何詠濤 何崇勇 肖宜波 彭寅生
(浙江聯(lián)化科技股份有限公司,浙江臺(tái)州 318020)
雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的特性和影響因素分析及研究
何詠濤 何崇勇 肖宜波 彭寅生
(浙江聯(lián)化科技股份有限公司,浙江臺(tái)州 318020)
通過(guò)對(duì)雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理、工藝流程、特點(diǎn)以及應(yīng)用的分析,論述了其在化工行業(yè)應(yīng)用中常見(jiàn)的一些問(wèn)題,提出了相應(yīng)的解決思路及方法。
干燥機(jī);問(wèn)題;正反轉(zhuǎn)頻率;干品回?fù)?/p>
目前,在化工中間體生產(chǎn)中,析晶(脫溶)后物料大多需要經(jīng)過(guò)過(guò)濾、離心、干燥和混合等過(guò)程。固相物質(zhì)首先以過(guò)濾方式從懸浮液中分離出來(lái),再以真空干燥或加熱干燥的形式進(jìn)行烘干,而用于烘干過(guò)程中生產(chǎn)的經(jīng)典設(shè)備則是雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī),其集混合、真空干燥于一體,并以簡(jiǎn)潔、方便和高效的特點(diǎn)被化工行業(yè)作為先進(jìn)設(shè)備來(lái)應(yīng)用,其實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性是其他設(shè)備難以超越的。
雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)系統(tǒng)[1]主要由主機(jī)、冷凝器、緩沖罐、真空抽氣系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)與控制系統(tǒng)等組成。其中,主機(jī)是由回轉(zhuǎn)筒體、真空抽氣管路、左右回轉(zhuǎn)軸、傳動(dòng)裝置與機(jī)架等組成。
雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)采用雙錐形的回轉(zhuǎn)罐體,罐體在真空狀態(tài)下,向夾套內(nèi)通入導(dǎo)熱油、熱水或蒸汽進(jìn)行加熱,熱量通過(guò)罐體內(nèi)壁與濕物料接觸。濕物料吸熱后蒸發(fā)的水汽或其他氣體,通過(guò)真空泵經(jīng)真空排氣管被抽走。由于罐體內(nèi)處于真空狀態(tài),且罐體的回轉(zhuǎn)使物料不斷上下和內(nèi)外翻動(dòng),加快了物料的干燥速度,提高了干燥速率,達(dá)到均勻干燥的目的。
在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,根據(jù)其加熱方式以及溶劑回收狀況的不同,有2種工藝流程:(1)蒸汽或熱水加熱,不需要回收溶劑工藝流程,如圖1所示,此工藝流程是作為后期研究的方式;(2)蒸汽或熱水加熱,需要溶劑回收工藝流程,與不需要回收溶劑工藝流程相比,添加了冷凝器及相應(yīng)的溶劑回收裝置,如圖2所示。
雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)是集混合、干燥于一體的新型干燥機(jī)。將冷凝器、真空泵和干燥機(jī)配套,組成真空干燥裝置。其設(shè)計(jì)獨(dú)特,內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,清掃容易,物料能全部排出,操作簡(jiǎn)便;能降低勞動(dòng)強(qiáng)度,改善工作環(huán)境;傳熱系數(shù)高,干燥速率大,不僅節(jié)約能源,而且物料干燥均勻充分、質(zhì)量好、熱效高。
雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)主要用于醫(yī)藥、化工、食品等行業(yè)中粉狀、粒狀及纖維狀物料的濕物料干燥。其主要應(yīng)用在:(1)對(duì)結(jié)晶形狀有特殊要求的物料;(2)有強(qiáng)烈刺激和毒性的物料;(3)需回收溶劑和有毒氣體的物料;(4)容易被氧化的物料;(5)不能承受高溫的熱敏性物料;(6)要求殘留揮發(fā)物含量極低的物料[2]。
隨著雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用,其在應(yīng)用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題,下面將重點(diǎn)介紹一些常見(jiàn)的問(wèn)題及相應(yīng)的解決方法。
由于干燥機(jī)的裝料量與物料的堆密度(指單位體積的物料質(zhì)量)有關(guān),在一般情況下,干燥機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)物料比重按0.6 g/cm3來(lái)計(jì)算,如果超出這個(gè)比重,一方面會(huì)影響物料的干燥效率;另一方面長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn),會(huì)降低電機(jī)、渦輪減速機(jī)以及鏈輪、鏈條、軸承等的使用壽命。在一般情況下,雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)充填率(實(shí)際填充容積與干燥筒體容積之比)通常為30%~50%之間,且不能蓋住雙錐干燥機(jī)內(nèi)的真空罩,否則影響干燥速率。
