CN100416198C - 利用过热蒸汽干燥颗粒制品的设备 - Google Patents

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Abstract

通过作为干燥介质的过热蒸汽蒸发在颗粒制品中所含的液体的设备，其包括一个干燥腔，一个热交换器，一个用于分离颗粒制品和低温蒸汽的装置，它们彼此以密封方式连接并且经一个颗粒制品的加装装置连通，一个颗粒制品的卸料装置以及一个所产生的过量低温蒸汽的排出装置，其特征在于：所述干燥腔大体具有圆柱形状，以及所述干燥腔可处于水平位置或略微偏离水平位置，以及在干燥腔内部的转子从干燥腔的下部向上部提升部分颗粒制品，从干燥腔的上部，所提升的部分颗粒制品通过过热蒸汽流下落至干燥腔的下部。

Description

利用过热蒸汽干燥颗粒制品的设备
技术领域
本发明涉及利用过热蒸汽干燥颗粒制品的设备。
背景技术
通过过热蒸汽进行的干燥是成熟的技术，例如这种技术在甜菜浆液和纤维素浆液的干燥中得到了工业应用。
以过热蒸汽进行干燥的优点主要是：
1.在通过在能量消耗工序(如蒸发或蒸馏)中的冷凝，可以发挥由干燥工序产生的蒸汽中的能量的情况下，能量效率非常高。
2.与利用作为干燥介质的空气进行干燥相比，空气污染非常低
3.在颗粒制品氧化的情况下，产量非常高并且没有产品损失。
4.在从颗粒制品除去的液体具有易燃性时，具有高安全性。
5.可以进行同步消毒和干燥。
现有技术
利用过热蒸汽进行干燥的现存设备要进行以下操作：
1.将颗粒制品加装至干燥腔内。
2.输送过热蒸汽通过干燥腔。
3.以有效接触过热蒸汽的方式输送颗粒制品通过干燥腔。
4.将颗粒制品与低温蒸汽分离。
5.从干燥腔除去颗粒制品。
6.对低温蒸汽进行再加热和再循环。
7.排出产生的过量低温蒸汽。
以与上面提到的装置操作不同的方式操纵利用过热蒸汽进行干燥的现存设备。
最重要的差异为：
1.干燥器中的压力可高于或低于环境压力，或者可等于环境压力。压力高于或低于环境压力的干燥器要求气压阀与颗粒制品的装卸相联系。
2.气压阀可基于不同原理。
3.可以以不同方式设置颗粒制品和过热蒸汽之间的接触，以及颗粒制品输送通过干燥腔。
4.干燥腔和热交换器可以为独立的装置或可以结合成一个整体单元。
5.将过热蒸汽输入干燥腔内的入口可位于与颗粒制品的输入口相同的端部(顺流干燥)或可以在相对端(逆流干燥)。
EP0058651B1披露了一种干燥器，其中，通过使颗粒制品悬浮在过热蒸汽中并且依靠压缩空气使颗粒制品输送通过加压干燥器(其包括由管件连接的竖直管道和壳式热交换器)，以此实现了颗粒制品和过热蒸汽之间的接触。其意味着：颗粒制品的干燥和蒸汽的再加热完全形成一体并且是同步的。干燥腔每平方米的颗粒制品量非常低，因此，这种干燥器仅适于可以在比1分钟短的停留时间内被干燥的具有较小颗粒的制品。
在美国专利5,357,686中，在竖直的环形剖面的流化床干燥腔室中实现了颗粒制品和过热蒸汽之间的接触。通过设置在干燥腔中央的一根管道和壳式热交换器实现对低温蒸汽的再加热。过热蒸汽经干燥腔的带孔底部进入。颗粒制品与低温蒸汽的分离发生在干燥腔的顶部并且在旋风分离器中除去微粒之后，使一部分低温蒸汽再循环通过热交换器，同时将剩余部分排放至外部应用。
通过调节过热蒸汽在干燥腔的竖直部分中的流动，可以控制在每一部分中的颗粒制品的停留时间，并且与较大的颗粒相比，对于较小颗粒而言，在一定程度上可提供更短的停留时间。
PCT/DK99/00196披露了一种类似的干燥器，其不同之处在于：向上移动了旋风分离器的低温蒸汽进入口，并且环形流化床具有一块弧形底板。其权利要求涉及在不会对介质和较小颗粒进行过度干燥的情况下，改善了对粗大颗粒的干燥，并且确保了更好的投资：与美国专利5,357,686披露的设备相比的生产率。
