Caratteristiche e svantaggi delle apparecchiature di essiccazione sotto vuoto a doppio cono

1 Panoramica

L'essiccatore sotto vuoto a doppio cono (di seguito denominato "doppio cono") è un essiccatore dinamico a riscaldamento indiretto sotto vuoto con una lunga tradizione, che rappresenta un'apparecchiatura di essiccazione a risparmio energetico. È caratterizzato dal fatto che il cono sotto vuoto è azionato a 360° da un meccanismo di trasmissione. La rotazione favorisce la miscelazione dei materiali nel cono e il riscaldamento per contatto con la superficie riscaldante del cono. La miscelazione continua dei materiali avrà un effetto autopulente sulla superficie riscaldante. La differenza di temperatura è inoltre molto vantaggiosa per l'essiccazione a bassa temperatura di molti materiali sensibili al calore.

Il doppio cono funziona sotto vuoto senza l'intervento di altri gas inerti, il che favorisce notevolmente l'evaporazione e l'essiccazione di materiali contenenti vari solventi organici e il recupero di solventi con un elevato tasso di recupero. La forma strutturale del doppio cono favorisce uno scarico pulito e rapido del materiale secco, un vantaggio operativo che non può essere paragonato a nessun altro tipo di essiccatore.

Il doppio cono è adatto all'essiccazione di vari materiali sfusi senza pareti appiccicose. Poiché il filtro dei gas di scarico è installato sul tubo di aspirazione del vuoto all'interno del cono, la perdita di polvere di prodotto trascinata dai gas di scarico è ridotta e la resa di essiccazione è elevata.

Può alimentare e scaricare in modo chiuso contemporaneamente, evitando l'inquinamento operativo e la dispersione di polvere nell'ambiente durante lo scarico. L'efficienza di essiccazione dinamica a doppio cono è molto superiore a quella di vari tipi di essiccazione a disco.

Tuttavia, l'essiccazione a doppio cono presenta anche alcuni svantaggi. Innanzitutto, il doppio cono è adatto solo per l'essiccazione intermittente.

A causa dell'utilizzo di guarnizioni meccaniche per vuoto a frizione, è impossibile evitare l'usura e la presenza di corpi estranei nella guarnizione durante la frizione a secco. Una volta che si verifica una perdita di vuoto, l'usura e i corpi estranei nella guarnizione vengono aspirati nel doppio cono e mescolati con il prodotto in fase di essiccazione. Se il prodotto è un medicinale, questo verrà contaminato, trasformando un buon medicinale in un cattivo medicinale e danneggiando la salute delle persone.

Il doppio cono è un essiccatore riscaldante a camicia. Considerando il doppio cono come una sfera, quando l'essiccatore a doppio cono viene ingrandito, la sua area riscaldante F (m) si espanderà in modo direttamente proporzionale al quadrato del diametro della sfera D (mm), mentre il volume V (m) della sfera si espande proporzionalmente al cubo del diametro D (mm) della sfera. Pertanto, quando il doppio cono si espande da un diametro piccolo a uno grande, la sua area riscaldante è molto inferiore all'espansione del suo volume.

Di conseguenza, il rapporto tra l'area di riscaldamento del bicono F(rfl) e il volume del bicono V(m) si sbilancia con l'espansione del diametro D (iTlm), con conseguente valore F/V del bicono di piccole dimensioni molto maggiore di quello del bicono di grandi dimensioni F/, Ad esempio, il valore F/V di un doppio cono di 5 m è circa la metà inferiore a quello di un doppio cono di 0,3 m, circa 3,6 m/m, e quando il volume del doppio cono si espande a 10 m, il suo valore F/V diminuisce a 2,5 m/m.

Come suggerisce il nome, l'apparecchiatura di essiccazione sotto vuoto a doppio cono viene utilizzata per il riscaldamento e l'essiccazione e la sua funzione principale dovrebbe riflettersi nell'efficienza di riscaldamento e di essiccazione o nelle dimensioni dell'area di scambio termico.

Relativamente parlando, il suo volume è di secondaria importanza. Tuttavia, attualmente, quasi tutti i campioni di essiccatori a doppio cono utilizzano il volume per identificare le specifiche dei doppi coni. In una certa misura, i produttori di essiccatori a doppio cono stanno fuorviando gli utenti, intenzionalmente o meno. Infatti, molti utenti non si rendono conto che si verifica una variazione regolare del rapporto F/V quando si verifica un ingrandimento biconico.

