干燥实训指导书.doc

四位一体多功能干燥装置
操作规程

朱世萍

新疆吉木萨尔中等职业技术学校

前 言
随着各行各业对人才需求的迅速增长，职业院校作为培养和输送各类实用人才的基地，目前都在迅速扩大办学规模，调整专业结构，以适应社会主义市场经济对各类实用人才的需求。职业教育的根本任务是培养有较强实际动手能力和职业能力的技能型人才，而实际训练是培养这种能力的关键环节。
基于健康、安全和环保的理念，本装置采用了化工技术、自动化控制技术和网络技术的最新成果，实现了工厂情景化、故障模拟化、操作实际化和控制网络化，属国内首创。
干燥是利用热能从物料中去湿的单元操作，在化工、食品、造纸和医药等许多工业领域都有中应用。本装置采用工厂里实际应用的工艺流程，不锈钢框架结构，用泵输送流体，操作方式与工厂里完全一致，使学生能够身临其境。
与设备相配套的还有仪表操作台和DCS控制系统。设备上电之后，传感器将监控参数的信号送到操作台的仪表上，可以通过仪表实时监控设备的运行状况。也可以通过计算机进行数据的远程采集传输，装置采用工业控制系统，使学生充分体会中控室的作用。
流化床干燥培训装置的主要功能是：
实验：能够完成基本流化床干燥实验，根据干燥产品的要求，选择适宜的实验条件，获得合格的产品；
实训：本培训装置是工厂生产设备的室内版，其设备配置和操作方式与工厂完全一致，通过实际操作，学生可以切实体会工厂的开车前准备、正常开车和正常停车的操作步骤。
技能鉴定：应用本装置能够考核学生对流化床干燥装置的基本操作能力，识别流化床干燥器常见操作故障的能力。可满足分级鉴定要求。
1
干燥实训装置操作规程
一、实训目的
干燥，即利用热能来除去湿物料中湿分的方法。干燥介质可以是不饱和热空气、惰性气体及烟道气，需要除去的湿分为水分或其它化学溶剂。
（一）认识流化床干燥设备结构
（二）认识流化床干燥装置流程及仪表
（三）掌握流化床干燥装置的运行操作技能
（四）学会常见异常现象的判别及处理方法
二、生产工艺过程
化工生产中的固体产品（或半成品）为便于贮藏、使用或进一步加工的需要，需除去其中的湿份（水或有机溶剂）。因此去湿作业的良好与否直接影响产品的使用质量和外观。除去固体物料中湿分的方法有以下几种：机械去湿、吸附去湿和供热干燥。
供热干燥按操作方式又可分为连续操作和间歇操作。连续操作具有生产能力大、产品质量均匀、热效率高和劳动条件好等优点。间歇操作适用于处理小批量、多品种或要求干燥时间较长的物料。
化学工业中常采用连续操作的对流干燥，以不饱和热空气为干燥介质，而湿物料中的湿分又多为水分。除空气外，还可用烟道气或某些惰性气体作为干燥介质。物料中的湿分也可能是各种化学溶剂。
在对流干燥过程中，热空气将热量传给湿物料，物料表面水分即进行汽化，并通过表面外的气膜向气流主体扩散。与此同时，由于物料表面水分的汽化，物料内部与表面间存在水分浓度的差别，内部水分向表面扩散，汽化的水气由空气带走，所以干燥介质既是载热体又是载湿体，它将热量传给物料的同时把由物料中汽化出来的水分带走。因此干燥是传热和传质相结合的操作，干燥速率由传热速率和传质速率共同控制。
干燥操作的必要条件是物料表面的水气压强必须大于干燥介质中的水气分压，两者差别越大，干燥操作进行得越快。所以干燥介质应及时将汽化的水气带走，以维持一定的扩散推动力。若干燥介质为水气所饱和，则推动力为零，这时干燥操作即停止进行。
沸腾床干燥器又称流化床干燥器，其中操作称为流化床干燥操作，是固体流态化技术在干燥操作中的应用。在流化床中，颗粒仅在热气流中上下翻动，彼此碰撞和混合，气、固进行传热和传质，以达到干燥目的。流化床干燥器具有以下特点：
1.流化干燥具有较高的传热和传质速率，适用于热敏性物料的干燥。
2.物料在干燥器中停留时间可自由调节，因此可以得到含水量很低的产品。当物料干燥过程存在降速阶段时，采用流化床干燥器也较为有利。
3.流化床干燥器结构简单，造价低，活动部件少，操作维修方便。流化床干燥器的流体阻力小，对物料的磨损较轻，气固分离较易，热效率高。
4.流化床干燥器适用于处理粒径为30μm～6mm的粉粒状物料，流化床干燥器处理粉粒状物料时，要求物料中含水量为2％～5％，对颗粒状物料则需低于10％～15％。
本实验装置采用单层流化床干燥装置对湿硅胶颗粒进行连续干燥操作。
（一）干燥基本原理
当湿物料与干燥介质相接触时，物料表面的水分开始汽化，并向周围介质传递。根据干燥过程中不同期间的特点，干燥过程可分为两个阶段。
第一个阶段为恒速干燥阶段。在此阶段，由于整个物料中的含水量较大，其内部的水分能迅速地达到物料表面。因此，干燥速率为物料表面上水分的汽化速率所控制，故此阶段亦称为表面汽化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全部用于水分的汽化，物料表面的温度维持恒定（等于空气的湿球温度），物料表面处的水蒸汽分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。
第二个阶段为降速干燥阶段，当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的汽化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制阶段。随着物料湿含量逐渐减少，物料内部水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降。
恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主要有：固体物料的种类和性质；固体物料层的厚度或颗粒大小；空气的温度、湿度和流速；空气与固体物料间的相对运动方式等。

