工作原理使得桨叶式干燥机在各行各业的物料干燥中得到广泛应用。

空心桨叶干燥机的结构原理和设备特点

空心桨叶干燥机的主要结构是由W形槽和装在槽中的俩根转动的空心轴组成，轴上排列着中空叶片。干燥水分所需的热量由带有夹套的W形槽的内壁和中空叶片壁传导给物料。物料在干燥过程中，带有中空叶片的空心轴在给物料加热的同时又对物料进行搅拌，从而进行加热面的更 新。是一种连续传导加热干燥机。

特 点

结构紧凑，占地面积小。

热量利用率高。

桨叶具有自净能力。

气体用量少，可相应减少或省去部分辅助设备。

物料适应性广，产品干燥均匀。

适用于多种干燥作业。

适用范围：

该机适用于处理各种膏糊状、粒状、粉状等热稳定性较好的物料，在特殊条件下也可干燥热敏性物料及在干燥过程中回收溶剂。

典型干燥物料有：碳黑、 轻质碳酸钙、腈尿酸、石膏、粘土、二氧化锰、尼龙和聚脂切片、聚乙烯、聚丙烯（回收溶剂）等。

一、结构原理：

空心桨叶干燥机主要有带有夹套的W形壳体和两根空心桨叶轴及传动装置组成。轴端装有热介质导入的旋转接头。

加热介质为蒸汽，热水或导热油。加热介质通入壳体夹套内和两根空心桨叶轴中，以传导加热的方式对物料进行加热干燥，不同的物料空心桨叶轴结构有所不同。

物料由加料口加入，在两根空心桨叶轴内的搅拌作用下，更新介面，同时推进物料至出料口，被干燥的物料由出料口排出。

二、设备特点：

1 、设备结构紧凑，装置占地面积小。由设备结构可知，干燥所需热量主要是由密集地排列于空心轴上的许多空心桨叶壁面提供，而夹套壁面的传热量只占少部分。所以单位体积设备的传热面大，可节省设备占地面积，减少基建投资。

2、热量利用率高。干燥所需热量不是靠热气体提供，减少了热气体带走的热损失。由于设备结构紧凑，且辅助装置少，散热损失也减少。热量利用率可达80％－90％。

3、楔形桨叶具有自净能力，可提高桨叶传热作用。旋转桨叶的倾斜面和颗粒或粉末层的联合运动所产生的分散力，使附着于加热斜面上的物料易于自动地清除，使桨叶保持着高效的传热功能。另外，由于两轴桨叶反向旋转，交替地分段压缩（在两轴桨叶斜面相距最近时）和膨胀（在两轴桨叶面相距离最远时）斜面上的物料，使传热面附近的物料被激烈搅动，提高了传热效果。楔型桨叶式搅拌干燥器传热系数较高，为85—350W/（M2·K).

