（机械工程专业论文）古龙酸脉冲气流干燥器的设计与应用.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 古龙酸脉冲气流干燥器的设计与应用 摘要 干燥技术的迅猛发展，为化工、制药等行业降低干燥工序成本，提高经 济效益提供了有效手段，尤其在市场经济浪潮席卷全国，企业面临市场竞争 r 趋激烈的今天，国有企业如何利用现代技术为企业服务，提高企业技术水 平和竞争能力更具有现实意义。 古龙酸干燥是维生素c 生产过程中的一个重要工序，但是现有的古龙酸 干燥设备远不能满足生产的需要。本文阐述了不同干燥器的特性和适用工 况，通过比较，选择脉冲气流干燥器做为古龙酸生产的干燥设备，并进行干燥 工序的技术改造。 在没计和实施过程中，在重点分析和考虑原有干燥设备缺陷的基础上， 结合东北制药总厂维生素c 生产线的实际情况，根据古龙酸物料的特性和生 产情况，确定了气流干燥系统的总体方案，按干燥系统的设计理论确定了干燥 器的参数，完成了控制系统的设计，并进行设备的髓工设计和现场调试，形成了 一套完整的古龙酸干燥系统。 在工业化试生产的过程中，新设备充分体现了超越原设备的优越性。生 产能力及产品质量大幅度提高，满足了大生产的需要，提高了古龙酸干燥工 序的技术水平。同时，新设备与原设备相比，操作简单，自动化程度高，占 地面积、劳动力的投入和产品运行成本均大幅度降低，新设备在试生产中取 得了巨大的成功。 本文将现代干燥技术与控制技术相结合，完成了东北制药总厂维生素c 生产线古龙酸干燥设备的设计开发，实现了古龙酸干燥工序的自动化，解决 了工程实际问题，同时创造了可观的经济效益。 关键词古龙酸干燥脉冲气流干燥自动控制 东北大学硕士学位论文 t h e d e s i g na n da p p l i c a t i o no fp u l s e d p n e u m a t i cd r y e rf o rk e t o g u l o n i ca c i d a b s t r a c t t h e r a p i d l yd e v e l o p e dd r y i n gt e c h n o l o g i e sh a v ep r o v i d e d t h ec h e m i c a l e n g i n e e r i n g a n d p h a r m a c e u t i c a l i n d u s t r i e sw i t he f f e c t i v em e t h o d st or e d u c e d r y i n g p r o c e s s c o s t sa n d p r o m o t ee c o n o m i c b e n e f i t s i ti s e s p e c i a l l y m o r e s i g n i f i c a n t f o rs t a t e - o w n e d e n t e r p r i s e sw h i c h a r e f a c i n g t h em o r ea n dm o r e c o m p e t i t i v em a r k e t i n gc h a l l e n g e sh o wt om a k eb e s tu s e so fm o d e r ni n d u s t r i a l t e c h n o l o g i e sa n dh o wt oi m p r o v et h ep r a c t i c a ls k i l l sa n dc o m p e t e n c e si np r e s e n t d a y sw h e nt h es p r i n gt i d eo f m a r k e te c o n o m yi ss u r g i n ge v e r yc o r n e ro fo u rc o u n t r y d r y i n gk g ai sak e yp r o c e s si nt h ep r o d u c t i o no fv i t a m i nc ( v c ) t h ee x i s t i n g d r y e r sf o rk g a ，h o w e v e r ，h a v en o ta c c o r d i n g l ys a t i s f i e dt h ei n c r e a s i n gd e m a n d so f v cs y n t h e t i c s t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds u i t a b l eo p e r a t i n gc o n d i t i o n so fd i f f e r e n t d r y e r sh a v eb e e nd i s c u s s e di nt h i sp a p e r ，w i t hc o m