立式閉路循環干燥機的創新與發展

但中明

（常州一步干燥設備有限公司，江蘇 常州 213017）

1 引言

近年來在干燥厭氧物料或含易燃易爆有機溶劑的物料時，且有機溶劑還能回收利用，不能排放在大氣中，針對這部分比較特殊物料的干燥，一般選用閉路循環干燥機進行干燥，利用氮氣作為干燥介質，氮氣經加熱后在干燥系統內進行循環流動，氮氣在循環流動過程中，帶出物料中的有機溶劑，經干燥系統內冷凝器將氣態的有機溶劑冷凝為液態，并經回收系統回收，從而達到物料干燥的目的。同時由于干燥系統內氮氣的注入，氧含量的減少，當氧含量減少到規定值時，也可對厭氧的物料進行安全的干燥，基于這些優勢，目前這種立式閉路循環干燥機在比較特殊的醫藥產品、化工產品等行業應用得較為廣泛，在使用過程中，也存在一些比較突出的問題，針對這些問題，我公司經過多次的技術及工藝論證，總結出了以下問題并提出了解決方案。

2 問題的提出

2.1 問題一：閉路循環干燥設備除塵方式不環保

針對目前很多藥企使用的閉路循環干燥設備的除塵方式，主要采用的都是脈沖反吹除塵，工藝流程一如圖1所示，在引風機及加熱器的作用下，物料在沸騰干燥過程中，部分物料會附著在濾筒表面上，為了使濾筒表面的物料掉落下來，反吹系統要對濾筒內壁進行反吹，而反吹使用的氣體是氮氣，這個過程中，氮氣不斷地反吹到設備系統中，導致系統內正壓力迅速增大，氧含量降低，當系統內正壓力達到一定程度時，自動泄壓口開始泄壓，且泄壓的頻率很快，在泄壓過程中，氮氣及氮氣中的有機溶劑都會從泄壓口泄出，這樣就會消耗大量的氮氣，有機溶劑的回收量也會少很多，同時還可能污染大氣，不符合環保要求。

圖1 工藝流程一

2.2 問題二：濾筒表面積影響生產效率

在反吹除塵過程中，由于濾筒的表面積比較大，反吹氮氣的壓力及流量不足以把附著在濾筒表面的物料全部反吹下來，這樣濾筒表面的物料就會越積越多，濾筒表面的阻力就會越來越大，導致物料沸騰狀態不好，甚至就不沸騰，嚴重影響生產效率及產品的收得率。

3 問題的解決

基于以上提出的問題，結合用戶物料的具體生產工藝情況，工藝流程二如圖2所示就是一種很好的解決方案。其主要的工藝原理與工藝流程一相同，利用傳統的氣缸抖袋除塵方式，結合閉路循環干燥設備系統密閉性要求高的結構特點，除塵布袋采用光滑的透氣性好的防靜電布制作，抖袋氣缸采用雙行程氣缸結構，長行程用于拆裝布袋或維護檢修時使用，短行程用于布袋的上下抖動。由于布袋在氣缸作用下上下抖動，這樣附著在布袋表面的物料就很容易抖落下來，而氣缸的上下抖動使用的是壓縮空氣，與系統內循環的氮氣及空氣的混合氣體無關，這樣就會節省大量的氮氣，系統內的壓力也不會經常性的增加而自動泄壓到大氣中，有利于環保的要求，也有利于物料中有機溶劑完整的回收，同時也會大大提高生產效率。

圖2 工藝流程二

4 新舊工藝的優缺點比較

流程二相較于流程一主要優點：①能更好更有效地回收有機溶劑，降低生產成本；②能節省大量的氮氣；③能更好地抖袋除塵，提高生產效率；④能更好地避免有機溶劑對環境的污染；⑤操作程序更簡捷、方便，更容易維護。

主要缺點：對用戶的房間空間高度要求更高一些，或要求用戶在房間的吊頂（頂板）上開孔，以便于安裝雙行程氣缸。

5 立式閉路循環干燥機的工作原理

5.1 充氮排氧過程

關閉相應的管路控制閥門，系統處于完全密閉狀態，開啟排空氣泵，將系統內空氣抽出，使系統內達到微負壓狀態，系統壓力表顯示一定值時，關閉相應的排空閥門，同時關閉排空氣泵。此時開啟充氮控制閥，向系統內充氮氣，當在線氧氣檢測裝置檢測到系統內氧氣殘留量小于要求值時，系統內處于微正壓狀態，此時關閉充氮控制閥，進入下一個工序。

5.2 干燥過程

開啟循環風機，使物料沸騰狀態良好；開啟散熱器將系統內溫度加熱到需要溫度，熱量經氮氣傳遞帶走物料中的水分及有機溶劑，并帶走少量的微粉；系統中，微粉經除塵器（過濾至2～μm）收集，濕熱氣體經冷凝器將溶媒及有機溶劑冷凝成液態并經儲液箱收集；經冷凝除濕后的干燥氮氣經風機作用在系統內循環使用。

