摘 要：旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備作為間接傳熱式設(shè)備，具有能耗低、效率高等特點(diǎn)，在國內(nèi)外的化學(xué)加工行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。因此，本文主要針對(duì)旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，在了解了工作原理后，展開具體的設(shè)計(jì)工作，明確設(shè)備內(nèi)部的各種部位，確保其能夠得到高效穩(wěn)定的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī);旋轉(zhuǎn)管束式干燥劑;傳熱系數(shù);強(qiáng)度設(shè)計(jì)

干燥設(shè)備常用于化工、輕工等加工行業(yè)中，其能耗較高，在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要分為直接傳熱式和間接傳熱式兩種。雖然直接傳熱式干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，但能耗較高、熱效率低，相比較來看，間接傳熱式設(shè)備能耗低、熱效率高，因此得到了廣泛應(yīng)用，可以分為旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式兩種。

1 干燥設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

作為化工行業(yè)內(nèi)能耗較高的單元設(shè)備，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，不僅要考慮到設(shè)備的運(yùn)行性能，還需要綜合考慮設(shè)備的運(yùn)行安全、實(shí)際能耗以及環(huán)境污染情況。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛。但目前的設(shè)計(jì)上還存在一定的問題，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)模型和實(shí)際應(yīng)用情況不符合的問題，不僅會(huì)導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用效率下降，還會(huì)造成較大的環(huán)境污染問題。

一般情況下，旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備主要包括四個(gè)方面，分別為，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、排風(fēng)除塵系統(tǒng)。第一，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。作為核心部件，旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)并不相同，前者的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中含有數(shù)十只圓盤，全部焊接在中空軸上，后者則由數(shù)百根管子以及兩端中空軸、封頭組成，需要注意的是，管子的排列具有一定的規(guī)律性。在實(shí)際運(yùn)行過程中，由旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)兩端的軸承支撐，一端為固定，另一端可以自由運(yùn)動(dòng)，以此有效控制協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)的軸向熱膨脹問題，在轉(zhuǎn)子四周還含有可翻動(dòng)的抄板，及時(shí)翻動(dòng)物料。除此之外，其他部門并沒有較大范圍，第二，管路系統(tǒng)。這種借助主電機(jī)、減速裝置組成的部分，主持要承擔(dān)著干燥劑的穩(wěn)定運(yùn)行能力，保證能量得到有效的調(diào)節(jié)控制。第三，傳動(dòng)系統(tǒng)。這一部分涉及的內(nèi)容較多，進(jìn)氣管、排水管、調(diào)節(jié)閥門、金屬軟管和旋轉(zhuǎn)接頭等零部件都在這一部分。第四，排風(fēng)除塵系統(tǒng)。作為輔助性系統(tǒng)，通過引風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)排風(fēng)除塵功能，還能夠回收粉塵，避免污染。

2 干燥設(shè)備的工作原理

旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)采用的都是密閉循環(huán)運(yùn)行方式，在密閉的干燥室空間內(nèi)，通過轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的緩慢旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)熱能量介質(zhì)的導(dǎo)入和導(dǎo)出。由上可知，轉(zhuǎn)子周圍安裝了特殊的可翻動(dòng)的抄板，可以及時(shí)翻動(dòng)物料，讓其充分和金屬換熱表面進(jìn)行接觸，不僅如此，抄板本身具有一定的軸向傾角，能夠?qū)崿F(xiàn)物料的運(yùn)行，讓其從入口逐漸移動(dòng)到出口。在這個(gè)過程中，熱能量介質(zhì)在金屬壁的輔助下，將熱量傳導(dǎo)給濕物料，物料移動(dòng)的同時(shí)，吸收熱量，蒸發(fā)內(nèi)部水分。在達(dá)到出口時(shí)，就能夠得到干燥的物料。需要注意的是，旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)要根據(jù)物料的具體情況，有針對(duì)性的設(shè)計(jì)干燥室整體長度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及抄板軸向傾角。以此，保證物料在運(yùn)行過程中得到充分的干燥和持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，避免出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，讓公司能夠在出口處得到剛好完成干燥的物料。一般情況下，旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)的熱效率較高，但相比較而言，后者的結(jié)構(gòu)更加簡單，成本也相對(duì)較低。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行得到的數(shù)據(jù)來看，在加熱面積相同的情況下，旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)的傳熱系數(shù)高出旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)的60%-70%。除此之外，還需要注意一點(diǎn)，那就是在干燥機(jī)運(yùn)行過程中，必須要保證物料蒸發(fā)產(chǎn)生的濕分能夠從頂部風(fēng)機(jī)抽出，切實(shí)保證實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量。

