筒锥式反应过滤干燥多功能机的研发及其应用

发布时间：2020-11-20

在医药、农药、炸药、染料、颜料及其它精细化工生产过程的后处理工序中，常有过滤、洗涤、干燥等单元操作，这些单元操作通常由离心过滤机、洗涤槽以及干燥机等单元设备单独运作，设备间通过管道或采用其它方式输送物料。多种单元设备连成一个系统的大装置、长流程、低效率、难调节的生产过程，对于固体含量较高的悬浊液，往往发生固体粘壁而堵塞管道，造成生产难以正常进行。采取敞开式生产，虽便于处理堵塞问题，但对于医药、食品、生物制品等难以满足规范要求，而且对于易燃、易爆、有毒或剧毒的物料，还存在安全隐患。

为了克服上述单元设备组合中存在的问题与不足，同时满足化学工业向高品质、高附加值、多品种、小批量的转变，无锡市双瑞机械有限公司进行了大量的设计研发工作，终于研制成功了集过滤、洗涤、干燥于一体的多功能筒锥式反应过滤干燥机，并成功申请专利(专利号：ZL201721560677.6.)，实现了装备技术性能的较大改进，从结构设计到应用都紧跟制药行业相应法规要求。该设备具有过滤、洗涤、干燥三个主要功能，还兼有反应、萃取、结晶、浓缩、蒸发、混合、破碎等多项功能，属于改进型多功能设备。

多功能筒锥式反应过滤洗涤干燥机工作原理
新型过滤洗涤干燥机为筒锥式结构，在圆筒体和下部锥体上设置有加热夹套，可对物料进行加热或冷却，在多功能机内部设置有空心轴和变角度变导程空心螺旋搅拌装置搅拌，对物料进行搅拌和提升，在出料时推出物料。在下部锥体内设置有结构较为复杂的圆锥形过滤装置，在设备底部有特殊设计的无死角快开出料装置或无死角气动出料球阀。
在反应阶段，反应物料从顶部加入，独特的搅拌结构可使物料在机内得到十分均匀的搅拌，并通过筒体夹套、锥体夹套及空心轴、空心螺旋叶的同时加热或冷却，使物料在机内充分反应。在过滤阶段，本机可使物料在机内通过加压或抽真空过滤滤干，并加入洗涤液，使物料在机内进行多次自动再浆洗涤，达到洗涤要求后再压干。在干燥阶段，筒体夹套、锥体夹套、空心轴、空心螺带同时对物料进行加热并在顶部抽真空，对物料进行真空密闭低温干燥，干燥后自动密闭出料。

多功能筒锥式反应过滤洗涤干燥机工艺流程
1、搅拌反应

将需要进行反应的物料(固液、液液或气液)从设备顶部加料口加入，启动电机及减速机，使空心轴和空心螺带按顺时针方向旋转(从顶部往下看)，这时独特的搅拌结构可使物料在机内充分搅拌并充分反应。在反应过程中如要对物料进行加热或冷却，可在筒体和锥体夹套中以及空心轴和空心螺带中通入热媒或冷媒。热媒或冷媒不断循环，即可完成对物料加热或冷却，满足反应所需的工艺条件。

2、压滤或真空过滤

反应结束，打开下部滤液出口，在设备内通入压缩空气或氮气等气体，对经过反应的固液混合物进行加压过滤，直到把机内物料压干。也可在滤液出口抽真空，对物料进行真空过滤，直到把滤液抽干为止。过滤时可使空心轴和空心螺带按顺时针方向旋转(从顶部往下看)，对物料进行提升，并使空心螺带在旋转时限制滤饼层的厚度，使物料在薄的滤饼层条件下进行过滤，以提高过滤速率。对于易过滤的物料，过滤时可不搅拌，直接把物料滤干。

3、可多次洗涤过滤
　　有些物料过滤完以后，还要进行多次洗涤。反应过滤干燥多功能机用于对物料的反复多次洗涤是十分理想的设备。物料在机内压干后，可在顶部洗涤液入口加入洗涤液, 然后通过空心轴和空心螺带的搅拌，对滤饼进行均匀再浆，再浆搅拌均匀后再把物料压干。若洗涤一次不够，可进行多次洗涤，这时重复上述步骤多次即可，操作十分方便，劳动强度极低。

