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技术文献

防爆型闭式循环离心喷雾干燥机的特点与新理念

查国才    陈红斌
常州市一步干燥设备有限公司
 
摘  要:从开放式与闭式循环二种离心喷雾干燥机系统的特点与区别出发,结合安全性阐述了闭式循环离心喷雾干燥机的特点,从中阐明了防爆、安全、环保与节能的新理念。
关键词:防爆型;闭式循环;离心喷雾干燥机,特点;新理念
 
    喷雾干燥自20世纪初欧洲开发用以脱脂牛乳的干燥技术以来,现在已经发展成为制药、食品、化工、冶金等行业用于制造粉末干燥最为成功的技术。尤其是近几年,喷雾干燥是直接将液体浆料成形为粉状物料并在其他行业中最为广泛应用的干燥形式。喷雾干燥是将原料液用雾化器分散成雾滴,并用热空气(或其他气体)与雾滴直接接触进行传热和传质热交换而获得粉粒状产品的一种干燥过程。原料液可以是溶液、乳浊液或悬浮液,也可以是熔融液或膏状物,干燥产品可根据需要,制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状。从喷雾干燥机的分类来看:按气流方向来分,有并流式(顺流式)、逆流式和混流式;按雾化器的形式来分,有离心式、压力式、气流式;按生产流程来分,主要有开放式、闭式循环二种(细分还有自惰式循环和半闭式循环二种)。本文主要从开放式与闭式循环二种离心喷雾干燥机系统的特点与区别出发,结合安全性阐述闭式循环离心喷雾干燥机的特点,可以说常州市一步干燥设备有限公司研发的防爆型闭式循环离心喷雾干燥机是针对当前多种易氧易爆物料干燥安全性与可靠性所出发的。
 
1.开放式与闭式循环离心喷雾干燥机系统的特点及区别
1.1开放式离心喷雾干燥机系统的特点
目前国内大量使用的喷雾干燥机从雾化器的形式来看大多是离心式的,从生产流程系统来看大多为开放式的。开放式离心喷雾干燥机系统的特点:载热体在这个系统中只能使用一次就排入大气之中,不能再循环使用,故只能适用于废气中湿含量较高、无毒无臭气体,且排入大气中后不影响环境污染的场合。
虽然,开放式离心喷雾干燥机系统设备流程比较简单,空气(或其他载体)由风机经过滤器吸入,送至加热器加热成热风,通过干燥塔顶部的热风分配器均匀地流入塔内。但这种系统的最主要缺点:一是载热体消耗量较大,能源浪费较多;二是对含有机溶剂或易氧化、易防爆的物料干燥时,存在着极大的安全隐患。
 
1.2闭式循环离心喷雾干燥机系统的特点
闭式循环离心喷雾干燥机系统在国内制药行业应用极少,其特点:载热体在这个系统中组成一个封闭的循环回路,有利于节约载热体、回收有机溶剂、防止毒性物质污染大气。一般制药化工行业使用的料液往往是含有有机溶剂的物料,或者是易氧化、易燃、易爆的物料,有的还可能是有毒的物料。当使用闭式循环系统时,载热体大多使用惰性气体(如氮气、二氧化碳等),这样从干燥塔排出的废气经旋风除尘器和湿法除尘器除去微细粒子,然后进入冷凝器,冷凝器的作用是将废气中的溶剂(或水分)冷凝下来,冷凝温度必须在溶剂最高允许浓度的露点以下,以保证冷凝效果。除湿后的尾气经风机升压,进入一个间接式加热器后又变为热风,如此反复循环使用。
 
1.3开放式与闭式循环离心喷雾干燥机系统的比较
(1)闭式循环系统远比开放式所用载热体少,属节能型;
(2)闭式循环系统能适含有有机溶剂、易氧化、易燃、易爆的物料,或者是有毒的物料,这点适用范围是开放式是不能达到,其属安全型;
(3)闭式循环系统比开放式多带有一个回收有机溶剂系统,属环保型;
(4)开放式干燥塔内需保持一定负压,而闭式循环式干燥塔内需保持一定的正压值。
 