p a r i s o n s ，t h ep u l s e dp n e u m a t i c d r y e ri st a k e na st h ee x p e r i m e n t a lt a r g e tf o rd r y i n gk g aa n di t sw o r k i n gp r o g r a m s a r et e c h n o l o 鲥c a l l yr e f o r m e d t h eo v e r a l lr e s o l u t i o n sf o rt h ep n e u m a t i cd r y i n g s y s t e ma r ec o n f i r m e dw i t h l a y i n gs t r e s s e s o nt h ea n a l y s i sa n dc o n s i d e r a t i o n so fd e f e c t so fo r i g i n a td r y e r s ， w e i g h i n gt h ef a c t so fv cp r o d u c t i o nl i n ei nn o r t h e a s tg e n e r a lp h a r m a c e u t i c a lg r o u p ( n g p g ) a n dd e p e n d i n go nt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fk g a ；t h r o u g ht h e s c h e d u l e dc o n s t r u c t i o na n df i e l dr e g u l a t i o n s a n dt e s t s ，au n i q u ep a c k a g eo fd r y i n g s y s t e mf o rk g ai sf o r m e dw i t hd e c i d e dp a r a m e t e r sf o rt h ed r y e ri na c c o r d a n c eo f r e l a t e dt h e o r i e sa n dd e s i g n e dc o n t r o ls y s t e m i nt h ep r o c e s so fa ni n d u s t r i a l i z e d e x p e r i m e n t ，t h ei n n o v a t e da n dr e f o r m e d s y s t e mh a ss h o w ni t sa d v a n t a g e so v e rt h eo r i g i n a lo n e s ，w i t he n h a n c e m e n t so f p r o d u c t i o nc a p a c i t ya n dp r o d u c tq u a l i t y ，a n dw i t ht h es a t i s f a c t i o n so fl a r g es c a l e d e m a n da n di m p r o v e m e n t so fd r y i n gt e c h n o l o g i e sf o rk g a c o m p a r e dw i t ht h eo l d 一i l l 东北大学硕士学位论文a b s 仃a g t o n e s ，t h en e ws y s t e mi sn o to n l ye a s i l yo p e r a t e d ，b u ta l s oh i g h l ya u t o m a t e d ，a n da t m e a n w h i l e ，i t ss p a c eo c c u p a t i o n s ，l a b o ri n v e s t m e n t sa n dr u n n i n gp r o d u c t i o nc o s t s h a v et o t a l l yb e e nr e d u c e d t h e r e f o r e ，t h ei n n o v a t e dd r y e ri sag r e a ts u c c e s si nt h e e x p e r i m e n t a lp r o d u c t i o np r o c e d u r e s v i ac o m b i n i n gm o d e r nd r y i n gt e c h n o l o g yw i t ht h a to fp r o c e s sc o n t r o l ，t h e d e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft h ed r y e rf