試析旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備的設(shè)計

摘 要：旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備作為間接傳熱式設(shè)備，具有能耗低、效率高等特點，在國內(nèi)外的化學(xué)加工行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。因此，本文主要針對旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備進行設(shè)計，在了解了工作原理后，展開具體的設(shè)計工作，明確設(shè)備內(nèi)部的各種部位，確保其能夠得到高效穩(wěn)定的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機;旋轉(zhuǎn)管束式干燥劑;傳熱系數(shù);強度設(shè)計

干燥設(shè)備常用于化工、輕工等加工行業(yè)中，其能耗較高，在實際應(yīng)用過程中，主要分為直接傳熱式和間接傳熱式兩種。雖然直接傳熱式干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，但能耗較高、熱效率低，相比較來看，間接傳熱式設(shè)備能耗低、熱效率高，因此得到了廣泛應(yīng)用，可以分為旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式兩種。

1 干燥設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

作為化工行業(yè)內(nèi)能耗較高的單元設(shè)備，在實際的設(shè)計過程中，不僅要考慮到設(shè)備的運行性能，還需要綜合考慮設(shè)備的運行安全、實際能耗以及環(huán)境污染情況。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛。但目前的設(shè)計上還存在一定的問題，經(jīng)常會出現(xiàn)設(shè)計模型和實際應(yīng)用情況不符合的問題，不僅會導(dǎo)致實際應(yīng)用效率下降，還會造成較大的環(huán)境污染問題。

一般情況下，旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備主要包括四個方面，分別為，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、排風(fēng)除塵系統(tǒng)。第一，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。作為核心部件，旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)并不相同，前者的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中含有數(shù)十只圓盤，全部焊接在中空軸上，后者則由數(shù)百根管子以及兩端中空軸、封頭組成，需要注意的是，管子的排列具有一定的規(guī)律性。在實際運行過程中，由旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機兩端的軸承支撐，一端為固定，另一端可以自由運動，以此有效控制協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)的軸向熱膨脹問題，在轉(zhuǎn)子四周還含有可翻動的抄板，及時翻動物料。除此之外，其他部門并沒有較大范圍，第二，管路系統(tǒng)。這種借助主電機、減速裝置組成的部分，主持要承擔(dān)著干燥劑的穩(wěn)定運行能力，保證能量得到有效的調(diào)節(jié)控制。第三，傳動系統(tǒng)。這一部分涉及的內(nèi)容較多，進氣管、排水管、調(diào)節(jié)閥門、金屬軟管和旋轉(zhuǎn)接頭等零部件都在這一部分。第四，排風(fēng)除塵系統(tǒng)。作為輔助性系統(tǒng)，通過引風(fēng)機實現(xiàn)排風(fēng)除塵功能，還能夠回收粉塵，避免污染。

2 干燥設(shè)備的工作原理

旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機采用的都是密閉循環(huán)運行方式，在密閉的干燥室空間內(nèi)，通過轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的緩慢旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)熱能量介質(zhì)的導(dǎo)入和導(dǎo)出。由上可知，轉(zhuǎn)子周圍安裝了特殊的可翻動的抄板，可以及時翻動物料，讓其充分和金屬換熱表面進行接觸，不僅如此，抄板本身具有一定的軸向傾角，能夠?qū)崿F(xiàn)物料的運行，讓其從入口逐漸移動到出口。在這個過程中，熱能量介質(zhì)在金屬壁的輔助下，將熱量傳導(dǎo)給濕物料，物料移動的同時，吸收熱量，蒸發(fā)內(nèi)部水分。在達(dá)到出口時，就能夠得到干燥的物料。需要注意的是，旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機要根據(jù)物料的具體情況，有針對性的設(shè)計干燥室整體長度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速以及抄板軸向傾角。以此，保證物料在運行過程中得到充分的干燥和持續(xù)穩(wěn)定的運行，避免出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象，讓公司能夠在出口處得到剛好完成干燥的物料。一般情況下，旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機的熱效率較高，但相比較而言，后者的結(jié)構(gòu)更加簡單，成本也相對較低。根據(jù)實際運行得到的數(shù)據(jù)來看，在加熱面積相同的情況下，旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機的傳熱系數(shù)高出旋轉(zhuǎn)列管式干燥機的60%-70%。除此之外，還需要注意一點，那就是在干燥機運行過程中，必須要保證物料蒸發(fā)產(chǎn)生的濕分能夠從頂部風(fēng)機抽出，切實保證實際應(yīng)用質(zhì)量。

3 旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥裝置設(shè)計研究

3.1 裝置總體設(shè)計構(gòu)成

基于前文對旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備分析，明確了設(shè)備中存在的問題和缺陷，在旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥設(shè)備的基礎(chǔ)上，進一步提出了旋轉(zhuǎn)圓盤式自動干燥裝置，引入氮氣這一易獲取、惰性強的氣體，結(jié)合潔凈聚乙烯材質(zhì)完成裝置的設(shè)計。這種裝置不僅可以提高干燥效率，也能保證干燥效果。而且潔凈聚乙烯材質(zhì)可以有效降低熱量散失問題，避免外界其他雜質(zhì)、顆粒的混入。除了前文提及的幾個部分之外，還包括了定位系統(tǒng)和氮氣加熱單元，利用定位系統(tǒng)固定待干燥的物質(zhì)，而氮氣加熱環(huán)節(jié)則將熱量傳遞給氮氣，實現(xiàn)在線加熱，同時將氮氣持續(xù)不斷的排入干燥室內(nèi)。

