Entwicklung und Anwendung einer multifunktionalen Zylinder-Kegel-Reaktions-, Filtrations- und Trocknungsmaschine

Bei der Nachbehandlung von Pharmazeutika, Pestiziden, Sprengstoffen, Farbstoffen, Pigmenten und anderen Feinchemikalien kommen häufig Verfahrensschritte wie Filtration, Waschen und Trocknen zum Einsatz. Diese Verfahrensschritte werden üblicherweise durch Anlagen wie Zentrifugalfilter, Waschtanks und Trockner realisiert. Die Anlagen arbeiten unabhängig voneinander und werden über Rohrleitungen oder andere Transportwege transportiert. Werden mehrere Anlagen zu einem System aus großen Geräten verbunden, entstehen lange Prozesszeiten, die Effizienz ist gering und der Produktionsprozess lässt sich nur schwer anpassen. Bei Suspensionen mit hohem Feststoffgehalt setzen sich Feststoffe häufig an den Wänden ab und verstopfen die Rohrleitungen, was die Produktion erheblich beeinträchtigt. Offene Produktionsanlagen ermöglichen zwar eine einfachere Behebung von Verstopfungsproblemen, erfüllen jedoch nur schwer die regulatorischen Anforderungen für Arzneimittel, Lebensmittel, Biologika usw. und bergen weiterhin potenzielle Sicherheitsrisiken für brennbare, explosive, toxische oder hochtoxische Stoffe.

Um die Probleme und Mängel der oben genannten Anlagenkomponenten zu beheben und gleichzeitig den Anforderungen der chemischen Industrie im Hinblick auf hochwertige, wertschöpfungsintensive, vielfältige und kleinvolumige Produktion gerecht zu werden, hat Wuxi ZhangHua Machinery Co., Ltd. umfangreiche Entwicklungsarbeiten durchgeführt und schließlich erfolgreich einen multifunktionalen Zylinder-Kegel-Reaktionsfiltertrockner entwickelt, der Filtration, Waschen und Trocknen integriert. Für diesen wurde ein Patent angemeldet (Patentnummer: ZL201721560677.6). Der Trockner stellt eine deutliche Verbesserung der technischen Leistungsfähigkeit der Anlage dar, von der Konstruktion bis zur Anwendung, und erfüllt die entsprechenden regulatorischen Anforderungen der pharmazeutischen Industrie. Neben den drei Hauptfunktionen Filtration, Waschen und Trocknen bietet die Anlage zahlreiche weitere Funktionen wie Reaktion, Extraktion, Kristallisation, Konzentration, Verdampfung, Mischen und Zerkleinern und zählt somit zu den verbesserten multifunktionalen Anlagen.

Funktionsprinzip der multifunktionalen Zylinderkegel-Reaktionsfilter-Wasch- und Trocknungsmaschine

Die neue Filterwasch- und Trocknungsmaschine verfügt über eine Zylinder-Kegel-Konstruktion. Heizmäntel am Zylinderkörper und am unteren Kegelkörper dienen zum Erhitzen oder Kühlen des Materials. Im Inneren der Multifunktionsmaschine befinden sich Hohlwellen und Hohlwellen mit variablem Winkel und variabler Steigung. Die spiralförmige Rührvorrichtung rührt, rührt und hebt das Material an und befördert es beim Austragen nach außen.

Im unteren Teil des Kegels ist eine konische Filtervorrichtung mit relativ komplexer Struktur installiert, und am Boden des Geräts ist entweder eine speziell konstruierte, totwinkelfreie Schnellöffnungs-Auslassvorrichtung oder ein totwinkelfreies pneumatisches Auslasskugelventil installiert.

In der Reaktionsphase werden die Reaktionsmaterialien von oben zugegeben. Die spezielle Rührstruktur sorgt für eine gleichmäßige Durchmischung der Materialien in der Maschine. Gleichzeitig werden die Materialien durch Zylindermantel, Kegelmantel, Hohlwelle und Hohlspiralrührer erhitzt oder gekühlt, wodurch eine vollständige Reaktion in der Maschine gewährleistet wird. In der Filtrationsphase kann die Maschine das Material durch Druckbeaufschlagung oder Vakuum filtrieren und trocknen. Anschließend wird Waschflüssigkeit zugegeben, sodass das Material in der Maschine automatisch mehrmals aufgeschlossen und gewaschen wird. Nach Erfüllung der Waschanforderungen wird es trocken gepresst.

