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上海精宏实验设备有限公司真空干燥箱应用中存在的问题及解决方法

[导读]针对真空干燥箱在中药浸膏干燥过程中,耗时长,生产速度慢,严重影响生产效率的问题,分析了上海精宏实验设备有限公司真空干燥箱传热效率低、干燥缓慢和能耗大的原因,及水分快速蒸发、从液态到固态和物料固态干燥的3个过程阶段,

针对真空干燥箱在中药浸膏干燥过程中,耗时长,生产速度慢,严重影响生产效率的问题,分析了真空干燥箱传热效率低、干燥缓慢和能耗大的原因,及水分快速蒸发、从液态到固态和物料固态干燥的3个过程阶段,提出了改善对流换热、改善热传导、破坏板结面和机械振动等解决方案。

 

原有真空干燥箱型号为FZG15,蒸汽加热,水环真空泵(2BV5121 0KC00-7P最大排气量为280m3/h,功率为7.5 k W)抽真空,真空度为0.06~0.08 MPa。干燥的物料主要是浓缩后的中药浸膏,含水率为40%~60%。干燥一批浸膏(32盘80 kg左右),需要3天4夜左右,既费时又耗能。

1 真空干燥箱干燥过程中存在的问题

真空干燥箱干燥过程中,由于在真空状态下,对流传热严重削弱,传热主要靠热传导及盘管和箱壁对物料的热辐射。但因温度低,故辐射传热占的比重不大。

热传导占的比重较大,但物料盘和盘管的接触面积小,传热效果不好。

另一个原因,随着物料的干燥,底面干燥硬化,形成热阻层,降低了盘管和物料盘的传热量;上表面板结,致使内部产生的蒸汽不易排出,影响了干燥速度,且当气泡压力足够大,冲破板结层时,物料崩出盘外,造成浪费。

2 原因分析

2.1 传热效率低

传热主要靠热传导,辐射传热很少,对流传热严重削弱。物料盘和盘管的接触面积小,传热效果不好。

根据传热学理论,热传导和热辐射几乎不受真空影响,而对流传热随着真空度的增加而减少,各种传热方式和真空度的关系近似曲线如图1所示。

 

2.2 物料上下两层板结层影响干燥速度

非金属固体材料导热系数不足纯铁导热系数的十分之一,板结层对传热的影响很大,上层的板结层影响水分蒸发的速度。

3 干燥过程的分析

3.1 物料干燥过程

根据实际情况将物料干燥过程大致分为水分快速蒸发、从液态到固态和物料固态干燥的过程3个阶段。

3.1.1 水分快速蒸发阶段

物料状态从粘稠到极粘稠。在真空状态下,物料内部对流传热强烈,水分快速蒸发,在这一阶段,蒸发掉一半以上的水分,而耗时很少。

3.1.2 从液态到固态

物料状态从极粘稠到全部固化。在这一阶段,物料内部对流传热逐渐减弱,过程缓慢,较早出现的上下两层板结层,很大程度上影响了干燥速度。

3.1.3 物料固态干燥的过程

物料慢慢脱水至含水率达标的块状物。这一阶段蒸发的水分很少,干燥的速度要比第二阶段稍快一些。

3.2 各阶段和真空度的关系

第一阶段,换热过程比较理想,真空度越高,水分蒸发越快。

第二阶段,随着对流的减弱,以及热阻的增大,含水量越来越少,如果还维持真空泵功率不变,真空度越来越大,对流越来越弱,干燥效率越来越低。使用波动的真空度,合理调配真空度和对流传热至最佳结合点,干燥过程会更快。

第三阶段,由于含水率很小,真空度小一些可能更合适。如果使用干燥的热空气加热,干燥过程更快。

4解决方案

4.1 改善对流换热

根据各阶段的特点,调整每一阶段的真空度,尽可能的增大传热量。

真空度调整示意图如图2所示。

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