Características y desventajas de los equipos de secado al vacío de doble cono

1 Descripción general

El secador de vacío de doble cono (en adelante, "doble cono") es un secador dinámico de calentamiento indirecto al vacío con una larga trayectoria, que ahorra energía. Su cono de vacío se mueve 360° mediante un mecanismo de accionamiento. La rotación promueve la mezcla de materiales en el cono y el calentamiento por contacto con su superficie. La mezcla continua de materiales produce un efecto autolimpiante en la superficie. La diferencia de temperatura también es muy beneficiosa para el secado a baja temperatura de muchos materiales sensibles al calor.

El doble cono funciona al vacío sin la intervención de otros gases inertes, lo que facilita la evaporación y el secado de materiales que contienen diversos disolventes orgánicos, así como la recuperación de disolventes con una alta tasa de recuperación. La forma estructural del doble cono facilita la descarga limpia y rápida del material seco, una ventaja operativa incomparable con cualquier otro tipo de secador.

El cono doble es ideal para secar diversos materiales sueltos sin paredes pegajosas. Gracias a que el filtro de gases de escape está instalado en el tubo de succión de vacío dentro del cono, se reduce la pérdida de polvo del producto arrastrado por los gases de escape y se obtiene un alto rendimiento de secado.

Permite la alimentación y descarga simultáneas de forma cerrada, evitando la contaminación operativa y la formación de polvo que contamina el medio ambiente durante la descarga. La eficiencia del secado dinámico de doble cono es mucho mayor que la de varios secadores de disco.

Sin embargo, el secado de doble cono también presenta algunas deficiencias. En primer lugar, solo es adecuado para el secado intermitente.

Debido al uso de sellos de vacío mecánicos de fricción, es imposible evitar el desgaste y la acumulación de partículas extrañas en el sello durante la fricción en seco. Si se produce una fuga de vacío, el desgaste y las partículas extrañas del sello deben ser absorbidas por el doble cono y mezcladas con el producto que se está secando. Si el producto es un medicamento, este se contaminará, convirtiendo un buen medicamento en uno malo y perjudicando la salud de las personas.

El cono doble es un secador de calentamiento con camisa. Si se considera una esfera, al ampliar el tamaño del secador, su área de calentamiento F (m) se expandirá en proporción directa al cuadrado del diámetro de la esfera D (mm), mientras que el volumen V (m) de la esfera se expandirá proporcionalmente al cubo del diámetro D (mm). Por lo tanto, cuando el cono doble se expande de un diámetro pequeño a uno grande, su área de calentamiento es mucho menor que su expansión de volumen.

Como resultado, la relación entre el área de calentamiento del bicono F(rfl) y su volumen V(m) se desequilibra con la expansión del diámetro D (iTlm), lo que resulta en que el valor F/V del bicono pequeño sea mucho mayor que el del bicono grande. Por ejemplo, el valor F/V de un cono doble de 5 m es aproximadamente la mitad menor que el de un cono doble de 0,3 m (aproximadamente 3,6 m/m). Cuando el volumen del cono doble se expande a 10 m, su valor F/V disminuye a 2,5 m/m.

Como sugiere su nombre, el equipo de secado al vacío de doble cono se utiliza para calentar y secar, y su función principal debe reflejarse en la eficiencia de calentamiento y secado o en el tamaño del área de intercambio de calor.

En términos relativos, su volumen es secundario. Sin embargo, actualmente, casi todas las muestras de productos de secadores de doble cono utilizan el volumen para identificar las especificaciones de los conos dobles. Hasta cierto punto, los fabricantes de secadores de doble cono engañan a los usuarios, intencional o involuntariamente, ya que muchos no se dan cuenta de que existe una variación regular de F/V cuando se produce la magnificación bicónica.

Se suele malinterpretar que los biconos de gran y pequeño volumen tienen eficiencias de secado similares. Con frecuencia, al comprar un cono doble de gran tamaño, se descubre que su eficiencia de secado es mucho menor que la obtenida con el cono doble de pequeño tamaño, según las pruebas realizadas en la planta de secado. Dado que la eficiencia de secado se ha duplicado y no alcanza el rendimiento deseado, es necesario comprar otro cono doble de gran tamaño.