In der Trocknungsphase erhitzen der Zylindermantel, der Kegelmantel, die Hohlwelle und das Hohlband das Material gleichzeitig und evakuieren es von oben, wodurch eine vakuumdichte und Niedertemperaturtrocknung des Materials erfolgt. Nach der Trocknung wird das Material automatisch versiegelt und ausgetragen.

Prozessablauf einer multifunktionalen Trommel-Kegel-Reaktionsfilter-Wasch- und Trocknungsanlage

1. Rührreaktion

Das zu reagierende Material (fest-flüssig, flüssig-flüssig oder gasförmig-flüssig) wird über die Einfüllöffnung an der Oberseite des Geräts zugeführt. Anschließend werden Motor und Getriebe gestartet und die Hohlwelle sowie das Hohlband im Uhrzeigersinn (von oben betrachtet) in Rotation versetzt. Die spezielle Rührstruktur gewährleistet eine vollständige Durchmischung und Reaktion des Materials. Soll das Material während der Reaktion erwärmt oder gekühlt werden, kann Wärmeträgermedium oder Kältemittel in den Zylinder, den Konusmantel sowie in die Hohlwelle und das Hohlspiralband eingeleitet werden.

Das Heiz- oder Kühlmedium kann kontinuierlich umgewälzt werden, um das Material vollständig zu erhitzen oder abzukühlen und so die für die Reaktion erforderlichen Prozessbedingungen zu erreichen.

Nach Abschluss der Reaktion wird der Auslass des unteren Filtrats geöffnet, Druckluft oder Stickstoff in das Gerät geleitet und das reagierte Fest-Flüssig-Gemisch unter Druck filtriert, bis das Material in der Maschine getrocknet ist. Alternativ kann am Filtratauslass auch ein Vakuum angelegt werden, um das Material vakuumzufiltrieren, bis das Filtrat vollständig abgelaufen ist.

Beim Filtrationsprozess drehen sich die Hohlwelle und das Hohlförderband im Uhrzeigersinn (von oben betrachtet), um das Material anzuheben. Das Hohlförderband begrenzt dabei die Dicke der Filterkuchenschicht, sodass das Material in einem dünnen Filterkuchen vorliegt. Dies erhöht die Filtrationsrate. Leicht filtrierbare Materialien benötigen kein Rühren und werden direkt bis zur Trockenheit filtriert.

Nach dem Herausfiltern einiger Materialien müssen diese mehrmals gewaschen werden.

Die multifunktionale Reaktions-, Filtrations- und Trocknungsmaschine eignet sich ideal für die wiederholte Materialwäsche. Nachdem das Material in der Maschine trocken gepresst wurde, wird die Waschflüssigkeit über den oberen Einlauf zugeführt. Anschließend wird der Filterkuchen durch Rühren mittels Hohlwelle und Hohlband gleichmäßig aufgeschlossen und nach dem Aufschluss erneut trocken gepresst. Reicht ein Waschgang nicht aus, kann er mehrmals wiederholt werden. Die oben genannten Schritte lassen sich dabei beliebig oft wiederholen. Die Bedienung ist sehr komfortabel und der Arbeitsaufwand minimal.

Das Waschen des Materials nach dem oben beschriebenen Verfahren wird als Chargenwaschverfahren bezeichnet. Da das Material zunächst trockengepresst und anschließend mit Waschflüssigkeit gewaschen wird, wird trotz des etwas häufigeren Öffnens und Schließens der Ventile während des Betriebs weniger Waschflüssigkeit verbraucht. Die Maschine kann das Material auch kontinuierlich waschen, d. h. die Waschflüssigkeit wird kontinuierlich mittels einer Pumpe oder anderer Verfahren zugeführt und durch den Druck der Waschflüssigkeit filtriert, während die Hohlwelle und das Hohlband kontinuierlich gerührt werden. Das Filtrat wird so lange über den Filtratauslass abgeführt, bis die Waschanforderungen erfüllt sind. Der Filterkuchen wird abschließend trockengepresst.

Bei dieser kontinuierlichen Waschmethode wird im Allgemeinen mehr Waschmittel verbraucht als bei der intermittierenden Waschmethode, sie ist jedoch bequemer in der Handhabung.

