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技术文献

双锥真空干燥设备的特性与不足之处

1 概述
    双锥真空干燥机(以下简称双锥)已是有很长历史的真空间接加热动态干燥机,属节能式干燥设备。它的特点是真空锥体由驱动机推动作360旋转,促进锥体中物料翻混并和锥体加热面接触加热,不断翻混物料对加热面起自洁作用,真空操作有利于降低蒸发压力和蒸发温度,提高加热介质和加热物料之间的温度差,也十分有利于许多热敏性物料的低温干燥。双锥在真空无其它惰性气体介入下操作,十分有利于含各种有机溶剂物料进行蒸发干燥,以很高溶剂回收率回收溶剂。双锥的结构形状很有利于干燥物料的干净利落快速卸料,这是现有任何其它型式干燥机不能比拟的操作优点。

    双锥适用于各种无粘壁松散性物料的干燥,因在锥体内真空抽气管上设尾气过滤器,故极大地降低尾气夹带产品粉尘的损失,干燥收得率极高。它可以一次性进料和密闭卸料,避免操作性污染,避免卸料时粉尘飞扬而污染环境。双锥动态干燥效率比各种盘式干燥高很多。

    但双锥干燥也存在一些不足,首先是双锥只适用于间歇式干燥。由于采用摩擦式机械真空密封件,无法避免密封件在干摩擦中产生磨损异物,一旦发生真空漏气,密封件中的磨损异物必然被吸人双锥体内,与正在干燥中的产品混合,如果产品是药品则药品被污染,使好药变劣质药害人药。

    双锥属夹套加热型干燥机,如将双锥体看作球体,则在放大双锥干燥机时,它的加热面积F(m )与球体直径D(mm)的平方成正比扩大,而球体的容积V(m )则与球体直径D(mm)的三次方正比扩大。所以双锥从小直径扩大到大直径时,它的加热面积远远比不上它的容积扩大。致使双锥加热面积F(rfl )和双锥容积V(m )的比例,随着直径D (iTlm)的扩大而比例失调,造成小规格双锥的F/V值远大于大规格双锥的F/、,值。如5 m 双锥的F/v值比0.3 m 双锥的F/V值小一半左右,约3.6m /m ,当双锥容积扩大至10 m 时,它的F/V值下降到2.5 m /m 。

    双锥真空干燥设备顾名思义作加热干燥使用的,其主要功能应体现在加热干燥效率或热交换面积的大小。相对而言它的容积是次要的。但目前几乎所有的双锥干燥机产品样本,均以容积大小来标识双锥的规格,这在一定程度上是双锥生产厂有意无意在误导用户。因为许多用户不会意识到双锥放大时存在F/V的规律性变化。误认为大小容积双锥都有相似的干燥效率。往往买回一台大型化双锥,在投产后发现它的干燥效率,远低于在干燥制造厂中用小规格双锥试验实践产生的干燥效率。因为干燥效率成倍下降无法满足希望的产量,不得不再购买一台大型化双锥。不仅多化了投资增加厂房用地,并延误了生产计划。

    许多热敏性产品干燥温度低于100℃ ,现很多热敏性产品干燥仍在采用<100~的热水作热源,为此必需配备热水槽、热水泵和热水管道等辅助设施。热水显热加热必然存在进出口温度差,与蒸汽潜热加热比较自然降低了温差,这对热敏性很高的低温度加热十分不利。热水加热传热系数远低于饱和水蒸汽加热,夹套热水加热结构也较蒸汽加热复杂,不仅增加了设备投资,而且不利于管理。

    由于干燥物料在双锥体中不断翻混旋转,一些晶体微细含水量较多的产品,如核黄素、乙醯螺旋霉素等产品很易在翻混中形成大小不等的球团。一旦产生球团就很难达到完全彻底的干燥了。原则上双锥不适用在干燥中存在结球团的物料。

    双锥是一台驮着加热锅炉(加热夹套)不断旋转着的动态干燥机。大型化(大直径)传统双锥的锥体内胆和夹套外壁的壁厚都很厚,重量很重。锥体内胆一般都是不锈钢材质,而夹套外壁为碳钢。大型双锥(2~10 m )的直径在 1,600~2,600 mm,锥内胆壁厚在8~14 mm,夹套外壁的壁厚更厚。众所周知,不锈钢的热阻比碳钢大5倍,很厚的不锈钢内胆很不利于锥体的传热,降低了双锥的加热干燥效率,驱动很重的内胆自然要增加驱动电动机的功率。双锥的外夹套更厚更重,更增加了驱动电动机的能耗。双锥一年运转时间在几千小时,所以如何正确对待长时间运转的双锥提高效率和节能降耗,在全世界都在积极动员研究节能的新时代,对以往一直被忽视的设备结构和设备材料,很值得我们深入研究讨论.