图1 热空气与物料间的传热与传质
恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。本实训装置在恒定干燥条件下湿硅胶物料进行干燥。
（二）主要物料的平衡及流向
本实训的干燥过程属于对流干燥，其原理见图1。①传热过程：热气流将热能传至物料表面，再由表面传至物料的内部。对于本实验则是由热空气传向湿硅胶。②传质过程：水份从物料内部以液态或气态扩散透过物料层而达到表面，再通过物料表面的气膜扩散到热气流的主体。对于本实训则是水份由湿硅胶中传向热空气中。由此可见，干燥操作具有热质同时传递的特点。为了使水气离开物料表面，热气流中的水气分压应小于物料表面的水气分压。此外在实验过程中还会产生微量的粉尘，由旋风分离器和布袋除尘器来收集。

图2 流化床干燥装置流程示意图
2
三、生产控制技术
在化工生产中，对各工艺变量有一定的控制要求。有些工艺变量对产品的数量和质量起着决定性的作用。例如，热空气进干燥塔时的温度必须保持一定，才能得到合格的产品。有些工艺变量虽不直接影响产品的数量和质量，然而保持其平稳却是使生产获得良好控制的前提。例如，导热油炉的加热电压，在加热电压波动剧烈的情况下，要把热空气进干燥塔温度控制好极为困难。
为了实现控制要求，可以有两种方式，一是人工控制，二是自动控制。自动控制是在人工控制的基础上发展起来的，使用了自动化仪表等控制装置来代替人的观察、判断、决策和操作。
先进控制策略在化工生产过程的推广应用，能够有效提高生产过程的平稳性和产品质量的合格率，对于降低生产成本、节能减排降耗、提升企业的经济效益具有重要意义。
（一）各项工艺操作指
空气流量：10~40m3/h 水温控制：70~90℃
热空气温度：60~80℃ 油罐液位：370~390mm
（二）主要控制点的控制方法、仪表控制、装置和设备的报警连锁
导热油温度控制：