È equivoco pensare che i biconi di grandi e piccole dimensioni abbiano efficienze di essiccazione simili. Spesso si acquista un bicono di grandi dimensioni e si scopre che la sua efficienza di essiccazione è di gran lunga inferiore a quella prodotta dal bicono di piccole dimensioni utilizzato in laboratorio. Poiché l'efficienza di essiccazione è raddoppiata e non riesce a soddisfare la produzione desiderata, è necessario acquistare un altro bicono di grandi dimensioni.

Ciò non solo aumentò gli investimenti e aumentò i terreni destinati agli impianti, ma ritardò anche il piano di produzione.

La temperatura di essiccazione di molti prodotti termosensibili è inferiore a 100 °C e molti prodotti termosensibili vengono ancora essiccati. L'acqua calda a 100 °C viene utilizzata come fonte di calore, quindi deve essere dotata di dispositivi ausiliari come un serbatoio di acqua calda, una pompa di acqua calda e una tubazione di acqua calda. Il riscaldamento a calore sensibile dell'acqua calda deve avere una differenza di temperatura tra l'ingresso e l'uscita, che riduce naturalmente la differenza di temperatura rispetto al riscaldamento a calore latente del vapore, il che è molto sfavorevole per il riscaldamento a bassa temperatura con elevata sensibilità al calore.

Il coefficiente di trasferimento del calore del riscaldamento dell'acqua calda è molto più basso di quello del riscaldamento del vapore saturo e anche la struttura del riscaldamento dell'acqua calda con camicia è più complicata di quella del riscaldamento del vapore, il che non solo aumenta gli investimenti in attrezzature, ma non è nemmeno favorevole alla gestione.

A causa della continua miscelazione e rotazione del materiale secco nel doppio cono, alcuni prodotti con cristalli fini e alto contenuto d'acqua, come riboflavina, acetilspiramicina e altri, possono facilmente formare pellet di diverse dimensioni durante il processo di miscelazione. Una volta formati i pellet, è difficile ottenere un'essiccazione completa.

In linea di principio, i coni doppi non sono adatti per materiali che presentano pellet nel processo di essiccazione.

Il doppio cono è un essiccatore dinamico in continua rotazione con una caldaia di riscaldamento (camicia di riscaldamento). Il rivestimento del cono tradizionale a doppio cono di grandi dimensioni (diametro elevato) e lo spessore della parete esterna della camicia sono spessi e pesanti.

Il serbatoio interno del cono è generalmente realizzato in acciaio inossidabile, mentre la parete esterna della camicia è in acciaio al carbonio. Il diametro del doppio cono di grandi dimensioni (2-10 mm) è di 1.600-2.600 mm, lo spessore della parete del serbatoio interno del cono è di 8-14 mm e lo spessore della parete esterna della camicia è maggiore. Come tutti sappiamo, la resistenza termica dell'acciaio inossidabile è 5 volte maggiore di quella dell'acciaio al carbonio. Un rivestimento spesso in acciaio inossidabile non favorisce il trasferimento di calore del cono, il che riduce l'efficienza di riscaldamento e asciugatura del doppio cono. L'azionamento di un rivestimento pesante aumenta naturalmente la potenza del motore di azionamento.

Il rivestimento esterno del doppio cono è più spesso e pesante, il che aumenta il consumo energetico del motore di azionamento. Il doppio cono funziona per migliaia di ore all'anno, quindi la corretta gestione del funzionamento a lungo termine del doppio cono per risparmiare energia e ridurre i consumi è un tema che sta attivamente mobilitando e ricercando in tutto il mondo la nuova era del risparmio energetico. Per quanto riguarda la struttura e i materiali delle apparecchiature, trascurati in passato, meritano uno studio e una discussione approfonditi.

La seguente discussione si basa su coni doppi senza requisiti GMP.

2 Ingrandimento del bicono

Con lo sviluppo di prodotti chimici fini, cresce la necessità di un doppio cono con maggiore efficienza e grandi dimensioni.

Un doppio cono tradizionale di grandi dimensioni, la cui enorme forma del corpo non è commisurata alla superficie riscaldante che contiene, l'area riscaldante di un doppio cono da 5 m è di soli 18 m e il valore F/V è di 3,6 m/m, mentre il valore F/V del doppio cono da 10 m è ulteriormente sceso a 2,5 m/m e non è esagerato descrivere il doppio cono come resistente all'esterno e asciutto al centro.

L'ampliamento dell'essiccatore sotto vuoto a doppio cono comporta naturalmente un ampliamento della superficie di scambio termico. Fortunatamente, nel cono c'è un ampio spazio utilizzabile, e saperlo sfruttare al meglio è fondamentale.