o rk g ai nv cp r o d u c t i o nl i n ei nn g p gh a v e b e e nc o m p l e t e d ，t h ea u t o m a t i o no ft h i sp r o c e s sh a sb e e nr e a l i z e da n dt h ee x i s t i n g e n g i n e e r i n gp r o b l e m s h a v e b e e nr e s o l v e d s i m u l t a n e o u s l y w i t hc o n s i d e r a b l e e c o n o m j eb e n e n t se r e a t e d k e yw o r d s ： k e t o g u l o n i ca c i d ( k g a ) ，d r y ，p u l s e dp n e u m a t i cd r y i n g ，a u t o m a t i cc o n t r o 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：。啦进 日期：跏6 参五四形，霉 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 啦纹生 签字日期。9 , - o ；笏硝嘭府 导师签名： 签字日期： 东北尢学硕士学位论文第一章绪论 1 。l 课题背景 第一章绪论 我函加入世贸组织是机遇也是挑战，以制药行业来说，产量大、价格低是优 势，健出口药品除质量指标以外，还要符合有关规定和要求。大多数药品是以固 态形式存在的，因此，于燥是药品生产过程中的一道重要的工序。根据不同的性 质和要求，药品干燥大致可采用下述两类方法：一类是从水溶液童接喷雾干燥成 为颗粒，如链霉素、庆大霉素；另一类是溶液经过结晶、过滤后将结晶物进行干 燥，如维生紊c 、氯霉素等。 近年来，随羞国民经济的不断发展和入民生活水平的不断提蕊，人们对维生 素c ( 人体所必须的微量元素之一) 的需求量越来越大；食品、饮料、药品、化 妆品、饲料等都歼始添加一定量的维生素c ，特别是欧美国家对维生素c 的需 求量更是连年增加。维生素c 行业得到了迅速的发展，国际、国内的维生素c 行业竞争r 趋激烈。目前，全国维生素c 生产厂家主要有东北制药、华北制药、 石家庄制药及江由制药四家，年产曩近l o 万吨，在世界市场的占有率达到6 0 。 国内生产维生素c 的简单工艺流程有发酵、提取i 转化和精制四个工序， 如图1 1 所示： i 山梨醇经过两步发酵褥到蠢龙酸钠 i 0 | 古龙酸锇经过树臌换、浓缩、结晶脱把。罕黼蛄笼酸f 上 i 古龙酸予品经过酪纯、转化得到湿品粗v ci l 0 二：一、 1 粗v c 经过精制、干燥得到成品维生素c 豳1 1 维生素c 生产漉程图 f i g 1 tf l o wc h a r to fv i t a m i ncp r o c e s s i n g 。l 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 其中古龙酸是维生素c 生产过程的一个中间体，需要干燥后供给下一工序 使用。古龙酸经离心脱水后为结晶状粉体，含湿份为乙醇和水，易吸潮板结，有 少量结团。 东北制药总厂从十九世纪五十年代开始生产维生素c ，是我国最早生产维生 素c 的厂家，生产的东北红五星牌维生素c 在国内外享有很高的声誉。国内其 他的v c 生产厂均采用东北制药总厂的生产工艺，因此，东药的v c 生产装备具 有一定的代表性。现在，东北制药总厂在古龙酸干燥工艺中，采用的是5 台双锥 回转干燥机，每批需干燥二个多小时，该装置属于间歇式操作，存在生产能力低、 能耗高、成品湿含量高、干燥质量不均匀等缺点，不能满足下道工序要求，成为 影响生产的瓶颈。 鉴于生产中存在的以上实际工程问题，必须寻找一种高效、经济适用的干 燥装置，以更好的适应生产的需要。 1 2 干燥技术发展概况1 随着我国国民经济的高速发展和科学技术的不断进步，干燥技术在国民经济 中占有越来越重要的地位。近年来，干燥过程已在化工、食品、医药、染料等部 门获得了越来越多的应用。干燥是一个复杂的工艺过程，由于它直接影响产品质 量和生产成本，所以正确的选择和使用干燥操作，是保持产品质量的重要手段之 一。干燥操作个性问题多，共性问题少。被干燥物料的种类、规格五花八门，差 别甚大，有的年产可达数万吨，有的只有几十公斤。这就使得干燥设备的种类、 规格非常庞杂，操作方法也各有所异。 干燥的目的是除去某些原料半成品中的水分或溶剂，使物料便于包装、运输、 贮藏、加工和使用。 ( 1 ) 悬浮液和滤饼状的化工原料和产品，可经干燥成为固体，便于包装和运 输。 ( 2 ) 不少化工产品，由于水分的存在，有利于微生物的繁殖，易霉烂、虫蛀 或变质，这类物料经过干燥便于贮藏。例如生物化学制品、抗生素及食品等，若 含水量超过规定标准，易于变质，影响使用期限，需要经干燥后贮藏。 ( 3 ) 为了使用方便。