盘式连续干燥器在硝酸铵生产中的应用

    硝酸铵是一种强氧化剂，与有机物、可燃物、亚硝酸钠、漂白粉、酸、铜、锌、铝、硫等接触能引起爆炸或燃烧，主要用于制造炸药和弹药。炸药水分对炸药性能影响较大，水分含量较高，不仅爆炸性能下降，而且安全性也降低，硝酸铵的细度和水分是影响炸药性能的重要因素。

    硝酸铵吸湿性很强，易结块，故硝酸铵是一种较硬、大块和机械感度低的物质，其有效粉碎作用形式主要是挤压、撞击和剪切。其粉碎比大决定了粉碎过程的多步性——粗碎和细碎。粗碎机多为狼牙破碎机或锤式破碎机，细碎机则常用轮碾机和凸轮粉碎机。传统工艺是破碎机粗碎，轮碾机细碎、混合、干燥。这就必须提高炸药混合的温度，轮碾机的碾砣也必须加重，使该工序效率低，安全性较差，混合时间长，粉尘飞扬，工作环境恶劣，严重威胁着工人的健康。采用气流干燥系统虽然可以解决上述硝酸铵破碎系统存在的部分问题，但能耗高，效果不太理想。我们将盘式连续干燥器成功用于硝酸铵的干燥，很好地解决了上述问题。

1  工作原理

1.1  气流干燥的原理和特点

（1）气流干燥的原理

    气流干燥是指把泥状及粉粒体状等湿物料，采用适当的加料方式，将其连续加入干燥管内，在高速热气流的输送和分散中，使湿分蒸发得到粉状或粒状干燥产品的过程。典型的气流干燥装置主要由空气加热器、加料器、气流干燥管、旋风分离器、风机等组成。

（2）气流干燥的特点

①干燥强度大。由于物料在气流中高度分散，颗粒的全部表面积即为干燥的有效面积，因此传热传质强度较大。

②干燥时间短。干燥介质在气流干燥管中的速度一般为10～20 m/s，气固两相之间的接触干燥时间很短，一般为0.5~2 s；又是并流操作，因此特别适用于热敏性物料的干燥。

③气流干燥管结构简单，占地面积小，易于建造和维修。

④处理量大，热效率高。当干燥非结合水时，热效率可达60%。

    但是，气流干燥也存在严重的不足，其一是系统阻力大。由于操作气速高，干燥系统压降较大，故动力消耗大。而且干燥产品需要用旋风分离器和袋滤器等分离下来，因此分离系统负荷较重。其二是干燥产品磨损较大。由于操作气速高，因而物料易被粉碎、磨损，难以保持干燥前的结晶形状和光泽。

1.2  盘式连续干燥器的原理和特点

（1）盘式连续干燥器的结构原理 

    湿物料自加料盘连续地加到干燥器上部第一层干燥盘上，带有耙叶的耙臂作回转运动使耙叶连续地翻抄物料。物料沿指数螺旋线流过干燥盘表面，在小干燥盘上的物料被移送到外缘，并在外缘落到下方的大干燥盘外缘，在大干燥盘上物料向里移动并从中间落料口落入下一层小干燥盘中。大小干燥盘上下交替排列，物料得以连续地流过整个干燥器。中空的干燥盘内通入加热介质，加热介质形式有饱和蒸汽、热水、导热油和熔盐，加热介质由干燥盘的一端进入，从另一端导出。已干物料从^后一层干燥盘落到集料盘，^后被耙叶移送到出料口排出。湿份从物料中逸出，由设在顶盖上的排湿口排出。从底层排出的干物料可直接包装。

    盘式连续干燥器由干燥盘、耙臂、装在耙臂上的若干耙叶、碾磙、主轴、传动装置、外壳等组成，中空的干燥盘内通入加热介质。干燥盘在干燥器内水平层式布置，干燥盘静止不动，物料在盘面上在耙叶推动下运动，在运动过程中被干燥盘加热，进行传热传质完成干燥作业，根据被干燥物料的产量、性质、初始及^终含水量，确定干燥盘层数（干燥面积）。

