1 工作原理
微粉干燥機的工作原理與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機基本相同，都是利用旋轉(zhuǎn)氣流與物料顆粒間產(chǎn)生很大的相對運動，從而強化傳熱傳質(zhì)的原理來完成物料的干燥。所不同的是：微粉干燥機具有更強的破碎和分散能力，非常適合于超細物料的干燥；微粉干燥機具有可調(diào)式分級器，可以方便地控制產(chǎn)品的粒徑；微粉干燥機的結(jié)構更加先進，檢修維護更加方便。微粉干燥機是集干燥、破碎和分級為一體的多功能干燥機。
2 設備結(jié)構
微粉干燥機主要由喂料機、攪拌器、分級器、傳動裝置和干燥室等組成，如圖1。具體介紹如下。
2.1喂料機
微粉干燥機的進料一般采用螺旋輸送機。對于膏狀粘性物料，需對輸送機進行特殊設計以防止物料堵塞和架橋。對于漿狀物料，進料可以采用容積泵進行加料。
2.2攪拌器
攪拌器的作用是將團狀的物料打散，在熱風的共同作用下將物料流化。針對如膏狀、粘性和散狀等不同物料，可以設計不同形式的攪拌器。與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機不同的是，微粉干燥機的攪拌器可以設計成立式或臥式結(jié)構，分別適用于不同的場合。采用臥式結(jié)構可以大大降低設備高度，且便于維護和檢修。
2.3分級器
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機一般用于對于產(chǎn)品粒度沒有嚴格要求的物料，其分級結(jié)構為干燥機頂部的固定式淘析環(huán)。微粉干燥機的頂部設有分級輪，其轉(zhuǎn)速可調(diào)，適用于超細和納米級等粒徑有嚴格要求的物料。對于粒徑范圍要求非常嚴格的物料(如d90≥2μm)，必要時可以采用多個分級輪。
2.4傳動裝置
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機一般采用皮帶立式傳動，電機一般固定在筒體底部的機架上以增加設備的穩(wěn)定性。微粉干燥機的傳動裝置固定在整體型的機架上，幾乎沒有振動。相應于立式和臥式攪拌器，傳動裝置也有立式和臥式兩種形式。
傳動裝置的設計對設備的穩(wěn)定性影響很大。蘭化公司采用的國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的10型旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機，由于傳動裝置設計不合理，設備運轉(zhuǎn)時振動非常大。
2.5干燥室
微粉干燥機和旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機的干燥室基本相同。不同點在于由于進風方式不同，所以筒體的進風段不同。微粉干燥機不需要復雜的進風蝸殼和分配器。
3 設計計算
微粉干燥機的工藝流程與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機相似。筒體直徑一般參照旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機的計算方法來確定。這里主要介紹攪拌器和分級器的設計方法。
3.1攪拌器的設計
攪拌器的形式和結(jié)構以及轉(zhuǎn)動速度對干燥過程的影響很大。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機的攪拌器都采用立式結(jié)構如錨式、槳式和旋轉(zhuǎn)葉片式等)，其結(jié)構為多層形式以保證對物料的分散度。
微粉干燥機的攪拌器已由最初的立式結(jié)構發(fā)展到臥式。其轉(zhuǎn)子多參照粉碎機結(jié)構進行設計，破碎和分散能力很強。攪拌器的轉(zhuǎn)速可以在1000~4500rpm之間，具體數(shù)值根據(jù)干燥室的直徑和物性確定。干燥室直徑大時取小值，直徑大時取小值。攪拌器外緣的圓周速度約在50~80m/s之間。由于微粉干燥機的攪拌器轉(zhuǎn)速很高，加工后必須進行動平衡試驗。轉(zhuǎn)子的受力情況比較復雜，目前其所需功率主要憑經(jīng)驗選取。