例如食盐、尿素和硫铵等。当其干燥到含水率为o 2 o 5 左右时，物料不易结块，使用比较方便。 ( 4 ) 便于加工。一些化工原料，由于加工工艺要求，需要粉碎( 或造粒) 到一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 定的粒度范围和含水率，以利于再加工和利用。如磷矿石经粉碎干燥可以提高化 学反应速度；催化剂半成品的造粒干燥，可使其保持一定含水率和粒度范围，有 利于压片成型等。 ( 5 ) 为了提高产品的质量。某些化工产品，其质量的高低与含水量有关。物 料经过干燥处理，水分除去后，有效成分相应增加，提高了产品质量。例如：涤 纶切片在纺丝前，干燥到含水率为o 0 2 以下，可以防止在抽丝时产生气泡，提 高丝的质量。 化学工业中的干燥方法有三类：机械除湿法、加热干燥法，化学除湿法。 机械除湿法是用压榨机对湿物料加压，将其中一部分水分挤出。物料中除去的 水分量主要决定施加压力的大小。物料经机械除湿后仍保留很高的水分，一般为 4 0 6 0 左右。粒状物料或不许受压的物料可用离心机脱水，经过离心机除去 水分后，残留在物料中的水分为5 1 0 左右。另外，还有各种类型的过滤机， 也是机械除湿法常用的设备。机械除湿法只能除去物料中部分自由水分，结合水 分仍残留在物料中。因此，物料经过机械除湿后含水量仍然较高，一般不能达到 化工工艺要求的较低的含水量。加热干燥法，是化学工业中常用的干燥方法，它 借助热能加热物料、气化物料中的水分。如用空气来干燥物料时，空气预先被加 热送入干燥器，将热量传给物料，同时气化物料中的水分，形成水蒸汽，并随空 气带 干燥器。物料经过加热干燥，能够除去物料中的结合水分，达到化工工艺 上所要求的含水量。化学除湿法，是利用吸湿剂除去气体、液体和固体物料中少 量的水分。由于吸湿剂的除湿能力有限，仅用于除去物料中的微量水分，化工生 产中应用极少。 化学工业中固体物料的干燥，一般是先用机械豫湿法，除去物料中大量的 非结合水分再用加热干燥法除去残留的部分水分( 包括非结合水分和结合水 分、。 1 3 被干燥物料的性质 1 3 1 物料的状态 常见物料有以下几种状态： ( 1 ) 溶液及泥浆状物料，如工程废液及盐类溶液等。 ( 2 ) 冻结物料，如食品、医药制品等。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 ( 3 ) 膏糊状物料，如活性污泥及压滤机滤饼等。 ( 4 ) 粉粒状物料，如硫酸铵及树脂粉术等。 ( 5 ) 块状物料，如焦炭及矿石等。 ( 6 ) 棒状物料，如木材等。 f 7 ) 短纤维状物料，如人造纤维等。 ( 8 ) 不规则形状的物料，如陶瓷制品等。 ( 9 ) 连续的薄片状物料，如带状织物、纸张等。 ( 1 0 ) 零件及设备的涂层，如机械产品的涂层等。 1 3 2 物料的物化性质 被干燥物料的理化性质是决定干燥介质种类、干燥方法和干燥设备的重要因 素，因此，在选用和设计干燥器时要了解物料的以下几方面性质： ( 1 ) 物料的化学性质。如组成、热敏性( 软化点、熔点或分解点) ，物料的毒 性，可燃性，氧化性和酸碱性、摩擦带电性、吸水性等。 ( 2 ) 物料的物理性质。如物料含水量，假密度、真密度、比热容、热导率及 粒度和粒度分靠等。对于原料液还应当知道浓度、粘度及表面张力等。 ( 3 ) 其他性质，如膏糊状物料的粘附性、触变性( 即膏糊状物利在振动场中或 在搅动条件下，物料可从塑性状态，过渡到具有一定流动性的性质) ，这些性质 在设计干燥器及加料器时可加以利用。 1 3 3 物料与水分结合的性质 固体与水分结合的方式是多种多样的，如物料表面附着的水分，多孔性物料 孔隙中滞留的水分，物料所带的结晶水分及透入物料细胞内的溶胀水分等。物料 与水结合方式不同，除去的方法也不尽相同。例如：物料表面附着的水分和大毛 细管中的水分，是干燥可以除去的；化学结合水，不属于干燥的范围，经干燥后， 它仍残存在物料中。 1 4 干燥机理 干燥是使物料中的水分汽化，并将所形成的蒸汽排至外部环境中的过程。湿 物料的干燥受到外部环境条件和物料本身结构的影响。 在干燥过程中，一方面，物料表面接受周围介质所传递的热量，表面水分汽 东北犬学硕士擘位论文第一章绪论 化后被介质掰带走；另一方蕊，物料的内部也同时发生着热囊传递和水分向外部 的扩救和迁移，这种表礤汽化和内部扩散豹过程是同时进行的。干燥的崮的不仅 要使表嚣水分汽化，还盛须使悫部承分不断地商外扩散如去。当物料由内部扩敖 到表面的水分大于从表西蒸发的水分时，物料表蕊仍保持湿润，产生强烈的水分 数发，且传绘物料的热量几乎全部消耗予水分的蒸发，物料表面温度近似等于干 燥舟质的湿球温度，此时干燥速度恒定，处予恒速干燥阶段。在恒速干燥段，干 燥速度的快慢取决于物料表蕊水分蒸发的速度，受外部条件的控制。 随羲干燥过程的进杼，物料古水率逐渐下降，当达到某一临界水分点c 。时， 物料表面水蒸汽分压力下降，内部的水分扩散速度小于表面汽化速度，由于水分 不能及时向外扩散，造成物料表面首先干燥，蒸发表面向内部转移，热能一部分 用于干燥所必需的传热和传质，另一部份则使物料升温；干燥速度开始下降，进 入降速干燥段。