前言
    草甘膦是一種高效、低毒、低殘留、廣譜性有機(jī)磷芽后除草劑。自1974年開發(fā)以來，在全世界得到了廣泛應(yīng)用，國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)有幾十家，其中浙江新安化工集團(tuán)和江蘇鎮(zhèn)江江南化工廠兩家企業(yè)的生產(chǎn)能力均達(dá)到了年產(chǎn)2萬t以上。草甘膦產(chǎn)品分干劑和液劑兩大類，干劑可以提高制劑的有效成分含量，同時(shí)便于包裝、運(yùn)輸、貯藏和使用，因此越來越受到用戶和生產(chǎn)廠家的重視輕。而生產(chǎn)草甘膦干劑一般都需經(jīng)過結(jié)晶、過濾、水洗和干燥等步驟。水洗后得到的濕粉約含12%～17%的水，而干劑要求濕含量0.3%～0.5%，每t產(chǎn)品約需脫除水分0. 12～0.17t，干燥過程需消耗大量的熱量，而且干燥過程對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響，因此選擇合適的干燥方法并對(duì)干燥過程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于提高干燥過程熱效率、降低草甘膦生產(chǎn)成本和保證產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義，富通新能源生產(chǎn)銷售木屑顆粒機(jī)、木屑?xì)饬魇胶娓蓹C(jī)等生物質(zhì)成型、烘干機(jī)機(jī)械設(shè)備。
1、干燥方式選擇
    草甘膦濕料是一種散粒狀結(jié)晶物料，通常含水約12%左右，但有時(shí)結(jié)晶操作不好，含水可達(dá)20%以上，且顆粒較細(xì)。革甘膦濕料中還含有少量酸及有機(jī)雜質(zhì)。由于有酸的存在對(duì)設(shè)備有較強(qiáng)的腐蝕性；而有機(jī)雜質(zhì)的存在導(dǎo)致濕物料有一定的粘性，物料中有部分團(tuán)塊，在干燥過程中也易粘結(jié)成團(tuán)。因此干燥具有一定難度。目前我國用于革甘膦干燥的方法主要有氣流干燥和普通間歇式流化床干燥兩種，均為對(duì)流傳熱型。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、干燥速度快、干燥強(qiáng)度大，在有高溫?zé)嵩吹臈l件下，能達(dá)到較高的熱效率。但由于草甘膦物料的特殊性及生產(chǎn)廠的條件限制還存在以下問題：
    (1)熱效率不高、動(dòng)力消耗大
    由于大部分生產(chǎn)廠只能提供0.4～0.5Mpa的蒸汽，空氣進(jìn)風(fēng)溫度一般均小于130℃，因此對(duì)流傳熱型干燥烘干機(jī)熱效率只能達(dá)到50%左右。由于干燥所需的熱量完全由空氣提供，因此空氣消耗量大，導(dǎo)致動(dòng)力消耗較大。
    (2)操作不穩(wěn)定
    由于草甘膦濕料有一定的粘性，特別是結(jié)晶過程不正常時(shí)粘性很大。對(duì)于氣流干燥極易在風(fēng)機(jī)葉輪和管壁上粘結(jié)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行不正常，生產(chǎn)能力下降。嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致操作不能進(jìn)行，需停車清理。而對(duì)于間歇式流化床，在干燥初期物料難于流化，產(chǎn)生溝流，需人工攪動(dòng)，而且產(chǎn)品中團(tuán)塊很多。
    (3)質(zhì)量影響
    在干燥以前的工序中偶爾會(huì)有雜質(zhì)帶入物料中，但氣流和間歇式流化床干燥過程難于分離這些雜質(zhì)，影響產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)設(shè)備腐蝕對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量也有較大的影響。
    (4)水分控制困難
    由于濕物料的濕含量有較大變化且顆粒粒度也有變化，氣流干燥的操作彈性較小，而間歇式流化床干燥，其產(chǎn)品濕含量完全取決于操作工人的經(jīng)驗(yàn)，因此產(chǎn)品的濕含量難于保持在合適的范圍內(nèi)。