在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中,在填真空時(shí),雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)會(huì)出現(xiàn)如真空管彎曲、密封套損傷、過(guò)濾頭變形乃至斷裂等現(xiàn)象,這是因?yàn)樵诟稍镞^(guò)程中放入空氣進(jìn)入罐體反沖過(guò)濾頭,此時(shí)罐體內(nèi)已達(dá)到較高的真空度,會(huì)引起正負(fù)氣流的強(qiáng)大沖擊而損壞真空系統(tǒng)。所以,在物料干燥完畢后需要放空罐體,排空時(shí)一定要用排空閥來(lái)控制其流量,即先把閥門(mén)少許打開(kāi),待罐內(nèi)真空度逐漸降低后再慢慢加大;或者是添加減壓閥,進(jìn)而控制放入空氣的流量。
雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)在干燥過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)真空度過(guò)低或過(guò)高的問(wèn)題,這不但會(huì)影響物料干燥的效率和物料的品質(zhì),還會(huì)影響車(chē)間的生產(chǎn)安全。雖然真空度越高,越有利于水分在低溫下汽化,但真空度過(guò)高不利于熱傳導(dǎo),影響對(duì)物料的干燥效果。
導(dǎo)致真空過(guò)低或過(guò)高,可能有4個(gè)方面的原因:(1)真空端的機(jī)械密封泄露;(2)真空管道的泄露或堵塞;(3)過(guò)濾器堵塞;(4)因熱水或蒸汽溫度過(guò)低,物料溶劑難以蒸發(fā)。解決此類問(wèn)題,需要考慮干燥機(jī)的熱水和蒸汽的溫度,并且在使用過(guò)程中定期進(jìn)行檢查,同時(shí)要進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、清洗等。
在實(shí)際生產(chǎn)中,對(duì)于回轉(zhuǎn)筒體的搪玻璃的內(nèi)膽,若使用和維護(hù)不正確,極易容易損壞。特別是對(duì)于偏酸性和堿性的物料,干燥出料不干凈,物料易結(jié)壁,損害筒體內(nèi)膽,影響干燥機(jī)的使用壽命。解決此類問(wèn)題,只需要根據(jù)物料的性質(zhì)選擇合適的干燥機(jī),在使用過(guò)程中物料出料干凈,定期進(jìn)行檢查,同時(shí)要進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、清洗等。
在干燥機(jī)使用過(guò)程中,由于干燥機(jī)的地腳松動(dòng)、蝸輪減速機(jī)(變速箱)損壞、軸承損壞、鏈條太松或太緊等原因而引起噪聲過(guò)大,對(duì)于減速機(jī)、軸承和鏈條等的損壞,只需定期檢查,注意添加潤(rùn)滑油,及時(shí)排除故障,做好預(yù)防性維護(hù)。
進(jìn)、出料口泄漏一般是由于密封條粘料或損壞所致,只要將表面上的物料清理干凈或者是更換密封條。在車(chē)間的實(shí)際生產(chǎn)管理中,需做好預(yù)防維護(hù)工作,提前更換易損件。
在實(shí)際生產(chǎn)中,如果一旦出現(xiàn)物料結(jié)壁,這不僅影響干燥機(jī)內(nèi)部的傳質(zhì)傳熱,從而影響整批物料的性質(zhì),造成不合格品,還會(huì)影響干燥機(jī)的使用年限。關(guān)于減輕雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)中物料的結(jié)壁問(wèn)題,對(duì)解決方案進(jìn)行了如下的研究和探討:
6.7.1 內(nèi)腔壁涂層
根據(jù)物料的特定性質(zhì),在雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)上涂上一層特定的防結(jié)壁保護(hù)層,以防止物料結(jié)壁。但是這對(duì)于涂層要求較高,一方面,必須要考慮涂層的物理性質(zhì);另一方面,必須要考慮是否會(huì)造成交叉污染。
6.7.2 烘料中添加介質(zhì)球
在烘料的過(guò)程中,添加惰性介質(zhì)球與物料混合,能有效地降低物料結(jié)壁,但是在選擇介質(zhì)球的過(guò)程中,要充分考慮介質(zhì)球的形狀對(duì)干燥機(jī)內(nèi)膽的影響,更要考慮在后期與物料的分離回收過(guò)程。
6.7.3 提高腔壁的光潔度
在每批物料烘干之前,提高腔壁的光潔度能有效地降低物料的結(jié)壁程度,但是在烘干之前,定時(shí)清潔干燥機(jī)的腔壁,這也大大增強(qiáng)了烘房里工人的工作量。
6.7.4 加料、溫升、轉(zhuǎn)速等步驟控制優(yōu)化