图3 导热油温度控制方块图

流化床床层温度控制： 空气流量控制：

图4 流化床床层温度控制方块图 图5 空气流量控制方块图
报警连锁：
本装置在导热油炉液位LIA02和导热油加热器之间设有液位下线报警，当导热油炉液位低于下限报警值后，仪表输出报警信号，导热油加热器停止加热。
在导热油温度TIA01和导热油加热器之间也设有温度上限报警，当导热油温度超过上限设定值后，仪表输出报警信号，导热油加热器停止加热。
四、物耗能耗指标
本实训装置的物质消耗为：空气；湿硅胶
本实训装置的能量消耗为：加热器耗电；导热油泵耗电；螺旋进料器耗电；旋涡气泵耗电。
表1 物耗能耗一览表
名称
耗量
名称
耗量
名称
额定功率
空气
10~40m3/h
湿物料
2.5~3.5 kg/h
加热器
1K W
导热油泵
370W
进料器
30W
旋涡气泵
550W
干扰加热
500W
总计
10~40m3/h
总计
2.5~3.5 kg/h
总计
2.45KW
五、安全生产技术
（一）可能发生的事故及处理预案
干燥设备的常见异常现象及处理方法：
1.干燥器床层膨胀高度发生较大变化
造成床层膨胀高度发生较大变化的主要原因是加入物料的变化和空气流量的变化，由于在实验操作过程中，一般进料不会产生变化，因此，空气流量的变化是床层膨胀高度变化的主要原因。床层膨胀高度随进入干燥器空气流量的增加而增加。如果床层膨胀高度大幅增加，应减小空气流量，将阀门VA110开大；反之，增加空气流量，将阀门VA110关小。
待操作稳定后，记录实验数据；继续进行其它实验。
2.干燥器内空气温度发生较大变化
造成干燥器内空气温度发生较大变化的原因主要有导热油循环量加大和导热油温度升高。能够比较快的将空气温度调整到正常值的方法是改变导热油的循环量，空气温度过高，减小导热油的循环量；反之，增大导热油的循环量。
待操作稳定后，记录实验数据；继续进行其它实验。
3.干燥后产品湿含量不合格
干燥空气流量过小、干燥器内空气温度偏低、加料速度过快和物料的湿含量增大是造成干燥后产品湿含量不合格的主要原因。处理该异常现象的顺序是：（1）如床层流化正常，先提高干燥器内空气的温度；（2）如流化不好，先加大空气的流量，再提高空气的温度；（3）在保证正常流化的前提下，先调整空气温度至操作上限后，在调整加热空气的流量；（4）空气流量和温度都已达到操作上限后，则减小加料量；（4）调整工艺，使进料的湿含量下降。
待操作稳定后，记录实验数据；继续进行其它实验。
（二）工业卫生和劳动保护
化工单元实训基地的老师和学生进入化工单元实训基地后必须穿戴劳防用品：在指定区域正确戴上安全帽，穿上安全鞋，在进入任何作业过程中佩戴安全防护眼镜，在任何作业过程中佩戴合适的防护手套。无关人员不得进入化工单元实训基地。
●行为规范
1.不准吸烟2.保持实训环境的整洁3.不准从高处乱扔杂物
4.不准随意坐在灭火器箱、地板和教室外的凳子上
5.非紧急情况下不得随意使用消防器材（训练除外）
6.不得靠在实训装置上
7.在实训场地、在教室里不得打骂和嬉闹
8.使用后的清洁用具按规定放置整齐
●用电安全
1.进行实训之前必须了解室内总电源开关与分电源开关的位置，以便出现用电事故时及时切断电源。
2.在启动仪表柜电源前，必须清楚每个开关的作用。
3.启动电机，上电前先用手转动一下电机的轴，通电后，立即查看电机是否已转动；若不转动，应立即断电，否则电机很容易烧毁。
4.本装置采用电热棒加热导热油，在向导热油炉通电之前，一定要确保加热棒已完全浸没在液体中。
5.在实训过程中，如果发生停电现象，必须切断电闸。以防操作人员离开现场后，因突然供电而导致电器设备在无人看管下运行。
6.不要打开仪表控制柜的后盖和强电桥架盖，应请专业人员进行电器的维修。
本实验装置导热油循环管线中的物料温度很高，应注意防护，以免烫伤。
不得随意丢弃化学品，不得随意乱扔垃圾，避免水、能源和其他资源的浪费，保持实训基地的环境卫生。本实训装置无三废产生。在实验过程中，要注意，不能发生热油的跑、冒、滴、漏。
六、实训操作步骤
（一）开车前准备
1.了解流化床干燥基本原理；
2.熟悉流化床干燥实验工艺流程, 实训装置及主要设备；
3.检查流程中各阀门是否处于正常开车状态：
阀门VA101、VA103、VA104、VA105、VA106、VA108、VA109关闭；
