雙錐真空干燥設(shè)備的特性與不足之處

發(fā)布時(shí)間：2021-04-26

1 概述
    雙錐真空干燥機(jī)(以下簡(jiǎn)稱雙錐)已是有很長(zhǎng)歷史的真空間接加熱動(dòng)態(tài)干燥機(jī)，屬節(jié)能式干燥設(shè)備。它的特點(diǎn)是真空錐體由驅(qū)動(dòng)機(jī)推動(dòng)作360。旋轉(zhuǎn)，促進(jìn)錐體中物料翻混并和錐體加熱面接觸加熱，不斷翻混物料對(duì)加熱面起自潔作用，真空操作有利于降低蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度，提高加熱介質(zhì)和加熱物料之間的溫度差，也十分有利于許多熱敏性物料的低溫干燥。雙錐在真空無其它惰性氣體介入下操作，十分有利于含各種有機(jī)溶劑物料進(jìn)行蒸發(fā)干燥，以很高溶劑回收率回收溶劑。雙錐的結(jié)構(gòu)形狀很有利于干燥物料的干凈利落快速卸料，這是現(xiàn)有任何其它型式干燥機(jī)不能比擬的操作優(yōu)點(diǎn)。
    雙錐適用于各種無粘壁松散性物料的干燥，因在錐體內(nèi)真空抽氣管上設(shè)尾氣過濾器，故降低尾氣夾帶產(chǎn)品粉塵的損失，干燥收得率高。它可以一次性進(jìn)料和密閉卸料，避免操作性污染，避免卸料時(shí)粉塵飛揚(yáng)而污染環(huán)境。雙錐動(dòng)態(tài)干燥效率比各種盤式干燥高很多。
    但雙錐干燥也存在一些不足，首先是雙錐只適用于間歇式干燥。由于采用摩擦式機(jī)械真空密封件，無法避免密封件在干摩擦中產(chǎn)生磨損異物，一旦發(fā)生真空漏氣，密封件中的磨損異物必然被吸人雙錐體內(nèi)，與正在干燥中的產(chǎn)品混合，如果產(chǎn)品是藥品則藥品被污染，使好藥變劣質(zhì)藥害人藥。
    雙錐屬夾套加熱型干燥機(jī)，如將雙錐體看作球體，則在放大雙錐干燥機(jī)時(shí)，它的加熱面積F(m )與球體直徑D(mm)的平方成正比擴(kuò)大，而球體的容積V(m )則與球體直徑D(mm)的三次方正比擴(kuò)大。所以雙錐從小直徑擴(kuò)大到大直徑時(shí)，它的加熱面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上它的容積擴(kuò)大。致使雙錐加熱面積F(rfl )和雙錐容積V(m )的比例，隨著直徑D (iTlm)的擴(kuò)大而比例失調(diào)，造成小規(guī)格雙錐的F／V值遠(yuǎn)大于大規(guī)格雙錐的F／、，值。如5 m 雙錐的F／v值比0．3 m 雙錐的F／V值小一半左右，約3．6m ／m ，當(dāng)雙錐容積擴(kuò)大至10 m 時(shí)，它的F／V值下降到2．5 m ／m 。

    雙錐真空干燥設(shè)備顧名思義作加熱干燥使用的，其主要功能應(yīng)體現(xiàn)在加熱干燥效率或熱交換面積的大小。相對(duì)而言它的容積是次要的。但目前幾乎所有的雙錐干燥機(jī)產(chǎn)品樣本，均以容積大小來標(biāo)識(shí)雙錐的規(guī)格，這在一定程度上是雙錐生產(chǎn)廠有意無意在誤導(dǎo)用戶。因?yàn)樵S多用戶不會(huì)意識(shí)到雙錐放大時(shí)存在F／V的規(guī)律性變化。誤認(rèn)為大小容積雙錐都有相似的干燥效率。往往買回一臺(tái)大型化雙錐，在投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)它的干燥效率，遠(yuǎn)低于在干燥制造廠中用小規(guī)格雙錐試驗(yàn)實(shí)踐產(chǎn)生的干燥效率。因?yàn)楦稍镄�率成倍下降無法滿足希望的產(chǎn)量，不得不再購(gòu)買一臺(tái)大型化雙錐。不僅多化了投資增加廠房用地，并延誤了生產(chǎn)計(jì)劃。

