帶式真空幹燥器:真空箱式幹燥器:1、冷凝水出口;2、外殼;3、蓋;4、空心加熱板;5、真空接口;6、蒸汽進口帶式真空幹燥器:1、加熱滾筒;2、真空室;3、冷卻滾筒;4、產品出口;5、原料進口;6、不鏽鋼帶;7、輻射加熱器;8、抽真空係統帶式真空幹燥器適用於黏稠漿狀物料幹燥,可以進行連續幹燥操作。但這種幹燥器的生產能力及熱效率均較低,熱效率約在40%以下。
耙式真空幹燥器:耙式真空幹燥器:1、外殼;2、夾套;3、耙式攪拌9.3.3絕熱幹燥設備:如9.3.2節所述,實際上不存在完全的絕熱幹燥過程,但是,如果幹燥器的保溫性能良好,在幹燥器物料進出口範圍內沒有任何熱量輸入,且物料進出幹燥器溫度基本相等的情況下可以近似地認為是絕熱幹燥過程。
氣流幹燥原理及設備:氣流幹燥也稱“瞬間幹燥”,使用熱空氣或惰性氣體吹動濕物料,使濕物料隨熱氣流運動,在運動過程中,濕物料在熱空氣中懸浮翻滾,濕氣快速蒸發,達到迅速幹燥的目的。工業中常用的氣流幹燥器有兩種:一種是長管式氣流幹燥器;另一種是旋風式氣流幹燥器。
(1)長管式氣流幹燥器:在長管式氣流幹燥器中,熱空氣既是幹燥介質,又起固體輸送作用,其上升速度應大於物料顆粒的自由沉降速度,這樣,物料才能夠以空氣流速和自由沉降速度的差速上升。鼓風機產生熱空氣氣流,它的位置可以設在頭部、中部或尾部,其對應的幹燥過程分為正壓操作、負壓操作、先正壓後負壓3種類型。
長管式氣流幹燥器:1、空氣過濾;2、預熱器;3、幹燥管;4、加料鬥;5、螺旋加料器;6、旋風分離器;7、風機;8、鎖氣器;9、產品出口用長管式氣流幹燥器進行幹燥的優點如下:①因顆粒在熱氣流中高度分散且不斷翻滾,傳熱傳質表麵積大、速度高、幹燥時間短,一般僅為數秒,幹燥效率高;②氣固兩相並流操作,空氣溫度可取400℃,而物料溫度僅為60~70℃,傳熱動力大;③結構簡單,容易製造;④生產能力大,占地麵積小。
用長管式氣流幹燥器進行幹燥的缺點如下:①幹燥管過長,通常有幾層樓高,安裝、檢修都不方便。
②氣流阻力大,動力消耗大,操作費用高。
③在幹燥過程中,氣固,固固相間發生劇烈摩擦或碰撞,固體顆粒容易破碎。長管式幹燥器比較適用於:粉狀、塊狀、泥狀物料,粒徑0.1~10mm,濕含量10%~40%(四環類抗生素,澱粉)。
④對易粘壁物料、黏稠的物料、對晶形有要求的物料、要求極幹物料不宜選用氣流幹燥器。
(2)旋風式氣流幹燥器:旋風式氣流幹燥器裝置:1、空氣預熱器;2、加料器;3、旋風式幹燥器;4、旋風除塵器;5、儲料鬥;6、鼓風機;7、帶式除塵器由於濕物料是在旋風幹燥器前的風管中加入的,濕物料在加料口至旋風幹燥器入口之間的這段管道內已開始幹燥,因此,物料在進入幹燥器前已有相當數量的濕分被除去。
流幹燥器除去,物料的濕含量已經能滿足要求,然後依次進入旋風分離器和袋式除塵器將幹燥的固體分離收集,氣體則排入大氣。
幹燥器中的各個部件一般用不鏽鋼板製成,內壁要光滑,外部有良好的保溫層,常用石棉泥保溫,厚度約為50mm。
旋風式氣流幹燥器的優點如下:①沒有長管,占據的空間比長管式幹燥器小;②幹燥時間更短(1~1.5s);③設備簡單,製造方便;④連續操作;⑤適應性廣。
缺點是:固體粒子在幹燥器內部磨損嚴重。
無論是長管式氣流幹燥器還是旋風式氣流幹燥器,其操作過程基本相同:首先打開通風,待風速穩定後再打開加熱裝置給氣流加熱,等氣流溫度穩定後再逐漸加入固體。以上次序在操作時須嚴格遵守,否則,可能對幹燥器造成損害,或者帶來不合格產品。例如,如果先加熱後通風,會造成加熱裝置局部溫度過高甚至燒毀加熱器。再比如,如果先加固體再通風,有可能造成風道堵塞,無法通風,在這種情況下,即使加大風量將堵塞的固體吹走,可能導致部分固體幹燥不完全,帶來不合格產品。同樣的道理,氣流幹燥器在停機時也應遵守一定的次序。與開機操作相反,停機時要先停止固體加料,再關閉加熱裝置,最後停風。
