筒錐式反應過濾干燥多功能機的研發及其應用

發布時間：2020-11-20

在醫藥、農藥、炸藥、染料、顏料及其它精細化工生產過程的后處理工序中，常有過濾、洗滌、干燥等單元操作，這些單元操作通常由離心過濾機、洗滌槽以及干燥機等單元設備單獨運作，設備間通過管道或采用其它方式輸送物料。多種單元設備連成一個系統的大裝置、長流程、低效率、難調節的生產過程，對于固體含量較高的懸濁液，往往發生固體粘壁而堵塞管道，造成生產難以正常進行。采取敞開式生產，雖便于處理堵塞問題，但對于醫藥、食品、生物制品等難以滿足規范要求，而且對于易燃、易爆、有毒或劇毒的物料，還存在安全隱患。

為了克服上述單元設備組合中存在的問題與不足，同時滿足化學工業向高品質、高附加值、多品種、小批量的轉變，無錫市雙瑞機械有限公司進行了大量的設計研發工作，終于研制成功了集過濾、洗滌、干燥于一體的多功能筒錐式反應過濾干燥機，并成功申請專利(專利號：ZL201721560677.6.)，實現了裝備技術性能的較大改進，從結構設計到應用都緊跟制藥行業相應法規要求。該設備具有過濾、洗滌、干燥三個主要功能，還兼有反應、萃取、結晶、濃縮、蒸發、混合、破碎等多項功能，屬于改進型多功能設備。

多功能筒錐式反應過濾洗滌干燥機工作原理
新型過濾洗滌干燥機為筒錐式結構，在圓筒體和下部錐體上設置有加熱夾套，可對物料進行加熱或冷卻，在多功能機內部設置有空心軸和變角度變導程空心螺旋攪拌裝置攪拌，對物料進行攪拌和提升，在出料時推出物料。在下部錐體內設置有結構較為復雜的圓錐形過濾裝置，在設備底部有特殊設計的無死角快開出料裝置或無死角氣動出料球閥。
在反應階段，反應物料從頂部加入，獨特的攪拌結構可使物料在機內得到十分均勻的攪拌，并通過筒體夾套、錐體夾套及空心軸、空心螺旋葉的同時加熱或冷卻，使物料在機內充分反應。在過濾階段，本機可使物料在機內通過加壓或抽真空過濾濾干，并加入洗滌液，使物料在機內進行多次自動再漿洗滌，達到洗滌要求后再壓干。在干燥階段，筒體夾套、錐體夾套、空心軸、空心螺帶同時對物料進行加熱并在頂部抽真空，對物料進行真空密閉低溫干燥，干燥后自動密閉出料。

多功能筒錐式反應過濾洗滌干燥機工藝流程
1、攪拌反應

將需要進行反應的物料(固液、液液或氣液)從設備頂部加料口加入，啟動電機及減速機，使空心軸和空心螺帶按順時針方向旋轉(從頂部往下看)，這時獨特的攪拌結構可使物料在機內充分攪拌并充分反應。在反應過程中如要對物料進行加熱或冷卻，可在筒體和錐體夾套中以及空心軸和空心螺帶中通入熱媒或冷媒。熱媒或冷媒不斷循環，即可完成對物料加熱或冷卻，滿足反應所需的工藝條件。

2、壓濾或真空過濾

反應結束，打開下部濾液出口，在設備內通入壓縮空氣或氮氣等氣體，對經過反應的固液混合物進行加壓過濾，直到把機內物料壓干。也可在濾液出口抽真空，對物料進行真空過濾，直到把濾液抽干為止。過濾時可使空心軸和空心螺帶按順時針方向旋轉(從頂部往下看)，對物料進行提升，并使空心螺帶在旋轉時限制濾餅層的厚度，使物料在薄的濾餅層條件下進行過濾，以提高過濾速率。對于易過濾的物料，過濾時可不攪拌，直接把物料濾干。

3、可多次洗滌過濾
　　有些物料過濾完以后，還要進行多次洗滌。反應過濾干燥多功能機用于對物料的反復多次洗滌是十分理想的設備。物料在機內壓干后，可在頂部洗滌液入口加入洗滌液, 然后通過空心軸和空心螺帶的攪拌，對濾餅進行均勻再漿，再漿攪拌均勻后再把物料壓干。若洗滌一次不夠，可進行多次洗滌，這時重復上述步驟多次即可，操作十分方便，勞動強度極低。