3.2分級器的設計
微粉干燥機的分級器為離心式氣流分級器，它依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力和氣流的向心力之間的作用把細粉與粗粉分開。分級器的轉(zhuǎn)速可以在1000~2000rpm之間，葉輪外緣的圓周速度約在20~30m/s之間。
分級粒徑dth、分級輪轉(zhuǎn)速n、葉輪平均半徑r、氣體速度ur之間的關系為：
其中dth—成品粉粒的臨界理論直徑，cm，r—葉輪平均半徑，cm，ρs—物料粉粒密度，g/cm3，ρ—空氣密度，g/cm3，μ—空氣粘度，g/(cm?s)，ur—氣體速度，cm/s。
進行分級器設計時，根據(jù)干燥所需的風量，確定筒體直徑對應的葉輪直徑和最大允許的葉輪轉(zhuǎn)速，以保證最大分級能力。在生產(chǎn)過程中，可以對葉輪轉(zhuǎn)速和風量進行調(diào)節(jié)以滿足成品粉塵的粒徑要求。
4 應用情況
天華化工機械及自動化研究設計院經(jīng)過多年的研制，于2000年開發(fā)成功φ350型和立式φ1100型立式微粉干燥機。2003年開發(fā)成功φ800型臥式和φ1100型臥式微粉干燥機。該干燥機已獲專利并成功應用于工業(yè)裝置。
微粉干燥機非常適合于膏狀粘性物料的干燥。在用于干燥高濕含量的粘性物料時，若最終產(chǎn)品的濕含量要求很低，則單獨采用微粉干燥機時產(chǎn)量小且能耗很大，這時采用兩級干燥很有優(yōu)勢。微粉干燥機的應用情況見表1。
4.1散狀物料的干燥
對于散狀或粘性不大的物料，凡是可以用旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機的物料都可以采用微粉干燥機干燥。而且微粉干燥機應用于這些物料時效果更好。通過對轉(zhuǎn)子結(jié)構的改造，微粉干燥機可以應用于有機物如丁腈橡膠等的干燥。
4.2納米物料的干燥
納米物料在潮濕狀態(tài)下，由于強大的表面結(jié)合力使得物料具有極大的粘性，導致物料結(jié)團，流動性差，輸送困難，給干燥帶來困難。在干燥過程中，這種結(jié)合力引起物料團聚，影響產(chǎn)品性能。因此干燥過程中應防止物料架橋，對團聚物料有效打散。另外，納米物料中一般都含有改性劑，無論是有機的還是無機的，受熱都易分解。因此，納米物料干燥時需考慮物料的熱敏性。
微粉干燥機的攪拌器具有很強的破碎能力和分散能力，可以將團聚的物料打散，再經(jīng)分級器分級，完全能夠滿足粒度要求。同時，物料在微粉干燥機中的停留時間很短，物料不會變質(zhì)。天華院開發(fā)的微粉干燥機已經(jīng)成功應用于納米碳酸鈣、納米氫氧化鋁、微粉級氫氧化鋁和納米氫氧化鎂等物料的干燥，見表1。
內(nèi)蒙古某廠的納米碳酸鈣生產(chǎn)線由于使用了旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機，導致產(chǎn)品中有超標大顆粒，無法滿足要求。2002年1月，該廠家與我院聯(lián)系進行改造。后來，該廠家采用了我院研制的微粉干燥機，產(chǎn)品性能大大改善，完全滿足了廠家的要求。這充分說明微粉干燥機的優(yōu)越性。
另外，微粉干燥機還可以直接干燥對漿狀物料如分子篩等進行干燥。
5 結(jié)束語
微粉干燥機是在旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機的基礎上開發(fā)出來的一種新型干燥機。但微粉干燥機的結(jié)構型式更加先進，性能更優(yōu)越，尤其適合于超細物料的干燥。微粉干燥機的制造費用與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機相比增加不多。在納米技術蓬勃發(fā)展的今天，微粉干燥機的應用范圍將會越來越廣闊。