1 / 37空心桨叶深度剖析一、空心桨叶干燥的原理与主要技术特征空心桨叶干燥器由带夹套的端面呈W型壳体、上盖、有叶片的中空轴、两端的端盖、通有热介质的旋转接头、金属软管以及包括齿轮、链轮的传动机构等部件组成。设备的核心是空心轴（可分为单、双、四根）和焊在轴上的空心搅拌桨叶。在污泥干化工艺中一般为双轴。桨叶形状为楔形的空心半圆，可以通加热介质。除了起搅拌作用外，也是设备的传热体，桨叶的两主要传热侧面呈斜面，因此当物料与斜面接触时，随着叶片的旋转，颗粒很快就从斜面滑开，使传热表面不断更新。干燥器为连续运行。两主轴配置时，旋转方向相反。主轴转速较低，线速度低于2 m/s。主轴、桨叶以及W形槽（包括壳体的上方高于桨叶外径一定距离的部分）均为中空，中间通入热流体。干燥器的上部穹顶不加热，用于开设检查窗，连接风道、管线等。在顶盖的中部设置抽气口，以微负压方式抽取蒸发的水蒸气。换热方式为热传导，仅在抽取负压时流入少量的环境空气，气体与物料运动方向为错流。物料在干燥器内的停留时间较长。工艺环路为开环，不再将处理过的废气返回。由于主轴为转动部件，其本身还是换热面，为密封及机械形变考虑，工艺工质的温度均不超过200度。由于蒸汽释放潜热而导热油仅释放显热，对于此工艺一般选择蒸汽工质，此时所需输送热流体的热2 / 37流道为最小，易于布置。典型的饱和蒸汽温度为150－200度，压力5～7巴，最高可达14巴。在污泥处理工艺方面，不同厂家的空心桨叶干燥器技术特点可能略有区别。兹将一些共通的、值得关注的特点列举如下：1．干燥器倾斜布置空心桨叶干燥器的布置为卧式，有一定倾斜角度，它由一侧进料，另一侧出料，物料在干燥器的前移主要靠重力移动。这是由于桨叶本身的斜面不具有轴向推动作用，位于桨叶顶端的刮板与桨叶呈90度布置，也仅能起到径向抄起和搅拌的作用，也不构成轴向推进，因此物料的向前推进需要干燥器的倾斜角度来完成。2．溢流堰的设置考虑到桨叶的阻隔作用，物料在干燥机内从加料口向出料口的移动呈柱塞流形式，停留时间分布可能十分狭窄，要使产品获得足够的时间处理，并使换热表面得到充分利用，须使物料充满干燥器，即料位应“浸没”桨叶的上缘高度。在启动运行时，可能须关闭位于干燥器末端的出口，以实现“蓄水”效应，同时还需设置能够阻挡物料、维持高料位的溢流堰(overflow weir)。在理论上它应使物料略高于桨叶高度。溢流堰位于干燥器尾部，干泥下料口的上方，它应具有类似“提升闸”的机械结构，以维持工艺所需的料位高度。3. 加热轴类型设备的加热介质既可以用蒸汽，也可用导热油或热水，但热载体3 / 37相态不同，中空轴结构也不同。用蒸汽加热的热轴管径小，结构会相对简单；用热水或导热油加热的轴结构则可能比较复杂，因需要考虑管内液体流速，管径越粗，旋转接头及密封的难度越大。向中空桨叶中供给热量，采用蒸汽工质时进出管线直径较小，这是由于释放潜热的特点所决定的。但采用导热油时，要使之能够通过足够的热流体量，这些管线的直径可能变得较大，而这对于主轴来说可能降低其结构强度。由于主轴本身具有多项功能（桨叶支撑、热流体输送、传热换热等），它需克服物料的粘滞力、物料与桨叶间摩擦以及物料本身对主轴表面的磨损等，主轴所需克服的应力可能较大。这样在设计时，既要保证其机械强度，又要保证其换热性能，同时还需兼顾材料的硬度等，这些可能相互矛盾的条件将使设计变得复杂，而最终应用结果会具有较大变数。如为了提高换热面积，需增加桨叶数量和直径，但这将导致主轴的应力增加。要提高主轴的强度，需增加主轴直径，但这会相应减少桨叶的换热面积。在项目中，主轴类型的选择常常是不可预见的，如原来采用蒸汽作为工质的定型产品，当改用导热油时，其热流道将完全不同，传热能力也有很大变化，无法简单复制原来的工艺参数。这对于首次开发的新机型用户来说，可能意味着很多意想不到的问题。4．停留时间理论上空心桨叶干化的停留时间可通过加料速率、转速、存料量4 / 37等调节，在几十分种到几小时之间任意选定，其中溢流堰是调节干燥器内污泥滞留量的主要手段。为了使换热面积得到充分利用，干燥器内污泥滞留量需求较高，料位需超过桨叶的上缘高度，即一般所说的“有效容积”需100％加以利用。如果按蒸汽罩在内的整个干燥器筒体容积考虑，有效容积可能要占到干燥器总容积的70～80%。干燥器内物料存留率高，将使得污泥在干燥器内的实际停留时间相应较长，为3－7个小时。5．干泥返混理论上，由于空心桨叶互相啮合，具有自清洁作用，空心桨叶干燥器进行污泥干化应可完成各种含固率的污泥半干化和全干化，而无需进行干泥返混。但实际上，要通过桨叶互相啮合而形成的物料剪切实现自清洁仍需要一定的前提条件，这就是设备中的啮合精度足够高，机械间隙足够小，以及物料间的剪切力足以克服产品在换热表面上的附着力。在分析空心桨叶干燥器内部结构时，不难注意到其机械结构之间是存在较大间隙的。完全靠机械咬合清理死区是不可能的。这意味着真正实现空心桨叶热表面自清洁和更新的手段是物料之间的相互摩擦，即金属表面与物料之间以及物料与物料之间的剪切力。实现物料之间相互摩擦可采用加大物料填充密度的方法，维持料位高度，可提高物料间的相互接触机会，配合桨叶叶片的挤压，可实现对某些换热面的自清理。5 / 37由于湿泥本身特性的原因，在干化过程中有成团、成球和搭桥的倾向，纯粹靠提高料位是无法克服的，因为湿泥颗粒之间的剪切力可能造成湿泥在无法更新的间隙中“压实”，而不会使其颗粒间产生疏松和流动性。只有干泥因其颗粒表面已完全失水，具有在短时间内复水性不佳的特性，颗粒间隙大，遇到机械剪切力，才有滑离金属表面的可能性。因此实际工程上，空心桨叶干化均考虑了干泥返混，其做法是对干泥进行筛分，细小干化污泥与湿泥进行预混合（美国Komline Sanderson一般均做此考虑，但有些厂家则声称无此必要）。从换热效率角度考虑，干泥返混应该是必要手段之一。根据污泥的失水状况，空心桨叶干燥器的蒸发速率具有明显的峰谷变化。