根據(jù)物料的性質(zhì),在烘干之前,優(yōu)化干燥機(jī)的加料、溫升、轉(zhuǎn)速等步驟,也能有效地降低物料的結(jié)壁程度。但是對(duì)于特殊的物料,優(yōu)化干燥機(jī)的加料、溫升、轉(zhuǎn)速等步驟,需要進(jìn)行相關(guān)的正交優(yōu)化試驗(yàn),得出最優(yōu)的干燥條件。在一般的情況下,常采用變溫干燥為佳,即在干燥初期溫度低,逐漸提高溫度來(lái)提高干燥速度。
6.7.5 提高物料前工序的結(jié)晶效果
此方法主要是從工藝上改變物料的晶體結(jié)構(gòu),變換物料的析晶或脫溶的工藝,能從根本上消除物料的結(jié)壁,但是在改變工藝的同時(shí),對(duì)于物料的質(zhì)量和性質(zhì)有較大的風(fēng)險(xiǎn),并且從根本上改變工藝,難度較大。
6.7.6 干品回?fù)?/p>
在每批濕品物料烘干之前,加入一定量的前一批次的干品,采用混合烘干的方式,能夠有效地消除物料的結(jié)壁,還可能提高物料的烘干效率。
6.7.7 設(shè)備選型
根據(jù)物料的性質(zhì)選擇不同的干燥機(jī)設(shè)備型號(hào)。目前,除雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī),應(yīng)用比較廣泛的干燥設(shè)備主要還有:托盤(pán)式烘箱、滾筒式真空烘干機(jī)、V形混合干燥機(jī)和三合一過(guò)濾干燥機(jī)、氣流烘干機(jī)等。在選用其他干燥設(shè)備的同時(shí),也必須要考慮物料的性質(zhì)(包括物料的粘度、容許溫度、堆密度和滑移角)、干燥溫度、工作真空度和填充率。
根據(jù)本公司車(chē)間的實(shí)際操作情況,在車(chē)間中進(jìn)行了試驗(yàn),在相同物料、相同濕品含水率、相同設(shè)備、熱水溫度為98℃、真空度為-0.07MPa的條件下,改變干燥機(jī)(容積:2 000 L)的正反轉(zhuǎn)的頻率,試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
由表1可知,隨著正反轉(zhuǎn)的頻率越小,烘干時(shí)間會(huì)越短,越有利于提高烘干效率,但是對(duì)干燥機(jī)的鏈條有一定的損傷,需要進(jìn)行定期維護(hù)。所以,對(duì)于大型的干燥機(jī),過(guò)于頻繁地改變正反轉(zhuǎn)方向,不利于設(shè)備的使用。
表1 正反轉(zhuǎn)頻率對(duì)烘干時(shí)間的影響研究
在烘干的過(guò)程中,適量添加干品,在相同物料、濕品相同含水率、相同的干燥機(jī)(容積:2 000 L)、熱水溫度為98℃、真空度為-0.07 MPa、正反轉(zhuǎn)頻率為2 h/次的條件下,所得的試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
表2 干品回?fù)綄?duì)烘干時(shí)間的影響研究
由表2可知,隨著回?fù)礁善焚|(zhì)量的增加,烘干時(shí)間越長(zhǎng),但比沒(méi)添加干品的烘干時(shí)間要短,說(shuō)明適當(dāng)?shù)靥砑踊負(fù)礁善罚欣谔岣吆娓尚?。但是在烘干的時(shí)候,回?fù)礁善?,?shì)必會(huì)增加車(chē)間的工作量,也可能會(huì)出現(xiàn)物料的交叉污染。同時(shí),添加干品的質(zhì)量要考慮干燥機(jī)的實(shí)際承載能力。
本文從雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)入手,闡述了工藝設(shè)備雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的原理、工藝流程、特點(diǎn)以及在應(yīng)用中出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題及相應(yīng)的解決辦法。目的是提高生產(chǎn)使用者的操作和維護(hù)水平,減少故障和操作失誤,提高設(shè)備使用效率。最后,根據(jù)本公司的車(chē)間的實(shí)際操作情況,在車(chē)間中進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如下:
(1)在相同的試驗(yàn)條件下,改變干燥機(jī)(溶劑不回收)的正反轉(zhuǎn)的頻率,正反轉(zhuǎn)的頻率越小,烘干時(shí)間會(huì)越短,有利于提高烘干效率;
(2)在相同的試驗(yàn)條件下,回?fù)礁善焚|(zhì)量地增加,烘干時(shí)間越長(zhǎng)。適當(dāng)?shù)奶砑踊負(fù)礁善罚欣谔岣吆娓尚省?/p>
[1]查國(guó)才.雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)在原料藥中的應(yīng)用及常見(jiàn)問(wèn)題[J].機(jī)電信息,2007(17):41~43
[2]范柄洪.雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)的特性和影響因素的探討[J].機(jī)電信息,2004(18):5~27
2012-12-18
何詠濤(1984—),男,安徽安慶人,助理工程師,研究方向:生產(chǎn)設(shè)備及工藝的精益管理應(yīng)用及研究。