噴霧幹燥設備:噴霧幹燥的原理是利用不同的噴霧器,將懸浮液和黏滯的液體噴成霧狀,形成具有較大表麵積的分散微粒同熱空氣發生強烈的熱交換,迅速排除本身的水分,在幾秒至幾十秒內獲得幹燥。成品以粉末狀態沉降於幹燥室底部,連續或間斷地從卸料器排出。
噴霧幹燥器結構:1、溫度計;2、擴散盤;3、視鏡;4、人孔;5、成品收集器導向盤:噴霧幹燥器中關鍵部件是將濃縮液噴成霧滴的噴嘴,也稱霧化器。
常用噴霧器基本形式:1、外套;2、圓板;3、螺旋室;4、小孔;5、噴出口使用噴霧幹燥器幹燥時,熱空氣從頂部進入,經導向盤後呈旋轉狀向下,液固混合物從上部進入霧化器變成霧狀向下降落。在降落的過程中液滴與熱空氣接觸,濕分迅速蒸發,至底部含濕量達到要求,被收集在儲粉器中。氣體則由廢氣口導出,進入後續的氣固分離裝置進一步收集固體產品。後續的氣固分離裝置一般是旋風分離器或袋式捕塵器。
噴霧幹燥器的優點如下:①幹燥速率快,時間短,特別適合熱敏性物料的幹燥;②幹燥後所得產品多為鬆脆的空心顆粒或粉末,溶解性能好;③操作穩定,能實現連續自動化生產,改善了勞動條件;④可由低濃度料液直接獲得幹燥產品,因而省去了蒸發、結晶分離等操作。
缺點是:設備體積龐大,基建費用高,熱效率低,能耗大。
流化床幹燥原理及設備:流化床幹燥也稱為沸騰床幹燥。沸騰床幹燥是利用流態化技術,即利用熱的空氣使孔板上的粒狀物料呈流化沸騰狀態,使水分迅速汽化達到幹燥的目的。在幹燥時,使氣流速度與顆粒的沉降速度相等,當壓力降與流動層單位麵積的質量達到平衡時(此時壓力損失變成恒定),粒子就在氣體中呈懸浮狀態,並在流動層中自由地轉動,流動層猶如正在沸騰,這種狀態是比較穩定的流態化。
沸騰床幹燥的特點是傳熱傳質速率高。由於是利用流態化技術,使氣體與固體兩相密切接觸,雖然氣固兩相傳熱係數不大,但由於顆粒度較小,接觸表麵積大,故容積幹燥強度為所有幹燥器中最大的一種,這樣需要的床層體積就大大減少,無論在傳熱、傳質、容積幹燥強度、熱效率等方麵都較氣流幹燥優良。幹燥溫度均勻,控製容易。幹燥、冷卻可連續進行,幹燥與分級可同時進行,有利於連續化和自動化。由於容積幹燥強度較大,所以設備緊湊,占地麵積小,結構簡單,設備生產能力高,而動力消耗少。但是,當連續操作時物料在幹燥器內停留時間不一,幹燥度不夠均勻,對結晶物料有磨損作用。
沸騰床幹燥器有很多形式,常用的具有代表性的有3種:單層圓筒式沸騰床幹燥器,多層沸騰床幹燥器和臥式多室沸騰床幹燥器。
(1)單層圓筒式沸騰床幹燥器:單層圓筒沸騰床幹燥器的優點是結構簡單,生產能力大。缺點是幹燥效果不是很好,適用於間歇生產和處理量大而幹燥要求不嚴格的場合。
(2)多層沸騰床幹燥器:單層圓筒式沸騰床幹燥器:1、沸騰室;2、進料室;3、分布板;4、加熱器;5、風機;6、旋風分離器多層沸騰床幹燥器:該幹燥器的缺點是:對溢流管要求較嚴格,既要求物料能定量地均勻落入下層,又要防止熱氣流在溢流管內短路。有時操作不當造成溢流管被堵導致無法下料。
(3)臥式多室沸騰床幹燥器:臥式多室沸騰床幹燥器(4)沸騰床幹燥器使用條件:並不是所有物料都適合使用沸騰床幹燥,選用沸騰床幹燥物料需要考慮以下幾種條件。
①幹燥物料的粒度最好介於30~60μm,粒度太小容易被氣流帶走,太大不易被流化。
②若幾種物料混合幹燥,則要求物料的密度接近;否則,密度小的物料容易被氣流帶走,同時它們的幹燥速率也會受到影響。
③含水量過高且易黏結成團的物料一般不適用。
④對產品外觀要求嚴格的物料一般不適用。
絕熱幹燥設備的操作和注意事項:絕熱幹燥設備大部分是通過各種形式的氣固接觸使固體中的水分迅速蒸發達到幹燥目的,因此,絕熱設備的操作首先涉及熱氣體和濕物料。
