Développement et application d'une machine multifonctionnelle de réaction, filtration et séchage à cylindre-cône

Dans les procédés de post-traitement des produits pharmaceutiques, pesticides, explosifs, colorants, pigments et autres produits de chimie fine, on rencontre fréquemment des opérations unitaires telles que la filtration, le lavage et le séchage. Ces opérations unitaires sont généralement réalisées à l'aide d'équipements tels que des filtres centrifuges, des cuves de lavage et des séchoirs. Ces équipements fonctionnent indépendamment et sont transportés par canalisations ou autres moyens. L'assemblage de plusieurs unités en un système complexe engendre des procédés longs, peu efficaces et difficiles à ajuster. Pour les suspensions à forte teneur en matières solides, ces dernières adhèrent souvent aux parois et obstruent les canalisations, perturbant ainsi la production. Si la production en circuit ouvert facilite la gestion des problèmes d'obstruction, elle peine à répondre aux exigences réglementaires pour les produits pharmaceutiques, alimentaires, biologiques, etc., et présente des risques potentiels pour la sécurité liés aux substances inflammables, explosives, toxiques ou hautement toxiques.

Afin de pallier les problèmes et les insuffisances des équipements unitaires mentionnés précédemment, et de répondre simultanément à la transformation de l'industrie chimique vers une production de haute qualité, à forte valeur ajoutée, diversifiée et en petites séries, la société Wuxi ZhangHua Machinery Co., Ltd. a mené d'importants travaux de conception et de développement, aboutissant à la mise au point d'un filtre-sécheur à réaction multifonctionnel cylindre-cône intégrant filtration, lavage et séchage. Ce dispositif a fait l'objet d'une demande de brevet (numéro de brevet : ZL201721560677.6), qui a permis une amélioration significative des performances techniques de l'équipement, de sa conception structurelle à son application. Il est conforme aux exigences réglementaires de l'industrie pharmaceutique. Cet équipement remplit trois fonctions principales (filtration, lavage et séchage) et intègre également de nombreuses autres fonctions telles que la réaction, l'extraction, la cristallisation, la concentration, l'évaporation, le mélange et le broyage, ce qui en fait un équipement multifonctionnel de pointe.

Principe de fonctionnement d'une machine multifonctionnelle de lavage et de séchage par filtre à réaction cylindrique conique

La nouvelle machine de lavage et de séchage de filtres possède une structure en forme de cône cylindrique. Des chemises chauffantes sur le corps du cylindre et la partie inférieure du cône permettent de chauffer ou de refroidir les matériaux. La machine multifonctionnelle est équipée d'arbres creux et d'arbres creux à angle et pas variables. Un dispositif d'agitation en spirale brasse, soulève et expulse les matériaux lors de leur déchargement.

Un dispositif de filtration conique à la structure relativement complexe est installé dans le cône inférieur, et un dispositif de décharge à ouverture rapide sans angle mort spécialement conçu ou une vanne à bille de décharge pneumatique sans angle mort est installé au bas de l'équipement.

Lors de la phase de réaction, les réactifs sont introduits par le haut. La structure d'agitation unique assure un mélange homogène des réactifs à l'intérieur de la machine. Le chauffage et le refroidissement sont simultanés grâce à un système composé d'une enveloppe cylindrique, d'une enveloppe conique, d'un arbre creux et d'une hélice creuse. Ce système permet une réaction complète. Lors de la phase de filtration, la machine filtre et sèche les réactifs par pressurisation ou aspiration. Un liquide de lavage est ajouté, permettant ainsi un repulpage et un lavage automatiques à plusieurs reprises. Les réactifs sont ensuite pressés à sec après avoir satisfait aux exigences de lavage.

Lors de l'étape de séchage, la chemise cylindrique, la chemise conique, l'arbre creux et le ruban creux chauffent simultanément le matériau et créent un vide au niveau supérieur, assurant un séchage étanche sous vide et à basse température du matériau, puis scellent et déchargent automatiquement le matériau après séchage.

Flux de processus d'une machine multifonctionnelle de lavage et de séchage de filtres à réaction à cône cylindrique

1. Réaction d'agitation

Introduisez le réactif (solide-liquide, liquide-liquide ou gaz-liquide) par l'orifice d'alimentation situé sur le dessus de l'appareil, mettez en marche le moteur et le réducteur, puis faites tourner l'arbre creux et le ruban spiralé dans le sens horaire (vu du dessus). La conception unique de l'agitateur assure un mélange homogène et une réaction complète des réactifs au sein de la machine. Si un chauffage ou un refroidissement est nécessaire pendant la réaction, un fluide caloporteur ou un réfrigérant peut être introduit dans le cylindre et la double enveloppe du cône, ainsi que dans l'arbre creux et le ruban spiralé.

