何咏涛　黄建青

摘要：简要介绍了氮气闭路循环流化床干燥装置的原理、工艺流程及设备特点，对氮气闭路循环流化床干燥过程的影响因素进行了分析，并提出了提高干燥效率的方法，通过实际生产验证了物料粒径和系统循环风量对干燥效率的影响。

关键词：氮气闭路循环流化床;工艺流程;干燥效率;物料粒径;循环风量

0 引言

在现代工业生产发展中，较多工业生产企业正不断地对生产工艺和设备进行技术改造和技术创新。在石油化工、精细化工、医药、农药、中间体、生物工程等行业出现了许多热敏性、含有易燃易爆溶剂的物料和某些遇空气即变性、易吸湿的特殊物料，它们的耐热性能很差，但对干燥成品的含湿率要求非常严格（如需控制在0.1%以下），并且产品干燥均匀性要求也颇高，这给企业的成品干燥操作带来了一定的难度。如果选用普通热风型干燥设备干燥产品，需要耗费较长时间，且最终成品较难达到规定的含湿率指标。若使用真空传导型干燥设备，则干燥时间过长，能耗较大，尤其是当产品含湿率降至0.5%以下时，继续干燥的速率将会更低。

氮气闭路循环干燥是指干燥介质在封闭系统中循环使用的干燥过程，具有可回收溶剂、干燥速率高、产品质量好、安全、环保等优点，不但可回收重复利用干燥尾气中的大量热量，而且可节省大量用于冷却干燥尾气的冷量，节能效果显著，有着广阔的应用前景。

1 氮气闭路循环流化床干燥装置原理、工艺流程及设备特点

1.1    氮气閉路循环流化床干燥装置的原理

采用低含湿率（含湿0.01%）的氮气或空气作为干燥介质，使之拥有较强的载湿能力。在闭路循环干燥系统中反复经历载湿和去湿的过程，直至将湿物料干燥完毕。一般情况下，在湿物料易挥发分为有机溶剂时或处于易导致粉尘爆炸的环境时，需要采用稀有气体氮气作为干燥介质;在闭路循环干燥过程中，通过加热器将干燥介质加热，而蒸发出来的挥发分通过被连续地冷凝成液体来去除或收集，已去除液体溶剂或水分的干燥介质经加热后重新循环使用。由于冷凝去除液体后，干燥介质挥发分的含量降低，重新加热后，其相对湿度将进一步减小，因而这时干燥介质就拥有较强的载湿能力，为深度干燥创造了条件。这就是氮气闭路循环流化床干燥系统之所以能在较低操作温度下，有效地将产品干燥至极低含湿率的原因，这种流化床式的干燥设备又可以称为沸腾干燥器。

1.2    氮气闭路循环流化床干燥装置的工艺流程

氮气闭路循环流化床干燥装置的工艺流程如图1所示。该干燥装置在开始干燥之前，首先对设备进行去氧处理并对其充氮，同时风机开启，氮气经风机送入加热器，由加热器加热后送入主机体内。在大面积的气固两相接触中，物料内水分和溶媒快速蒸发后随排气带走，达到干燥的目的。溶媒随废气在顶筒的布袋（或滤桶）处第一次除尘，进入除尘器后进行第二次除尘（部分设备由旋风分离器做二级除尘，布袋做三级除尘），再由除尘器进入冷凝器，溶媒在冷凝器中冷却成液体从出口排出，冷凝后的气体经由进气口进入风机，完成循环。

1.3    氮气闭路循环流化床干燥装置的特点

（1）产品可以在不含氧的条件下完成干燥，不易氧化、变性和降解，并消除了爆炸、燃烧等风险。

（2）干燥介质温度不需要很高，它们仍具有较强的载湿能力，能对物料进行深度干燥，成品最终含湿率可达0.02%～0.1%。

（3）溶剂可以全部回收，大大降低了产品成本。

（4）干燥速率快，生产能力大大提高，可实现大规模生产。

（5）干燥器和捕集器连成一体，干燥产品形态、色泽、含湿率等均匀，质量稳定。此外，在同一个设备内还可以完成产品混合、复配和冷却等后续工序，且不会吸潮。

（6）根据闭路循环干燥的技术特点，可采用连续进料的方式进行干燥，极大地提升了干燥的效率。

（7）因闭路操作，无废气和粉尘排入大气，不会引起环境污染，企业生产环境好，员工劳动强度低。

2 氮气闭路循环流化床干燥过程的影响因素

2.1    循环风量

风量大小是影响整个干燥过程最重要的因素，直接影响干燥效率。系统循环风量越大，带走溶剂的速率越快，干燥时间越短。而风量的大小受循环风机的功率、过滤装置的通透性、系统环境是否通畅等综合影响。在循环风量中检测实际数据，一般建议在冷凝装置之后安装检测装置，这样更能反映系统实际的循环风量。

2.2    底板

底板的通透性对干燥过程的影响不容忽视。在干燥过程中，易结球物料易堵塞底板孔，导致循环风无法通过，无法及时带走物料表面的溶剂，影响干燥效率。一般的孔板除粘有物料影响干燥效率外，还不易清洗。特别是一些双层底板，更易出现物料夹层的现象。目前，在实际生产中使用较多的是采用单层、分布较密、孔径较小、补加肋板的孔板替换一般孔板。