降速干燥段的干燥速度主要受物料内部水分扩散速度的影响。 显然。临界水分点c 。是一个关键点，它是等速与降速干燥阶段的分界点。 到临界点后，物料内部水分向表面的迁移速度已赶不上物料表面水分的汽化速 度。由于结构、形状及大小等因素的不同，物料具有不同的水分迁移速度，而干 燥介质的操作条件又将使物料有不间的表面汽化速率。因此临界湿含量必与物料 的特性和干燥介质的操作条件有关。如若恒速干燥我的干燥速率太快，或料层较 厚，则易使水分由内部迁移至表面的速率在物料湿含量较高时就小予表面水分的 汽化速率，这样，物科的临界水含薰就必然较高。 因此，从干澡技术的角瘦出发，十分重要的一煮是尽可能去降低物料的临界 湿含量，从而使干燥进程最大限度地处在恒速干燥段以缩短所需的干燥对间，避 免物料温度过离，使物料发生变质或造成能耗过大，从而得弱在较低温度下干燥 的赢疆鬣产品。 当物料中存在有湿含量分布时，其临界湿含量的值是该分布的平均僮。若该 物料的厚度为l ，其局部湿含量以c 来表示，则峪界湿含量。1 2 l 为： 1， 纹= 二tl c 研 ( i 1 ) l 。 决定o 。数值大小的两个重要参数是干燥表露的局部澄含量c 及其分森蹑数 c = f ( t ) 。 即使相同的物料，也会由于其状态不同( 如散粒状态或聚集状态) ，而使其临 界漫含爨的数值有较大的羞。例如砂子聚集成砂层盼，砂层被干燥蜃的临界湿含 东北大学硕士学位论文第一章绪论 量是0 1 2 ，而其表面湿含量约为o ，0 6 ；但当砂粒处于分散状态时，则临界湿含量 仅为o 0 l 。另外，当物料的湿含量分布趋于平坦时，临界湿含量( i ) 。值也将变小。 由此可知，临界湿含量的值不只由物料的特性所决定，同时也取决于所使用 的干燥方法。 气流干燥可以拓宽恒速干燥段的水分范围。在气流干燥管内气固悬浮物中， 由于高速气流的作用，粘结的物料被打散，相当于l 在减小，而物料的每个颗 粒其全部表面都将参与水分蒸发，使得临界湿含量下降，使之更加接近于物料的 平衡水分，在最大限度内保持颗粒表面均匀排湿，使干燥过程尽量处在恒速干燥 段。气流干燥器以高温、高速气流作为干燥介质来强化干燥过程，气固相间接触 时怕j 极短，所以一般仅能适用于物料进行表面蒸发的恒速干燥阶段，物料中所含 水分应以润湿水、孔隙水或较粗管径的毛细管水为主。在这种湿分与物料结合状 态下的湿物料均可在气流干燥器中干燥，最终获得湿分在o 3 1 的干物料。 对于吸附性或细胞质物料，则很难将其干燥到2 3 以下，而那些湿分在物料 内部的迁移以扩散为主的湿物料，则不适合于气流干燥。 1 5 几种常见干燥器的特性 1 5 1 生产过程对干燥器的要求 ( 1 ) 干燥器对被干燥物料的适应能力。如：能否达到物料要求的干燥程度， 干燥产品的均匀程度。 ( 2 ) 干燥器对产品的质量有无损害。因为有的产品要求保持结晶形状、色泽， 有的产品要求在干燥中不能变形或龟裂等。 ( 3 ) 干燥装置的热效率高低( 一般而言，干燥装置热利用好，则热效率高：相 反，则热效率低) ，这是干燥的主要技术经济指标。 此外，还应了解干燥器的经济处理能力，干燥设备的生产强度或干燥速率。 干燥强度大，所用设备小，其固定投资较少，否则相反；干燥系统的阻力大小， 决定干燥系统机械能的消耗，系统的阻力小，机械能消耗少，操作费用就低。干 燥器附属设备的多少，有时可能影响这种干燥器的应用。例如，悬浮态干燥装置 ( 如流化床干燥器、气流干燥器等) ，离不开有效的粉尘分离设备，可靠的通风设 备和湿物料的供给装置等，虽然干燥器本身尺寸不大，但由于辅助设备很笨重， 应用受到限制。同时，还要求干燥设备操作控制方便，劳动条件良好。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 5 2 干燥器的特性f 3 】 干燥过程按其热源种类和受热方式不同可分为：对流干燥、传导干潦、远 红外干燥、微波干燥、冷冻干燥等等。近年来应用较为普及的是喷雾干燥、气流 干燥、流化床干燥、回转双锥干燥等干燥设备。 ( 1 ) 喷雾干燥器 喷霹干燥器是处理溶液、悬浮液或泥浆状物料的干燥器。它是用喷雾的方法， 使物料成为雾滴分敖在热气流中，物料与热空气呈并流、逆流或混流的方式互相 接触，使水分迅速蒸发，达到干燥目的。采用这种干燥方法，可以省去浓缩或过 滤等化工单元操作，可以获得3 0 5 0 0 湃 n 的粒状产品，两干燥对闯极短。一般于 燥时间为5 3 0 s 。适用于高热敏性物料和料液浓缩过程中易分解的物料的干澡， 产品流动性和速溶性好。喷雾干燥器中气固两相接触表面积大，但是气固两相呈 稀相流动，故容积传热系数小，一般为2 3 1 1 6 w m 3 ，热风温度在并流操作时 为2 5 0 5 0 0 。c ，逆流操作时为2 0 0 3 0 0 c ，工业规模的喷雾干燥器，热效率一般 为4 0 5 0 。国外带有废热回收的喷雾干燥器，热效率可达到7 0 ，这种设餐 只有在大于1 0 0 k g ( 水) h 水的生产能力时才比较经济。 工业上应用的喷雾方法有三种形式：离心式雾化器。