干燥腔每平方米的颗粒制品量非常低，因此，由于能够在短于10分钟的停留时间内干燥颗粒制品，故这种干燥器具有最佳性能。
上面所述的所有三种干燥器均是在2-6巴的压力下操作的，以增大干燥腔每平方米的蒸发能力。
一个多世纪以来，已经将利用作为干燥介质的热空气工作的旋转式干燥器用于干燥多种颗粒制品。近十年来，在一些情况下，已经使用了利用作为干燥介质的过热蒸汽工作的旋转式干燥器，并且这些干燥器可以由如W.KunzDrytecAG，CH-5606Dinticon  或AtlasIndustriesA/SBaltorpvej160，DK-2750Ballerup这样的公司购得。
在这些干燥器中，通过不是气密性的密封件使干燥腔(旋转壳)与热交换器和分离装置相连。通过颗粒制品从旋转壳体的上部、经从旋转壳体的入口端运动至出口端的过热蒸汽流连续落下，能够实现在旋转壳体中颗粒制品与过热蒸汽的接触。在颗粒的落下期间，颗粒制品逐步向出口移动，其长度距离根据过热蒸汽的速度和各个颗粒的重量和形式确定。在落下当中，颗粒制品或停留在壳体的下部，或通过水平设置在旋转壳体内侧上的导流板被提升至旋转壳体的上部，从该处颗粒制品将再次经过过热蒸汽落下。
从W.KunzDrytecAG和AtlasIndustriesA/S购得的干燥器为顺流干燥器，但在McGraw-Hill，InternationalEditions1987第732-733页的“UnitOperationsofChemicalEngineering”中披露了一种逆流干燥器。这种干燥器是利用作为该干燥介质的热空气工作的，但其原则上可以利用过热蒸汽工作。在逆流干燥期间，干燥介质将会对颗粒制品输送通过干燥腔产生负面影响。为了弥补这一缺陷，旋转壳体是倾斜的，以便颗粒制品的出口低于进入端。
在颗粒下落期间，能量从过热蒸汽向颗粒的传递速度非常快，从而会使液体在表面层的含量降低至低于颗粒内侧的水平。当颗粒制品位于干燥腔的下部时，能量从过热蒸汽向颗粒的传递速度较低，因此，对于液体从颗粒的内部运动至表面而言，需要一定时间。
以高低干燥速度变换周期为特征的这种干燥原理以下称为脉冲式干燥。
脉冲式干燥提供了对不均匀颗粒制品的均匀干燥，其中，最小颗粒所需的停留时间可以为几秒，而对于最大的颗粒而言，停留时间则为30分钟或更长。由于大量的颗粒制品可能聚集在旋转壳的下部，因此，对于较大的颗粒而言，非常长的停留时间是可行的。另外，脉冲式干燥在不会热损坏(detoriation)制品的情况下，允许更高的输入温度。
由于旋转壳体和与其相连的固定设备之间的有效密封是不适合的，因此，没有一种利用过热蒸汽工作的现存旋转式干燥器能够以不同于大气压力的压力工作。因此，这些干燥器应在大气压力或略低一些的压力下工作以避免排出。其意味着：由干燥工艺产生的蒸汽的温度很小并且会由空气稀释，从而大大降低了蒸汽的使用价值。
发明内容
本发明的目的在于在一个完整的气密性干燥系统中，将脉冲式干燥与利用过热蒸汽进行的干燥合为一体。因此，可以充分发挥利用过热蒸气进行干燥的所有已知优点并且可以使这些优点与脉冲式干燥的优点相结合。
依据本发明的一种通过作为干燥介质的过热蒸汽蒸发在颗粒制品中所含的液体的设备，其包括一个干燥腔，一个热交换器，一个用于分离颗粒制品和低温蒸汽的装置，它们彼此以密封方式连接并且经一个颗粒制品的加装装置与周围环境连通，一个颗粒制品的卸料装置以及一个所产生的过量低温蒸汽的排出装置，
所述干燥腔具有圆柱形状，其特征在于：
用于湿颗粒的加装装置和用于干燥颗粒制品的卸料装置放置在干燥腔的相对端部，以及
蒸汽入口位于与产品入口相同的端部，