　　以上述方法對物料進行洗滌，我們稱之為間歇洗滌法。由于每次是把物料壓干后再加洗滌液進行洗滌，因而操作時雖然開關閥門次數多一點，但用的洗滌液較少。該機也可對物料進行連續洗滌，即把洗滌液用泵或其它方法連續壓入，利用洗滌液的壓力進行過濾，空心軸和空心螺帶則不斷地攪拌，濾液從濾液出口連續排出，直至達到洗滌要求為止，最后再把濾餅壓干。這種連續洗滌的方法，一般比間歇洗滌用的洗滌液量要多，但操作更方便。

4、真空干燥出料
過濾或洗滌過濾壓干的濾餅存留在機內，這時在筒體夾套、錐體夾套和空心軸、空心螺帶內通入熱媒，對物料進行加熱，同時空心軸和空心螺帶仍以順時針方向旋轉(從頂部往下看)，對物料進行向上提升并充分攪拌，而在設備的頂部則進行抽真空，使物料在機內進行真空密閉干燥。由于除夾套加熱以外，還有空心軸和空心螺帶從內部加熱，再加上是在抽真空條件下進行干燥，因而干燥效率很高。
　　干燥結束，打開設備下部的快開出料口，使空心軸和空心螺帶按逆時針方向旋轉(從頂部往下看)，機內干燥好的物料將自動被推向出料口。至此，一批物料的反應、過濾、洗滌和干燥過程結束。

多功能筒錐式反應過濾洗滌干燥機性能優勢
從筒錐式多功能設備處理各種不同物料的實際操作使用可發現，筒錐式連續過濾干燥機具有很多優點，主要表現有：
1、一機多用，可在一臺機內完成反應、萃取、過濾、反復多次過濾洗滌、干燥等多種操作，并直接得到成品。
2、操作彈性大，能通過調整過濾壓差、轉速、螺旋擠壓導程等調節操作周期，使之適應工藝條件的變化。
3、該機可在過濾介質表面形成很薄的濾餅或者在無濾餅條件下進行過濾，單位過濾面積上的過濾速率很高，因此設備小而緊湊。
4、全封閉系統，操作環境相當好，特別適用于處理有毒、易燃、易爆的危險產品及不允許有污染的鮮美食品生物制品藥品等。
5、既能濃縮，又能過濾。特別是需要對物料進行洗滌時，可先對物料進行濃縮，并在懸浮狀態下進行徹底地洗滌，最后再壓濾，這樣可減少物料的搬運，減少浪費，洗滌時不用再漿，加工出來的產品質量很高。
6、可用于反應、過濾、干燥三種操作，使三個單元設備的作用在這一臺設備上完成，從而使設備成本、占地面積、勞動強度、能耗等都大大降低。
7、該機的動力消耗低，擠出濾餅一般比平板式三合一水分低，操作亦方便。
綜上所述，筒錐式反應過濾干燥機是目前較先進的多功能過濾設備，它的獨特優越性，必將在化工、醫藥、食品、冶金、輕紡等領域得到更廣泛的應用。

多功能筒錐式反應過濾洗滌干燥機技術改進
1、攪拌螺帶結構改進
攪拌螺帶是筒錐式反應過濾干燥機的核心部件，其結構優劣及攪拌效果好壞直接影響到整機的性能。攪拌螺帶必須保證整機在反應階段對機內的液液、液固或氣液等各種反應物料進行充分的攪拌，從而保證其得到充分反應。在過濾洗滌階段，攪拌螺帶必須保證對各種濃度的漿料或過濾濾餅進行均勻攪拌。在干燥階段，攪拌螺帶必須保證對濾餅直至干粉狀物料進行充分攪拌。因此，要求攪拌螺帶能適應從液體到漿料、從漿料到濾餅及從濾餅到干粉的各種性能物料的攪拌。若攪拌螺帶設計得不好，會在上述某個環節上出現問題。影響整機的性能。
為此，我們在攪拌螺帶的錐角、導程、螺帶寬度、強度和支撐桿的角度、方向、強度等重要方面進行了大量的研究工作, 最終獲得了相當好的結果，其主要表現在以下幾個方面:
① 攪拌螺帶對物料的軸向提升運動
我們對攪拌螺帶的導程和寬度等進行了重點研究和改進，使得物料在攪拌時沿著筒錐式殼壁從下部向上提升，提升到上部后則通過上部螺帶的角度變化，使物料卸入到中心部分，然后從中心部分落入到下部錐體底部，又從錐體底部沿殼壁被向上提升，這樣物料不斷循環，不斷地在機內產生大流量的軸向運動。
② 攪拌螺帶裝置使物料沿徑向攪拌運動
　　攪拌螺帶是通過很多支撐梁與攪拌軸連接在一起的，我們把這些支撐梁設計成像離心泵的葉輪一樣，使其在攪拌時對物料作用產生離心力，從而使中心的物料不斷向設備殼體處(邊
緣)運動，而運動到設備邊緣的物料又被螺帶向上提升，進行軸向循環。
③ 攪拌螺帶裝置對物料的周向攪拌運動
攪拌螺帶裝置除了可使物料沿徑向運動和軸向運動外，還設計成可使物料沿周向進行圓周運動，這主要是由螺帶的旋轉提升運動和支撐橫梁類似于槳式攪拌器周向攪拌作用的結果。

