干燥機的內(nèi)加熱構(gòu)件討論

沈善明

（上海三明蒸發(fā)干燥研究所，上海 200232）

1 概述

各式間接蒸汽加熱干燥機不需要空氣作載熱體，排出的尾氣中沒有夾帶熱量的熱空氣，故不存在載熱體帶走熱損失的問題，間接蒸汽加熱干燥機就成了節(jié)能型干燥機,它的熱效率至少是空氣直接加熱干燥機熱效率的1倍以上。由于間接蒸汽加熱干燥機全依靠加熱面積和干燥物料熱交換，使?jié)裎锪现械乃旨訜嵴舭l(fā)干燥，所以，一臺間接加熱干燥機的干燥能力和干燥效率，也全依靠加熱面積的大小和結(jié)構(gòu)。

耙式真空干燥機是很典型的間接蒸氣加熱干燥機，它是帶加熱夾套筒體內(nèi)設(shè)攪拌耙結(jié)構(gòu)的真空干燥機。定型的耙式真空干燥機規(guī)格是φ1 000 mm× 2 000 mm，主要用于染料和染料中間體干燥，迄今還在生產(chǎn)。該規(guī)格干燥機蒸汽加熱夾套的加熱面積為6.28 m2，容積為1.57 m3。按規(guī)定的容積裝料系數(shù)為0.5，所以，實際起到干燥的加熱面積僅3 m2左右。因為面積小干燥效率較低，難滿足較大規(guī)模生產(chǎn)的需要，常常只能在一個廠房內(nèi)設(shè)許多臺相同規(guī)格的耙式干燥機，進行并聯(lián)操作去滿足同一個產(chǎn)品的產(chǎn)量需要。

為何不提供規(guī)格更大的耙式真空攪拌干燥機，來改變?nèi)绱嗣黠@落后的生產(chǎn)格局，這是由于該型干燥機結(jié)構(gòu)很難放大所致[1,2]。因為這種夾套結(jié)構(gòu)單純靠擴大筒體直徑（D）來放大加熱面積，會得到一種很尷尬的結(jié)果，如果直徑擴大一倍到φ2 000 mm，則面積也擴大一倍到 12.56 m2，但它的容積是按直徑（D）的二次方擴大，所以，容積就擴大到6.28 m3。如果用干燥設(shè)備單位容積V（m3）所擁有的單位面積F（m2）的F/V值來表示干燥設(shè)備的干燥能力，則放大前的F/V值為4 m2/m3，而放大后的F/V值就快速下降到2 m2/m3，使本來干燥效率不高的耙式真空干燥機的干燥效率進一步下降。即簡單地通過擴大直徑來達到擴大加熱面積，會嚴重地影響干燥設(shè)備的干燥效率，形體龐大的干燥機會出工不出力地磨洋工，帶來動力的極大浪費。當然也可以將筒體長度加長一倍，但這種小加熱面積的干燥機攪拌軸長度達4 m，在結(jié)構(gòu)上太不合理。所以，耙式真空干燥機的結(jié)構(gòu)形式不變是出于無奈。

2 不滿足現(xiàn)狀求發(fā)展

在我初涉干燥機時，一面看到大量國產(chǎn)耙式真空干燥機幾十年不變的落后，另一面又看到洋品牌大型蒸汽加熱干燥機單臺加熱面積幾十上百倍大于耙式真空干燥機。究其結(jié)構(gòu)原因，洋品牌大型槽式干燥機無一例外，都在利用干燥機內(nèi)部空間發(fā)展各式各樣的內(nèi)加熱構(gòu)件來擴大加熱面積。如：槽式轉(zhuǎn)盤加熱干燥機在旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)密集大直徑薄形空心加熱轉(zhuǎn)盤，每塊轉(zhuǎn)盤有兩個加熱面，在十幾m長的軸上設(shè)幾十片加熱轉(zhuǎn)盤后，干燥機的加熱面積立竿見影就擴大到幾百m2，使耙式真空干燥機相形見絀。顯然，間接加熱干燥機大型化的唯一途徑是從速開發(fā)內(nèi)加熱構(gòu)件。