Le fluide caloporteur ou réfrigérant peut être mis en circulation en continu pour assurer le chauffage ou le refroidissement complet du matériau afin de satisfaire aux conditions de procédé requises pour la réaction.

Une fois la réaction terminée, ouvrez la sortie du filtrat inférieur, injectez de l'air comprimé ou de l'azote dans l'appareil et filtrez le mélange solide-liquide ayant réagi sous pression jusqu'à ce que les matériaux présents dans la machine soient secs. Il est également possible de créer un vide à la sortie du filtrat pour filtrer le matériau sous vide jusqu'à ce que le filtrat soit évacué.

Lors de la filtration, la tige creuse et la courroie à vis creuse peuvent être tournées dans le sens horaire (vue de dessus) pour remonter le matériau. La courroie à vis creuse permet de limiter l'épaisseur du gâteau de filtration lors de sa rotation, assurant ainsi une fine couche de matériau et augmentant le débit de filtration. Pour les matériaux faciles à filtrer, il n'est pas nécessaire de remuer pendant la filtration ; le matériau est filtré directement jusqu'à évaporation complète.

Après filtration, certains matériaux doivent être lavés plusieurs fois.

La machine multifonctionnelle de réaction, filtration et séchage est idéale pour le lavage répété des matériaux. Après séchage par pressage, le liquide de lavage est ajouté par l'orifice prévu à cet effet. Le gâteau de filtration est ensuite uniformément remis en suspension grâce à l'agitation de l'arbre et du ruban creux, puis à nouveau pressé et séché. Si un seul lavage s'avère insuffisant, plusieurs cycles peuvent être effectués. Ces étapes peuvent alors être répétées autant de fois que nécessaire. L'opération est très simple et ne requiert qu'une faible pénibilité du travail.

Le lavage des matériaux selon la méthode décrite ci-dessus est appelé lavage par lots. Le matériau étant séché par pressage puis lavé avec un liquide de lavage, la quantité de liquide utilisée est moindre, malgré un nombre plus important d'ouvertures et de fermetures des vannes. La machine peut également effectuer un lavage en continu : le liquide de lavage est alors injecté en continu à l'aide d'une pompe ou d'un autre dispositif, et la pression du liquide assure la filtration. Simultanément, l'arbre et le ruban creux sont agités en continu, et le filtrat est évacué en continu par la sortie prévue à cet effet jusqu'à ce que le lavage soit complet. Le gâteau de filtration est ensuite séché par pressage.

Cette méthode de lavage en continu utilise généralement plus de liquide de lavage que le lavage intermittent, mais elle est plus pratique à mettre en œuvre.

Le gâteau de filtration, après filtration ou lavage, reste dans la machine. Un fluide caloporteur est alors injecté dans la double enveloppe du cylindre, la double enveloppe du cône, l'arbre creux et la bande transporteuse à vis sans fin pour chauffer le matériau. Simultanément, l'arbre creux et la bande transporteuse à vis sans fin continuent de tourner dans le sens horaire (vu du dessus) pour soulever et mélanger le matériau, tandis qu'une mise sous vide est effectuée au-dessus de l'équipement afin de sécher le matériau sous vide à l'intérieur de la machine. Grâce au chauffage interne de l'arbre creux et de la bande transporteuse, combiné au chauffage par la double enveloppe, et au séchage réalisé sous vide, l'efficacité du séchage est très élevée.

Après séchage, ouvrez l'orifice de vidange rapide situé dans la partie inférieure de l'appareil et faites tourner l'arbre creux et le ruban creux dans le sens antihoraire (vu du dessus). Les matériaux séchés seront alors automatiquement évacués vers l'orifice de vidange. Les étapes de réaction, de filtration, de lavage et de séchage d'un lot de matériaux sont ainsi terminées.

Avantages de performance de la machine à laver et à sécher à filtre à réaction à cône cylindrique multifonctionnel

L'utilisation concrète de l'équipement multifonctionnel à cône cylindrique pour le traitement de divers matériaux permet de constater que le sécheur-filtre continu à cône cylindrique présente de nombreux avantages, dont les principales performances sont les suivantes :

1. Une seule machine est polyvalente et peut réaliser diverses opérations telles que la réaction, l'extraction, la filtration, la filtration répétée, le lavage et le séchage, et le produit fini peut être obtenu directement.

2. Le fonctionnement est flexible et le cycle de fonctionnement peut être ajusté en modifiant la différence de pression du filtre, la vitesse de rotation, le pas d'extrusion de la vis, etc., afin de s'adapter à l'évolution des conditions de processus.

3. La machine peut former un gâteau de filtration très fin à la surface du support filtrant ou filtrer même en l'absence de gâteau. Le débit de filtration par unité de surface est très élevé, ce qui permet d'utiliser un équipement petit et compact.

