染料干燥设备（一）
一、前言
近年来,中国的染料工业发展十分迅速,一跃成为世界染料生产第一大国。据估计,2001年,我国的染料产量约为40万t,占世界染料需求量的一半左右,已经成为世界染料生产的重要基地。
据国家统计局最近公布的数据表明,2001年全国纺织工业产值比上一年均有不同程度的增加。加入WTO后,给染料生产带来了前所未有的机遇。从此后我国成为世贸组织正式成员国,公平合理地参与世界贸易竞争。据推测,这将增加我国纺织品出口额,带动了染料的消耗。另一方面,随着我国对外贸易政策与世界接轨,也推动了染料的出口。近年来,世界染料工业发达的国家在逐年减少染料的生产量,客观上也给中国让出了一定的市场份额。
众所周知,染料的生产需要各类干燥设备。染料产量的扩大必然需要大量的干燥设备。所以,干燥设备在染料工业的应用前景仍然十分乐观。许多干燥机在开发成功后,都较早地在染料行业应用,也就是说,染料行业所需要干燥设备型式和规格都是比较多的。正因为如此,这一领域吸引了众多干燥设备厂。20世纪50年代的耙式干燥机要从前苏联引进,70年代的喷雾干燥机要从日本、丹麦进口,80年代的闪蒸干燥机旋转快速干燥机要从丹麦进口,90年代桨叶干燥机要从日本引进,今天,所有这些干燥机的设计技术我国基本掌握了,目前这些机型都已国产化。可以这样说,在染料工业使用的干燥机,国外有的机型我们也都能生产。经过广大工程技术人员的努力,我国大量从国外引进干燥设备的年代已经过去了。
同时,干燥技术的进步也有力地推动了染料商品化技术的发展。新型干燥机的出现,使染料的剂型、溶解度、润湿速度等许多应用性能都有明显提高,干燥技术的应用对染料行业的贡献是巨大的。
目前我国染料工业所使用的干燥设备有二类：第一类是早年从国外引进的干燥设备,第二类是国内自行设计的干燥装置和早年遗留下来较落后的干燥装置。较老染料厂干燥装置技术水平差距较大,既有较先进的设备也有较落后的。而新建的染料厂设备一般都比较好。从发展角度看,由于我国加入WTO后,纺织品的出口量会明显增加,染料的产量也不断增加。另外,染料生产厂家在逐年减少,但产量越来越大,这说明单品种染料的生产规模在扩大,从而导致干燥设备也向大型化方向发展。以喷雾干燥为例,十年前多数蒸发水量为200kg/h以下,干燥机直径不超过3m,而现在,设备直径可达6m以上,蒸发水量在1000kg/h左右。闪蒸干燥机直径也达到1.4m,蒸发水量在800kg/h以上。染料单一品种垄断生产的形成,生产规模的不断扩大,客观上也推动了干燥设备向大型化方向发展。
近年来,人们把开发干燥机的重点向开发组合干燥机的方向发展,力图把现有的干燥机进行优化组合,发挥每种干燥机的优点。组合多级干燥机与单级干燥机相比有如下优势：
①组合干燥机更容易节约能源；
②组合干燥机更容易保证产品质量,干燥过程可以同时进行分级、粉碎等操作,对热敏性物料干燥后可进行及时冷却；
③操作更加灵活,可以根据物料干燥的特定规律对多种干燥机进行科学组合。
干燥机的组合大致有如下几个方面：
①组合各种干燥方法的组合式干燥机,如喷雾—流化干燥机等；
②结合各种传热过程的组合式干燥机,如薄膜—流化床干燥机等；
③多级同类型干燥机的组合,如多级气流干燥机等。
但是,干燥设备制造中所出现的问题也比较多,主要是设备制造厂家对染料的加工工艺不了解所致。染料干燥是工艺性很强的操作过程,原染料品种繁多,商品指标复杂。近年来,染料干燥的难度越来越大。例如,过去商品分散染料强度大多数要求100%,现在则要求200%,这就意味着助剂的加入量在减少而染料的耐热性能也随之下降。如果加工配方质量不佳,干燥的难度会更大。
干燥设备厂往往需要染料厂提供被干燥物料的理化指标,如果染料厂无相应经验,所提供的参数很难保证是最恰当的。这给干燥机的设计、制造带来麻烦。作者见到过一些不成功的例子,表面上看是设备问题,实质是设计者对染料干燥过程的工艺参数不了解所致,应加强对干燥工艺的研究。
二、染料干燥技术发展简述
干燥在染料生产中是十分重要的单元操作,因为干燥在这里不仅是简单的固液分离过程,更重要的是染料生产过程的最后一道工序,产品的质量、剂型在很多情况下取决于干燥技术和设备的综合运用水平。从经济角度考虑,干燥机价格昂贵,工程投资较大。另一方面,干燥又是高耗能过程,热效率在15%～80%这样大的范围内波动,而设备的运转费用与干燥机的设计选型有非常密切的关系,所以染料厂的决策者对此历来都十分重视。染料的品种有许多,经常生产的也有450余种,它们的理化性质又有很大差异,甚至同一品种不同的生产工艺、同一品种不同的产品要求,导致干燥条件可能都有区别,所以就造成了干燥的复杂性。由此可见,染料的干燥较其他产品具有更高的技术性。
三、染料干燥的特点
染料干燥是一个热过程,属于化工单元操作,这一点与其他物料基本一样,并没有大的区别,但染料的干燥又有它的特殊性：