洋品牌槽式轉(zhuǎn)盤加熱干燥機的結(jié)構(gòu)我們很難照搬，因為我們還不掌握在一根很長的旋轉(zhuǎn)軸上焊接許多塊空心加熱轉(zhuǎn)盤，不掌握焊接后旋轉(zhuǎn)軸的熱變形校正技術(shù)，但又不甘心在此困難面前認輸。于是就反其道而行之，將槽式轉(zhuǎn)盤加熱干燥機的動和靜的部件對換，動的部件使之變成靜的，原來靜的則變成動的。如：將空心加熱轉(zhuǎn)盤不再焊接在旋轉(zhuǎn)軸上，而與槽體加熱夾套焊接固定，原來靜止的刮板緊固在旋轉(zhuǎn)軸上，起推動物料前進和并在與空心加熱盤相對旋轉(zhuǎn)運動中刮除固定加熱盤上的粘附物料，在旋轉(zhuǎn)軸上采用非熱加工的緊固技術(shù)，旋轉(zhuǎn)軸就不再受焊接熱變形的影響。一種可以大幅度擴大加熱面積的我們命名為（固定）板式加熱攪拌干燥機[3]誕生了。在這種干燥機中采用了傳統(tǒng)塞焊加強結(jié)構(gòu)的空心加熱平板。在干燥技術(shù)還來不及暴露包括內(nèi)加熱板加強結(jié)構(gòu)等問題前，技術(shù)開發(fā)工作只能草草收場。傳統(tǒng)塞焊加強結(jié)構(gòu)空心加熱板的結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

3 從好奇到用心研究雙錐真空干燥機

在許多年前的藥機設(shè)備展覽會上展出最多、最普遍的干燥機要數(shù)雙錐真空干燥機?？吹诫p錐真空干燥機有這么大的市場感到好奇，想必有它的優(yōu)點，值得去學(xué)習(xí)和研究。

首先，雙錐真空干燥機也是屬于節(jié)能型間接加熱干燥機，結(jié)構(gòu)上能在旋轉(zhuǎn)動態(tài)條件下進行抽真空和加熱，也可干凈利落一次性加料和卸料而減少操作性污染，尾氣經(jīng)過濾排出最大限度減少產(chǎn)品損失。隨著深入研究，也看到了雙錐真空干燥機和耙式真空干燥機一樣屬于夾套加熱結(jié)構(gòu)，同樣存在加熱面積的放大問題。于是就將在板式加熱攪拌干燥機研制時來不及在內(nèi)加熱構(gòu)件上用心下的功夫，轉(zhuǎn)移到雙錐的內(nèi)加熱構(gòu)件開發(fā)上來。

圖1 傳統(tǒng)塞焊加強結(jié)構(gòu)空心加熱板結(jié)構(gòu)圖

雙錐真空干燥機干燥面積大型化開始時也是采用塞焊加強結(jié)構(gòu)的空心加熱板，這種結(jié)構(gòu)加熱板早就應(yīng)用在藥品真空干燥箱中，在板式加熱攪拌干燥機中可能是加熱板的厚度較厚，塞焊孔的焊接坡口加工規(guī)范，以及認真對待空心板內(nèi)較高操作壓力的危險性，所以，內(nèi)加熱板都經(jīng)歷了試壓和生產(chǎn)的考驗。但在作真空干燥和加熱板中作常壓低溫飽和蒸汽加熱的內(nèi)加熱板塞焊結(jié)構(gòu)加工時，竟發(fā)生過多次焊接質(zhì)量事故。歸納原因有：