    許多熱敏性產(chǎn)品干燥溫度低于100℃ ，現(xiàn)很多熱敏性產(chǎn)品干燥仍在采用<100~的熱水作熱源，為此配備熱水槽、熱水泵和熱水管道等輔助設(shè)施。熱水顯熱加熱必然存在進(jìn)出口溫度差，與蒸汽潛熱加熱比較自然降低了溫差，這對(duì)熱敏性很高的低溫度加熱十分不利。熱水加熱傳熱系數(shù)遠(yuǎn)低于飽和水蒸汽加熱，夾套熱水加熱結(jié)構(gòu)也較蒸汽加熱復(fù)雜，不僅增加了設(shè)備投資，而且不利于管理。
    由于干燥物料在雙錐體中不斷翻混旋轉(zhuǎn)，一些晶體微細(xì)含水量較多的產(chǎn)品，如核黃素、乙醯螺旋霉素等產(chǎn)品很易在翻混中形成大小不等的球團(tuán)。一旦產(chǎn)生球團(tuán)就很難達(dá)到干燥了。原則上雙錐不適用在干燥中存在結(jié)球團(tuán)的物料。
    雙錐是一臺(tái)馱著加熱鍋爐(加熱夾套)不斷旋轉(zhuǎn)著的動(dòng)態(tài)干燥機(jī)。大型化(大直徑)傳統(tǒng)雙錐的錐體內(nèi)膽和夾套外壁的壁厚都很厚，重量很重。錐體內(nèi)膽一般都是不銹鋼材質(zhì)，而夾套外壁為碳鋼。大型雙錐(2～10 m )的直徑在 1，600～2，600 mm，錐內(nèi)膽壁厚在8～14 mm，夾套外壁的壁厚更厚。眾所周知，不銹鋼的熱阻比碳鋼大5倍，很厚的不銹鋼內(nèi)膽很不利于錐體的傳熱，降低了雙錐的加熱干燥效率，驅(qū)動(dòng)很重的內(nèi)膽自然要增加驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率。雙錐的外夾套更厚更重，更增加了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的能耗。雙錐一年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間在幾千小時(shí)，所以如何正確對(duì)待長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)的雙錐提高了效率和節(jié)能降耗，在全世界都在積極動(dòng)員研究節(jié)能的新時(shí)代，對(duì)以往一直被忽視的設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)備材料，很值得我們深入研究討論.
以下按無GMP要求的雙錐進(jìn)行討論。
2 雙錐的放大
    隨著精細(xì)化工產(chǎn)品的發(fā)展，越來越需要高的效率大型化的雙錐。一臺(tái)傳統(tǒng)大型雙錐，它的龐大身軀外形和它含有的加熱面積極不相稱，一臺(tái)5 m 雙錐的加熱面積僅18 m ，F(xiàn)／V值為3．6 m ／m ，而一臺(tái)10 m 雙錐的F／V值進(jìn)一步下降至2．5 m ／m ，用外強(qiáng)中干來形容雙錐一點(diǎn)也不為過。
    雙錐真空干燥機(jī)的放大自然是指熱交換面積的放大。所幸錐體內(nèi)有龐大的空間可以利用，如何利用好此空間是關(guān)鍵�？紤]到設(shè)備的清洗，熱交換元件的表面愈簡(jiǎn)單愈好。選用薄形空 c,Di~熱板，既符合表面光潔易洗又符合緊湊雙重要求。以10 m 雙錐為例，可以在碩大的錐體空間順物料流動(dòng)的方向設(shè)薄形內(nèi)加熱板，在留有供清洗和必要的維修空間，如內(nèi)加熱板之間保留110～160 mm間距，一般增加內(nèi)加熱板面積可比原有的錐體加熱面積多1．5～3倍，使雙錐的F，V值都能提高到0．2 m。小型雙錐相似的9．0 m ／m 值。特別是內(nèi)加熱板材厚度不到錐體厚度三分之一，換來加熱面積成倍增長(zhǎng)而熱阻大幅度減小，使放大后的雙錐干燥效率超過傳統(tǒng)雙錐的2～3倍以上。設(shè)內(nèi)加熱板后10 m 雙錐體內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖1.
    由圖1說明，10 m。錐體的直徑 2，600，在600 mm寬的維修通道兩側(cè)設(shè)由# l～≠}7內(nèi)加熱板各7塊，共14塊， 內(nèi)加熱板總面積F=56 m ， 內(nèi)加熱板厚40 mm，內(nèi)加熱板總體積V=2．2 m ，兩內(nèi)加熱板中心距d=200 mm，兩內(nèi)加熱板之間的實(shí)際問隙為160 mm，已知錐體夾套加熱面積F=29．6 m ，所以10 m 雙錐加熱總面積F=85．6 m ，已知錐體的容積V=12．1 m ，扣除內(nèi)加熱板后的錐體實(shí)際容積V=9．9m ，由此知新雙錐的F／V值達(dá)8．6 m ／m ，十分接近小型0．2 in 雙錐的9．0 1TI ／m 。10 1TI 雙錐不加內(nèi)加熱板時(shí)的F／V值為2．5 II1 ／m ，故增加內(nèi)加熱板后的10 1TI。雙錐比不加的F／V值足足提高了3倍以上(如圖2所示)，如果按F／V值的提高來論，一臺(tái)新雙錐的干燥效率就可抵3臺(tái)的傳統(tǒng)雙錐，單每小時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)就可節(jié)省60 kW／h左右的電耗。