（2）盘式连续干燥器特点

    盘式连续干燥器是一种新型传导式干燥设备，具有连续运行、密闭操作、干燥强度大、湿度梯度分布合理、动力消耗低、设备操作简单、占地面积小等优点。同时，其配置简单，不需气流干燥所必须配置的旋风除尘器，不使用热风作为加热介质，因此，不会发生因热风和粉尘分离不好随尾气夹带造成的产品损失。

    盘式连续干燥器干燥硝酸铵的流程： 含湿量为15％左右的硝酸铵由输送器输送到位于盘式干燥机顶部的加料器中，被加入干燥器内进行干燥作业。干燥盘内通入90 ℃热水作为加热介质，物料在干燥盘上的运动过程中完成传热传质过程，已干物料在干燥机底部的排料口排出，从物料中逸出的湿汽直接排入大气。

2  4800 t/a硝酸铵干燥选型实例

2.1  已知与给定条件(表1)

表1

2.2    计算过程

（1）蒸发水量

W＝Ｇ１－Ｇ２＝102 kg/h

（2）干燥所需热量

Q＝W·γｗ＋ＧＣ·Ｃｓ·( ｔ２-ｔ１)＋ Ｇ１· θ１· Ｃｗ·( ｔ２-ｔ１)＝102×2 310＋597×1.5×(80-20)＋702×15%×4.18×(80-20)＝315 760 kJ/h

（3）算术平均温差

△tm＝（（90-20）-（85-80））/ln((90-20)/(85-80))=24.6℃

（4）干燥所需面积

取传热系数 K=100W/㎡· ℃

则 A=Q/K.△tm=315 760/100/24.6/3 600=35.7㎡

2.3      设备选型

    根据以上给定的参数经物料及热量衡算并结合物料的试验情况，每小时处理600 kg硝酸铵需GDPG2200/12A型盘式连续干燥器一台，设备性能指标如表2。

表2

3  本干燥系统的特点和性能表

3.1  特点

（1） 连续运行，热效率高。盘式连续干燥器以传导传热方式进行干燥，干燥过程中干燥器内只通入极少量（或不通入）空气，其尾气携带量很少，故其热效率可达65%以上。

（2） 动力消耗低、噪音小。由于干燥过程中料层很薄，主轴转速低，物料传送系统所需的功率小，电耗很少，其全套干燥装置动力消耗仅是对流方式传热装置动力消耗的1/5~1/7，且噪音很小。

（3） 物料受热均匀。由于干燥过程中物料在干燥盘中沿阿基米德螺线运动轨迹翻滚前进，物料所走路程为干燥盘半径的5倍，且逐层下落，因此物料接触加热盘面时间基本相同，受热很均匀。

（4） 物料损失小、环境保护好。由于在干燥过程中，物料上进下出，物料分布也是上湿下干，且干燥尾气流速极低（约0.1 m/s）,因此物料粉尘很难浮到设备顶部，更不会被尾气夹带排走，不仅不损失物料，而且不会污染环境。

（5） 干燥能力大，每台盘式连续干燥器每小时处理硝酸铵700多公斤，满足了硝酸铵生产的要求。

（6）设备密闭连续操作，工人劳动强度低。

（7）产品质量稳定。

3.2  与气流干燥对比的能耗表(表3)

表3

由上表可以看出，年产4 800吨硝酸铵应用盘式连续干燥器比气流干燥比较可以节省费用为456192元。

4  应用前景

    盘式连续干燥器自开发成功后，已在矿业、医药、化工、染料、农药、食品等领域得到大量工业应用。目前，国内绝大多数生产硝酸铵的厂家采用传统的气流干燥机干燥硝酸铵，由于干燥方式的落后，导致生产效率较低，劳动强度较大，环境污染较严重，生产成本高。而采用盘式连续干燥器干燥硝酸铵，则大大减低了生产成本，提高了产品质量，降低了工人的劳动强度，保护了环境。因此，盘式连续干燥器在硝酸铵的干燥上具有很好的应用前景。