当所述干燥腔处于水平位置或略微偏离水平位置时，所述设备可操作，以及
在干燥腔内部的转子的设置方式为：在设备的操作期间，从干燥腔的下部向上部提升部分颗粒制品，从干燥腔的上部，所提升的部分颗粒制品通过过热蒸汽流下落至干燥腔的下部。
最常见的液体为水，随后使过热蒸汽与由颗粒制品发出的少量挥发性成分混合。
在某些情况下，液体不是水，而例如是有机易燃溶剂。在这些情况下，本发明的设备可用于通过所述液体的过热蒸汽来蒸发大部分所述液体，之后，通过过热蒸汽蒸发剩余部分的液体。
在另外一些的情况下，液体可以是水和其它液体(如乙醛)的混合物。
令人惊讶的是，在无需在旋转壳体和固定设备之间使用新的有效密封的情况下，可以在一个完整的气密性干燥系统中，使脉冲式干燥与过热蒸汽相结合。本发明的设备根本不必在这种连接中使用密封。取而代之，干燥腔基本上具有在其内侧设有一个马达的水平圆柱缸的形状。转子能够从干燥腔的下部向上部提升颗粒制品，从干燥腔的上部，根据进行脉冲式干燥的要求，所提升的部分颗粒制品通过过热蒸汽流下落至干燥腔的下部。
根据颗粒制品的特点，可以以不同的方式设计转子和干燥腔。当液体能够从颗粒的芯部迅速移动至表面并且因此对停留时间的要求较低时，转子的最佳实施例包括一根与干燥腔的轴线平行设置的轴，其在远离该轴的端部处设有多个径向横梁支承的导流板。转子轴的设置方式为：当导流板通过干燥腔的下部时，导流板能够接近壳体并收集一些颗粒制品，并且当导流板通过干燥腔的上部时，将以一定距离向壳体运动，从而允许颗粒制品向外滑入导流板和壳体之间的间隙内，从该处下落通过过热蒸汽。这种情况在转动速度增大至在受离心力作用的颗粒制品上的冲击大于重力时会发生。当重力最强时，颗粒制品将会直接从导流板落下。
当液体慢慢地从颗粒的芯部运动至表面，因此对在干燥腔下部的停留时间的要求较高时，本发明的最佳实施例包括一个圆柱形干燥腔，该干燥腔内与干燥腔共轴设置一个圆柱形旋转壳。圆柱形旋转壳可以在干燥腔内自由转动，但两个圆柱体缸之间的间隙非常小。旋转壳的支承和转动是通过已知的装置实现的。
可通过已知的装置(如旋转锁定装置或柱流输送器)进行本发明的干燥设备的加装和卸料。但是，对于一些颗粒制品而言，已知的装置均不适合。这些例子为谷物稻草，家庭废物，褐煤，木屑，由屠宰房产生的鞣皮和副产品。
在这些情况下，本发明的设备可装有加装装置和卸料装置。
所述的加装/卸料装置是以闸门阀系统为基础的，根据这种闸口系统，首先输送所述制品通过一个分配装置，其会产生一系列由均匀颗粒自由空间划分出的均匀制品部分，并且随后单独输送这些制品部分通过一闸口装置，该装置包括至少一个排泄闸室和两个气压阀，其中的至少一个气压阀在任何时候均能在两个压力区之间确保密封屏障，其中，用力将所述制品部分从第一区装入由以活塞式螺旋输送到排泄闸室内，其轴实际上与排泄闸室呈一直线，并且通过所述活塞式螺旋或活塞，或者通过以高于第二压力区的压力供给的气体，蒸汽或液体，迫使从排泄闸室排出所述制品部分并将其排入第二压力区内。
在颗粒制品在本发明的设备中进行干燥之前，接收机械脱水处理的情况下，一最佳实施例使用了一个以密封方式与干燥腔相连的螺旋压力机，其可以用作脱水装置以及加载装置。
在颗粒制品在本发明的设备中进行干燥之后，已形成球状的情况下，一最佳实施例使用了一个以密封方式与干燥腔相连的压丸机，其可以用作卸料作业和压丸作业。
附图说明
图1a为所述设备的纵向剖视图，图1b为干燥腔的剖面图。
图2a为所述设备的纵向剖视图，图2b为干燥腔的剖面图。
具体实施方式
下面，通过具有不同转子类型的两个相关实施例对本发明进行详细说明。
例1说明了当液体可以从颗粒的芯部迅速移动到表面时对静止时间的要求较低时的优选实施例。图1a和1b说明了例1。图1a为所述设备的纵向剖视图，图1b为干燥腔的剖面图。