2.3    过滤装置

一般在氮气闭路循环流化床干燥装置中，为了更好地收集物料，防止物料进入风管，影响干燥环境，会设置两级捕集装置。捕集装置的形状和布袋的通透性势必会影响整个系统的循环风量，进而影响干燥效率。对于捕集装置的形状，一般建议采用全孔设置，减少物料阻力。对于过滤装置中布袋材质的选择，一般建议采用抗静电有基底非织造滤料，其具有透气性好、物料不易粘料等特点。

2.4    搅拌装置

在物料的干燥过程中，搅拌的影响不可忽视。搅拌桨的形状设计和搅拌频率对干燥速率的影响较大，在物料干燥过程中，搅拌一方面有利于将物料内部含湿量及时带走，另一方面，对提高物料均一性和防止物料结球也有较大作用。

2.5    反吹装置

（1）在干燥过程中，需及时清除过滤装置上的物料，一般采用氮气反吹装置，或者称之为“脉冲装置”，此装置可接入介质气流，为保证效果，需进一步考虑其反吹压力的瞬间气流量。

（2）在干燥结束之后，对过滤装置、筒体内壁等残留的物料进行清除非常重要。在闭路循环流化床干燥装置中，一般都会设计安装反吹装置，采用与干燥气流反方向的形式进行吹扫，使物料脱落，进而达到清除的目的。

2.6    加热装置

在干燥过程中，氮气闭路循环流化床干燥介质主要是通过加热装置加热气流从而带走物料表面的溶剂。而要保证干燥介质温度的稳定性，加热器的构造显得非常重要，所以，一般需要根据循环风量的大小计算出相应的加热面积，根据需要的加热面积再确定加热装置的构造。

2.7    氧含量

在流化床干燥装置中，由于湿品一般为有机溶剂或由于物料干燥有粉尘爆炸的风险，一般采用氮气作为干燥介质，系统内氧含量指标要求比较严格，如系统中氮气置换比较慢或系统密闭性较差，对于干燥效率有着较大的影响，也会带来安全风险。

2.8    冷凝装置

在氮气闭路循环系统气流中，需要快速将溶剂冷却下來，这就需要较大的冷却面积和合适的冷媒。在实际使用过程中，可以根据循环风量的大小，计算出相应的冷却面积，根据需要的冷却面积再确定冷凝装置的构造。

2.9    系统密闭性

在氮气闭路循环流化床干燥装置中，设备的密闭效果对循环风量、氧含量、物料损失等都有直接影响。在使用过程中，需要时刻关注其阀门开度以及搅拌轴、连接处的密封性。

2.10    取样代表性

判断干燥的终点，一般是检测物料含湿率。而在干燥过程中，由于循环风量的影响，取出具有代表性的物料进行检测是一个较大的难点，这一方面与取样口安装的位置有关，另一方面与取样口的物料代表性（物料残留或干燥过程中湿物料附着在取样口）有关。关于干燥的终点判断，也可以寻求其他一些代表性现象，比如冷凝液的有无、物料温度是否接近进风温度等。

2.11    湿品物料形状

湿品物料的形状对干燥效率的影响主要体现在内部物料能否及时干燥，特别是一些块状的物料，在干燥过程中，如搅拌破碎不彻底，势必会影响干燥时间。在实际生产中，若要烘干一些块状的湿品物料，可采用提前破碎等预处理方式，提高干燥效率。

2.12    物料结壁

在氮气闭路循环流化床干燥过程中，时常会烘干一些易结壁的物料。筒体内结壁的物料会影响干燥效率，时间长了对物料的性质也会有影响。在实际生产中，烘干易结壁的物料时，可采取在筒体上安装振动锤等辅助装置，增加筒体内清除物料的频率等措施。

3 关于提高氮气闭路循环流化床装置干燥效率的研究

3.1    物料粒径大小对干燥时间的影响研究

根据本公司车间的实际操作情况，在车间中进行了试验，在相同物料、同一批湿品含水率、相同设备、氮气热风温度为90 ℃的条件下，采用整粒机固定筛网过筛，改变湿物料的粒径，进行烘料分析，试验结果如表1所示。

由表1可知，随着湿品物料粒径变小，烘干时间下降趋势明显，对于节约烘干时间有较大好处，但这也增加了烘料前的预处理难度。

3.2    风机频率大小（送风量大小）对干燥时间的影响研究

在车间中进行了第二个试验，在相同物料、同一批湿品含水率、相同设备、氮气热风温度为90 ℃的条件下，改变风机频率大小，进行烘料分析，试验结果如表2所示。

由表2可知，系统风机频率越大，送风量越大，即系统循环风量越大，烘干时间下降趋势较明显，对于节约烘干时间有较大好处。但不能无限增大风压，需考虑系统影响。

4 结语

本文简要分析了氮气闭路循环流化床干燥装置的原理、工艺流程和设备特点，从氮气闭路循环流化床干燥装置干燥物料的实际问题着手，分析了影响氮气闭路循环流化床干燥过程的相关因素，并提出了提高干燥效率的方法。最后，根据本公司车间的实际操作情况，在车间中进行了试验，研究了改变湿品物料粒径大小和系统风机频率（即系统循环风量）对烘干时间的影响。

[参考文献]

[1] 苗纪文，俞厚忠.闭路循环流化床干燥装置的应用[C]//全国化工过程装备技术发展研讨会论文集，2002：152-155.

[2] 邹骊飞，李兴凯，刘国峰，等.闭路循环流态化干燥试验研究[J].化工设备与防腐蚀，2004，7（2）：27-28.

收稿日期：2021-02-26

作者简介：何咏涛（1984—），男，安徽人，工程师，主要从事生产设备及工艺的精益管理应用与研究工作。