以下按无GMP要求的双锥进行讨论。

2 双锥的放大
    随着精细化工产品的发展,越来越需要高效率大型化的双锥。一台传统大型双锥,它的庞大身躯外形和它含有的加热面积极不相称,一台5 m 双锥的加热面积仅18 m ,F/V值为3.6 m /m ,而一台10 m 双锥的F/V值进一步下降至2.5 m /m ,用外强中干来形容双锥一点也不为过。
    双锥真空干燥机的放大自然是指热交换面积的放大。所幸锥体内有庞大的空间可以利用,如何利用好此空间是关键。考虑到设备的清洗,热交换元件的表面愈简单愈好。选用薄形空 c,Di~热板,既符合表面光洁易洗又符合紧凑双重要求。以10 m 双锥为例,可以在硕大的锥体空间顺物料流动的方向设薄形内加热板,在留有供清洗和必要的维修空间,如内加热板之间保留110~160 mm间距,一般增加内加热板面积可比原有的锥体加热面积多1.5~3倍,使双锥的F,V值都能提高到0.2 m。小型双锥相似的9.0 m /m 值。特别是内加热板材厚度不到锥体厚度三分之一,换来加热面积成倍增长而热阻大幅度减小,使放大后的双锥干燥效率超过传统双锥的2~3倍以上。设内加热板后10 m 双锥体内结构如图1.

    由图1说明,10 m。锥体的直径 2,600,在600 mm宽的维修通道两侧设由# l~≠}7内加热板各7块,共14块, 内加热板总面积F=56 m , 内加热板厚40 mm,内加热板总体积V=2.2 m ,两内加热板中心距d=200 mm,两内加热板之间的实际问隙为160 mm,已知锥体夹套加热面积F=29.6 m ,所以10 m 双锥加热总面积F=85.6 m , 已知锥体的容积V=12.1 m ,扣除内加热板后的锥体实际容积V=9.9m ,由此知新双锥的F/V值达8.6 m /m ,十分接近小型0.2 in 双锥的9.0 1TI /m 。10 1TI 双锥不加内加热板时的F/V值为2.5 II1 /m ,故增加内加热板后的10 1TI。双锥比不加的F/V值足足提高了3倍以上(如图2所示),如果按F/V值的提高来论,一台新双锥的干燥效率就可抵3台的传统双锥,单每小时驱动电机就可节省60 kW/h左右的电耗。

3 大型双锥增加内加热板对节省不锈钢的比较
    仍以10 m (实际操作容积)为例。10 m 双锥的外形尺寸为 2600 X 3600(总高)。由上述说明双锥体加热夹套面积F=29.6 in ,内加热板总面积F=56 1TI ,如果双锥体的壁厚为14 mill,而内加热板的壁厚为3 mm,则双锥体的不锈钢材重量为3-3 t,而内加热板的不锈钢材重量为1.34 t。由此可知,每平方米双锥体需要111.4 kg不锈钢材,而每平方米内加热板需要的不锈钢材量仅为24 kg,即双锥体每平方米加热面积消耗的不锈钢材量比同样加热面积的内加热板多4.6倍。仅从现有大型传统双锥拥有的加热面积~IE4,,而消耗的不锈钢材量很多这种特殊的情况考虑,锥体内空洞无物,既有条件增加内加热板,也十分需要增加内加热板,以抵消锥体壁厚带来的负面影响。

4 内加热板的结构加强
    常规空心薄形内加热板必需作塞焊加强措施,因内加热板壁厚仅2~3 mm,空心加热板的双面都需要打孔,薄板上很难严格按焊接规范加工坡口,特别是有药品GMP要求的加热板在焊接后必需再磨平抛光,故在许许多多的塞焊点中存在微细的薄弱环节,就会在日后的生产操作中突发因局部破裂引发整个加热板的爆破。传统薄板塞焊加强结构很易留下这种隐患。

   我们深刻吸取教训,在新的双锥内加热板加强结构上采用铰接式无损焊接加强技术,内加热板双面母板上不再打孔,从而避免打孔塞焊操作所带来的弊病,消除了双锥放大时必不可少的内加热板加工的实际难题。

5 双锥的低温( 100℃)热源问题
    双锥干燥热敏性产品时,传统双锥都采用热水加热方法。热水加热不仅需要热水槽、热水泵和管道一整套累赘,因热水显热给热,进出口必定存在温度差,热水出口处温度低自然加热干燥效果大大低于热水进口处,故热水加热的温度差十分不利于干燥。

    大型化后的双锥如果仍采用热水加热,因干燥设备负荷大幅度提高而需要的热负荷也大幅度增加,热水加热系统的一套累赘也如法炮制,既增加了很多设备投资,同样也给干燥设备效率带来很多不利。但如果采用饱和水蒸汽作热源,只要严格控制好双锥加热夹套内的温度或压力,保证温度或压力符合加热温度要求的饱和水蒸汽物理参数,保证能及时地将夹套内的蒸汽凝水抽出。就能用 0.2 MPa的饱和水蒸汽直接作双锥的低温加热的热源。当然大型化双锥夹套内空间较大,刚开车时夹套内(特别是内加热板内)存有很多的惰性气体必须排出干净,否则会严重影响正常工作操作,最好的方法是抽真空,然后再加入饱和水蒸汽。

6 研究减薄大型化双锥的设备壁厚问题
    当今世界都在考虑节能减排,上至飞机下至火车汽车,都在结构上想方设法减轻减薄。联想到双锥背负着一个大锅炉(加热夹套),似乎也有必要从节能减排,节省不锈钢和提高加热干燥效率等多方面进行研究,在干燥技术领域一定也能做出我们的贡献。

7 结束语
    随着化T和精细化工生产大型化,需要很多大型化双锥真空干燥机,由于双锥结构大型化没跟上时代步伐,给生产使用带来许多问题。我们的工业生产的产值和能耗的比例远远高于日本等发达国家,忽视众多设备的效率、特别是存在不以设备的性价比,而以设备的重量来论价的误区,双锥真空干燥设备可能是这方面的典型。