3 旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥裝置設(shè)計(jì)研究

3.1 裝置總體設(shè)計(jì)構(gòu)成

基于前文對(duì)旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備分析，明確了設(shè)備中存在的問題和缺陷，在旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥設(shè)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了旋轉(zhuǎn)圓盤式自動(dòng)干燥裝置，引入氮?dú)膺@一易獲取、惰性強(qiáng)的氣體，結(jié)合潔凈聚乙烯材質(zhì)完成裝置的設(shè)計(jì)。這種裝置不僅可以提高干燥效率，也能保證干燥效果。而且潔凈聚乙烯材質(zhì)可以有效降低熱量散失問題，避免外界其他雜質(zhì)、顆粒的混入。除了前文提及的幾個(gè)部分之外，還包括了定位系統(tǒng)和氮?dú)饧訜釂卧枚ㄎ幌到y(tǒng)固定待干燥的物質(zhì)，而氮?dú)饧訜岘h(huán)節(jié)則將熱量傳遞給氮?dú)?，?shí)現(xiàn)在線加熱，同時(shí)將氮?dú)獬掷m(xù)不斷的排入干燥室內(nèi)。

最為主要的是，在該工序中實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化運(yùn)行，利用機(jī)械手將待干燥的物料放入干燥室內(nèi)，機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，干燥裝置也會(huì)自動(dòng)代開，確保待干燥的物料可以進(jìn)入到正確的位置上。完成放置后，自動(dòng)槽蓋關(guān)閉。電機(jī)管路系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)片盒定位及旋轉(zhuǎn)單元進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)部系統(tǒng)對(duì)待干燥的物料進(jìn)行環(huán)繞噴吹，完成干燥過程。在這樣的情況下，清洗烘干過程不需要進(jìn)行人工干預(yù)，依靠機(jī)械手就可以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。產(chǎn)生的氣體和粉塵也會(huì)得到自動(dòng)回收。

3.2 干燥單元設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)

以晶圓為例，在對(duì)晶圓這一物料進(jìn)行干燥的過程中，所采用的干燥單元設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)也要進(jìn)行細(xì)節(jié)上的改動(dòng)。