Der filtrierte bzw. gewaschene, filtrierte und getrocknete Filterkuchen verbleibt in der Maschine. Das Heizmedium wird nun durch den Zylindermantel, den Konusmantel, die Hohlwelle und das Hohlschneckenband geleitet, um das Material zu erhitzen. Gleichzeitig rotieren Hohlwelle und Hohlschnecke im Uhrzeigersinn (von oben betrachtet), um das Material anzuheben und gründlich zu durchmischen. Parallel dazu wird von oben ein Vakuum erzeugt, das die Trocknung des Materials im Inneren der Maschine unter Vakuumbedingungen ermöglicht. Da Hohlwelle und Hohlschnecke zusätzlich zur Mantelheizung von innen erhitzt werden und die Trocknung unter Vakuum erfolgt, ist die Trocknungseffizienz sehr hoch.

Nach dem Trocknen wird die Schnellverschluss-Auslassöffnung am unteren Teil des Geräts geöffnet. Anschließend drehen sich die Hohlwelle und das Hohlband gegen den Uhrzeigersinn (von oben betrachtet). Das getrocknete Material wird dadurch automatisch zur Auslassöffnung befördert. Damit sind die Reaktions-, Filtrations-, Wasch- und Trocknungsprozesse für eine Materialcharge abgeschlossen.

Leistungsvorteile der multifunktionalen Trommel-Kegel-Reaktionsfilter-Wasch- und Trocknungsmaschine

Aus dem tatsächlichen Betrieb und der Anwendung der multifunktionalen Trommelkonus-Anlage zur Verarbeitung verschiedener Materialien geht hervor, dass der kontinuierliche Trommelkonus-Filtertrockner viele Vorteile bietet. Die wichtigsten Leistungsmerkmale sind folgende:

1. Eine Maschine ist vielseitig einsetzbar und kann verschiedene Arbeitsgänge wie Reaktion, Extraktion, Filtration, wiederholte Filtration, Waschen und Trocknen in einer Maschine durchführen, und das fertige Produkt kann direkt gewonnen werden.

2. Die Bedienung ist flexibel, und der Betriebszyklus kann durch Anpassen der Filterdruckdifferenz, der Drehzahl, der Schneckenextrusionssteigung usw. angepasst werden, um sich so an die sich ändernden Prozessbedingungen anzupassen.

3. Die Maschine kann unter Bedingungen ohne Filterkuchenbildung einen sehr dünnen Filterkuchen auf der Oberfläche des Filtermediums oder Filters erzeugen. Die Filtrationsrate pro Filtrationsfläche ist sehr hoch, wodurch die Anlage klein und kompakt ist.

4. Das vollständig geschlossene System bietet eine sehr gute Betriebsumgebung und eignet sich besonders für den Umgang mit giftigen, entzündlichen, explosiven Gefahrstoffen sowie mit köstlichen Lebensmitteln, biologischen Produkten und Arzneimitteln, bei denen keine Verschmutzung zulässig ist.

5. Es kann konzentriert und filtriert werden. Insbesondere wenn das Material gewaschen werden muss, kann es zunächst konzentriert, im Suspensionszustand gründlich gewaschen und anschließend pressfiltriert werden. Dies reduziert den Materialaufwand, minimiert Abfall und macht ein erneutes Aufschließen während des Waschvorgangs überflüssig. Die Produktqualität ist sehr hoch.

6. Es kann für drei Arbeitsgänge – Reaktion, Filtration und Trocknung – eingesetzt werden, sodass die Funktionen der drei Einzelgeräte auf diesem einen Gerät vereint werden können. Dadurch werden die Gerätekosten, der Platzbedarf, der Arbeitsaufwand, der Energieverbrauch usw. erheblich reduziert.

7. Der Stromverbrauch dieser Maschine ist gering, und der extrudierte Filterkuchen hat im Allgemeinen einen geringeren Wassergehalt als die flache Drei-in-Eins-Maschine. Außerdem ist die Bedienung bequem.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Trommel-Kegel-Reaktionsfiltertrockner derzeit ein relativ fortschrittliches multifunktionales Filtergerät darstellt. Seine einzigartigen Vorteile werden sicherlich in der chemischen Industrie, der Medizin, der Lebensmittelindustrie, der Metallurgie, der Textilindustrie und anderen Bereichen breite Anwendung finden.

Technische Verbesserung der multifunktionalen zylindrischen Kegelreaktionsfiltrations-Wasch- und Trocknungsmaschine

1. Verbesserung der Struktur des Rührbandes

Das Rührband ist die Kernkomponente des Trommel-Kegel-Reaktionsfiltertrockners, und seine Struktur und Rührwirkung beeinflussen direkt die Leistung der gesamten Maschine.