4. Système entièrement clos, l'environnement de fonctionnement est très bon, particulièrement adapté au traitement de produits toxiques, inflammables, explosifs et dangereux, ainsi que de produits alimentaires, biologiques et pharmaceutiques de qualité qui ne tolèrent aucune pollution.

5. Il est possible de concentrer et de filtrer le matériau. En particulier, lorsqu'un lavage est nécessaire, le matériau peut être concentré au préalable, lavé abondamment en suspension, puis filtré sous pression. Ce procédé permet de réduire la manutention et les déchets, et évite le repulpage lors du lavage. La qualité du produit est excellente.

6. Il peut être utilisé pour trois opérations de réaction, de filtration et de séchage, de sorte que les fonctions des trois équipements unitaires peuvent être réalisées sur cet seul équipement, ce qui réduit considérablement le coût de l'équipement, la surface au sol, l'intensité de la main-d'œuvre, la consommation d'énergie, etc.

7. La consommation d'énergie de cette machine est faible, et le gâteau de filtration extrudé a généralement une teneur en eau inférieure à celle de la machine plate trois-en-un, et son fonctionnement est également pratique.

En résumé, le filtre-sécheur à réaction conique est actuellement un équipement de filtration multifonctionnel relativement avancé. Ses avantages uniques lui assureront sans aucun doute une large utilisation dans les industries chimiques, pharmaceutiques, agroalimentaires, métallurgiques, textiles et autres.

Amélioration technique d'une machine à laver et à sécher multifonctionnelle à filtration par réaction à cône cylindrique

1. Amélioration de la structure du ruban d'agitation

Le ruban d'agitation est l'élément central du sécheur-filtre à réaction à cône cylindrique, et sa structure et son effet d'agitation affectent directement les performances de l'ensemble de la machine.

Le ruban d'agitation doit assurer un mélange homogène des différents réactifs (liquide-liquide, liquide-solide ou gaz-liquide) présents dans la machine pendant la réaction, afin de garantir leur réaction complète. Lors du lavage des filtres, le ruban d'agitation doit assurer un mélange uniforme des suspensions ou des gâteaux de filtration, quelle que soit leur concentration. Lors du séchage, le ruban d'agitation doit assurer un brassage complet du gâteau de filtration jusqu'à l'obtention d'une poudre sèche.

Par conséquent, le ruban d'agitation doit pouvoir s'adapter à l'agitation de matériaux aux propriétés variées : liquide, suspension, gâteau de filtration et poudre sèche. Un ruban d'agitation mal conçu entraînera des problèmes à l'une de ces étapes, affectant ainsi les performances de l'ensemble de la machine.

C’est pourquoi nous avons mené de nombreuses recherches sur des aspects importants tels que l’angle du cône, le pas, la largeur du ruban, sa résistance, ainsi que l’angle, la direction et la résistance de la tige de support du ruban d’agitation, et avons finalement obtenu des résultats très satisfaisants. Principales performances :

① Le mouvement de levage axial du ruban mélangeur vers le matériau

Nous avons mené des recherches et des améliorations clés sur le pas et la largeur du ruban d'agitation, de sorte que le matériau est soulevé de la partie inférieure vers le haut le long de la paroi de la coque conique lorsqu'il est agité, et après avoir été soulevé vers le haut, l'angle du ruban supérieur change pour que le matériau soit déchargé dans la partie centrale, puis tombe de la partie centrale vers le fond du cône inférieur, et est soulevé du fond du cône le long de la paroi de la coque, de sorte que le matériau circule en continu et génère en continu un grand flux de mouvement axial dans la machine.

② Le dispositif à ruban agitateur permet au matériau de se déplacer radialement.

Le ruban d'agitation est relié à l'arbre d'agitation par de nombreuses poutres de support. Ces poutres sont conçues sur le modèle des turbines de pompes centrifuges, afin de générer une force centrifuge sur les matériaux pendant l'agitation, assurant ainsi un flux continu des matériaux situés au centre vers l'enveloppe de l'équipement.

mouvement de bord), et le matériau se déplaçant vers le bord de l'équipement est soulevé par la courroie à vis pour la circulation axiale.

③ Mouvement de brassage circonférentiel du matériau par le dispositif à ruban agitateur

En plus de déplacer le matériau radialement et axialement, le dispositif à ruban agitateur est également conçu pour le déplacer de manière circulaire le long de la circonférence. Résultat de l'agitation circonférentielle.