（1）加熱板采用≤3 mm不銹鋼薄板，薄板上的塞焊孔坡口難按規(guī)范加工，從而影響了焊口的焊接質(zhì)量；

（2）焊工思想上輕視真空操作壓力而馬虎從事；

（3）藥機設(shè)備的焊口都打磨拋光，結(jié)合以上存在質(zhì)量隱患更容易暴露出焊接質(zhì)量問題的嚴重性。

在雙錐真空干燥機日趨要求加熱面積大型化面前，塞焊結(jié)構(gòu)內(nèi)加熱板的質(zhì)量問題變得越發(fā)突出，已嚴重影響雙錐真空干燥機加熱面積大型化發(fā)展。因為一臺大型雙錐真空干燥機中加熱板的面積上百m2，板上有幾千個塞焊點，只要其中有一個塞焊點焊接質(zhì)量出了問題，一個焊接點爆裂，不僅僅是一塊加熱板的問題，而是影響整個干燥機的正常運轉(zhuǎn)問題，特別是這種內(nèi)加熱板很難修復(fù)。

4 開發(fā)不破壞加熱板母材的無損內(nèi)加強結(jié)構(gòu)替代塞焊加強結(jié)構(gòu)

上面提到的塞焊加強結(jié)構(gòu)的要害問題都出在加熱母板上的打孔、開坡口和焊接上。所以，提出開發(fā)一種不破壞母板的無損加強結(jié)構(gòu)的內(nèi)加熱板[4]。經(jīng)過長時間的不懈努力，終于開發(fā)出了這種無損加強結(jié)構(gòu)的內(nèi)加強結(jié)構(gòu)。它的結(jié)構(gòu)如圖 2，3，4 所示，在內(nèi)加熱板中按塞焊加強結(jié)構(gòu)的要求布點，每一點上設(shè)一對短節(jié)鋼環(huán)（3），每對短節(jié)鋼環(huán)（3）中一側(cè)的一個鋼環(huán)焊接在一塊加熱板（1）上，而另一節(jié)鋼環(huán)則焊接在另一塊加熱板（1）上，合上兩塊加熱板后再在一排排短節(jié)鋼環(huán)（3）中插入元鋼插銷（2），就可以將空心加熱板的兩塊板緊緊鎖在一起。無損加強結(jié)構(gòu)內(nèi)加熱板確實是一種替代傳統(tǒng)塞焊加強結(jié)構(gòu)的較好的結(jié)構(gòu)加強方法，特別適用于藥機設(shè)備，它的母板表面完全不受焊接的影響，也不再存在塞焊結(jié)構(gòu)的各種弊病引發(fā)的焊接質(zhì)量事故。但它也存在短節(jié)鋼環(huán)布點劃線工作量大和很高準確性的要求，焊接的工作量也很繁重。

圖2 無損加強結(jié)構(gòu)的內(nèi)加強結(jié)構(gòu)圖

圖3 內(nèi)加強結(jié)構(gòu)剖面圖

圖4 內(nèi)加強結(jié)構(gòu)剖面圖

5 開發(fā)不需要內(nèi)加強結(jié)構(gòu)的內(nèi)加熱板

鑒于無損加強結(jié)構(gòu)內(nèi)加熱板的焊接工作量很大，自然會影響干燥設(shè)備的造價。為此就想到了能否開發(fā)一種不需要內(nèi)加強結(jié)構(gòu)的內(nèi)加熱板。我們曾開發(fā)了一種狹幅楔形內(nèi)加熱板[5]，它的結(jié)構(gòu)如圖 5所示。

圖5 狹幅楔形內(nèi)加熱板結(jié)構(gòu)圖

狹幅楔形內(nèi)加熱板由薄板折成，直接密集焊接在雙錐真空干燥機的加熱夾套內(nèi)壁上，因為加熱板的幅度較狹，能承受工作壓力而不需要結(jié)構(gòu)加強處理。雖然相鄰內(nèi)加熱板的密度可以縮得盡可能地小，但由于受加熱板狹幅的影響，嚴重阻礙了加熱面積的擴大，特別是加熱板直接焊接在錐體的加熱面上，使這部分加熱面積失去了原來應(yīng)有的加熱功能。