在含固率低于25%时，污泥在加热状态下有明显的液态性质，换热条件较佳，但物料易形成附着层而导致蒸发强度的降低，且污泥因高分子聚合物的作用，自身有形成团块的倾向，与换热面的接触率降低；在含固率25%-75%之间时，污泥可能具有表面黏性，结团倾向明显，换热效果较差。当含固率大于76％时蒸发速率回升，这是由于干细疏松的颗粒与换热面重新获得了较好的接触（据P. Arlabosse等的文章Drying of municipal sewage sludge: from a laboratoryscale batch indirect dryer to the paddle dryer, Brazilian Journal of Chemical Engineering, vol.22 no.2S?oPaulo Apr./June 2005）。空心桨叶工艺一般根据干燥目标，采取回流部分干燥污泥的做法6 / 37（干泥返混），使干泥起一定的“润滑”作用，获得较好的流动性，避免黏着，回流量仅为出口干泥的小部分。这就是说，空心桨叶的返混对干泥湿泥混合后比例要求不高，一般可能在40％左右（远低于一般要求的65%，如转鼓机），此时干泥粉末的存在，已足以在热表面起到“润滑”和“清理”的作用。6．干燥器内不清空凡需要干泥返混的污泥干化工艺，对于湿泥的进料均有严格的要求：湿泥进料须在干燥器已有大量干“床料”的条件下才能进行，这样才能避免湿泥一进去就糊住换热面、产生结垢。因此，典型的做法是，在干燥系统停车时，应维持返料系统继续工作，停止进料装置，干燥产品实行全返料，同时系统降温，系统温度低于60℃时才全线停车，干燥机内不进行清料，开车时直接带料启动。这意味着在停机时，干燥器内始终充满了干泥，在关机过程和开机过程中可能始终存在高粉尘、低湿度的特点，此时需关注干化安全问题。7．桨叶顶端刮板任何机械都是有公差间隙的，主轴啮合的空心桨叶干燥器也不例外。湿泥在一定含固率下具有黏性，在这些间隙之间可能造成黏壁。在热表面上的任何黏结，将降低换热效率。为避免污泥垢层的加厚，需采用机械刮削的方式，这就是位于桨叶顶端的刮板7 / 37（paddle plates）所起的作用。从刮板的作用可知，随着长期运行，刮板对且仅对落在桨叶与W形槽换热面之间的物料有抄起作用，同时也对附着在W型槽壁上的物料有刮取作用，无论抄起还是刮取，由于刮板的运动速度大约为2～5米/秒，在抄起或刮取的过程中，此速度下刮板外缘的污泥的运动方向有两个：向外挤压（磨W形槽）和向后运动（磨刮板）。8．金属表面硬化处理磨损可能是空心桨叶干燥器所面临的重要挑战之一。污泥中含有磨蚀性颗粒，空心桨叶干燥器属于典型的传导接触型换热，金属与磨粒的反复、长期接触，金属磨蚀是不可避免的。涂层和硬化可减轻磨蚀的速度，但受限于被磨蚀的金属面同时也是换热面（如W形槽、桨叶、主轴，刮板可更换），所能采取的硬化措施不多（喷涂碳化硅等），在加热条件下耐磨层的附着力、实际硬度都不甚理想，只能起到减缓磨蚀的作用。由于干泥颗粒和粉尘中磨粒的磨蚀作用较为突出，一般对后半段（15~25%）的桨叶进行热处理保护。但对于有干泥返混的工艺，其磨蚀则是全程的。磨蚀倾向的存在，无疑也将影响到干燥器的材质选定。空心桨叶干燥器的换热金属面中，只有W形槽因与刮板间隙最小，在热表面更新过程中有明显的挤压作用。当存在这种挤压缝隙时，一般磨蚀强烈的是相对较“软”的金属面。这可能意味着要保护作为换热面的W形槽，刮板则不能做硬化。而不做硬化的刮板寿命将十分8 / 37有限。9．机械死角机械死角是空心桨叶干燥器必需解决的设计难题之一。它可分为三类：1）无表面机械清理的金属外缘；2）有表面清理但存在不可触及的公差；3）因磨蚀造成的不可触及公差加大。楔形桨叶本身的旋转方向是一定的，即两个主轴均向内侧旋转，此时楔形桨叶的窄侧在前，刮板在后，桨叶从窄而宽的换热面上均无机械清理，需要靠物料自身的剪切力更新。刮板大于楔形部分最宽换热面的部分将始终刮带污泥，并在W形槽上形成挤压。此外，刮板与主轴仅在某一点（即扇形缺口的中心部位）上有“切线相交”（其实是接近，清理作用微乎其微），主轴在绝大部分情况下表面没有机械清理。上述均属于无表面机械清理的金属外缘，它占总换热面积的70～80％。有机械清理的换热表面，按照楔形桨叶的排布规则，存在以下因不可触及公差所造成的死角：－第一排和末排桨叶的刮板与加热主轴外侧的空隙，介于干燥器桨叶与主轴填料密封之间。－轴向刮板间的空隙，此间隙可明显观察到。由于前述磨蚀问题，可能造成特别是径向刮板空隙的增大，即刮板因磨蚀而变薄，刮板与W形槽换热面的不可触及公差加大。此时刮板所起的刮取作用减低，在物料之间的剪切力不足以克服湿泥在换热面上9 / 37的附着力时，在换热面上的堆料和结垢就会产生。当形成一定厚度时，将导致轴跳、震动和噪声等。无法清理的换热表面均可称之为“机械死角”。综合来看，空心桨叶干燥器无法进行机械清理的部位占了换热面积的大部分，因此对于这种工艺来说，核心问题在于如何避免产品的黏性。10. 传热系数空心桨叶干燥器由于桨叶垂直于主轴，刮板平行于主轴，桨叶两端的换热面无推动而仅起换热作用，物料的径向混合充分，物料与换热面的接触频率较高，停留时间长，理论上应可实现较好的换热，其综合传热系数应在80～300 W/m2.K之间。在污泥干化应用方面，由于不同的污泥黏性不同，干化产品含固率也影响到工艺过程（如能否进行低干度半干化），实际项目中给出的传热系数可能相差较大。11. 传热面积根据前面的描述可知，热轴上的楔形桨叶和主轴是主要的加热面，换热面积占总换热面积的70%以上（后面将加以证明）。设计上对制造精度、主轴类型和热流道布置上有较高要求，因此一般认为这种干燥器“结构复杂，加工难度高，大型干燥机的设计有一定难度”。截至2008年底，国外已制造出单机换热面积1.5 ～295平方米、理论最大蒸发能力12 吨/小时的空心桨叶干燥器。在污泥干化领域，目前最大装机换热面积约300平方米，蒸发能力不到5000公斤/小时。

