沸腾干燥机技术改进

沸腾干燥机技术改进
【摘要】通过对沸腾干燥机工作原理、流程及特点的分析，结合公司实际生产中存在问题，进行技术改进。

使沸腾干燥机性能先进、可操作性强、节能。

【关键词】热能利用;捕集除尘装置;温度闭环控制
0.引言
我公司的沸腾干燥机的温度自动控制系统是采用原有的仪表和继电器控制，该系统在使用过程中设备加热温度上限、下限相差较大，不利于生产。

设备加热器外表面保温层较薄，生产中热能损耗大，除尘装置的吊环钢丝容易折断，在维护过程中造成很大的麻烦，为了确保设备的性能稳定，公司决定对沸腾干燥机进行技术改进。

1.工况分析
1.1工作原理
沸腾干燥机又称流化床，利用热空气流使湿颗粒悬浮，流化态的沸腾使物料进行热交换，通过热空气把蒸发的水分带走，其采用热风流动对物料进行气、固悬浮接触的质热传递方式，达到湿颗粒干燥的目的。

沸腾干燥机技术涉及传热和传质两个相互过程。

在对流干燥过程中，热空气通过与湿物料接触将热能传至物料表面，再由表面传至物料内部，这是一个传热过程，而湿物料受热后，表面水分首先气化，而内部水分以液态或气态扩散到物料表面，并不断气化到空气中，使物料的水分逐渐降低，完成干燥，这是一个传质过程。

1.2工作流程
物料通过料车运送到沸腾干燥机内，在气缸顶升作用下通过密封圈与干燥机密封。

然后，空气在引风机动力作用下，经过滤装置净化、散热器加热后，再经气流分布板(筛网)分配进入沸腾干燥机(干燥室)。

料斗内的物料在热风和搅拌作用下形成沸腾状态(即流态化)，在大面积气、固两相接触中，物料内部的水分(或溶剂)在较短的时间内蒸发并随排出空气带走，物料被干燥。

2.技术改进
经过长期的生产，虽然沸腾干燥机在结构、性能方面都有了明显的改善，质量也在不断提高，但还存在着一些问题，下面结合生产实践提出改进方法。

2.1对热能利用的改进
沸腾干燥机从形式上来说是一种空气对流干燥设备，但仍存在能耗大，设备
密封不够，可通过采取措施达到很好的节能效果。

(1)加强设备的密封效果。

沸腾干燥机原有料斗与设备本体采用平面法兰连接，密封效果较差。

经过改用凹凸面法兰连接，更好的增加了料斗与设备本体的密封性；(3)增加保温措（图1）。

对热交换器的外壳添加保温层，保温层厚度从原来60mm增加到150mm，大大减少热能损失。

图1
2.2对捕集除尘装置的改进
沸腾干燥机通过气缸的往复运动实现捕集袋的摇振而达到除尘效果，布袋采用防静电、无纤维脱落布制作，捕集袋采用整体吊装的形式。

过滤袋采用卡箍连接方式进行连接，吊筋选用不易变形的刚性材料，有效延长捕集除尘装置使用寿，减少维修。

2.3气流分布板(筛网)的改进
沸腾干燥机中的气流分布板有两个作用，一是支承物料层，二是使气体分布均匀。

分布板开孔的大小、形状、分布态势、开孔率等都对流体的分布起着至关重要的影响。

气体分布不均匀，会使床层中出现“环流”，其趋于极端易使床层中某些部位出现“沟流”，而其余部位则是死床，这时大部分气体顺着床层中的某些通道以“沟流”的形式短路通过床层离去，使气固接触大为恶化，这是应该着力避免的。

良好的分布板设计，应能抑制床层中出现不均匀性，即当床层中某些部位由于压降降低、气流速度增高时，分布板所产生的阻力应能抑制气流的增加，从而抑制流化的恶化。

沸腾干燥机使用的气流分布板形式单一，采用垂直的打孔板或席形网板，物料在流化过程中很容易出现流化不均或产生死角等问题，不能确保颗粒中药品的均匀度，同时单一的开孔形式也不能满足不同药品的生产工艺要求。