2.防爆闭式循环离心喷雾干燥机系统组成及运行机理
常州市一步干燥设备有限公司近期研发的防爆型闭式循环离心喷雾干燥机,在闭式循环系统的节能和环保理念下,又结合了防爆安全的理念,此二理念的有机结合才是这一设备系统的研发基础。
 
2.1防爆型闭式循环离心喷雾干燥机的系统组成
防爆型闭式循环离心喷雾干燥机系统(图1)由离心喷雾干燥机主机、带空气过滤器的加热器、鼓风机、气液分离器、大小冷凝器、喷淋塔、排风机、一级旋风分离器、二级旋风分离器、泵、测氧仪以及管路与控制阀等组成。

图1.防爆型闭式循环离心喷雾干燥机系统流程示意图
 
2.2防爆型闭式循环离心喷雾干燥机系统运行机理
防爆型闭式循环喷雾干燥系统是在密闭的环境下工作,干燥介质为惰性气体,一般为N2,适用于有机溶剂的物料干燥有毒气的物料或干燥过程中易发生氧化的物料的干燥。
氮气经加热器加热后进入干燥塔,液体物料经螺杆泵输送至离心喷头处,液体被高速旋转的离心雾化器雾化成液滴,在干燥塔内完成热质交换过程,被干燥后的粉状物料从塔底排出,被蒸发的有机溶剂气体在风机的作用下,把夹在气体中的粉尘通过旋风分离器、喷淋塔除尘后,饱和的有机溶剂气体经冷凝器冷凝成液体排出冷凝器,不凝性气体介质被连续加热后作为干燥载体在系统内重新循环使用。而常规的普通的离心喷雾干燥是通过不断的送风、排风达到排湿的目的,这也是防爆型闭式离心喷雾干燥设备与普通离心喷雾干燥设备的一个明显区别;
其中,干燥系统内干燥介质为N2,内部为正压操作,保持一定的正压值,如果内部压力下降,由压力变送器来自动控制N2进量,保证系统压力平衡。由于,采用N2之类惰性气体作为循环气体,对干燥的物料具有保护作用,循环气体经历载湿、去湿的过程,介质可重复使用。
 
3.防爆型闭式循环离心喷雾干燥机系统的防爆安全性简析
在制药与化工行业生产中常有许多有机溶媒,一旦使用一些高浓度挥发性的有机溶液进行喷雾干燥或有些易氧化的物料的喷雾干燥时,在干燥过程中就具有非常大的危险性,如挥发性的气体或有机溶液在空气中极易爆炸,造成设备本身破坏或操作人员受伤。为确保设备运行和生产的安全性,常州市一步干燥设备有限公司所研发的防爆型闭式循环离心喷雾干燥机是在全密闭基础上,再在本体上设置了泄爆膜、泄爆口及压力检测系统,这样能有效的遏制上述现象的发生,保护了人身安全及设备的安全运行。
(1)设备的系统工艺设计为全密闭能达到防爆型的基础要求,通过全密闭性的设计保证其安全性。物料在全密闭性的环境下工作,系统在0.5MPa的压力下无泄漏,物料不与空气直接接触,保证了设备及人员的安全性。
(2)还在设备的主体和关键部位上设有泄爆片,从而在系统和结构上保证了设备运行的安全性。另需说明一点,对有可挥发毒有害气体的系统则没有泄爆装置。
国内的许多喷雾干燥机因不具备防爆功能,多数是开放式系统,使得其的应用范围很狭窄,设备的利用价值不高。例如,化工行业中催化剂(大多数催化剂中含酒精等挥发性气体)的干燥在很大程度上需要防爆装置及密闭设计,溶剂可以进行二次处理,同时采用惰性气体作为干燥载体保证物料在作业时不被氧化,经典实用的控制手段,工艺参数得以随心所欲。因此,防爆型闭式循环离心喷雾干燥机能配备完善与齐全的报警装置,保证设备运行时高枕无忧,不仅降低了成本,同时也保证了系统的安全性。
 