Das Rührband muss während der Reaktionsphase eine gründliche Durchmischung der verschiedenen Reaktionsmaterialien (flüssig-flüssig, flüssig-fest oder gasförmig-flüssig) gewährleisten, um eine vollständige Umsetzung sicherzustellen. Während der Filterwaschphase muss das Rührband ein gleichmäßiges Rühren von Suspensionen oder Filterkuchen unterschiedlicher Konzentrationen gewährleisten. In der Trocknungsphase muss das Rührband den Filterkuchen so lange durchrühren, bis ein trockenes, pulverförmiges Material entsteht.

Daher muss das Rührband in der Lage sein, verschiedene Materialien unterschiedlicher Konsistenz zu rühren – von flüssig bis schlammig, von schlammig bis Filterkuchen und von Filterkuchen bis zu trockenem Pulver. Ist das Rührband nicht optimal konstruiert, kann es in einem der genannten Schritte zu Problemen kommen, was die Leistung der gesamten Maschine beeinträchtigt.

Aus diesem Grund haben wir umfangreiche Forschungsarbeiten zu wichtigen Aspekten wie Kegelwinkel, Steigung, Bandbreite, Festigkeit sowie Winkel, Richtung und Festigkeit der Stützstange des Rührbandes durchgeführt und schließlich sehr gute Ergebnisse erzielt. Die wichtigsten Leistungsmerkmale sind:

① Die axiale Hebebewegung des Mischbandes zum Material

Wir haben wichtige Forschungsarbeiten und Verbesserungen an der Steigung und Breite des Rührbandes durchgeführt, sodass das Material beim Rühren vom unteren Teil entlang der Wand des zylinderkonischen Gehäuses nach oben befördert wird. Nachdem es in den oberen Teil befördert wurde, ändert sich der Winkel des oberen Bandes, sodass das Material in den zentralen Bereich entladen wird, von dort zum Boden des unteren Kegels fällt und von dort entlang der Gehäusewand wieder nach oben befördert wird. Dadurch zirkuliert das Material kontinuierlich und erzeugt einen großen axialen Materialfluss in der Maschine.

② Die Rührbandvorrichtung bewirkt, dass sich das Material radial bewegt

Das Rührband ist über zahlreiche Stützbalken mit der Rührwelle verbunden. Diese Stützbalken sind wie die Laufräder von Kreiselpumpen konstruiert, sodass sie während des Rührvorgangs eine Zentrifugalkraft auf das Material ausüben und dieses dadurch kontinuierlich in Richtung des Gerätegehäuses fließt.

Die Bewegung erfolgt an den Rand der Anlage, wobei das Material durch das Förderband zur axialen Zirkulation angehoben wird.

③ Umfangsbewegung des Materials durch das Rührbandgerät

Das Rührbandgerät bewirkt nicht nur eine radiale und axiale Bewegung des Materials, sondern auch eine kreisförmige Bewegung entlang des Umfangs. Ergebnis der Umfangsrührung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Rührbewegung des Materials in der Maschine eine dreifache Verbundbewegung aus axialer, radialer und tangentialer Bewegung darstellt und eine hervorragende Rühr- und Mischwirkung erzielt. Dieses Prinzip wurde bei der Herstellung eines vertikalen Trommel-Kegel-Mischers angewendet. Bei höheren Drehzahlen (über 80 U/min) wird das Material in der Maschine so lange gerührt, bis es vollständig suspendiert ist und aufwirbelt. Dadurch lassen sich Probleme der Doppelhelix-Mischung lösen, die mit herkömmlichen Mischern wie Kegelmischern, Doppelkegel-Rotationsmischern und Coulter-Mischern nicht bewältigt werden können.

Da der Trommel-Kegel-Reaktionsfiltertrockner mit einer Filtervorrichtung im Kegelteil ausgestattet ist, wird dieser Teil zwar vom Außenmantel erwärmt, die Wärmeübertragungswirkung ist jedoch relativ gering.

Um den thermischen Wirkungsgrad der gesamten Maschine zu verbessern, haben wir die Hohlwelle und die Hohlkonstruktion entwickelt.

Das Material wird erhitzt. Bei der Konstruktion der Hohlwellen- und Hohlband-Heizstruktur konzentrierten wir uns auf die Lösung der folgenden beiden Probleme:

Zunächst muss sichergestellt werden, dass das Hohlband in der Maschine eine große Wärmeübertragungsfläche aufweist. Denn je kleiner der Durchmesser, desto kleiner der Steigungswinkel des Bandes, desto mehr Windungen vom unteren zum oberen Ende und desto größer die Heizfläche des Bandes.