①染料是精细化工产品,物料有热敏性,对操作温度十分敏感,有些物料干燥温度范围甚至不能超过±；5℃,否则就会发生质量问题,所以对操作条件要求严格。
②前面已经提到,经常生产的染料品种多达几百种,加上染料中间体就更难统计。生产规模小,年生产量在200～300t在绝大多数,所以生产成本相对要高一些。
③更换品种频烦,现在许多染料厂一台设备在一年内要多次更换品种。大家知道,我国的染料都有严格的质量标准,经常更换品种相互交叉污染很难避免。每当更换品种要经过反复冲洗,有时甚至要重新更换管路或一些设备,所以干燥设备的设计,从流程到结构都要考虑到这一特殊性。
④染料对环境污染严重,固状染料极易扬尘,对生产车间或厂区环境容易造成污染,如果染料厂在居民区、风景区附近更要注意生产装置和排放气体的可靠性。
⑤染料干燥是集科学、技术和艺术为一体的单元操作过程,操作经验在某种情况下会起重要作用,因为操作时许多参数间相互关联,在一定范围内可能起积极作用,超出某一范围内会有不良结果,所以操作经验不可小视。
四、干燥机设计的主要根据
在设计干燥机之前,应撑握下列条件：
①原染料性质：主要包括原染料的色光、强度、流动性、粘度、表面张力、含固率、粒度、亲水性、密度、扩散性能、耐热性、熔点、pH值、毒性、可燃性、含溶剂种类、对金属敏感性等。
②产品要求
产品要求一般由染料厂提出,主要是产品的含水率、粒度及分布、色光、强度、润湿性能、溶解度、高温分散稳定性、堆积密度、不溶物含量、外观、收率、扬尘性等。除此之外,还可能有其他特殊要求。
③设备安装地点
安装地的空气湿度、年平均温度、最低温度和最高温度、环保要求等。
④设备要求
对设备要求主要有设备型式、扑集器型式、热源种类、设备材质、投资费用、热效率、控制水平等。
五、染料干燥设备
（1）压力式喷雾干燥机
压力式喷雾干燥机因设备高大而呈塔形,又称喷雾干燥塔在染料干燥中使用最为普遍。因压力式喷雾干燥机的产品成微粒状,一般平均粒度可以达到150～200μm左右,在产品中不需加入防尘剂就可防尘。而且产品的流动性、润湿性等应用性能均优于粉状,所以深受用户的欢迎,从而也确定了它在染料干燥中的主导地位。结构设计的目的是保证干燥机的性能达到最佳状态,操作维修方便。干燥机的结构设计主要有：
①塔头设计
其中包括进风型式、进风管直径、整流型式、整流板数、开孔率及间隔、上锥体高度、倾角等；
②干燥室开孔设计
开孔设计应保证操作方便,气密性能好,不积料,不粘壁。其中包括检修孔、测温孔、测压孔、测速孔、视镜、喷嘴孔、人孔等；
③塔底设计
塔底设计应保证最大限度地气固分离,主要包括确定下锥体高度、倾角、出料型式、排风型式及排风管尺寸等。除此之外,还应设计清扫装置,如气扫、气锤、电锤等。
（2）气流式喷雾干燥机
气流式喷雾干器的优点：
①气流式喷雾干燥机产品粒度可以达到20～60μm,因此,可以获得比其他两种干燥机更细的产品；
②气流式喷雾干燥机较其他两种干燥机有更大的操作弹性,操作也比较方便；
③喷嘴可以雾化较高粘度与其他两种干燥机比较而言的物料,可以将染料滤饼直接干燥,对于触变性物料更合适,因此,有较大的适应范围；
④在三种喷嘴中,只有气流式喷嘴可以进行下喷上操作,能够降低厂房的高度,增加物料在塔内的停留时间,比较适于处理耐高温物料；
⑤喷嘴无转动部件,制造费用很低,维修更换都很方便；
⑥物料不易堵塞喷嘴,对浆料过滤的要求比较低。
气流式喷雾干燥的缺点：
①雾化不易均匀,造成产品粒度分布不均,下喷上式更为明显。因此,应根据产品粒度要求酌情考虑。
②气流式喷嘴动力消耗较大,大约为其他两种的6～8倍。可以这样认为,气流式喷嘴在干燥机上的安装位置比另外两种都灵活,上喷下、下喷上均可以。与热风的运动方向可以对流、并流、混流。目前气流式喷雾干燥机已向多级组合干燥的方向发展,就产品质量而言,与其他两种干燥机相比不占优势,所以只有少数早期制造的干燥机在运转。随着新型干燥机的出现,对气流式喷嘴还要进一步开发,使其发挥更大作用。
六、离心式喷雾干燥机
离心式喷雾干燥机在染料干燥中发挥越来越重要的作用,特别是蒸发水量大时采用离心式喷雾干燥更为普遍。离心式喷雾干燥主要取决于雾化器,这种雾化器有转动部件,液体通过高速旋转雾化器产生的离心力使物料在瞬间得到雾化,因此称为离心式喷雾干燥。
①离心式喷雾干燥机塔身短,长径比为0.9∶1～1∶1,同前两种相比,可以大大降低厂房高度；
②系统中没有高压设备和高压管路,设备的制造、安装比较方便；
③生产弹性大,离心式雾化器生产弹性大,处理量在很宽的范围内仍有很好的雾化效果；
④离心式雾化器主要是控制线速度以保证物料的雾化,通过调节雾化器的线速度能够很方便的得到不同粒径的产品；
⑤雾化器喷嘴孔径大,工作时不易被物料堵塞,对物料的过滤不那样严格。基于上述原因,离心式喷雾干燥机应用比较广,在许多染料、颜料、染料助剂的干燥中有广范应用。
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