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,浙江臺州 318020)
雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機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,浙江臺州 318020)
通過對雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機結(jié)構(gòu)、工作原理、工藝流程、特點以及應(yīng)用的分析,論述了其在化工行業(yè)應(yīng)用中常見的一些問題,提出了相應(yīng)的解決思路及方法。
干燥機;問題;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)過過濾、離心、干燥和混合等過程。固相物質(zhì)首先以過濾方式從懸浮液中分離出來,再以真空干燥或加熱干燥的形式進(jìn)行烘干,而用于烘干過程中生產(chǎn)的經(jīng)典設(shè)備則是雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機,其集混合、真空干燥于一體,并以簡潔、方便和高效的特點被化工行業(yè)作為先進(jìn)設(shè)備來應(yīng)用,其實用性和經(jīng)濟(jì)性是其他設(shè)備難以超越的。
雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機系統(tǒng)[1]主要由主機、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,主機是由回轉(zhuǎn)筒體、真空抽氣管路、左右回轉(zhuǎn)軸、傳動裝置與機架等組成。
雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機采用雙錐形的回轉(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,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。
在實際應(yīng)用過程中,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)真空干燥機是集混合、干燥于一體的新型干燥機。將冷凝器、真空泵和干燥機配套,組成真空干燥裝置。其設(shè)計獨特,內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單,清掃容易,物料能全部排出,操作簡便;能降低勞動強度,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)對結(jié)晶形狀有特殊要求的物料;(2)有強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)真空干燥機在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用,其在應(yīng)用過程中也存在一些問題,下面將重點介紹一些常見的問題及相應(yīng)的解決方法。
由于干燥機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,干燥機設(shè)計時物料比重按0.6 g/cm3來計算,如果超出這個比重,一方面會影響物料的干燥效率;另一方面長時間運轉(zhuǎn),會降低電機、渦輪減速機以及鏈輪、鏈條、軸承等的使用壽命。在一般情況下,雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機充填率(實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內(nèi)的真空罩,否則影響干燥速率。
在實際生產(chǎn)應(yīng)用中,在填真空時,雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機會出現(xiàn)如真空管彎曲、密封套損傷、過濾頭變形乃至斷裂等現(xiàn)象,這是因為在干燥過程中放入空氣進(jìn)入罐體反沖過濾頭,此時罐體內(nèi)已達(dá)到較高的真空度,會引起正負(fù)氣流的強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,排空時一定要用排空閥來控制其流量,即先把閥門少許打開,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)真空干燥機在干燥過程中經(jīng)常會出現(xiàn)真空度過低或過高的問題,這不但會影響物料干燥的效率和物料的品質(zhì),還會影響車間的生產(chǎn)安全。雖然真空度越高,越有利于水分在低溫下汽化,但真空度過高不利于熱傳導(dǎo),影響對物料的干燥效果。
導(dǎo)致真空過低或過高,可能有4個方面的原因:(1)真空端的機械密封泄露;(2)真空管道的泄露或堵塞;(3)過濾器堵塞;(4)因熱水或蒸汽溫度過低,物料溶劑難以蒸發(fā)。解決此類問題,需要考慮干燥機的熱水和蒸汽的溫度,并且在使用過程中定期進(jìn)行檢查,同時要進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、清洗等。
在實際生產(chǎn)中,對于回轉(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,影響干燥機的使用壽命。解決此類問題,只需要根據(jù)物料的性質(zhì)選擇合適的干燥機,在使用過程中物料出料干凈,定期進(jìn)行檢查,同時要進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、清洗等。
在干燥機使用過程中,由于干燥機的地腳松動、蝸輪減速機(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大,對于減速機、軸承和鏈條等的損壞,只需定期檢查,注意添加潤滑油,及時排除故障,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。在車間的實際生產(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,還會影響干燥機的使用年限。關(guān)于減輕雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機中物料的結(jié)壁問題,對解決方案進(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,必須要考慮是否會造成交叉污染。
6.7.2 烘料中添加介質(zhì)球
在烘料的過程中,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)球的過程中,要充分考慮介質(zhì)球的形狀對干燥機內(nèi)膽的影響,更要考慮在后期與物料的分離回收過程。
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,定時清潔干燥機的腔壁,這也大大增強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。但是對于特殊的物料,優(yōu)化干燥機的加料、溫升、轉(zhuǎn)速等步驟,需要進(jìn)行相關(guān)的正交優(yōu)化試驗,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,對于物料的質(zhì)量和性質(zhì)有較大的風(fēng)險,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)選擇不同的干燥機設(shè)備型號。目前,除雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機,應(yīng)用比較廣泛的干燥設(shè)備主要還有:托盤式烘箱、滾筒式真空烘干機、V形混合干燥機和三合一過濾干燥機、氣流烘干機等。在選用其他干燥設(shè)備的同時,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)本公司車間的實際操作情況,在車間中進(jìn)行了試驗,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(容積:2 000 L)的正反轉(zhuǎn)的頻率,試驗結(jié)果如表1所示。
由表1可知,隨著正反轉(zhuǎn)的頻率越小,烘干時間會越短,越有利于提高烘干效率,但是對干燥機的鏈條有一定的損傷,需要進(jìn)行定期維護(hù)。所以,對于大型的干燥機,過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)頻率對烘干時間的影響研究
在烘干的過程中,適量添加干品,在相同物料、濕品相同含水率、相同的干燥機(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,所得的試驗結(jié)果如表2所示。
表2 干品回?fù)綄娓蓵r間的影響研究
由表2可知,隨著回?fù)礁善焚|(zhì)量的增加,烘干時間越長,但比沒添加干品的烘干時間要短,說明適當(dāng)?shù)靥砑踊負(fù)礁善罚欣谔岣吆娓尚?。但是在烘干的時候,回?fù)礁善?,勢必會增加車間的工作量,也可能會出現(xiàn)物料的交叉污染。同時,添加干品的質(zhì)量要考慮干燥機的實際承載能力。
本文從雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機的結(jié)構(gòu)入手,闡述了工藝設(shè)備雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機的原理、工藝流程、特點以及在應(yīng)用中出現(xiàn)的常見問題及相應(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)本公司的車間的實際操作情況,在車間中進(jìn)行試驗,試驗結(jié)果如下:
(1)在相同的試驗條件下,改變干燥機(溶劑不回收)的正反轉(zhuǎn)的頻率,正反轉(zhuǎn)的頻率越小,烘干時間會越短,有利于提高烘干效率;
(2)在相同的試驗條件下,回?fù)礁善焚|(zhì)量地增加,烘干時間越長。適當(dāng)?shù)奶砑踊負(fù)礁善?,有利于提高烘干效率?/p>
[1]查國才.雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機在原料藥中的應(yīng)用及常見問題[J].機電信息,2007(17):41~43
[2]范柄洪.雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機的特性和影響因素的探討[J].機電信息,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。