Die Steigung des Förderbandes sollte nicht zu gering sein, da sonst der Steigungswinkel zu klein wird und sich Material leicht auf der Oberseite des Förderbandes ablagert. Dies beeinträchtigt die Mischwirkung und den Abtransport. Spiralförderbänder weisen zwar eine große Steigung und einen großen Steigungswinkel auf, wodurch sich zwar kein Material ablagert, jedoch die Anzahl der Windungen und somit die Wärmeübertragungsfläche gering ist. Um diese Probleme zu lösen, verwenden wir die Methode des Mehrkopf-Spiralbandes. Dieses wird in die gleiche Richtung gewickelt, wodurch sowohl das Problem der Steigung und des Steigungswinkels als auch das Problem der Wärmeübertragungsfläche gelöst wird.

Zweitens wurde das Zirkulationsproblem des Wärmeträgermediums in der Hohlwelle und im Hohlspiralband gelöst. Zirkuliert das Wärmeträgermedium nicht optimal, kühlt das Material schnell ab, was den normalen Betriebsprozess beeinträchtigt. Daher haben wir umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt. Unter Gewährleistung der kontinuierlichen Rotation von Hohlwelle und Hohlspiralband tritt das Wärmeträgermedium von oben ein und nach Durchlaufen aller Hohlwellen und Hohlspiralbänder wieder aus. Durch den separaten Ein- und Austritt über zwei voneinander unabhängige Kanäle wird eine vollständige Zirkulation des Wärmeträgermediums in der Maschine ermöglicht und die Trocknungseffizienz deutlich gesteigert.

3. Verarbeitungs- und Herstellungsverfahren für perforierte Maschenplatten und Filtersintergewebe ohne Verformung oder Rissbildung

Obwohl verschiedene Hersteller mehrlagige Sinterschablonen als Filtersiebe verwenden, unterscheiden sich diese in ihrer spezifischen Struktur. Die Filterplatte der multifunktionalen Zylinder-Kegel-Reaktionsfilter-Wasch- und Trocknungsanlage muss zusammen mit dem Filtersieb und der Filterplatte als Einheit nach bestimmten technischen Anforderungen gefertigt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass sie sich während des Betriebs nicht verformt, nicht reißt und kein Material austritt.

Nur die Filterscheibe mit gemeinsam verarbeitetem Sieb, Platte und Kegel kann sich effektiv an die wechselnden kalten und warmen Betriebsbedingungen im Tank anpassen und gewährleistet, dass sie sich unter keinen Umständen verformt oder ausbeult. Selbst bei zähflüssigem Material verformt oder reißt der Filter beim Drehen des Paddels nicht.

4. Spezielle Gleitringdichtung für Drehgelenk

Um eine optimale Zirkulation des Wärmeträgermediums in der Hohlwelle und dem Hohlspiralband zu gewährleisten, wurde am oberen Ende der Hohlwelle eine spezielle Gleitringdichtung mit Drehgelenk entwickelt. Diese sorgt dafür, dass das Wärmeträgermedium von oben eintritt und alle Hohlwellen und Hohlspiralbänder durchströmt. Der Durchfluss erfolgt über einen separaten Kanal am oberen Ende.

5. Schnell öffnendes Auslassventil ohne Totwinkel

Um einen reibungslosen Betrieb der multifunktionalen Maschine für Reaktion, Filtration und Trocknung mit Kegel-Fass-System zu gewährleisten und eine schnelle, bequeme Entleerung ohne Toträume zu ermöglichen, wurde ein Schnellöffnungsventil mit spezieller Konstruktion entwickelt. Dieses Ventil stützt nicht nur die Hohlwelle, sondern verhindert auch Toträume. Dadurch wird sichergestellt, dass das Material beim Filtrieren vollständig filtriert und beim Trocknen vollständig getrocknet wird und gleichzeitig reibungslos entleert werden kann. Dank des Schnellöffnungsmechanismus ist die Entleerung besonders komfortabel.

Anwendungsgebiet multifunktionaler Trommel-Kegel-Reaktionsfilter-Wasch- und Trocknungsmaschinen

Technischer Parameter

SR Hocheffizienz-Zylinder-Kegel-Filterwasch- und Trocknungsanlage, Multifunktions-Zylinder-Kegel-Reaktionsfilterwasch- und Trocknungsanlage – Qualifikation und Kooperationskunden