其阐转速度般为 4 0 0 0 2 0 0 0 0 r m i n ，最离可达5 0 0 0 0 r r a i n 。压力式雾化器。是用泵将料涨加压 到1 1 0 1 2 1 0 1 p a ，送入雾化器，将料液喷成雾状。气滚式雾化器。用压力 为2 t 0 55 1 0 s p a 的压缩空气或过热蒸汽，通过喷嘴将料液喷成雾滴。在我国， 压力式和离心式雾化器用得较多，小型喷雾干燥装置也有用气流式雾化器的。 喷雾干燥装置的流程如图1 2 所示。料液通过雾化器，喷成雾滴分散在热气 流中。空气经鼓风机，送入空气加热器加热然后进入喷雾干燥塔，与雾滴接触 于燥。产品部分落入塔底，部分由级抽风机吸人一级旋风除尘器，经分离后， 椿废气放空。塔底的产品和旋风除尘器收集的产品，由二级抽风机抽出，经二级 旋风除尘器分离后包装。 喷雾干绥的产品为细粒子，为了适应环境保护法令的要求，喷雾干燥系统只 用旋风除尘器分离产品、净化废气还是不够的，一般还要用袋式除尘器净化，使 废气中的含尘量低于5 0 m g m 3 气体f 标准状态) ，或用湿式洗涤器，可将废气含尘 量降到15 3 5 m g m 3 气体( 标准状态) 。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 i 一鼓风机；2 一空气加热器；3 一喷雾干燥塔：4 一雾化嚣；5 一一级旋风除尘器 6 一一级抽风机；7 一二级旋风除尘器；8 一二级抽风机 图1 2 喷雾干燥器流程图 f i g 1 2f l o wc h a r to fs p r a y i n gd r y e r ( 2 ) 流化床干燥器 流化床干燥器又名沸腾床干燥器，其装置流程如图1 3 所示。 散粒状的固体物料，由螺旋加料器加入流化床干燥器中，空气由鼓风机送入 燃烧室，加热后送入流化床底部经分布板与固体物料接触，形成流念化，达到气 固相的热质交换。物料干燥后幽排料口排出。废气由流化床顶部排出，经旋风除 尘器组回收；被带出的产品，再经洗涤器和雾沫分离器后排空。 流化床干燥器具有以下特点，它适用于无凝聚做用的散粒状物料的干燥，颗 粒直径可从3 0 9 m 6 r a m ；设备结构简单：生产能力大，从每小时儿十千克至4 1 0 5 k g ；热效率高，对于除去物料中的非结合水分，热效率可达到7 0 左右， 对于除去物料中的结合水分时热效率约为3 0 5 0 ；容积传热系数可达到 2 3 2 6 6 9 7 8w m 3 ；物料在流化床中的停留时间与流化床的结构有关，如设计 合理，物料在流化床中的停留时间可以任意延长。其缺点是热空气通过分布扳和 物料层的阻力较大，一般约为4 9 0 1 4 7 0 p a ，鼓风机的能量消耗大。对单层流化床 干燥器，物料在流化床中，处于完全混合状态，部分物料从加料i j 到出料口，可 能走短路而直接飞向出1 ：3 ，造成物料干燥不均匀。为了改善物料在流化床中干燥 东北大学硕士学位论文第一章绪论 的均匀性，一股多采用不同结构的流化床。如具有控制物料短路的挡板结构的单 层流化床、卧式多室流化床、多层流化床等。 i 一鼓风机i 5 一流化床干燥器 f i g1 2 一燃烧室：3 一螺旋加料器；4 一料斗； 6 一雾津分离嚣：7 一洗涤器；8 一旋风除尘机组 图l _ 3 流化床干燥器流程图 3f l o wc h a r to ff l u i d i z e db e dd r y e r 采用多层流化床干燥器，可以增加物料的干燥时间，改善干燥产品含水的均 匀性，从而易于控制产品的干燥质量。但是，多层流化床于燥器因层数增加，分 布板相应增多，床层阻力增加。同时，各层之间，物料要定量地从上层转移至下 层，又要保证形成稳定的流化状态，必须采用溢流装置等，这样又增加了设备结 构的复杂性。对于除去结合水分的物料，采用多层流化床是恰当的。例如山东新 华制药厂，采用双层流化床干燥含水率1 5 3 0 的氨基匹林；一些涤纶纺丝厂， 采用五层流化床干燥涤纶树脂，使产品含水率达到o 0 3 左右。 卧式多室流化床干燥器，由于分隔成多室，可以调节各室的空气量，同时， 流化床内增加了挡板，可避免物料走短路排出干燥产品的含水量也较均匀。若 在操作上对各室的风量、气温加以调节，或将最末几室的热j x l 二次利用，或在床 内添加内加热器等还可提高热效率。 ( 3 ) 气流干燥器 气流干燥广泛应用于粉粒状物料的干燥，其流程如图1 4 所示。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 i 一鼓风机；2 一燃烧室：3 一积料捧放【= 】；4 加料器 5 一气流干燥管；6 - 旋风除尘器；7 一引风机 图1 4 气流干燥器流程图 f i g 1 4f l o wc h a r to fp n e u m a t i cd r y e r 被干燥的物料直接由加料器加入气流干燥管中，空气由鼓风机送入燃烧炉， 加热后，进入气流干燥管舯底部。，高速的热气流，使加入的粉粒状湿物料加速并 分散地悬浮在气流中，在气流加速和输送的过程中完成对湿物料的干燥。如果在 气流干燥装置中，再增加湿物料分散机或小块状物料粉碎机，这种装置还可用于 滤饼状物料及块状物料的干燥。 