　　以上述方法对物料进行洗涤，我们称之为间歇洗涤法。由于每次是把物料压干后再加洗涤液进行洗涤，因而操作时虽然开关阀门次数多一点，但用的洗涤液较少。该机也可对物料进行连续洗涤，即把洗涤液用泵或其它方法连续压入，利用洗涤液的压力进行过滤，空心轴和空心螺带则不断地搅拌，滤液从滤液出口连续排出，直至达到洗涤要求为止，最后再把滤饼压干。这种连续洗涤的方法，一般比间歇洗涤用的洗涤液量要多，但操作更方便。

4、真空干燥出料
过滤或洗涤过滤压干的滤饼存留在机内，这时在筒体夹套、锥体夹套和空心轴、空心螺带内通入热媒，对物料进行加热，同时空心轴和空心螺带仍以顺时针方向旋转(从顶部往下看)，对物料进行向上提升并充分搅拌，而在设备的顶部则进行抽真空，使物料在机内进行真空密闭干燥。由于除夹套加热以外，还有空心轴和空心螺带从内部加热，再加上是在抽真空条件下进行干燥，因而干燥效率很高。
　　干燥结束，打开设备下部的快开出料口，使空心轴和空心螺带按逆时针方向旋转(从顶部往下看)，机内干燥好的物料将自动被推向出料口。至此，一批物料的反应、过滤、洗涤和干燥过程结束。

多功能筒锥式反应过滤洗涤干燥机性能优势
从筒锥式多功能设备处理各种不同物料的实际操作使用可发现，筒锥式连续过滤干燥机具有很多优点，主要表现有：
1、一机多用，可在一台机内完成反应、萃取、过滤、反复多次过滤洗涤、干燥等多种操作，并直接得到成品。
2、操作弹性大，能通过调整过滤压差、转速、螺旋挤压导程等调节操作周期，使之适应工艺条件的变化。
3、该机可在过滤介质表面形成很薄的滤饼或者在无滤饼条件下进行过滤，单位过滤面积上的过滤速率很高，因此设备小而紧凑。
4、全封闭系统，操作环境相当好，特别适用于处理有毒、易燃、易爆的危险产品及不允许有污染的鲜美食品生物制品药品等。
5、既能浓缩，又能过滤。特别是需要对物料进行洗涤时，可先对物料进行浓缩，并在悬浮状态下进行彻底地洗涤，最后再压滤，这样可减少物料的搬运，减少浪费，洗涤时不用再浆，加工出来的产品质量很高。
6、可用于反应、过滤、干燥三种操作，使三个单元设备的作用在这一台设备上完成，从而使设备成本、占地面积、劳动强度、能耗等都大大降低。
7、该机的动力消耗低，挤出滤饼一般比平板式三合一水分低，操作亦方便。
综上所述，筒锥式反应过滤干燥机是目前较先进的多功能过滤设备，它的独特优越性，必将在化工、医药、食品、冶金、轻纺等领域得到更广泛的应用。

多功能筒锥式反应过滤洗涤干燥机技术改进
1、搅拌螺带结构改进
搅拌螺带是筒锥式反应过滤干燥机的核心部件，其结构优劣及搅拌效果好坏直接影响到整机的性能。搅拌螺带必须保证整机在反应阶段对机内的液液、液固或气液等各种反应物料进行充分的搅拌，从而保证其得到充分反应。在过滤洗涤阶段，搅拌螺带必须保证对各种浓度的浆料或过滤滤饼进行均匀搅拌。在干燥阶段，搅拌螺带必须保证对滤饼直至干粉状物料进行充分搅拌。因此，要求搅拌螺带能适应从液体到浆料、从浆料到滤饼及从滤饼到干粉的各种性能物料的搅拌。若搅拌螺带设计得不好，会在上述某个环节上出现问题。影响整机的性能。
为此，我们在搅拌螺带的锥角、导程、螺带宽度、强度和支撑杆的角度、方向、强度等重要方面进行了大量的研究工作, 最终获得了相当好的结果，其主要表现在以下几个方面:
① 搅拌螺带对物料的轴向提升运动
我们对搅拌螺带的导程和宽度等进行了重点研究和改进，使得物料在搅拌时沿着筒锥式壳壁从下部向上提升，提升到上部后则通过上部螺带的角度变化，使物料卸入到中心部分，然后从中心部分落入到下部锥体底部，又从锥体底部沿壳壁被向上提升，这样物料不断循环，不断地在机内产生大流量的轴向运动。
② 搅拌螺带装置使物料沿径向搅拌运动
　　搅拌螺带是通过很多支撑梁与搅拌轴连接在一起的，我们把这些支撑梁设计成像离心泵的叶轮一样，使其在搅拌时对物料作用产生离心力，从而使中心的物料不断向设备壳体处(边
缘)运动，而运动到设备边缘的物料又被螺带向上提升，进行轴向循环。
③ 搅拌螺带装置对物料的周向搅拌运动
搅拌螺带装置除了可使物料沿径向运动和轴向运动外，还设计成可使物料沿周向进行圆周运动，这主要是由螺带的旋转提升运动和支撑横梁类似于桨式搅拌器周向搅拌作用的结果。