最為主要的是，在該工序中實現(xiàn)了自動化運行，利用機械手將待干燥的物料放入干燥室內(nèi)，機械手運動的同時，干燥裝置也會自動代開，確保待干燥的物料可以進入到正確的位置上。完成放置后，自動槽蓋關(guān)閉。電機管路系統(tǒng)驅(qū)動片盒定位及旋轉(zhuǎn)單元進行勻速轉(zhuǎn)動，內(nèi)部系統(tǒng)對待干燥的物料進行環(huán)繞噴吹，完成干燥過程。在這樣的情況下，清洗烘干過程不需要進行人工干預(yù)，依靠機械手就可以保證系統(tǒng)的正常運行。產(chǎn)生的氣體和粉塵也會得到自動回收。

3.2 干燥單元設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)

以晶圓為例，在對晶圓這一物料進行干燥的過程中，所采用的干燥單元設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)也要進行細(xì)節(jié)上的改動。

3.3 定位單元及旋轉(zhuǎn)單元

晶圓本身尺寸大小各不相同，而且質(zhì)地較薄、易碎，因此加強對定位單元的設(shè)計非常重要，要根據(jù)晶圓的大小調(diào)整定位裝置，確保其在旋轉(zhuǎn)過程中可以得到穩(wěn)定，避免出現(xiàn)損害的情況。定位單元中主要包括片盒、片盒定位盤、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、電機等方面組成，片盒是其中的關(guān)鍵，采用鏤空結(jié)構(gòu)，設(shè)有定位槽，讓晶圓可以得到固定。片盒定位盤的主要作用在于定位片盒。因為晶圓尺寸不一，在實際應(yīng)用過程中需要準(zhǔn)備多個片盒，因此片盒定位盤的主要作用在于定位不同大小的片盒，兼容所有常用尺寸的片盒。在這樣的設(shè)置下，機械手可以將片盒準(zhǔn)確放置在片盒定位盤，確保氮氣可以充分噴施在晶圓上，形成環(huán)繞氣場，達(dá)到良好的干燥效果。此外，還有一點需要注意，在晶圓清晰干燥的過程中，采用的化學(xué)液多為腐蝕性較強的強酸、強堿等有機溶液，因此需要定期對旋轉(zhuǎn)圓盤式自動干燥裝置內(nèi)部的電機、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、電源線、信號線等部件設(shè)備進行維修和防護，以此切實提高設(shè)備的使用壽命，降低風(fēng)險。除此之外，干燥槽體和氮氣加熱單元也非常重要。以氮氣加熱單元為例，采用充氮控氧工藝，替代傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備中的加熱介質(zhì)，打造出全新的循環(huán)介質(zhì)，能夠有效降低成本，提高實際運行效率。在實際運行過程中，根據(jù)實際應(yīng)用數(shù)據(jù)來看在，不斷充入氮氣的過程中，物料也會逐漸完成干燥。進氣回路中采用的是雙充氮技術(shù)，出氣回路中采用的是自動泄壓排氣雙回路處理方式，同時，在總排氣管路上設(shè)置止回閥，避免氣體回流[1]。不僅如此，對導(dǎo)線以及接口等進行防腐密封處理，以此提高加熱效率。但是在實際設(shè)計的過程中，還需要注意一點，要縮短氮氣和加熱管之間的距離，以此保證加熱效果。同時還要讓加熱管的內(nèi)壁與外壁之間留有一定間隙，最大程度降低熱量損失。并且利用保溫材料保證氮氣加熱裝置主體及外延氮氣出口管路的溫度不會出現(xiàn)大幅度減低，以此切實提高干燥質(zhì)量和干燥效果。綜合考慮到該系統(tǒng)的運行需求，在實際運行過程中，還需要采取一定的技術(shù)措施，保證旋轉(zhuǎn)圓盤式自動干燥裝置的正常運行，優(yōu)化檢修手段和操作檢查方法。以某企業(yè)為例，該企業(yè)定期對旋轉(zhuǎn)圓盤式自動干燥裝置的運行狀況進行評估，主要從故障發(fā)生頻率、檢修費方式、檢修間隔等方面入手，從而確認(rèn)設(shè)備情況。然后針對故障問題進行分析，設(shè)計出解決問題的主要方案，保證方案的科學(xué)合理性。在完成旋轉(zhuǎn)圓盤式自動干燥裝置的檢修工作后，還要對設(shè)備進行二次評估，確保設(shè)備的合理性和有效性，讓其可以正常運行[2]。

4 總結(jié)

綜上所述，在旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)管束式干燥設(shè)備中，前者應(yīng)用效率更高在此基礎(chǔ)上，進提出了旋轉(zhuǎn)式晶圓自動干燥裝置。在設(shè)計過程中，實現(xiàn)了設(shè)備工藝的自動化運行，不僅占用設(shè)備空間較小，也實現(xiàn)了自動清洗等功能，實現(xiàn)了人力資源的合理利用。最為主要的是，相比較傳統(tǒng)的干燥裝置來看，成本也相對較低。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛新峰，徐旭，來亦姝，等.旋轉(zhuǎn)圓盤內(nèi)不同轉(zhuǎn)速的空化特性研究[J].人民黃河，2019（8）：112-116.

[2]周曉斌，范森，董金善.轉(zhuǎn)盤干燥機周向拉撐圓盤轉(zhuǎn)子強度影響因素分析[J].化工機械，2018（3）：358-365.

作者簡介：

楊玫（1984- ），民族：漢，性別：女，籍貫：陜西省大荔縣人，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于襄樊大學(xué)，現(xiàn)有職稱：中級工程師，研究方向：化工干燥設(shè)備。