气流干燥的特点是，由于被干燥的物料分散地悬浮在气流中，物料的全部几 何表面积都参与传热和传质，所以有效传热、传质面积大、容积传热系数高。 气流干燥器的主体设备很小，设备投资费低，占地面积小，且可连续操作， 易于实现自动控制。但是，气流干燥器的附属设备较大，操作气速高，物料在气 流的作用下，冲击管壁，以及物料问的相互碰撞，物料和管子的磨损较大，对于 粒度和晶形要求十分严格的物料，不宜采用。 其次，气流干燥也不适于粘附性很强的物料，如糊状的葡萄糖等。此外，对 于干燥过程中易产生微粉、又不易分离的物料，以及需要空气量极大的物料，都 不宜采用气流干燥。 东北走学硕士学位论文第一章绪论 目前，我国使用中小型气流干燥器较多，使用大型装置较少；使用直接加料 的流程较多，使用有其他附属装置( 如分散机、粉碎机、分级机等) 的流程较少。 但是对气流干燥管的改型和强化都有不少发展，如脉冲式、旋风式、倒锥式气流 干燥器等。 ( 4 ) 回转真空干燥器 4 1 闯转真空干燥器的器身为圆形，两头为锥体，中间有二悬轴用以支撑器身， 并起着连接真空罐及热水进出管路的作用。 2 0 世纪8 0 年代初，华北制药厂青霉素干燥取代真空干燥箱，开发并研制了 此种装置，如图1 5 所示。重点解决了二悬轴的同心度( 轴端跳动量 0 0 l m m ) 问题以及固定的真空引出管与选装轴之间的密封和原位清洗和消毒问题。此外还 配套了可以真空下回收蒸发溶剂的低温冷凝器。该装置已在医药行业获得了推 广，如维生素行业中间体及成品的干燥，其中福州抗菌素厂采用该机型己于1 9 8 5 年通过了美国f d a 验证。在双轴回转真空干燥器的基础上又开发了单轴型回转 真空干燥机，即单一转轴支撑器身，使器身留在无菌区而将传动系统移到无菌区 以外。从结构上实现了传动轴、真空引出管、加热用进出水管路的同轴化。此种 形式也将获得广泛的应用。 图1 5 回转真空干燥器流程图 f i g i 5f l o wc h a r to fr o t a r yv a c u u md r y o r 煮燃口 东北大学硕士学位论文第一章绪论 各类干燥器在化学工业上的用途有所不同，但是，能耗、劳务及维修费用之 问的相互影响，以及科技的发展、进步，都对干燥器的分界和用途产生了很大的 影响。_ 般干燥前采用机，械脱本的方法来降低蒸发负荷，可以大大提高干燥的经 济效益。例如：仅将固体含量从3 0 提高到3 2 ，产量和热利用率就提高9 t ”。 干燥设备的经济性一般是由投资和操作费用这两个因素决定的。前者一般取 决于设备的制造费用，后者则依赖于操作中的能耗。在保证完成生产任务的前提 下，应尽可能降低投资和操作费用，这是选型和设计的最终目标。 1 6 分析与选择 东北制药总厂的古龙酸物料经过结晶后，先用机械除湿的方法，即用离心机 脱水除去物料中的大部分水分。此时的物料特性为：平均含湿量为水分1 1 6 、 乙醇4 7 。介于o 9 m m 到o 2 8 m m 之制的粒度为9 i 1 ，平均粒径为d p = o 4 6 m m ， 属于粉粒状物科，然后再进行于燥。 从以上介绍的干燥器特性来看，有两种干燥器适用于粉粒性物料：一是固定 床干燥器，二是气流干燥器。由于古龙酸物料颗粒大小分布较宽，固定床流化条 件不好控制，因而不宜采用。而气流干燥是一种使用较普遍的干燥型式，非常适 合于干燥结晶小颗粒物料，其结构简单，投资少，安装方便，气固相接触面积大 是比较实用的干燥器。 因此，本文选择气流干燥器作为古龙酸干燥工序的生产设备。 1 7 主要研究内容 结合东北制药总厂v c 生产线的实际问题，本文选定古龙酸干燥设备的选型、 设计与工业化试验作为研究课题，以解决古龙酸生产中存在的实际问题。本文主 要工作包括以下内容： ( 1 ) 分析不同干燥设备的特点及适用工况，确定适合于v c 生产过程中古龙 酸干燥的方法和干燥设备。 ( 2 ) 气流干燥器干燥管的结构参数计算。 ( 3 ) 气流干燥辅助设备的设计与选型。 ( 4 ) 气流干燥器电控系统设计与功能的实现。 ( 5 ) 气流干燥器的工业化试验。 东北大学硕士学位论文 第二章气流干燥器的选型 第二章气流干燥器的选型 东北制药总厂现有的古龙酸双锥干燥器，不能满足生产要求，成为影响生产 的瓶颈，通过比较不同干燥器的特性，结合物料的特点选择了气流干燥器作为替 代设备。 本章通过分析不同形式气流干燥器的基本源理及特点，选择合适的气流干燥 器用于古龙酸干燥。 2 1 气流干燥器的发展概沉 气流于燥器的应用历史较为久远，据介绍，旱在十九世纪前后，前苏联就将 直管式气流干燥机疲用于工业生产草：我国盼舞整镰苹燥。琉也在五十年代初 正式投产使用。经过多年豹发展，气流干燥丰几己成为散粒状物料干燥方近的主要 设备。特剐是当系统中设置分散器、粉碎机等机构时，气流干燥机的适应性进一 步增强，块状、泥状物料也可用它进行干燥。最近几年，气流干燥设备有了新的 发展，新结构、新构思正在不断地被开发利用。例如：日本和美国开发的喷射式 气流干燥机【6 1 ，我国自行研制和开发的正负压结笞裂：节能型气流干噪机1 7 1 等等乞 气流二f 燥机讵朝着高效、节能、低矮型方向发展。