3 大型雙錐增加內(nèi)加熱板對(duì)節(jié)省不銹鋼的比較
    仍以10 m (實(shí)際操作容積)為例。10 m 雙錐的外形尺寸為 2600 X 3600(總高)。由上述說明雙錐體加熱夾套面積F=29．6 in ，內(nèi)加熱板總面積F=56 1TI ，如果雙錐體的壁厚為14 mill，而內(nèi)加熱板的壁厚為3 mm，則雙錐體的不銹鋼材重量為3-3 t，而內(nèi)加熱板的不銹鋼材重量為1．34 t。由此可知，每平方米雙錐體需要111．4 kg不銹鋼材，而每平方米內(nèi)加熱板需要的不銹鋼材量?jī)H為24 kg，即雙錐體每平方米加熱面積消耗的不銹鋼材量比同樣加熱面積的內(nèi)加熱板多4．6倍。僅從現(xiàn)有大型傳統(tǒng)雙錐擁有的加熱面積~IE4,，而消耗的不銹鋼材量很多這種特殊的情況考慮，錐體內(nèi)空洞無物，既有條件增加內(nèi)加熱板，也十分需要增加內(nèi)加熱板，以抵消錐體壁厚帶來的負(fù)面影響。
4 內(nèi)加熱板的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)
    常規(guī)空心薄形內(nèi)加熱板作塞焊加強(qiáng)措施，因內(nèi)加熱板壁厚僅2～3 mm，空心加熱板的雙面都需要打孔，薄板上很難嚴(yán)格按焊接規(guī)范加工坡口，特別是有藥品GMP要求的加熱板在焊接后再磨平拋光，故在許許多多的塞焊點(diǎn)中存在微細(xì)的薄弱環(huán)節(jié)，就會(huì)在日后的生產(chǎn)操作中突發(fā)因局部破裂引發(fā)整個(gè)加熱板的爆破。傳統(tǒng)薄板塞焊加強(qiáng)結(jié)構(gòu)很易留下這種隱患。
   我們深刻吸取教訓(xùn)，在新的雙錐內(nèi)加熱板加強(qiáng)結(jié)構(gòu)上采用鉸接式無損焊接加強(qiáng)技術(shù)，內(nèi)加熱板雙面母板上不再打孔，從而避免打孔塞焊操作所帶來的弊病，消除了雙錐放大時(shí)必不可少的內(nèi)加熱板加工的實(shí)際難題。
5 雙錐的低溫( 100℃)熱源問題
    雙錐干燥熱敏性產(chǎn)品時(shí)，傳統(tǒng)雙錐都采用熱水加熱方法。熱水加熱不僅需要熱水槽、熱水泵和管道一整套累贅，因熱水顯熱給熱，進(jìn)出口必定存在溫度差，熱水出口處溫度低自然加熱干燥效果大大低于熱水進(jìn)口處，故熱水加熱的溫度差十分不利于干燥。
    大型化后的雙錐如果仍采用熱水加熱，因干燥設(shè)備負(fù)荷大幅度提高而需要的熱負(fù)荷也大幅度增加，熱水加熱系統(tǒng)的一套累贅也如法炮制，既增加了很多設(shè)備投資，同樣也給干燥設(shè)備效率帶來很多不利。但如果采用飽和水蒸汽作熱源，只要嚴(yán)格控制好雙錐加熱夾套內(nèi)的溫度或壓力，保證溫度或壓力符合加熱溫度要求的飽和水蒸汽物理參數(shù)，保證能及時(shí)地將夾套內(nèi)的蒸汽凝水抽出。就能用 0．2 MPa的飽和水蒸汽直接作雙錐的低溫加熱的熱源。當(dāng)然大型化雙錐夾套內(nèi)空間較大，剛開車時(shí)夾套內(nèi)(特別是內(nèi)加熱板內(nèi))存有很多的惰性氣體排出干凈，否則會(huì)嚴(yán)重影響正常工作操作，好的方法是抽真空，然后再加入飽和水蒸汽。
6 研究減薄大型化雙錐的設(shè)備壁厚問題
    當(dāng)今世界都在考慮節(jié)能減排，上至飛機(jī)下至火車汽車，都在結(jié)構(gòu)上想方設(shè)法減輕減薄。聯(lián)想到雙錐背負(fù)著一個(gè)大鍋爐(加熱夾套)，似乎也有必要從節(jié)能減排，節(jié)省不銹鋼和提高加熱干燥效率等多方面進(jìn)行研究，在干燥技術(shù)領(lǐng)域一定也能做出我們的貢獻(xiàn)。
7 結(jié)束語

    隨著精細(xì)化工生產(chǎn)大型化，需要很多大型化雙錐真空干燥機(jī)，由于雙錐結(jié)構(gòu)大型化沒跟上時(shí)代步伐，給生產(chǎn)使用帶來許多問題。我們的工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)值和能耗的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，忽視眾多設(shè)備的效率、特別是存在不以設(shè)備的性價(jià)比，而以設(shè)備的重量來論價(jià)的誤區(qū)，雙錐真空干燥設(shè)備可能是這方面的典型。

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