桨叶干燥机

三门峡百得干燥工程有限公司长期生产楔型空心浆叶干燥机，该干燥机可对膏状、颗粒状、粉状、浆状物料间接加热或冷却，可完成干燥、冷却、加热、灭菌、反应、低温煅烧等单元操作。设备中特殊的楔型搅拌传热浆叶，具有较高的传热效率和传热面自清洁功能。空心轴上密集排列着楔型中空浆叶，热介质经空心轴流经浆叶。单位有效容积内传热面积较大，热介质可以是水蒸汽，也可以用热水、导热油等，使用温度从-40℃到320℃均可。间接传导加热，热量几乎均用来加热物料和湿分蒸发，避免了热风干燥必须排出尾气、携带走热量的环节。热量损失仅为通过机体保温层向环境的散热，属于热效率较高的干燥设备。楔型浆叶传热面具有自清洁功能。物料颗粒与楔型桨叶表面的相对运动产生冲刷作用，能够洗刷掉楔型面上附着物料，使运转中一直保持着清洁的传热面。桨叶干燥机的壳体为椭圆型，壳体内一般排布二到四根空心搅拌轴。轴与壳体间有密封端盖，干燥机上部有上盖体，可防止物料粉尘外泄，同时可收集湿分蒸汽。出料口处设置一挡扳，保证料位高度，使传热面被物料覆盖而充分发挥作用。传热介质通过轴端旋转接头进入轴上分布的空心桨叶；壳体夹套与空心桨叶及空心轴同时加热物料。 设备特点: 1、桨叶干燥机能耗低：由于间壁加热，没有大量空气携带走热量，干燥器外壁又设置保温层，能耗相对偏低。对浆状物料，蒸发1kg水仅需1.2kg水蒸汽。 2、桨叶干燥机系统造价低：单位有效容积内拥有较大的传热面，就缩短了处理时间，设备尺寸变小。就极大地减少了建筑面积及建筑空间。 3、处理物料范围广：使用不同热介质，既可处理热敏性物料，又可处理需高温处理的物料。常用介质有：水蒸汽、导热油、热水、冷却水等。既可连续操作也可间歇操作，可在很多领域应用。 4、环境污染小：不使用携带空气，粉尘物料夹带很少。仅排出湿分蒸气，便于处理。

5、操作费用低：该设备正常操作，无须专人值守。低速搅拌及合理的结构，磨损量小，维修费用很低。 6、操作稳定：由于楔型桨叶特殊的压缩--膨胀搅拌作用，使物料颗粒充分与传热面接触，在轴向区间内，物料的温度、湿度、混合度梯度很小，从而保证了工艺的稳定性