各种干燥机的结构以及使用情 况，国内外均有大量的文献资料 8 - 1 2 予以介绍。 气流干燥机性能的研究是气流干燥应用研究的核心。由予气流干燥桃应用极 为广泛，目前已经青不少人从事这方面的工作。 龟并三鄄帮桐荣良- 三( 1 9 5 2 、1 9 5 6 ) ”以4 1 酋次详细j 趣报导他们对硫铵、硫化矿； 石膏等诸多化工原料进行气流干燥试验的结果。分析了这些物料对气流干燥的 适应性，得到了空气温度、湿度以及物料温度、水分沿管长的变化曲线，阐述 了质热传递的机理。 d e b r a d ( 1 9 7 4 ) t ”】通过试验发现，气流干燥机的喂料口、弯头和旋风分离器 这三区域的传热量比较大，并从干燥枧理角度简单地讨论了管径、喂入量、风 速和城温与干燥速率的关系，但是没有明确指出这些影响因素改变时干燥速率 的变化趋势。 m a t s u m o t o 和p e i ( 1 9 8 4 ) 1 6 1 利用计算机模拟的方法，对物料处于恒速干燥段 时，气流干燥梳中的物料参数及空气参数值随管长的变化规律，在达到相同终了 东北大学硕士学位论文 第二章气流干燥器的选型 水分的情况下粒径对所需干燥管长度的影响，热风温度与降水幅度和最大固气混 合比( 指排气温度达到饱和时的固气混合比) 三者之间的关系进行了研究。指出： 气流干燥适宜于细小物料的干燥、热风温度对空气速度影响显著，固气混合比将 受到热风温度和要求达到的终了水分的限定。 k e m p 和b a b u ( 1 9 9 1 ) 孵j 通过模拟分析得出如下结论：增加粒径将减少干燥 速率。增加热风温度将增大干燥速率。增加风速将增加传热及干燥速率，但 也将减少物料在干燥管中的滞留时间，因此在相同管长下，物料的降水幅度有时 会出现随风速的增加而下降的情况。增大固气混合比将减少干燥管后面部分中 的干燥速率。不过，对于以上结论作者只是做了扼要的简述。 高旭【 1 对颗粒在气流中加谜及降速运动中速度的变化及对传热的影响，进 行了研究，通过试验归纳得到了颗粒流与气流间热量传递的关联式 n u = o 4 1 7 只p 一7 7 ，并提出了气流干燥管高度计算等，以及设计脉冲气流干燥器的 步骤和实例。 天津大学【i9 j 对淀粉等八种物料进行了试验，并得出气体流过卡燥室的压力 降为4 胪0 7 2 0 ( l d ) o 4 7 4 p u g l ：7 1 2 ) 以及用淀粉干燥过程中求 n u = 0 9 3 7 + 0 1 3 3 r e t 0 6 6 2 _ 0 0 4 2 r e t 。o2 8 5 ( m p m a ) 。o7 9 ，上式中1 2 2 r e t l8 9 ；o 0 1 7 u t u g l 一气流加速段平均速度 u 9 2 一气流在减速段平均速度 u 。一颗粒沉降速度 将( 3 8 ) 式和( 3 9 ) 式相加可得 u g i 3 u t 古龙酸沉降速度： 州凝22 南， ( 3 _ 8 ) f 3 9 1 ( 3 i o ) ( 3 1 1 ) ：( 旱黑) ；x o _ 4 6 1 0 3 、2 2 5 l 2 1 9 1 0 = 2 7 2 m s 式( 3 1 1 ) 中：p m 一物料密度，已知1 6 2 8k g m 3 p g 一空气密度，lk g m 3 斗g 一空气动力粘度系数，2 1 9 d 。一物料平均粒径，已知4 6 0 p m 将v 。带入式( 3 1 0 ) 得： - i j 。u 9 1 3x 2 7 2 = 8 1 6m s 从气流输送角度来看，只要气流速度大于颗粒的沉降速度，则全部物料便可 由干燥管被央带出。但是，为了操作安全，通常取出口速度( 减速段平均速度) 为颗粒沉降速度的2 倍，则： u 9 2 = 2u t = 2 2 7 2 = 5 4 4m s 3 4 脉冲气流干燥管结构参数计算 气流干燥气流速度一般取1 8 2 0m s ，加速运动段直径d i 取4 0 0 m m ，占龙 酸预热段放入恒速干燥段一并计算。 3 4 1 恒速干燥段管高计算 3 4 1 1 水分从1 1 6 - 1 0 ，乙醇从4 7 0 7 时的管高计算 东北大学硕士学位论文第三章脉冲气流干燥器结构参数计算 ( 1 ) 气体温度t o 计算 ( a ) 去水量w l 计算 暇= g 。( q 一吐) = 3 2 9 4 x ( 1 1 6 一1 0 ) = 5 2 7k g h ( b ) 去乙醇量w 2 计算 = g o ( q 一吐) = 3 2 9 4 ( 4 7 一0 7 、 = 1 3 1 8k g h ( c ) 由热量衡算。计算t o 进入干燥管的热空气放出的热量等于使物料升温和湿分汽化吸收的热量之 和。 气体放热量 上。c g ( r l t 2 ) 物料升温吸热g o t c m ( f 。一m 1 ) 湿分汽化吸热 m y + c 。( t 2 一，。) 则有 l c 。( t i f 2 ) = g o c ，( f 。一t 。1 ) + m r + c ，( f 2 一t w ) 】 ( 3 1 2 ) 式( 3 1 2 ) 中：进气温度h = 1 0 0 c ，y i = 0 0 1k g k g 时湿