5.3 系統氮氣保護

氮氣保護主要由在線氧氣檢測儀控制，當含氧量超標要求值時，自動打開充氮裝置，向系統內充氮氣，當系統內氧氣含量符合要求時，自動關閉充氮裝置。

5.4 系統過壓保護

當系統內壓力超過設定值時，壓力檢測裝置動作，自動排空泄壓；系統壓力符合要求時，關閉自動排空閥，系統正常運行。

6 實際應用分析

1）實驗室立式閉路循環干燥機（型號FGBX-5）按圖2的結構整改完成并可投入使用。

2）備好含乙醇30%左右的淀粉物料5 kg待用。

3）設備完全密閉好后啟動排空氣泵，將系統內空氣抽出，待系統內達到一定負壓值后，關閉排空氣泵，同時開啟填充氮氣閥門，向系統內輸入氮氣，當系統內處于微正壓且系統內氧氣含量達到一定要求時，關閉填充氮氣的閥門；在此過程中，如果系統內處于微正壓狀態，但氧含量還沒達標時，則應繼續向系統內填充氮氣，當系統內正壓力超過設備上的自動泄壓閥的安全設定壓力時，則自動泄壓閥門開啟泄壓，泄壓時，系統內氮氣及空氣的混合氣體排出，系統內氧的含量也會繼續減少，當系統內壓力達到安全設定值時，自動泄壓閥門自動關閉，以此循環，直到系統內氧含量達到設定值以內。

4）啟動冷凝回收器，向冷凝器的冷凍水進口注入3°左右的冷凍水。然后啟動密閉引風機，將風機頻率設置20 Hz左右。

5）利用料位差及雙蝶閥原理，將物料投入到主要是氮氣循環的系統內。

6）啟動蒸汽加熱器，將進風溫度控制在60°左右。

7）物料在氮氣循環運動過程中處于沸騰狀態，物料中的有機溶劑乙醇及少部分水被氮氣帶出并經冷凝器冷凝成液體狀態流入回收箱體內，在此過程中，設備頂筒體內的除塵布袋在抖袋氣缸的作用下上下抖動，把附著在布袋上面的物料抖落在料倉內繼續干燥，沒有任何其他氣體進入到系統內，系統內的微正壓狀態就不會很快的增加而開啟自動泄壓裝置，氮氣及有機溶劑的混合氣體就不會經常地排出系統，這樣系統內氮氣的含量穩定，不會經常地向系統內補充氮氣，有機溶劑也不會排出而污染環境，有利于有機溶劑完好的回收。如果使用圖1工藝，由于在干燥過程中，上筒體的除塵系統采用的脈沖反吹形式，每一次反吹都要使用一定壓力的氮氣，這樣系統內壓力就會很快增加，自動泄壓閥門會經常打開泄壓，會帶走大量的氮氣及有機溶劑，不但會污染環境，消耗大量的氮氣，而且有機溶劑的回收率也很低。同時在干燥過程中，由于工作時系統只需要微正壓，所需的風量較小，這樣不但可以降低物料的沸騰高度，使物料粉塵不容易與上筒體的除塵布袋接觸，這樣就會減少布袋阻力，也會提高物料的收率，同時引風機的頻率也可以降低，節省能耗，降低噪聲。

8）物料干燥10 min后，通過取樣器取樣后確認產品已達到要求。

9）干燥好后產品稱重結果，淀粉物料3.45 kg，冷凝回收器的回收箱內的乙醇1.4 kg。達到實驗要求。

7 設備用于自動化生產線

本設備同樣也可運用于無塵化、自動化生產線上，如圖3所示，來自無塵投料站、真空上料機、離心機或其他方式的物料，采用高位下料方式，利用物料本身的重力，物料密閉進料倉1，開啟氣動蝶閥1，物料利用自身的重力順利進入到進料倉2，當進料倉2內的物料儲存到一定程度時，在氮氣進口處沖入一定壓力的氮氣，使進料倉2內部的正壓力大于干燥設備主體內部的正壓力，此時開啟氣動蝶閥2，物料在自身重力及正壓力作用下迅速進入到干燥設備主體的料倉內，以此往復循環，直到當批所需物料進完為止。在整個進料過程中，物料都是在密閉空間內進行輸送，不產生任何粉塵。同樣如圖3所示，物料在干燥完成后，物料在真空上料機的作用下，通過輸送軟管，將干燥好的物料密閉輸送到儲料倉內，完成物料的自動出料。整個進料過程及出料過程都是通過觸摸屏、PLC設定的程序自動完成。實現無塵化、自動化生產。

圖3 工藝流程三

8 結束語