通过所述的加装装置1.1将颗粒制品加装到干燥腔1.2内。在干燥腔1.2中，通过与转动轴1.3的横梁1.4相连的转动导流板1.5提升颗粒制品。在干燥腔的排出端，颗粒制品通过一个螺旋输送器1.6落入漏斗1.7内，所述螺旋输送器能够将颗粒制品输送至与1.1相似的卸料装置1.12。
过热的蒸汽通过一个旋风分离器1.8，在该旋风分离器处，使蒸汽与导引至漏斗1.7的微粒分离。通过风扇1.9实现过热蒸汽的运动。
经排放阈1.10排出过量蒸汽，并在热交换器1.11中对剩余的蒸汽进行再次加热，且将其导入干燥腔1.2内。主要能量向热交换器的供给并未示出。
例2说明了在液体慢慢从颗粒的芯部向表面移动因而对在干燥腔下部的静止时间的要求较高时优选的实施例。图2a和2b说明了例2。图2a为所述设备的纵向剖视图，图2b为干燥腔的剖面图。
通过与1.1相似的加装装置2.1，将颗粒制品加装至干燥腔2.2内。在干燥腔2.2中的转子2.4由一个旋转壳体构成，其中，通过与旋转壳体2.4内侧相连的转动导流板2.5提升颗粒制品。通过已知的装置实现旋转壳体的转动。在干燥腔的排出端，颗粒制品通过一个螺旋输送器2.6落入漏斗2.7内，所述螺旋输送器能够将颗粒制品输送至卸料装置2.12。
过热的蒸汽通过一个旋风分离器2.8，在该旋风分离器处，使蒸汽与导引至漏斗2.7的微粒分离。过热蒸汽的运动是通过风扇2.9实现的。
经排放阀2.10排出过量蒸汽，并在热交换器2.11中对剩余的蒸汽进行再次加热，且将其导入干燥腔2.2内。主要能量向热交换器的供给并未示出。

Claims (6)

1. 通过作为干燥介质的过热蒸汽蒸发在颗粒制品中所含的液体的设备，其包括一个干燥腔(1.2，2.2)，一个热交换器，一个用于分离颗粒制品和低温蒸汽的装置，它们彼此以密封方式连接并且经一个颗粒制品的加装装置(1.1，2.1)与周围环境连通，一个颗粒制品的卸料装置(1.12，2.12)以及一个所产生的过量低温蒸汽的排出装置，
所述干燥腔具有圆柱形状，其特征在于：
用于湿颗粒的加装装置和用于干燥颗粒制品的卸料装置放置在干燥腔的相对端部，以及
蒸汽入口位于与产品入口相同的端部，
当所述干燥腔处于水平位置或略微偏离水平位置时，所述设备可操作，以及
在干燥腔内部的转子(1.3，1.4，1.5，2.4，2.5)的设置方式为：在设备的操作期间，从干燥腔的下部向上部提升部分颗粒制品，从干燥腔的上部，所提升的部分颗粒制品通过过热蒸汽流下落至干燥腔的下部。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中：所述转子包括一根中央轴(1.3)，其具有径向的横梁(1.4)和与该横梁相连的提升导流板。
3. 根据权利要求2所述的设备，其中：所述中央轴(1.3)放置得比圆柱形状的中心低。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中：所述转子包括一个旋转壳体(2.4)，其具有与壳体(2.4)的内圆柱壁相连的提升导流板(2.5)。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中：通过一个与干燥腔密封相连的螺旋压力机实现所述加装装置的加装，并且所述螺旋压力机在干燥工序之前，提供了颗粒制品的机械脱水。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中：所述卸料装置的卸料是通过一个压丸机实现的，该压丸机气密地连接在干燥腔上，并且所述压丸机在干燥工序之后，提供了对颗粒制品的制丸。
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