一般情況下,在幹燥開始時,應首先開通氣體,然後開通熱源預熱,調節氣體到要求的溫度和速度並穩定後,再逐漸加入固體物料,尤其是對氣流幹燥器和沸騰床幹燥器。這樣做的好處是幹燥係統能夠比較順利地由開始狀態過渡到穩定狀態。如果先加入固體物料,氣體在開始通入時會遇到很大阻力,不能盡快進入穩定狀態。
同樣的道理,在幹燥結束時,應當首先停止固體物料的加入,然後,用氣流將幹燥器內剩餘物料吹出,再關閉熱源,停止鼓風。
不管何種設備,在操作時首先確保安全操作,牢記各種安全注意事項。在此基礎上,絕熱幹燥設備的操作還應注意以下事項:①注意觀察風壓和風溫。絕熱幹燥中,熱氣流起著關鍵作用,風壓和風溫的任何不正常變化都有可能導致幹燥失敗甚至出現事故。風溫過高可能烤糊物料,尤其對熱敏產品更應當注意。同樣,風壓過高可能將大量產品吹向固體物料出口,引起堵塞。
②固體物料加料要均勻,防止斷斷續續。這樣做的目的是維持一個穩定的工作狀態。如果固體物料加入不均勻,將導致幹燥最終產品含水量不均勻,造成產品不合格。加料不均勻也能導致係統局部溫度過高產生糊化現象。
③注意幹燥過程中是否有嚴重的物料粘壁現象,如有,應及時使用設備自帶的清除粘壁工具或者其他辦法進行清除。
④對沸騰床幹燥器,要注意床層壓力波動,正常範圍一般在±30%左右,超過這個範圍應及時檢查原因。
⑤要經常用儀器或其他聽音裝置檢查設備內氣體和顆粒流動聲音,注意幹燥器內部情況。如果出現設備和支架明顯晃動時,應及時查出原因。
⑥各種設備有其特殊的操作要求,同一種設備幹燥不同的物料操作也不盡相同,因此,在掌握基本原理的同時,應牢記工廠內對各種設備的工藝和操作條件,熟讀設備使用說明書。
冷凍幹燥及其他幹燥設備:冷凍幹燥原理及設備:冷凍幹燥就是把含有大量水分物質,預先進行降溫凍結成固體,然後在真空的條件下使水蒸氣直接升華出來,而物質本身則留在凍結時的冰架中,因此,幹燥後體積不變,疏鬆多孔,在升華時要吸收熱量,引起產品本身溫度的下降而減慢升華速度,為了增加升華速度,縮短幹燥時間,必須要對產品進行適當加熱。整個幹燥是在較低的溫度下進行的。
蒸汽壓縮製冷流程圖:1、膨脹閥;2、蒸發器;3、壓縮機;4、冷凝器冷凍幹燥設備大致由4個部分組成,即冷凍部分、真空部分、水汽去除部分和加熱部分,下麵逐一進行介紹。
(1)冷凍部分:真空冷凍幹燥中冷凍及水汽的冷凝都離不開冷凍的過程。
整個過程分為壓縮、冷凝、膨脹和蒸發4個階段。液態的冷凍劑經過膨脹閥後,壓力急劇下降,因此進入蒸發器後急劇吸熱汽化,使蒸發器周圍空間溫度降低,蒸發後的冷凍劑氣體被壓縮機壓縮,使之壓力增大,溫度升高,被壓縮後的冷凍劑氣體經過冷凝後又重新變為液態冷凍劑,在此過程中釋放熱量,由冷凝器中的水或空氣帶走。這樣,冷凍劑便在係統中完成一個冷凍循環。
(2)真空部分:冷凍幹燥時幹燥箱內的壓力應為凍結物料飽和蒸汽壓的1/14~1/12,一般情況下,幹燥箱內的絕對壓力為13~1.3Pa,質量較好的機械泵可達到最高真空約為0.13Pa。在實際操作中,可在高真空泵出口串聯一組粗真空泵以提高真空度,也可采用多級蒸汽噴射泵。使用多級蒸汽噴射泵可直接排出從物料中揮發的濕氣,不需要冷凝器,但是噴射泵工作不穩定,耗能大,噪聲高。
(3)水汽去除部分:冷凍幹燥中凍結物料升華的水汽,主要是用冷凝法去除。所采用的冷凝器有列管式、螺旋管式或內有旋轉刮刀的夾套冷凝器,冷卻介質可以是低溫的空氣或乙醇,最好是用冷凍劑直接膨脹製冷,其溫度應該低於升華溫度(一般應比升華溫度低20℃),否則水汽不能被冷卻。冷卻介質應在冷凝器的管程或夾套內流動,水汽則在管外或夾套內壁凍結為霜。帶有刮刀的夾套冷凝器可連續把霜除去。一般冷凝器則不能,故在操作過程中霜的厚度不斷增加,最後使水汽的去除困難。因此,冷凍幹燥設備的最大生產能力往往由冷凝器的最大負霜量來決定,一般要求霜的厚度不超過6mm,冷凝器還常附有熱風裝置,以作幹燥完畢後化霜之用。