Per quanto riguarda la pulizia dell'apparecchiatura, più semplice è la superficie dell'elemento di scambio termico, meglio è. Viene scelta la sottile piastra riscaldante cava in acciaio inox, che soddisfa il duplice requisito di superficie liscia, facilità di pulizia e compattezza. Prendendo come esempio il doppio cono da 10 m, una sottile piastra riscaldante interna può essere installata nell'ampio spazio del cono lungo la direzione del flusso del materiale, lasciando spazio per la pulizia e la manutenzione necessaria, come il mantenimento di una distanza di 110-160 mm tra le piastre riscaldanti interne. In generale, l'aumento dell'area della piastra riscaldante interna può essere da 1,5 a 3 volte maggiore rispetto all'area di riscaldamento del cono originale, in modo che i valori F e V del doppio cono possano essere aumentati a 0,2 m.

Un valore simile di 9,0 m/m per il bicono piccolo. In particolare, lo spessore della piastra riscaldante interna è inferiore a un terzo dello spessore del cono, l'area riscaldante è raddoppiata e la resistenza termica è notevolmente ridotta, in modo che l'efficienza di essiccazione del doppio cono allargato sia da 2 a 3 volte superiore a quella del doppio cono tradizionale. La struttura interna del doppio cono da 10 m dopo l'installazione della piastra riscaldante interna è mostrata in Figura 1.

Illustrato dalla Figura 1, 10 m.

Il diametro del cono è 2.600. Su entrambi i lati del canale di manutenzione, largo 600 mm, sono presenti 7 piastre riscaldanti interne da # l a ≠}7, per un totale di 14. L'area totale della piastra riscaldante interna è F=56 m e lo spessore della piastra riscaldante interna è 40 mm, il volume totale della piastra riscaldante interna V=2,2 m, la distanza tra i centri delle due piastre riscaldanti interne d=200 mm, lo spazio effettivo tra le due piastre riscaldanti interne è 160 mm e l'area di riscaldamento della camicia del cono è nota come F=29,6 m, quindi l'area di riscaldamento totale dei doppi coni da 10 m è F=85,6 m, il volume del cono è noto essere V=12,1 m, il volume effettivo del cono dopo aver dedotto la piastra riscaldante interna è V=9,9 m, da È noto che il valore F/V del nuovo bicono raggiunge 8,6 m/m, che è molto vicino al 9,0 1TI/m del piccolo bicono da 0,2 pollici. Il valore F/V del doppio cono da 10 1TI senza piastra riscaldante interna è 2,5 II1 /m, quindi 10 1TI dopo l'aggiunta della piastra riscaldante interna. Il valore F/V del doppio cono è oltre 3 volte superiore a quello senza l'aggiunta (come mostrato in Figura 2). Se il valore F/V viene aumentato, l'efficienza di essiccazione di un nuovo doppio cono può essere uguale all'efficienza di essiccazione tradizionale di tre set. Il motore di azionamento del doppio cono può risparmiare circa 60 kW/h di energia all'ora.

3 Confronto del risparmio di acciaio inossidabile aggiungendo una piastra riscaldante interna con doppio cono di grandi dimensioni

Prendiamo ancora 10 m (volume operativo effettivo) come esempio. Le dimensioni complessive del doppio cono da 10 m sono 2600 x 3600 (altezza totale). Secondo la descrizione precedente, l'area della camicia riscaldante del doppio cono è F = 29,6 pollici e l'area totale della piastra riscaldante interna è F = 56 1TI. Se lo spessore della parete del doppio cono è di 14 millimetri e lo spessore della parete della piastra riscaldante interna è di 3 mm, allora il materiale in acciaio inossidabile del doppio cono pesa 3-3 t, mentre il materiale in acciaio inossidabile della piastra riscaldante interna pesa 1,34 t.

Si può osservare che il doppio cono necessita di 111,4 kg di acciaio inossidabile per metro quadrato, mentre la quantità di acciaio inossidabile richiesta per la piastra riscaldante per metro quadrato è di soli 24 kg, ovvero la quantità di acciaio inossidabile consumata per metro quadrato di superficie riscaldante del doppio cono è la stessa. L'area di riscaldamento della piastra riscaldante interna è 4,6 volte più grande. Considerando solo l'area di riscaldamento ~ IE4 del doppio cono tradizionale su larga scala esistente e il consumo di molto acciaio inossidabile, il cono è cavo e vuoto, quindi è possibile aumentare la piastra riscaldante interna, ma è anche molto necessario aumentare la piastra riscaldante interna, per compensare gli effetti negativi dello spessore della parete del cono.

