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用于制藥干燥的螺旋螺紋管換熱器解析

點擊:1782 日期:[ 2014-04-26 21:39:20 ]
                    用于制藥干燥的螺旋螺紋管換熱器解析                                  韓強               (山東鴻基換熱技術有限公司,山東濟南250022)     摘要:主要解析了制藥生產干燥單元系統對換熱器的要求,同時結合一種新型的螺旋纏繞換熱器的結構,分析了其在干燥系統的應用性能,重點提出干燥系統的節能意識。     關鍵詞:換熱器;干燥系統;螺旋纏繞;應用分析     1·常見的兩種制藥干燥方式     在化學工業生產中所得到的固態產品或半成品往往含有過多的水分或有機溶劑(濕份),要制得合格的產品需要除去固體物料中多余的濕份,其干燥是利用熱能使濕物料中的濕份汽化,除濕程度高,是制藥生產中常用后期物料處理單元。其最為常見的干燥方式是:熱風烘干及真空干燥。前者是利用換熱器將空氣或惰性氣體(用于烘干對氧化敏感的物料)加熱,對物料進行熱風吹干,而后利用換熱器對溶媒進行冷凝收集;后者是烘干設備對物料進行間壁式加熱,利用真空系統將物料中溶媒抽出,通過換熱器進行冷凝收集,此種方式主要是為提高烘干速度和針對熱敏性物料的烘干。     2·常見干燥方式對換熱器的要求     在常見干燥方式中,換熱器是較為重要的環節,其對于整個干燥過程的速率、干燥品質、能耗起到關鍵性的作用。     2.1設備的安全運行     設備運行中始終伴隨著高溫、高壓或高真空條件,其安全性是系統的首要保障。     2.2換熱高效     干燥過程,由于任何制藥物料在此過程對于溫控要求、干燥速率都有著相應的工藝要求,因此高效換熱是保障完成干燥指標要求的有效手段。     2.3節能     干燥過程所供熱能利用率及物料濕品溶媒回收率將直接影響生產成本。而且,此單元溶媒損失在整個生產操作過程中所占比例,較之其他單元操作要大得多,這一點也是困擾大多數企業的難題。     2.4占地空間有所限制     一般干燥系統都有著單獨的系統空間。而整套干燥流程都會受現場空間的制約,換熱器在其中更會受空間及布局的制約,設備占地越小,安裝越簡便將越有利于系統合理布局。     3·螺旋螺紋管換熱器在干燥系統中的性能     用于干燥系統的換熱器有很多種,螺旋螺紋管換熱器(結構如圖1)是其中性價比較高的產品,其性能如下。                    3.1全不銹鋼,耐高溫、高壓,壽命長     此種新型換熱器的換熱管束和殼體采用不銹鋼316、316L材質,具有統一的膨脹系數,不會因壓力和溫度變化而引起換熱器的變形。換熱器耐高溫、高壓,最高耐溫400℃,耐壓1.6 MPa,設計壽命為40年。     3.2單位面積傳熱能力高     換熱管束經特殊工藝加工成盤旋纏繞結構。換熱管束兩端通過先強度脹接后焊接的工藝固定在管板上,管束與管板封裝在換熱器殼體內,管板焊接在兩端封頭上。單位體積內增大換熱面積,經盤旋纏繞后的換熱管束拉伸后長度可達殼體長度的4~6倍,使熱媒體在換熱管內停留時間長,換熱更充分。雙側流體通過時沿軸向運動,不斷改變流體運動方向。在螺紋管增加湍流強度的同時,再次強化傳熱,保持穩定連續的強化作用,使傳熱效果顯著提高。     3.3節能     在干燥過程中,其傳熱難度大。如,熱風的制備中,空氣本身密度小,熱導率低,蒸汽加熱空氣的傳熱系數低,同時要求輸送風量較大。又如,溶媒回收,系統真空度較高,一般可達到-0.09 MPa以上,要求溶媒蒸汽的流道要足夠保持真空。無論真空還是熱風,不凝性氣體量偏高,甚至要遠大于溶媒蒸汽量,因此會大大降低溶媒的露點。這對換熱器換熱能力本身及冷煤供給都有嚴格的要求。     然而,此種新型換熱器的螺旋管式結構,加大了熱傳導的分子碰撞幾率(見圖2),實現雙面強化傳熱,傳熱系數是傳統換熱器的3~4倍,可大幅提高熱能利用率及溶媒回收率,降低物料生產成本。     3.4結構緊湊,體積小,重量輕,便于安裝     相對于傳統換熱器體積龐大,笨重,需要大型吊裝而言,此新型換熱器螺旋纏繞方式,結構緊湊,換熱器體積只有傳統管殼式換熱器的1/10左右,占地面積小,節省空間。     同時,也因為體積小、重量輕,更加便于安裝、拆卸,非常利于干燥系統合理布局。                    4·螺旋螺紋管換熱器對工況的要求     (1)由于此新型螺旋螺紋管換熱器的螺旋纏繞結構,目前纏繞能力為單臺設備480根管(8 mm管徑不銹鋼管)。因此,大風量(>萬m3/h)使用時能力有所限制。     (2)對于物料加熱冷卻過程中,易結晶或絮狀粉塵類造成換熱管嚴重堵塞的工況,此種螺旋螺紋管換熱器不適用。     (3)溶媒蒸汽對316不銹鋼有強腐蝕性時,螺旋螺紋管換熱器不適用。     5·結語     綜上所述,SECESPOL螺旋纏繞換熱器為實現了雙面強化傳熱的高效換熱器,它同時具有安全、高效節能、體積小、使用壽命長等特點,在制藥生產干燥系統中較之傳統換熱器有著顯著的改進。(本文為第6屆“興業杯”中國制藥裝備征文)
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