3.3 定位單元及旋轉(zhuǎn)單元

晶圓本身尺寸大小各不相同，而且質(zhì)地較薄、易碎，因此加強(qiáng)對(duì)定位單元的設(shè)計(jì)非常重要，要根據(jù)晶圓的大小調(diào)整定位裝置，確保其在旋轉(zhuǎn)過程中可以得到穩(wěn)定，避免出現(xiàn)損害的情況。定位單元中主要包括片盒、片盒定位盤、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、電機(jī)等方面組成，片盒是其中的關(guān)鍵，采用鏤空結(jié)構(gòu)，設(shè)有定位槽，讓晶圓可以得到固定。片盒定位盤的主要作用在于定位片盒。因?yàn)榫A尺寸不一，在實(shí)際應(yīng)用過程中需要準(zhǔn)備多個(gè)片盒，因此片盒定位盤的主要作用在于定位不同大小的片盒，兼容所有常用尺寸的片盒。在這樣的設(shè)置下，機(jī)械手可以將片盒準(zhǔn)確放置在片盒定位盤，確保氮?dú)饪梢猿浞謬娛┰诰A上，形成環(huán)繞氣場，達(dá)到良好的干燥效果。此外，還有一點(diǎn)需要注意，在晶圓清晰干燥的過程中，采用的化學(xué)液多為腐蝕性較強(qiáng)的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等有機(jī)溶液，因此需要定期對(duì)旋轉(zhuǎn)圓盤式自動(dòng)干燥裝置內(nèi)部的電機(jī)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、電源線、信號(hào)線等部件設(shè)備進(jìn)行維修和防護(hù)，以此切實(shí)提高設(shè)備的使用壽命，降低風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，干燥槽體和氮?dú)饧訜釂卧卜浅Ｖ匾?。以氮?dú)饧訜釂卧獮槔?，采用充氮控氧工藝，替代傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備中的加熱介質(zhì)，打造出全新的循環(huán)介質(zhì)，能夠有效降低成本，提高實(shí)際運(yùn)行效率。在實(shí)際運(yùn)行過程中，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)來看在，不斷充入氮?dú)獾倪^程中，物料也會(huì)逐漸完成干燥。進(jìn)氣回路中采用的是雙充氮技術(shù)，出氣回路中采用的是自動(dòng)泄壓排氣雙回路處理方式，同時(shí)，在總排氣管路上設(shè)置止回閥，避免氣體回流[1]。不僅如此，對(duì)導(dǎo)線以及接口等進(jìn)行防腐密封處理，以此提高加熱效率。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，還需要注意一點(diǎn)，要縮短氮?dú)夂图訜峁苤g的距離，以此保證加熱效果。同時(shí)還要讓加熱管的內(nèi)壁與外壁之間留有一定間隙，最大程度降低熱量損失。并且利用保溫材料保證氮?dú)饧訜嵫b置主體及外延氮?dú)獬隹诠苈返臏囟炔粫?huì)出現(xiàn)大幅度減低，以此切實(shí)提高干燥質(zhì)量和干燥效果。綜合考慮到該系統(tǒng)的運(yùn)行需求，在實(shí)際運(yùn)行過程中，還需要采取一定的技術(shù)措施，保證旋轉(zhuǎn)圓盤式自動(dòng)干燥裝置的正常運(yùn)行，優(yōu)化檢修手段和操作檢查方法。以某企業(yè)為例，該企業(yè)定期對(duì)旋轉(zhuǎn)圓盤式自動(dòng)干燥裝置的運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)估，主要從故障發(fā)生頻率、檢修費(fèi)方式、檢修間隔等方面入手，從而確認(rèn)設(shè)備情況。然后針對(duì)故障問題進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)出解決問題的主要方案，保證方案的科學(xué)合理性。在完成旋轉(zhuǎn)圓盤式自動(dòng)干燥裝置的檢修工作后，還要對(duì)設(shè)備進(jìn)行二次評(píng)估，確保設(shè)備的合理性和有效性，讓其可以正常運(yùn)行[2]。

4 總結(jié)

綜上所述，在旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備中，前者應(yīng)用效率更高在此基礎(chǔ)上，進(jìn)提出了旋轉(zhuǎn)式晶圓自動(dòng)干燥裝置。在設(shè)計(jì)過程中，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備工藝的自動(dòng)化運(yùn)行，不僅占用設(shè)備空間較小，也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)清洗等功能，實(shí)現(xiàn)了人力資源的合理利用。最為主要的是，相比較傳統(tǒng)的干燥裝置來看，成本也相對(duì)較低。

參考文獻(xiàn)：

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[2]周曉斌，范森，董金善.轉(zhuǎn)盤干燥機(jī)周向拉撐圓盤轉(zhuǎn)子強(qiáng)度影響因素分析[J].化工機(jī)械，2018（3）：358-365.

作者簡介：

楊玫（1984- ），民族：漢，性別：女，籍貫：陜西省大荔縣人，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于襄樊大學(xué)，現(xiàn)有職稱：中級(jí)工程師，研究方向：化工干燥設(shè)備。