4 Rinforzo strutturale della piastra riscaldante interna

La piastra riscaldante interna sottile e cava convenzionale deve essere rinforzata mediante saldatura a spina. Poiché lo spessore della parete della piastra riscaldante interna è di soli 2-3 mm, entrambi i lati della piastra riscaldante cava devono essere forati. È difficile realizzare la scanalatura sulla piastra sottile rigorosamente secondo le specifiche di saldatura, in particolare la piastra riscaldante richiesta dalle GMP farmaceutiche deve essere rettificata e lucidata dopo la saldatura, quindi ci sono piccoli punti deboli in molti giunti di saldatura a spina, che causeranno improvvisamente la rottura dell'intera piastra riscaldante a causa di crepe locali nelle future operazioni di produzione. sabbiatura.

La tradizionale struttura di rinforzo con saldatura a spina di lamiera sottile è facile da nascondere, nascondendo questo tipo di pericolo.

Abbiamo imparato a fondo la lezione e adottato la tecnologia di rinforzo con saldatura non distruttiva a cerniera sulla nuova struttura di rinforzo della piastra riscaldante interna a doppio cono. Non è necessario praticare fori sulla scheda madre bifacciale della piastra riscaldante interna, evitando così gli svantaggi causati dalla saldatura a spina perforata. Elimina la difficoltà pratica di lavorazione della piastra riscaldante interna, necessaria per l'ingrandimento biconico.

5 Problema della sorgente di calore a bassa temperatura (100°C) del doppio cono

Quando il doppio cono viene utilizzato per asciugare prodotti sensibili al calore, il tradizionale doppio cono adotta il metodo di riscaldamento ad acqua calda.

Il riscaldamento dell'acqua calda non solo richiede un intero set di ingombranti serbatoi, pompe e condutture per l'acqua calda, ma a causa del calore sensibile dell'acqua calda, deve esserci una differenza di temperatura tra l'ingresso e l'uscita, e l'effetto naturale di riscaldamento e asciugatura all'uscita dell'acqua calda è molto inferiore a quello all'ingresso dell'acqua calda. La differenza di temperatura del riscaldamento dell'acqua calda è molto sfavorevole per l'asciugatura.

Se il doppio cono di grandi dimensioni viene comunque riscaldato con acqua calda, il carico termico richiesto aumenterà significativamente a causa del notevole aumento del carico dell'apparecchiatura di essiccazione. Ciò comporta numerosi svantaggi per l'efficienza dell'apparecchiatura di essiccazione. Tuttavia, se si utilizza vapore saturo come fonte di calore, purché la temperatura o la pressione nella camicia di riscaldamento a doppio cono siano rigorosamente controllate per garantire che la temperatura o la pressione soddisfino i parametri fisici del vapore saturo richiesti dalla temperatura di riscaldamento, si garantisce che il vapore nella camicia possa essere condensato in tempo. Acqua pompata fuori.

Il vapore acqueo saturo di 0,2 MPa può essere utilizzato direttamente come fonte di calore per il riscaldamento a bassa temperatura del doppio cono. Naturalmente, lo spazio all'interno della camicia del doppio cono di grandi dimensioni è ampio e, quando l'auto è appena avviata, al suo interno è presente molto gas inerte (soprattutto nella piastra riscaldante interna), che deve essere scaricato, altrimenti comprometterà seriamente il normale funzionamento. , e quindi aggiungere vapore acqueo saturo.

6. Ricerca sull'assottigliamento dello spessore delle pareti di apparecchiature a doppio cono su larga scala

Il mondo di oggi è attento al risparmio energetico e alla riduzione delle emissioni. Dagli aerei ai treni e alle automobili, tutti cercano di ridurre lo spessore della struttura.

Ricordando una grande caldaia (camicia di riscaldamento) sul retro del doppio cono, sembra che sia necessario condurre ricerche anche sul risparmio energetico, sulla riduzione delle emissioni, sul risparmio di acciaio inossidabile e sul miglioramento dell'efficienza di riscaldamento e di essiccazione. Dobbiamo dare il nostro contributo anche nel campo della tecnologia di essiccazione.

7 Conclusion

Con la produzione su larga scala dell'industria chimica fine, sono necessari molti essiccatori sotto vuoto a doppio cono su larga scala. Poiché la struttura a doppio cono su larga scala non ha tenuto il passo con i tempi, ha causato molti problemi di produzione e utilizzo. Il rapporto tra valore di produzione e consumo energetico della nostra produzione industriale è molto più elevato rispetto a quello di paesi sviluppati come il Giappone, ignorando l'efficienza di molte apparecchiature, in particolare l'equivoco che il prezzo non si basi sul rapporto costo-prestazioni dell'apparecchiatura, ma sul suo peso. Gli essiccatori sotto vuoto a doppio cono sono probabilmente tipici in questo senso.