綜上所述，物料在機內的攪拌運動實際上是軸向運動、徑向運動和周向運動的三向復合運動，其攪拌和混合效果極佳。我們曾經利用上述原理制造了一臺筒錐式立式混合機，當該機在較高的轉速(超過80r/min)下運轉時，機內物料可攪拌到完全懸浮飛揚，它可解決雙螺旋混合機、錐形混合機、雙錐回轉混合機、犁刀式混合機等常規混合機所無法解決的混合問題。

2、空心軸和空心螺帶內加熱
　　由于筒錐式反應過濾干燥機在錐體部分設有過濾裝置，因而這部分雖仍有外夾套加熱，但傳熱效果相對較低。為了整體提高該機的熱效率，我們設計了空心軸和空心螺帶，以此對物
料進行加熱。在設計空心軸和空心螺帶加熱結構時，我們重點解決了以下兩個問題：
　　首先，保證空心螺帶在機內具有較大的傳熱面積。由于導程越小，螺帶升角越小，從底部繞到上部的圈數就越多，螺帶加熱面積也就越大。螺帶的導程不能太小，否則會使螺帶升角太小，導致物料容易積在螺帶上表面，影響攪拌效果和出料。螺帶導程大、升角大，雖不會積料，但螺帶圈數少，傳熱面積就小。為了解決上述問題，我們采用了多頭螺帶的方法，在同方向上由多頭螺帶進行纏繞，既解決了導程和升角問題，也解決了傳熱面積問題。
　　其次，解決了熱媒在空心軸和空心螺帶中的循環問題。若熱媒在空心軸和空心螺帶中得不到良好循環，物料很快就會冷卻下來，影響操作過程的正常進行。為此，我們做了大量的研究工作，在保證空心軸和空心螺帶不斷旋轉的同時，使熱媒從頂部進入，在通過所有的空心軸和空心螺帶循環后，又從頂部流出，即保證熱媒分別從兩個通道進出，互不相干，使熱媒在機內得到充分循環，大大提高干燥效率。
3、不變形不撕裂的沖孔網板與過濾燒結網加工制造工藝
雖然各個廠家都能用多層燒結網板做過濾網，但網板具體結構卻不一樣。用于多功能筒錐式反應過濾洗滌干燥機的濾盤應按一定的技術要求、把濾網、濾板整體加工制造在一起。保證在運轉過程中不變形、不撕裂、不會引起任何物料的泄漏。只有網、板、錐體加工在一起的濾盤，才有可能有效地適應罐內冷、熱工況的變化，保證在任何情況下均不變形，處于抽真空干燥或加熱干燥時濾網不會凸起。即使物料有一定的粘性在槳葉旋轉時也不會使濾網變形或撕裂。
4、特殊機械密封旋轉接頭
為了使熱媒在空心軸和空心螺帶內得到良好循環，我們在空心軸頂部設計了特殊的機械密封旋轉接頭，以保證熱媒從頂部通入，經過所有的空心軸和空心螺帶后又從頂部另外的通道流出。
5、快開無死角出料閥
　　為了使筒錐式反應過濾干燥多功能機運轉平穩，出料快捷方便，同時又無死角，設計了一種特殊結構的快開出料閥。這種閥既可支撐空心軸，又無任何死角，可保證物料過濾時徹底濾干，干燥時所有物料都能得到干燥，同時出料順暢。由于整個閥門是快開機構，出料很方便。