    針對(duì)以上問題，本所在為新安化工集團(tuán)設(shè)計(jì)年產(chǎn)6000t草甘膦干燥烘干機(jī)時(shí)，研究開發(fā)了一種內(nèi)加熱流化床干燥烘干機(jī)并采取了許多有效的技術(shù)和手段，取得了良好的效果。
2、千燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    內(nèi)加熱流化床干燥烘干機(jī)的基本原理是在普通流化床中內(nèi)置換熱管，干燥所需的熱量部分或全部由內(nèi)加熱管提供。它結(jié)合了流化床干燥傳熱傳質(zhì)快、干燥強(qiáng)度大、易大型化和熱傳導(dǎo)型干燥熱效率高的優(yōu)點(diǎn)。
    對(duì)流干燥過程，如流化床干燥、氣流干燥，熱損失主要是空氣帶走的熱量。內(nèi)加熱流化床由于干燥所需的熱量大部分由內(nèi)加熱管通過熱傳導(dǎo)方式提供，因此可以大幅度減小空氣用量，故可以提高干燥過程的熱效率，同時(shí)大幅度減少動(dòng)力消耗。該技術(shù)在20世紀(jì)80年代工業(yè)化以來，在國外得到了廣泛應(yīng)用，但在國內(nèi)應(yīng)用還不多，值得大面積推廣。
2.1工藝流程
    工藝流程見圖l，物料由螺旋進(jìn)料機(jī)進(jìn)入流化床千燥機(jī)，在干燥室中由內(nèi)加熱管和熱空氣提供熱量脫除水分后進(jìn)入分級(jí)輸送室，由冷空氣分級(jí)輸送到旋風(fēng)分離器分離得到產(chǎn)品，團(tuán)塊定期從床體排出，廢氣中夾帶的少量細(xì)粉通過布袋除塵器進(jìn)一步回收。空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓后分成兩路，一路經(jīng)換熱器升溫后進(jìn)入流化床干燥室，與物料進(jìn)行熱質(zhì)交換進(jìn)入分級(jí)輸送室上部；另一路直接進(jìn)入分級(jí)輸送室。兩路氣體匯總后進(jìn)入旋風(fēng)分離器和布袋除塵器分離固體后經(jīng)引風(fēng)機(jī)放空。
2.2主要措施
    針對(duì)草甘膦濕料的特殊性在設(shè)計(jì)中采取了以下措施和技術(shù)：
    (1)由于草甘膦濕料濕含量較高并有一定的粘性，而且物料中有部分團(tuán)塊，在干燥過程中也易粘結(jié)成團(tuán)，進(jìn)料室物料不易流化，極易造成壓床或形成溝流。因此干燥烘干機(jī)第一室采用較大直徑的圓形室，并配有一機(jī)械耙散裝置使?jié)裎锪弦贿M(jìn)入流化床就能立即分散達(dá)到較低的平均濕含量，同時(shí)使較松散的濕團(tuán)塊物料得到有效破碎，防止了在干燥過程中濕物料粘結(jié)成團(tuán)，并保證良好的流化狀態(tài)。
    (2)采用傳導(dǎo)供熱（內(nèi)部換熱管）與對(duì)流供熱（熱風(fēng)）相結(jié)合的組含供熱方式，減少了空氣用量，提高干燥過程的熱效率、降低動(dòng)力消耗。
    (3)采用特殊的分布板便于排出干燥過程中產(chǎn)生的團(tuán)塊物料，防止團(tuán)塊積累影響連續(xù)操作的正常進(jìn)行。
    (4)配有一分級(jí)輸送室，產(chǎn)品經(jīng)分級(jí)除去團(tuán)塊和少量雜質(zhì)，輸送至旋風(fēng)分離器統(tǒng)一出料，既保證了產(chǎn)品質(zhì)量又起到了冷卻產(chǎn)品的作用。
    (5)進(jìn)料采用自動(dòng)控制，保證了產(chǎn)品濕含量的穩(wěn)定。通過第一室床溫和排氣溫度串接控制調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)螺旋進(jìn)料機(jī)的進(jìn)料速度。
    (6)流化床上部稀相段和排氣管均采用改性聚丙烯材料制作，減少設(shè)備腐蝕對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。
2.3設(shè)計(jì)參數(shù)
    設(shè)計(jì)中所需要的主要參數(shù)：操作氣速、內(nèi)加熱管傳熱系數(shù)，均通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定后確定。
    (1)在∮100的圓形流化床中測(cè)定操作氣速。草甘膦干品在操作氣速大于0.30m/s（常溫）時(shí)就能達(dá)到很好的流化狀態(tài)；而濕品難于流化，但在攪拌情況下當(dāng)操作氣速大于0.40 m/s（常溫）時(shí)也能較好地流化。由于第一室物料平均濕含量明顯低于濕物料，且裝有耙散裝置，故各干燥室可選相同的操作氣速進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