另一方面，为了减少药品的漏料损失，利用流体动力学模型、传热与传质模型，在气流分布板设计时对孔距、孔径、开孔率等参数进行空气动力学、热力学仿真计算并验证，以满足不同物料的生产工艺要求。

在安装方式上，连接方式制成可拆卸式，以确保实现快装和彻底、完全的清洗。

2.4对完善进风空气处理
2.4.1热空气的采风口设置在辅机房，和加热装置、消音器安装在一起，辅机房与洁净区不设置直通的门窗，辅机房的空气洁净级别往往比较低，会影响药用热空气的质量，要求设备本身有良好的净化装置，否则未净化的空气会污染药品，难以达到GMP要求。

2.4.2设备对空气处理单元的配置为：初效过滤器—中效过滤器—(亚)高效过滤器。

空气处理系统虽然配置了初、中、高效过滤器，但随着运行时间的不断增加，高效过滤器会出现堵塞或者破损，目前只能从外观上来鉴别判断是否需要
更换，缺乏理论依据。

提早更换会增加成本，推迟更换又会带来空气质量下降的风险，从而影响产品的质量。

在高效过滤器前后增加压差显示装置（图2），当压差到达设定数值后报警提示更换。

图2
2.4.3设备的引风机与风阀不联动，会导致在风机停机和蝶阀关闭之间引起空气倒流的现象。

通过风机的启停与风阀的开关联动起来，当风机启动时风阀同时打开，而当风机停止运行时，风阀同步关闭，以保证不会发生空气倒流。

2.5对控制系统的改进
设备的操作参数以操作人员的经验设定为主，但其完全可以实现智能化，对工艺参数也可以实现追溯，这就对设备的电气控制系统提出了较高要求。

在电气控制系统中，需要有检测温度、压力、压差、操作时间等一系列装置并得到基础数据，然后通过变送器输送和存储到触摸屏中，由触摸屏对数据进行储存分析，然后制定一个合适的工艺路线，即可实现智能化控制。

2.5.1温度控制
热风加热控制方式采用简单的“开”、“关”模式，当温度达到设定值时停止通汽，但换热器仍然有余热使空气温度继续上升，反之亦然，这样会造成温度波动过大，影响设备的干燥质量。

通过PLC对温度信号的变换和处理，控制蒸汽阀的开闭，实现温度闭环控制，达到自控制的目的，控制蒸汽流量阀的大小来保持进风温度的高低，开始升温时蒸汽流量较大，使进风温度尽快接近设定值，然后自动调节蒸汽量使其缓缓接近设定值，最后保持稳定的蒸汽量使进风温度保持稳定。

(1)系统硬件组成。

（图3）
图3
各部分主要功能分述如下：
人机介面：实现系统操作控制及参数的设定与储存、显示（proface人机价面GP-2300T）
可编程序控制器：选用S7—200可编程序控制器，及EM235模拟量I/0模块，完成温度信号和操作信号输入，以及PLC的控制输出。

温度变送器：选用CECY型电容式变送器，pt铂电阻探头测沸腾床内进出温度变化。

(2)软件框图
PLC软件采用梯形图语言，实现各种逻辑顺序控制，温度闭环控制，在软件设计中利用PLC各项功能完成数据采样，数字滤波，PID运算并及控制输出。

图4
3.运行结果
沸腾干燥机改进安装投入运行后，设备除尘效果较好，通过加热的保温及进蒸汽的控制更有效的提高了节能效果，温度能达到150℃—155℃之间控制，可满足生产要求，可操作性强，控制可靠，运行三个月无出现以前的故障，大大提高了生产效率。

4.结语
通过对沸腾干燥机的工作原理等入手，结合生产过程中的一些问题，并设备技术改进，对捕尘装置、温度及进风过滤装置的部份改进，更能满足生产要求。

对原有系统改造工作量小，对原有设备无需重大改动，投资较小，回报大。

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【参考文献】
［１］朱宏吉，张明贤.制药设备与工程设计.化学工业出版社，2004．
［２］孙海维.SIMATIC可编程序控制器及应用.机械工业出版社，2005.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。