阀门VA102、VA107和VA110全开；
4.检查公用工程（电）是否处于正常供应状态；
5.装置上电，检查流程中各设备、仪表是否处于正常开车状态，动设备试车；
6.了解本实验所用物料（湿物料和空气）的来源及制备；
将硅胶物料粉碎用20目和32目的筛子进行筛分则剩下粒度为0.56~0.9mm的硅胶颗粒，可以用来制备湿物料。向一定物料中滴加蒸馏水，静置15min后，摇晃至松散，当物料呈浅粉红色，说明干基含水量不小于20%，可以用于实验，若出现粘连现象则说明物料已经饱和了，这样含水率太高，对流化是不利的，需要加入干物料，摇晃至松散不粘连。每台干燥装置需要配制湿度均匀的湿物料约3L左右。
7.检查导热油炉R101液位LIA02，是否有足够导热油供实验使用，如不够，则关闭阀门VA104、VA106、VA109，打开阀门VA102、VA103、VA107、VA108启动导热油泵加入适量的导热油后关闭阀门；
8.在加料器R102的料槽中加入待干燥的物料——湿硅胶；
9.按照要求制定操作方案。
（二）正常开车
2.1启动导热油炉R101的电加热开关，设定加热电压（150－200V），开始加热。
2.2启动导热油泵P102，通过导热油泵变频器调节导热油泵的流量，打开导热油炉循环管线上的阀门VA106和VA105，导热油循环进入导热油炉，使导热油炉内油温均匀。
2.3当导热油炉内的温度指示TI01达到规定值（70－90℃）时，加热好的导热油可以投入使用。适当调整导热油炉R101的加热量，使导热油温度控制在规定值。
2.4启动旋涡气泵P101，空气由气泵吹出。空气流量由涡轮流量计(FIC01)测量，通过仪表FIC01调节电动调节阀VA111的开度，使空气流量达到设定值（10－40 m3/h）。（如空气流量长时间无法达到设定值，可适当减小阀门VA110的开度）。
空气流量的确定：先用冷风测定压降-风速曲线，测定最小流化速度umf，再将温度调到工业实际使用的风温，用u=2~3umf吹入料层测定干燥曲线，并按一定时间间隔取样放入称量皿中。
2.5打开阀门VA109，关闭阀门VA108。这时，导热油泵P102将导热油输送到流化床干燥塔，经过与塔内气体换热后，进入换热器E101加热空气，然后返回导热油炉。
2.6进入换热器E101的空气温度由温度显示仪TI06显示，离开换热器E101的空气温度由温度显示仪TI05显示。加热后的空气从流化床干燥塔的底部进入干燥塔，塔内的温度由温度显示与控制仪TIC02显示，通过调节导热油泵的频率来调节导热油的循环量，从而控制塔内空气温度的温度TIC02（60－80℃）。
2.7打开加料器R102的控制器，调节转速调节旋钮至2-3r/min左右，使湿物料通过加料器R102缓慢加入干燥器，观察器内物料干燥过程。
2.8通过调整空气的流量，保证塔内的物料能被充分流化。
2.9通过调整加料速度或加热空气的温度，保证干燥器内加入的湿物料能干燥完全。
（三）正常操作
当流化床干燥器内空气温度恒定和床层膨胀到接近出料口后，干燥过程进入正常操作状态。
3.1调节加料器R102的转速控制器的调节旋钮，设定加料电机转速为2-3r/min。
3.2开始有干燥的物料从干燥器出料口出料后，稳定操作20分钟，打开阀门VA112将产品收集罐V102中的物料排净。
3.3关闭阀门VA112的同时，开始记录时间。
3.4一段时间（20－40min）后，打开阀门VA112收集干燥物料。
3.5取等体积的湿物料，分别进行称重，并分别记录下干物料和湿物料的质量mP和mS。
3.6将两份物料放入烘箱中干燥12小时后，再分别进行称重，并记录下其质量mP’和mS’。
3.7根据指导教师要求改变工艺参数，操作稳定后记录实验数据。
（四）正常停车
4.1停止向干燥塔加入湿物料，进行正常操作10分钟。
4.2关闭导热油炉R101的电加热开关。
4.3关闭导热油泵P102电源。
4.4待干燥器内温度TIC02低于40℃，将干燥器上部沉降段封头的出料口的盖子打开，将出料器的出口管线与旋涡气泵入口相通，将出料器的吸料管插入干燥器中，将物料吸出，从出料器的旋风分离器的收集罐获得吸出的物料。
4.5将物料全部吸出后，取出吸料管，断开出料器与风机的连接，拧紧出料口的盖子。
4.6关闭总电源。