    (2)流化床中內(nèi)加熱管的傳熱系數(shù)受物料性質(zhì)、操作氣速等諸多因素的影響，因此到目前為止還不能通過理論計(jì)算得到。在分布板面積為1000 mm×250mm的臥室流化床中實(shí)驗(yàn)測(cè)定了草甘膦作為流化物料的內(nèi)加熱傳熱系數(shù)，結(jié)果見圖2。從圖中可看出傳熱系數(shù)并不是隨操作氣速呈單調(diào)變化，在氣速較低時(shí)，氣速增大導(dǎo)致顆粒運(yùn)動(dòng)、混合加劇，換熱管表面顆粒更新加快，因此傳熱系數(shù)增加。但隨著氣速的增加，床層中氣泡增多、增大，換熱管表面與顆粒的有效接觸面積降低，反而導(dǎo)致傳熱系數(shù)減小。而且過高的操作氣速會(huì)導(dǎo)致除塵系統(tǒng)負(fù)荷增大。因此在內(nèi)加熱流化床操作中，只要保證良好的流化狀態(tài)，不宜選擇過高的操作氣速。實(shí)驗(yàn)表明，草甘膦在操作氣速為0.4m/s，就能達(dá)到良好的流化狀態(tài)，故在設(shè)計(jì)時(shí)選擇操作氣速為0.45m/s，此時(shí)傳熱系數(shù)約為295w/m2·K。
    內(nèi)加熱供熱量的大小可根據(jù)排放氣體的露點(diǎn)來確定，對(duì)于系統(tǒng)保溫良好的條件下，選擇排氣溫度高于露點(diǎn)溫度10℃即可。
2.4設(shè)計(jì)計(jì)算
    設(shè)計(jì)條件：生產(chǎn)能力6000t/年（按年運(yùn)行7000h計(jì)）：初濕含量≤15%（濕基）；產(chǎn)品濕含量≤0.5%（濕基）：蒸汽0.4Mpa（表壓）。
    主要設(shè)計(jì)參數(shù)：干燥段操作氣速0.45m/s;冷卻段操作氣速1.6 m/s;內(nèi)加熱管傳熱系數(shù)取295w/m2．K。
    根據(jù)這些條件對(duì)年干燥6000t草甘膦的內(nèi)加熱流化床干燥烘干機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。主要設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果見表l。
3、運(yùn)行結(jié)果分析
    對(duì)所設(shè)計(jì)的年干燥6000t草甘膦內(nèi)加熱流化床干燥系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)際測(cè)定，連續(xù)72h測(cè)定結(jié)果見表2．其結(jié)果與原設(shè)計(jì)基本相符。
    與普通流化床干燥烘干機(jī)及氣流干燥烘干機(jī)（廠方提供）的對(duì)比見表3．
    從表中可看出，內(nèi)加熱流化床干燥烘干機(jī)與普通流化床干燥烘干機(jī)和氣流干燥烘干機(jī)相比，熱效率高出20%以上，蒸汽消耗量明顯下降，特別是動(dòng)力消耗減少達(dá)50%以上。因此，內(nèi)加熱流化床干燥烘干機(jī)用于草甘膦干燥，可以大幅度減少干燥成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。而且干燥烘干機(jī)能長期穩(wěn)定地連續(xù)運(yùn)行，不需要清床：由于分離了團(tuán)塊和少量雜質(zhì)，同時(shí)減少了設(shè)備腐蝕，因此產(chǎn)品質(zhì)量明顯優(yōu)于原來的兩種干燥方式；由于進(jìn)料采用了自動(dòng)控制，產(chǎn)品濕含量穩(wěn)定，操作簡單，總體講，各方面的性能指標(biāo)均明顯由于原干燥方式。
4、結(jié)論
    通過上述分析和干燥系統(tǒng)的運(yùn)行得到以下結(jié)論：
    (1)內(nèi)加熱流化床干燥烘干機(jī)能明顯提高草甘瞵干燥過程的熱效率；
    (2)內(nèi)加熱可以有效減少空氣用量，顯著降低動(dòng)力消耗：
    (3)設(shè)計(jì)中采用的措施合理，能較好地保證系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，提高產(chǎn)品質(zhì)量；
    (4)內(nèi)加熱流化床用于草甘膦干燥，明顯優(yōu)于普通流化床和氣流干燥，能大幅度降低干燥成本。