No sólo aumentó la inversión y aumentó el terreno de la planta, sino que también retrasó el plan de producción.

La temperatura de secado de muchos productos sensibles al calor es inferior a 100 °C, y muchos de ellos aún se secan. El agua caliente a 100 °C se utiliza como fuente de calor, por lo que requiere instalaciones auxiliares como un calentador de agua, una bomba de agua caliente y una tubería de agua caliente. El calentamiento sensible del agua caliente requiere una diferencia de temperatura entre la entrada y la salida, lo que reduce naturalmente la diferencia de temperatura en comparación con el calentamiento por calor latente con vapor, lo cual es muy desfavorable para el calentamiento a baja temperatura con alta sensibilidad al calor.

El coeficiente de transferencia de calor del calentamiento de agua caliente es mucho menor que el del calentamiento con vapor saturado, y la estructura del calentamiento de agua caliente con camisa también es más complicada que la del calentamiento con vapor, lo que no solo aumenta la inversión en equipos, sino que tampoco es propicio para la gestión.

Debido a la mezcla y rotación continuas del material seco en el doble cono, algunos productos con cristales finos y alto contenido de agua, como la riboflavina, la acetilspiramicina y otros, pueden formar fácilmente gránulos de diferentes tamaños durante el proceso de mezcla. Una vez formados los gránulos, es difícil lograr un secado completo.

En principio, los conos dobles no son adecuados para materiales que tienen pellets en el proceso de secado.

El secador de doble cono es un secador dinámico en rotación constante con una caldera de calentamiento (camisa de calentamiento). El revestimiento cónico tradicional de doble cono, de gran tamaño (diámetro), y el espesor de la pared exterior de la camisa son gruesos y pesados.

El tanque interior del cono generalmente está hecho de acero inoxidable, mientras que la pared exterior de la camisa es de acero al carbono. El diámetro del cono doble grande (2-10 m) es de 1600-2600 mm, el espesor de la pared del tanque interior del cono es de 8-14 mm y el espesor de la pared exterior de la camisa es mayor. Como es sabido, la resistencia térmica del acero inoxidable es cinco veces mayor que la del acero al carbono. Un revestimiento grueso de acero inoxidable no favorece la transferencia de calor del cono, lo que reduce la eficiencia de calentamiento y secado del cono doble. El accionamiento de un revestimiento pesado aumenta naturalmente la potencia del motor de accionamiento.

La cubierta exterior del cono doble es más gruesa y pesada, lo que aumenta el consumo energético del motor. El cono doble funciona miles de horas al año, por lo que la forma correcta de gestionar su funcionamiento a largo plazo para ahorrar energía y reducir el consumo es un tema que se está investigando activamente en todo el mundo en la nueva era de la conservación de energía. En cuanto a la estructura y los materiales de los equipos, que se han descuidado en el pasado, merece un estudio y análisis a fondo.

La siguiente discusión se basa en conos dobles sin requisitos de GMP.

2 Ampliación del bicono

Con el desarrollo de productos químicos finos, existe una creciente necesidad de un cono doble con eficiencia mejorada y gran tamaño.

Un cono doble tradicional a gran escala, su enorme forma corporal no es proporcional a la superficie de calentamiento que contiene, el área de calentamiento de un cono doble de 5 m es de solo 18 m y el valor F/V es de 3,6 m/m, mientras que el valor F/V del cono doble de 10 m se ha reducido aún más a 2,5 m/m, y no es una exageración describir el cono doble como fuerte por fuera y seco por dentro.

La ampliación del secador de vacío de doble cono se refiere, naturalmente, a la ampliación del área de intercambio de calor. Afortunadamente, el cono cuenta con un amplio espacio aprovechable, y la clave está en aprovecharlo al máximo.