微粉干燥機的工作原理與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機基本相同，都是利用旋轉(zhuǎn)氣流與物料顆粒間產(chǎn)生很大的相對運動，從而強化傳熱傳質(zhì)的原理來完成物料的干燥。所不同的是：微粉干燥機具有更強的破碎和分散能力，非常適合于超細物料的干燥；微粉干燥機具有可調(diào)式分級器，可以方便地控制產(chǎn)品的粒徑；微粉干燥機的結(jié)構更加先進，檢修維護更加方便。微粉干燥機是集干燥、破碎和分級為一體的多功能干燥機。
2 設備結(jié)構
微粉干燥機主要由喂料機、攪拌器、分級器、傳動裝置和干燥室等組成，如圖1。具體介紹如下。
2.1喂料機
微粉干燥機的進料一般采用螺旋輸送機。對于膏狀粘性物料，需對輸送機進行特殊設計以防止物料堵塞和架橋。對于漿狀物料，進料可以采用容積泵進行加料。
2.2攪拌器
攪拌器的作用是將團狀的物料打散，在熱風的共同作用下將物料流化。針對如膏狀、粘性和散狀等不同物料，可以設計不同形式的攪拌器。與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機不同的是，微粉干燥機的攪拌器可以設計成立式或臥式結(jié)構，分別適用于不同的場合。采用臥式結(jié)構可以大大降低設備高度，且便于維護和檢修。
2.3分級器
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機一般用于對于產(chǎn)品粒度沒有嚴格要求的物料，其分級結(jié)構為干燥機頂部的固定式淘析環(huán)。微粉干燥機的頂部設有分級輪，其轉(zhuǎn)速可調(diào)，適用于超細和納米級等粒徑有嚴格要求的物料。對于粒徑范圍要求非常嚴格的物料(如d90≥2μm)，必要時可以采用多個分級輪。
2.4傳動裝置
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機一般采用皮帶立式傳動，電機一般固定在筒體底部的機架上以增加設備的穩(wěn)定性。微粉干燥機的傳動裝置固定在整體型的機架上，幾乎沒有振動。相應于立式和臥式攪拌器，傳動裝置也有立式和臥式兩種形式。
傳動裝置的設計對設備的穩(wěn)定性影響很大。蘭化公司采用的國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的10型旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機，由于傳動裝置設計不合理，設備運轉(zhuǎn)時振動非常大。
2.5干燥室
微粉干燥機和旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機的干燥室基本相同。不同點在于由于進風方式不同，所以筒體的進風段不同。微粉干燥機不需要復雜的進風蝸殼和分配器。
3 設計計算
微粉干燥機的工藝流程與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機相似。筒體直徑一般參照旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機的計算方法來確定。這里主要介紹攪拌器和分級器的設計方法。
3.1攪拌器的設計
攪拌器的形式和結(jié)構以及轉(zhuǎn)動速度對干燥過程的影響很大。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機的攪拌器都采用立式結(jié)構如錨式、槳式和旋轉(zhuǎn)葉片式等)，其結(jié)構為多層形式以保證對物料的分散度。
微粉干燥機的攪拌器已由最初的立式結(jié)構發(fā)展到臥式。其轉(zhuǎn)子多參照粉碎機結(jié)構進行設計，破碎和分散能力很強。攪拌器的轉(zhuǎn)速可以在1000~4500rpm之間，具體數(shù)值根據(jù)干燥室的直徑和物性確定。干燥室直徑大時取小值，直徑大時取小值。攪拌器外緣的圓周速度約在50~80m/s之間。由于微粉干燥機的攪拌器轉(zhuǎn)速很高，加工后必須進行動平衡試驗。轉(zhuǎn)子的受力情況比較復雜，目前其所需功率主要憑經(jīng)驗選取。