En résumé, le mouvement d'agitation des matériaux dans la machine est en réalité un mouvement composé à trois axes : axial, radial et circonférentiel. Son efficacité d'agitation et de mélange est excellente. Nous avons utilisé ce principe pour fabriquer un mélangeur vertical à cône cylindrique. Lorsque la machine fonctionne à haute vitesse (plus de 80 tr/min), les matériaux sont agités jusqu'à suspension complète et projection, ce qui permet de résoudre les problèmes de mélange à double hélice que les mélangeurs conventionnels (mélangeurs coniques, mélangeurs rotatifs à double cône et mélangeurs à disques) ne peuvent résoudre.

Étant donné que le sécheur à filtre à réaction à cône cylindrique est équipé d'un dispositif de filtration dans la partie conique, bien que cette partie soit toujours chauffée par la chemise extérieure, l'effet de transfert de chaleur est relativement faible.

Afin d'améliorer l'efficacité thermique globale de la machine, nous avons conçu l'arbre creux et le conduit creux.

Le matériau est chauffé. Lors de la conception de la structure de chauffage à arbre creux et à ruban creux, nous nous sommes concentrés sur la résolution des deux problèmes suivants :

Avant toute chose, assurez-vous que le ruban creux présente une grande surface d'échange thermique dans la machine. En effet, plus le pas est petit, plus l'angle de montée du ruban est faible, plus le nombre de spires entre le bas et le haut est élevé, et plus la surface de chauffe du ruban est importante.

Le pas de la vis sans fin ne doit pas être trop faible, sous peine de voir son angle de pas réduit. Le matériau s'accumulera alors facilement sur la surface supérieure de la vis, ce qui nuira au mélange et à l'évacuation. La bande spirale, avec son pas et son angle de levage importants, évite certes l'accumulation de matériau, mais son nombre de spires est faible, réduisant ainsi la surface d'échange thermique. Pour pallier ces problèmes, nous utilisons une bande spirale multi-têtes, enroulée dans le même sens. Cette méthode permet de résoudre les problèmes de pas et d'angle de levage, ainsi que celui de surface d'échange thermique.

Deuxièmement, le problème de circulation du fluide caloporteur dans l'arbre creux et la bande spirale creuse a été résolu. Une mauvaise circulation du fluide caloporteur dans ces éléments entraîne un refroidissement rapide du matériau, perturbant ainsi le bon déroulement du processus. C'est pourquoi nous avons mené d'importantes recherches. Tout en assurant la rotation continue de l'arbre creux et de la bande spirale creuse, le fluide caloporteur entre par le haut et sort également par le haut après avoir traversé l'ensemble des arbres et bandes spirales. Ce système garantit une circulation complète du fluide caloporteur dans la machine, par deux canaux distincts et indépendants, améliorant ainsi considérablement l'efficacité du séchage.

3. Procédé de traitement et de fabrication de plaques à mailles perforées et de filtres à mailles frittées sans déformation ni déchirure

Bien que différents fabricants puissent utiliser des pochoirs frittés multicouches comme écrans filtrants, la structure précise de ces pochoirs diffère. La plaque filtrante utilisée dans la machine de lavage et de séchage par filtre à réaction cylindrique-cône multifonctionnel doit être fabriquée avec l'écran filtrant, formant ainsi un ensemble conforme à certaines exigences techniques. Il est impératif de garantir l'absence de déformation, de déchirure et de fuite de tout matériau pendant le fonctionnement.

Seul le disque filtrant, composé d'une maille, d'une plaque et d'un cône usinés de concert, peut s'adapter efficacement aux variations de température à l'intérieur de la cuve et garantir une intégrité parfaite, quelles que soient les circonstances. Même en présence d'un fluide visqueux, le filtre ne se déformera ni ne se déchirera lors de la rotation de la palette.

4. Joint rotatif à garniture mécanique spéciale

Afin d'assurer une bonne circulation du fluide caloporteur dans l'arbre creux et la courroie spirale creuse, nous avons conçu un joint rotatif à garniture mécanique spécial placé en haut de l'arbre creux. Ce joint permet au fluide caloporteur de pénétrer par le haut et de traverser l'ensemble de l'arbre et de la courroie spirale creuse, via un autre canal situé en haut.

5. Vanne de décharge à ouverture rapide sans angle mort

Pour assurer le bon fonctionnement de la machine multifonctionnelle de réaction, filtration et séchage à cône cylindrique, et pour garantir une vidange rapide et aisée sans zone morte, une vanne de vidange à ouverture rapide de conception spéciale a été conçue. Ce type de vanne supporte l'arbre creux et, grâce à l'absence de zone morte, assure une filtration complète du matériau, un séchage intégral et une vidange fluide. Le mécanisme d'ouverture rapide de la vanne simplifie considérablement la vidange.

Domaine d'application des machines de lavage et de séchage multifonctionnelles à filtre à réaction conique.

Paramètre technique

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