Considerando la limpieza del equipo, cuanto más simple sea la superficie del elemento intercambiador de calor, mejor. Se seleccionó la placa calefactora c,Di~ hueca y delgada, que cumple con los requisitos de superficie lisa, fácil limpieza y compacidad. Tomando como ejemplo el cono doble de 10 m, se puede instalar una placa calefactora interna delgada en el amplio espacio del cono a lo largo de la dirección del flujo de material, dejando espacio para la limpieza y el mantenimiento necesarios, como mantener una distancia de 110-160 mm entre las placas calefactoras internas. Generalmente, al aumentar el área de la placa calefactora interna, se puede alcanzar de 1,5 a 3 veces el área de calentamiento del cono original, de modo que los valores F y V del cono doble se pueden aumentar a 0,2 m.

Un valor similar de 9,0 m/m para el bicono pequeño. En particular, el espesor de la placa calefactora interna es inferior a un tercio del espesor del cono, lo que duplica el área de calentamiento y reduce considerablemente la resistencia térmica, lo que resulta en una eficiencia de secado de más del doble o triple superior a la del cono doble tradicional. La estructura interna del cono doble de 10 m, una vez instalada la placa calefactora interna, se muestra en la Figura 1.

Ilustrado en la Figura 1, 10 m.

El diámetro del cono es de 2600 mm. A ambos lados del canal de mantenimiento, de 600 mm de ancho, se encuentran 7 placas calefactoras internas, de 1 a 7 mm, un total de 14. El área total de la placa calefactora interior es F = 56 m, y el espesor de la placa calefactora interior es de 40 mm, el volumen total de la placa calefactora interior V = 2,2 m, la distancia entre los centros de las dos placas calefactoras interiores d = 200 mm, el espacio real entre las dos placas calefactoras interiores es de 160 mm, y el área de calentamiento de la camisa del cono se conoce como F = 29,6 m, por lo que el área de calentamiento total de 10 m de conos dobles es F = 85,6 m, se sabe que el volumen del cono es V = 12,1 m, el volumen real del cono después de deducir la placa calefactora interior es V = 9,9 m, por Se sabe que el valor F/V del nuevo bicono alcanza los 8,6 m/m, que está muy cerca del 9,0 1TI/m del pequeño bicono de 0,2 pulgadas. El valor F/V del cono doble de 10 1TI sin la placa calefactora interna es de 2,5 II¹/m, lo que equivale al valor de 10 1TI después de añadir la placa calefactora interna. El valor F/V del cono doble es más de tres veces superior al del cono sin la placa calefactora interna (como se muestra en la Figura 2). Si se aumenta el valor F/V, la eficiencia de secado de un cono doble nuevo puede igualar la eficiencia de secado tradicional de tres conjuntos. El motor de accionamiento del cono doble puede ahorrar aproximadamente 60 kW/h de consumo de energía por hora.

3 Comparación del ahorro de acero inoxidable añadiendo una placa calefactora interior con un cono doble grande

Tomemos como ejemplo 10 m (volumen operativo real). Las dimensiones totales del cono doble de 10 m son 2600 x 3600 (altura total). Según la descripción anterior, el área de la camisa calefactora del cono doble es F = 29,6 pulgadas, y el área total de la placa calefactora interior es F = 56 1TI. Si el espesor de pared del cono doble es de 14 milímetros y el de la placa calefactora interior es de 3 mm, el acero inoxidable del cono doble pesa entre 3 y 3 toneladas, mientras que el de la placa calefactora interior pesa 1,34 toneladas.

Se puede ver que el doble cono necesita 111,4 kg de acero inoxidable por metro cuadrado, mientras que la cantidad de acero inoxidable requerida para la placa calefactora por metro cuadrado es de solo 24 kg, es decir, la cantidad de acero inoxidable consumida por metro cuadrado de área de calentamiento del doble cono es la misma. El área de calentamiento de la placa calefactora interior es 4,6 veces mayor. Considerando solo el área de calentamiento ~ IE4 del doble cono tradicional a gran escala existente, y el consumo de mucho acero inoxidable, el cono es hueco y vacío, por lo que es posible aumentar la placa calefactora interna, pero también es muy necesario aumentar la placa calefactora interna, para compensar los efectos negativos del espesor de la pared del cono.

