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闭路循环干燥系统的研究及其应用前景

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-09-12  浏览次数:330
 

                              王亚伟,张振伟,王学平
    (东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳 110004)

    【摘 要】 介绍了闭路循环干燥系统的流程及特点,着重讨论了该系统中的冷凝除湿部分,得出了用振动流化床干燥机作为系统的干燥主机较其它干燥机有较为明显的优势的结论,并综述了闭路循环干燥的发展前景。
    【关键词】 闭路循环 干燥 振动流化床 冷凝

1 前 言
传统的干燥方法大部分都是以空气作为干燥介质,经收尘处理后,空气都直接排放到大气中,但由于收尘装置收尘能力所限,排放的空气中多少都含有一定数量的粉尘,其含量达到一定浓度时就会危害人的身体健康;另一方面,当蒸发的溶剂蒸汽有毒或需要回收,或物料易氧化时,用空气作为干燥介质已不能达到工艺要求。闭路循环干燥系统就是针对此种问题发展起来的一种干燥技术,它以其可以回收溶剂、清洁无污染、易实现自动化控制等优点,越来越多的受到人们的关注。由于是一种新型的干燥技术,因此还存在很多需要改进的地方,尤其是冷凝除湿部分,占整个系统操作费用的很大一部分,也是整个系统实现较理想干燥的关键环节。
2 试验流程
    试验流程如图1 所示
    
操作时,物料通过加料器定量的加入到振动流化床中,在热风氮气的作用下,干燥器内的物料产生稳态的流态化,并在热风与湿物料接触中进行传热和传质,不断蒸发的溶剂蒸汽及热风夹带的少量粉尘出干燥器后,经旋风分离器收尘后进入后面的冷凝器中,溶剂蒸汽被冷凝回收,低露点的氮气则经循环风机后经电加热器后重新加热循环利用。循环了的氮气在操作了一段时间后,系统中的一部分氮气溶剂混合气要放空,同时补充一部分氮气,从而使氮气的浓度控制在规定的范围内。
3 冷凝除湿部分研究
    从整个工艺流程可以看出,要实现氮气的循环使用,氮气的除湿是整个系统的关键。若氮气得不到较好的除湿,一方面溶媒不能得以回收,达不到回收溶媒的目的;另一方面随氮气中有机溶剂含量的增加,其除湿能力下降,达不到干燥的要求,且大部分溶剂都有易燃、易爆的特性,对生产操作造成一定的安全隐患。因此,冷凝除湿部分是整个系统的关键环节。
    以某种含有乙醇的原料药的干燥为例,讨论冷凝除湿部分和干燥部分的关系。所用到的物化数据如下表1、表2、表3
    
    由表3 可以看出,随氮气中乙醇的含量降低,混合气的露点温度也随之降低,这是由于在总压不变的情况下,乙醇的含量越低,其饱和蒸汽分压也越低,因此,其露点也随之降低。
    由整个系统流程看,当出干燥器后气体露点温度降低时,后续的冷凝除湿的操作费用,就随之增加,以达到相应的露点温度;当露点温度降到10℃以下时,用水冷凝气体时,工艺上较难实现,同时操作费用也显著增加,从降低冷凝除湿操作费用,提高整个系统的性能价格比考虑,出干燥器后的气体含湿量越高越好。但如何以较小的气体量获得较高的含湿量,这就涉及到干燥器的选择,若采用振动的流化床干燥机,由于振动的导入,使得流化速度降低,即在较小的气速下即可达到流化状态,最小流化气速降低可显著降低气体的需要量,进而降低粉尘夹带,配套热源、风机、旋风分离器等可相应缩小规格,成套设备造价会较大幅度下降,节能效果显著;而且在激振力的作用下,物料粒子与热介质之间进行着激烈的湍动,使传热和传质过程得以强化,因此,在较小的风量下能够达到较高的气体含湿量,振动的导入使得振动流化床干燥机较其它型干燥机更适合闭路循环干燥。
4 闭路循环干燥的发展前景
    闭路循环干燥系统的诞生是干燥作业发展的一大进步,它是最早由贝塔等人在美国化学工程协会第58 届会上宣布:含有机溶剂的物料干燥可采用封闭式循环干燥法,以使溶剂得以回收而发展起来的。这种新型的干燥技术适合于医药上的药品和原料的干燥,因为许多合成药往往都是在有机溶剂中结晶,其滤饼中自然含有相当数量的有机溶剂,而这部分溶剂若直接排放到大气中即污染环境又造成能源浪费,因此,就药物合成而言,回收各种溶媒加以重新利用是环保的要求也是企业自身发展的要求,作为一名设计者,除要考虑最经济、最合理的设计方案和最优的工艺流程、设备选型及布置,还要考虑便于操作、检修、改善工作环境。在新设备新工艺方面进行合理选用,既要节能降耗、降低生产成本,又要减少环境污染,降低环境处理费用,实现经济、环境、社会效益的三统一。
    闭路循环干燥系统就是能实现经济、环境、社会效益的三统一的最典型的设计方案,它较传统的干燥方法有其独特的特点和优势:回收了溶剂降低了生产成本,又避免了溶剂污染环境,在人们的环保意识日益增强的今天这一点也正是社会和企业关注的焦点;可以在氮气温度不是很高的情况下,将物料干燥到较低的含湿率(可达0.03%~0.1%),当对物料的终含湿率有较高的要求时,闭路循环干燥更能体现出它的优势;整个装置是在闭路循环情况下操作的,因此对各个工艺参数的调节较易实现自动控制,降低劳动强度,大大提高生产效率。正是由于闭路循环干燥诸多的优点,使得该项技术目前在化工、医药和生物工程中受到越来越多人的关注。
    闭路循环干燥作为一种新型的干燥技术,虽然有许多其它干燥方法无法替代的优点,但由于它是一种较新的技术,许多关键环节尚在进一步的研制和优化过程中。而且,由于其装置加工制造、要求较高,且整个系统对气密性的要求非常严格使得闭路循环干燥目前在国内的溶剂产品干燥生产中大都处在小试或中试规模,大规模的生产运作还较难实现,但随着新产品开发和人们环保节能意识的提高,闭路循环干燥将会得到越来越多的关注和应用。
5 结论
    闭路循环干燥系统是一种较新的干燥技术,许多环节还有待于进一步完善和改进,冷凝除湿这一环节是整个系统的关键,而这一环节又受干燥机选型的制约,振动流化床干燥机由于振动的导入,可以实现较小的风量,较高的氮气含湿率,从而提高了冷凝部分的露点温度,降低了冷凝除湿部分的操作费用,因此,振动流化床干燥机较适用于闭路循环干燥系统。伴随着人们环保节能意识的提高,将会越来越多的人对闭路循环开展更加深入的研究,这将大大加快闭路循环干燥实现工业化的步伐,而闭路循环干燥的工业化对国内溶剂产品的干燥有及其重要的意义。

 
 
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