4.防爆型闭式循环离心喷雾干燥机的特点与应用
4.1防爆型闭式循环离心喷雾干燥机的主要特点
(1)封闭系统各管道的连接采用独特的密封结构,密闭性好,可确保系统在0.5MPa的压力下无泄漏,热效率高;
(2)采用惰性的氮气为干燥介质气体,防毒、防氧化、防爆炸,气体经载湿、去湿后可重复循环使用;
(3)系统中配有干燥料液的溶剂的冷凝系统和回收系统可以使干燥料液中的溶剂得以通过二次处理可以循环使用,在封闭状态和氮气环境下热态完成物料的干燥(溶媒脱除)并通过冷凝器回收溶媒,整机的安全性高。同时,设备为全密闭式设计,物料回收率高,此设备系统的收率之高是其他型式干燥器所达不到的。主要技术指标:干粉物料回收率≥95%,产品残余溶剂≤2%,从而大大的降低了生产成本;
(4)干燥速度十分迅速,料液经喷雾后,表面积增大,在高温气流中,瞬间就可以蒸发掉95%-98%的水分,完成干燥时间一般仅需5-40sec左右;
(5)喷雾干燥通常用于处理湿含量40%-60%的溶液,能一次干燥成粉状产品,大部分产品干燥后不需要再进行粉碎和筛选,从而减少了生产工序,简化了生产工艺流程。同时,产品具有良好的分散性、流动性和溶解性,由于干燥过程是在空气中完成的,产品在本能保持与液滴相近似的球状,具有良好的流动性。
(6)设备具有系统压力在线测试装置、氧气浓度在线检测控制装置及在位清洗装置;
(7)设备控制系统采用人机界面,即PLC+触摸屏控制,工艺流程图动态显示。产品的粒度、松密度、水分在一定范围内,可用改变操作条件进行调整,控制比较方便。
 
4.2防爆型闭式循环离心喷雾干燥机的应用
常州市一步干燥设备有限公司所研发的防爆型闭式循环离心喷雾干燥机可适用于以下方面要求的喷雾干燥:
(1)物料中的湿分为有机溶剂而需要回收;
(2)固体中所含溶剂与空气接触时有些燃烧或爆炸的危险;
(3)在干燥过程中固体遇氧气结触时易被氧化;
(4)干燥中防止细菌的混入;
(5)干燥后有异味或有毒成分排出对环境有污染;
 
5.结论与结语
本文从开放式与闭式循环离心喷雾干燥机系统的特点及区别入手,结合安全性阐述了闭式循环离心喷雾干燥机的特点。目前常州市一步干燥设备有限公司所研发的防爆型闭式循环离心喷雾干燥机已在江苏扬子江药业有限公司和上海立得催化剂有限公司投入生产运行,其中上海立得催化剂有限公司在生产的过程中氧气的残余浓度可达到3PPM。此设备不仅溶剂回收安全可靠,消除了爆炸和燃烧的危险,同时设备配备的自动充氮气系统和系统压力检测系统保持了系统的平衡,避免了气体爆炸的危险。从运行生产实践和理论上可得到:
(1)防爆型闭式循环离心喷雾干燥机在闭式循环基础上,集防爆、安全、环保与节能新理念于一体,使传统离心喷雾干燥机换发出新的生命力,也扩大了其应用范围;
(2)防爆型闭式循环离心喷雾干燥机以系统理念,赋予喷雾干燥设备以高收率与闭密型的概念,也达到控制粉尘和药厂GMP要求;
(3)防爆型闭式循环离心喷雾干燥机的设备操作简单,PLC操作控制,工艺流程图动态显示,更适合现代高科技的要求。
虽然,本公司此设备研制达到初见成效的,但还有待于我们不断优化和提高,我们期待着进一步与用户厂家沟通,并不断完善设备和进一步提高工艺小试的作用。
 
参考文献:
1.     常州市一步干燥设备有限公司,防爆型闭式循环离心喷雾干燥机说明书,2004
2.     金国淼等,干燥设备,化学工业出版社,2002
查国才(1953.7),江苏常州人(213116),常州市一步干燥设备有限公司董事长、总经理,主力研究:干燥设备及喷雾干燥技术