6 開發(fā)扁圓管內(nèi)加熱構(gòu)件

在干燥機內(nèi)加熱構(gòu)件上除了空心加熱板外，更多的干燥機是直接利用圓形無縫鋼管?？紤]到圓形管對旋轉(zhuǎn)運動中干燥物料的接觸和對物料流動的影響，我們是否可給予改善，于是就想到如將圓形無縫管改形成扁圓形管子，在加熱面積不變的條件下毋須作結(jié)構(gòu)加強仍能保持較高的耐壓強度，扁圓管子有利于和旋轉(zhuǎn)中物料接觸和熱交換，有利于減低磨擦阻力。在這樣的原則指導(dǎo)下，將扁圓管組合焊接成內(nèi)加熱構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)如圖 6 所示，扁圓管內(nèi)加熱構(gòu)件[6]全由扁圓管構(gòu)成，通過蒸汽凝水聯(lián)通口（2）與加熱夾套（1）溝通，它既不需要任何內(nèi)加強結(jié)構(gòu)措施，又具有耐壓強度大和加熱面積大的優(yōu)點，材料易得，加工簡單，造價便宜，特別是清洗方便。

扁圓管內(nèi)加熱構(gòu)件的開發(fā)成功為雙錐真空干燥機加熱面積大型化創(chuàng)造了條件，結(jié)合已開發(fā)的無隱患真空密封件和低溫蒸汽發(fā)生器，構(gòu)成了扁圓管內(nèi)加熱雙錐真空干燥機。

圖6 扁圓管內(nèi)加熱構(gòu)件結(jié)構(gòu)圖

7 歷經(jīng)曲折磨難內(nèi)加熱技術(shù)反璞歸真

在一次扁圓管內(nèi)加熱構(gòu)件作圖時，忽覺得根本沒必要將扁圓管截斷再焊接成扁圓管內(nèi)加熱構(gòu)件，而完全可以將扁圓管直接作為加熱元件焊接到雙錐體上，使歷經(jīng)多年遭受許多曲折磨難的內(nèi)加熱技術(shù)反璞歸真。

直接用扁圓管作內(nèi)加熱元件的扁圓內(nèi)加熱管雙錐真空干燥機[7]的結(jié)構(gòu)如圖 7所示。

圖7 雙錐真空干燥機結(jié)構(gòu)圖

8 結(jié)束語

在我退休后參加干燥機技術(shù)開發(fā)以來已有許多年，在這許多年時間中，可以說很多的時間是花在了干燥機加熱面積的大型化上面，在干燥機內(nèi)加熱構(gòu)件的開發(fā)上走了許多的彎路。這只能說自己能力低下是主要原因，幸自己還有一點自知之明，相信只要加倍努力奮斗去彌補自身能力不足的缺點，一定能為干燥機事業(yè)做出點滴貢獻。

[1] 沈善明，解學(xué)友. 雙錐真空干燥機的結(jié)構(gòu)、節(jié)能和用材的討論[J].醫(yī)藥工程設(shè)計，2009，30(1):6-9.

[2] 沈善明，解學(xué)友. 傳統(tǒng)雙錐真空干燥機需要升級改造[J]. 醫(yī)藥工程設(shè)計，2010，31(4):3-4.

[3] 沈善明，汪樹華. 多用途板式加熱攪拌干燥機的開發(fā)和應(yīng)用[J]醫(yī)藥工程設(shè)計，1994，14(3):5-10.

[4] 沈善明. 無損加強結(jié)構(gòu)加熱板：中國：200820154931.7[P].

[5] 沈善明. 狹幅楔形內(nèi)加熱干燥機：中國：201110085611.7，201120097969.7[P].

[6] 沈善明. 扁圓管內(nèi)加熱構(gòu)件：中國：201120223174.6[P].

[7] 沈善明. 扁圓管內(nèi)加熱雙錐真空干燥機：中國：201110177756.X，201120285200.8[P].