综上所述，物料在机内的搅拌运动实际上是轴向运动、径向运动和周向运动的三向复合运动，其搅拌和混合效果极佳。我们曾经利用上述原理制造了一台筒锥式立式混合机，当该机在较高的转速(超过80r/min)下运转时，机内物料可搅拌到完全悬浮飞扬，它可解决双螺旋混合机、锥形混合机、双锥回转混合机、犁刀式混合机等常规混合机所无法解决的混合问题。

2、空心轴和空心螺带内加热
　　由于筒锥式反应过滤干燥机在锥体部分设有过滤装置，因而这部分虽仍有外夹套加热，但传热效果相对较低。为了整体提高该机的热效率，我们设计了空心轴和空心螺带，以此对物
料进行加热。在设计空心轴和空心螺带加热结构时，我们重点解决了以下两个问题：
　　首先，保证空心螺带在机内具有较大的传热面积。由于导程越小，螺带升角越小，从底部绕到上部的圈数就越多，螺带加热面积也就越大。螺带的导程不能太小，否则会使螺带升角太小，导致物料容易积在螺带上表面，影响搅拌效果和出料。螺带导程大、升角大，虽不会积料，但螺带圈数少，传热面积就小。为了解决上述问题，我们采用了多头螺带的方法，在同方向上由多头螺带进行缠绕，既解决了导程和升角问题，也解决了传热面积问题。
　　其次，解决了热媒在空心轴和空心螺带中的循环问题。若热媒在空心轴和空心螺带中得不到良好循环，物料很快就会冷却下来，影响操作过程的正常进行。为此，我们做了大量的研究工作，在保证空心轴和空心螺带不断旋转的同时，使热媒从顶部进入，在通过所有的空心轴和空心螺带循环后，又从顶部流出，即保证热媒分别从两个通道进出，互不相干，使热媒在机内得到充分循环，大大提高干燥效率。
3、不变形不撕裂的冲孔网板与过滤烧结网加工制造工艺
虽然各个厂家都能用多层烧结网板做过滤网，但网板具体结构却不一样。用于多功能筒锥式反应过滤洗涤干燥机的滤盘应按一定的技术要求、把滤网、滤板整体加工制造在一起。保证在运转过程中不变形、不撕裂、不会引起任何物料的泄漏。只有网、板、锥体加工在一起的滤盘，才有可能有效地适应罐内冷、热工况的变化，保证在任何情况下均不变形，处于抽真空干燥或加热干燥时滤网不会凸起。即使物料有一定的粘性在桨叶旋转时也不会使滤网变形或撕裂。
4、特殊机械密封旋转接头
为了使热媒在空心轴和空心螺带内得到良好循环，我们在空心轴顶部设计了特殊的机械密封旋转接头，以保证热媒从顶部通入，经过所有的空心轴和空心螺带后又从顶部另外的通道流出。
5、快开无死角出料阀
　　为了使筒锥式反应过滤干燥多功能机运转平稳，出料快捷方便，同时又无死角，设计了一种特殊结构的快开出料阀。这种阀既可支撑空心轴，又无任何死角，可保证物料过滤时彻底滤干，干燥时所有物料都能得到干燥，同时出料顺畅。由于整个阀门是快开机构，出料很方便。