4 Refuerzo estructural de la placa calefactora interior

La placa calefactora interna convencional, hueca y delgada, requiere refuerzo mediante soldadura de tapón. Dado que su espesor de pared es de tan solo 2-3 mm, es necesario perforar ambos lados de la placa calefactora hueca. Resulta difícil procesar la ranura en la placa delgada estrictamente según las especificaciones de soldadura, especialmente debido a que la placa calefactora, exigida por las BPM farmacéuticas, debe rectificarse y pulirse después de la soldadura. Por lo tanto, existen pequeñas debilidades en muchas uniones de soldadura de tapón, lo que puede provocar la rotura repentina de toda la placa calefactora debido a grietas locales en futuras operaciones de producción.

La estructura de refuerzo de soldadura con tapón de placa delgada tradicional es fácil de dejar este tipo de peligro oculto.

Hemos aprendido una lección profunda y hemos adoptado la tecnología de refuerzo mediante soldadura no destructiva con bisagras en la nueva estructura de refuerzo de la placa calefactora interna de doble cono. No es necesario perforar la placa base de doble cara de la placa calefactora interna, lo que evita las desventajas de la soldadura de tapón perforado. Elimina la dificultad práctica de procesar la placa calefactora interna, necesaria para la ampliación bicónica.

5 Problema de fuente de calor de baja temperatura (100 °C) del cono doble

Cuando se utiliza el cono doble para secar productos sensibles al calor, el cono doble tradicional adopta el método de calentamiento con agua caliente.

El calentamiento de agua caliente no solo requiere un conjunto complejo de calentadores de agua, bombas y tuberías, sino que, debido al calor sensible del agua caliente, debe existir una diferencia de temperatura entre la entrada y la salida, y el efecto natural de calentamiento y secado en la salida es mucho menor que en la entrada. Esta diferencia de temperatura es muy perjudicial para el secado.

Si el cono doble a gran escala se sigue calentando con agua caliente, la carga térmica requerida también aumentará significativamente debido al aumento sustancial de la carga del equipo de secado. Esto conlleva numerosas desventajas en la eficiencia del equipo de secado. Sin embargo, si se utiliza vapor saturado como fuente de calor, siempre que la temperatura o la presión en la camisa de calentamiento del cono doble se controlen estrictamente para garantizar que cumplan con los parámetros físicos del vapor saturado requeridos por la temperatura de calentamiento, se garantiza que el vapor en la camisa se condense a tiempo. Se bombea agua.

El vapor de agua saturado de 0,2 MPa puede utilizarse directamente como fuente de calor para el calentamiento a baja temperatura del doble cono. Por supuesto, el espacio dentro de la camisa de doble cono a gran escala es amplio, y al arrancar el vehículo, se acumula una gran cantidad de gas inerte en la camisa (especialmente en la placa calefactora interna), que debe descargarse para evitar afectar gravemente el funcionamiento normal. A continuación, se añade vapor de agua saturado.

6. Investigación sobre la reducción del espesor de pared de equipos de doble cono a gran escala.

El mundo actual piensa en el ahorro energético y la reducción de emisiones. Desde aviones hasta trenes y coches, todos intentan reducir el grosor de sus estructuras.

Con reminiscencias de una gran caldera (camisa calefactora) en la parte posterior del doble cono, parece que también es necesario investigar el ahorro energético, la reducción de emisiones, el ahorro de acero inoxidable y la mejora de la eficiencia de calentamiento y secado. Asimismo, debemos contribuir en el campo de la tecnología de secado.

7 Conclusión

Con la producción a gran escala de la industria química fina, se requieren numerosos secadores de vacío de doble cono a gran escala. Debido a que la estructura de doble cono a gran escala no se ha adaptado al ritmo de los nuevos tiempos, ha generado numerosos problemas en la producción y el uso. La relación entre el valor de producción y el consumo energético de nuestra producción industrial es mucho mayor que la de países desarrollados como Japón, sin considerar la eficiencia de muchos equipos, especialmente debido a la idea errónea de que el precio no se basa en la relación calidad-precio, sino en su peso. El equipo de secado al vacío de doble cono es probablemente un ejemplo típico en este sentido.