10

七、设备一览表
表2流化床干燥设备的结构认识
序号
位号
名称
用途
规格
1
T101
流化床干燥塔
完成干燥任务
不锈钢，玻璃观测段，带0.07 m2内置式换热器(Ф12mm 不锈钢管制成)
2
E101
换热器
预热空气
FF15风冷式油冷却器，换热面积1.5m2，散热能力150W/℃
3
R102
进料器
调节湿物料的进料速度
不锈钢，电机功率30W
4
V103
旋风分离器
分离和收集空气中的粉尘
玻璃标准旋风分离器D=80mm
5
R104
布袋除尘器
进一步除去空气中的粉尘
100目标准袋滤器
6
R101
导热油炉
给加热介质提供热量
不锈钢，Ф300×400mm，加热器功率1 KW
7
P102
导热油泵
输送加热介质
TD-35油泵，370W，45L/min
8
P101
旋涡气泵
输送空气
XGB-12型旋涡气泵，功率 550W，最大流量100m3／h
9
V101
导热油事故罐
贮存加热介质
不锈钢，Ф273×400mm
八、仪表计量一览表及主要仪表规格型号
序号
位号
仪表用途
仪表位置
规格
执行器
传感器
显示仪

1
ΔPI02
流化床床层压降
集中
0-10KPa压力传感器
AI-501D

2
FIC01
空气流量显示与控制
集中
0～100m3/h涡轮流量
AI-708B
电动碟阀
3
PI01
导热油泵出口压力
就地

压力表

4
DIC01
热介质加热电压
集中
0～250V电压变送器
AI-708B
固态继电器
5
FIC02
导热油循环量
集中
变频器
变频器
导热油泵
6
LI01
导热油事故罐液位
就地
玻璃管

7
LIA02
导热油炉液位
就地/集中
磁翻转液位计
AI-501D

TIA01
导热油温度
集中
K型热电偶
AI-501D

8
TIC02
流化床床层温度
集中
AI-708B
变频器
9
TI03
干燥器出口空气温度
集中
AI-501D

10
TI04
干燥物料出口温度
集中
AI-501D

11
TI05
干燥器入口空气温度
集中
AI-501D

12
TI06
换热器入口空气温度
集中
AI-501D