3.2分級器的設計
微粉干燥機的分級器為離心式氣流分級器，它依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力和氣流的向心力之間的作用把細粉與粗粉分開。分級器的轉(zhuǎn)速可以在1000~2000rpm之間，葉輪外緣的圓周速度約在20~30m/s之間。
分級粒徑dth、分級輪轉(zhuǎn)速n、葉輪平均半徑r、氣體速度ur之間的關系為：
其中dth—成品粉粒的臨界理論直徑，cm，r—葉輪平均半徑，cm，ρs—物料粉粒密度，g/cm3，ρ—空氣密度，g/cm3，μ—空氣粘度，g/(cm?s)，ur—氣體速度，cm/s。
進行分級器設計時，根據(jù)干燥所需的風量，確定筒體直徑對應的葉輪直徑和最大允許的葉輪轉(zhuǎn)速，以保證最大分級能力。在生產(chǎn)過程中，可以對葉輪轉(zhuǎn)速和風量進行調(diào)節(jié)以滿足成品粉塵的粒徑要求。
4 應用情況
天華化工機械及自動化研究設計院經(jīng)過多年的研制，于2000年開發(fā)成功φ350型和立式φ1100型立式微粉干燥機。2003年開發(fā)成功φ800型臥式和φ1100型臥式微粉干燥機。該干燥機已獲專利并成功應用于工業(yè)裝置。
微粉干燥機非常適合于膏狀粘性物料的干燥。在用于干燥高濕含量的粘性物料時，若最終產(chǎn)品的濕含量要求很低，則單獨采用微粉干燥機時產(chǎn)量小且能耗很大，這時采用兩級干燥很有優(yōu)勢。微粉干燥機的應用情況見表1。
4.1散狀物料的干燥
對于散狀或粘性不大的物料，凡是可以用旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機的物料都可以采用微粉干燥機干燥。而且微粉干燥機應用于這些物料時效果更好。通過對轉(zhuǎn)子結(jié)構的改造，微粉干燥機可以應用于有機物如丁腈橡膠等的干燥。
4.2納米物料的干燥
納米物料在潮濕狀態(tài)下，由于強大的表面結(jié)合力使得物料具有極大的粘性，導致物料結(jié)團，流動性差，輸送困難，給干燥帶來困難。在干燥過程中，這種結(jié)合力引起物料團聚，影響產(chǎn)品性能。因此干燥過程中應防止物料架橋，對團聚物料有效打散。另外，納米物料中一般都含有改性劑，無論是有機的還是無機的，受熱都易分解。因此，納米物料干燥時需考慮物料的熱敏性。
微粉干燥機的攪拌器具有很強的破碎能力和分散能力，可以將團聚的物料打散，再經(jīng)分級器分級，完全能夠滿足粒度要求。同時，物料在微粉干燥機中的停留時間很短，物料不會變質(zhì)。天華院開發(fā)的微粉干燥機已經(jīng)成功應用于納米碳酸鈣、納米氫氧化鋁、微粉級氫氧化鋁和納米氫氧化鎂等物料的干燥，見表1。
內(nèi)蒙古某廠的納米碳酸鈣生產(chǎn)線由于使用了旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機，導致產(chǎn)品中有超標大顆粒，無法滿足要求。2002年1月，該廠家與我院聯(lián)系進行改造。后來，該廠家采用了我院研制的微粉干燥機，產(chǎn)品性能大大改善，完全滿足了廠家的要求。這充分說明微粉干燥機的優(yōu)越性。
另外，微粉干燥機還可以直接干燥對漿狀物料如分子篩等進行干燥。
5 結(jié)束語
微粉干燥機是在旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機的基礎上開發(fā)出來的一種新型干燥機。但微粉干燥機的結(jié)構型式更加先進，性能更優(yōu)越，尤其適合于超細物料的干燥。微粉干燥機的制造費用與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機相比增加不多。在納米技術蓬勃發(fā)展的今天，微粉干燥機的應用范圍將會越來越廣闊。
