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固体脱水缩合反应干燥装置的选择

作者: 发表时间:2012-07-02 17:09:00

脱水缩合反应一般是指两个或多个有机分子相互作用后以共价键结合成一个大分子,同时失去水的有机反应。缩合反应可以是分子间的,也可以是分子内的。反应一般要求在一定的温度下进行,而且根据反应速率的不同反应时间也不一样。
    原有这种产品的生产大都为间歇操作造成了劳动强度大、操作环境差、产品质量不稳定等诸多情况。随着产品市场竞争的激烈,要求用低成本、高产量的装置生产高质量的产品来适应市场的需求,为此石家庄工大化工设备有限公司开发了一套新装置来适应市场的需求,固体脱水缩合反应干燥装置主要是由混合计量设备、反应干燥设备和出料设备三部分构成。
1 混合计量设备
    大多数的缩合反应都需要加一些缩合剂,缩合剂按照一定比例添加通过混料机混合后通过螺旋输送机定量的输送到反应干燥设备。
2 反应干燥设备
    化工设备设计选型离不开对物料特性的分析。只有对化工物料的性质有比较清晰透彻的了解,在设计选型中根据物料特性和产量选取的设备在实际运行中才不会出现大的选型偏差。
2.1 固体物料脱水缩合反应的特点
  a)都要求在一定的温度下进行,超过或低于某段温度反应就会出现异常;
  b)反应常常伴有反应热的出现;
  c)并且固体间的反应不像溶液反应容易控制;
  d)反应过程有水的生成;
  e)从反应开始到反应结束都需要经过一定时间。
2.2 主体设备的选择
    基于以上物料特点,在工艺中就选用多层盘式连续干燥器作为本装置的主体设备,多层盘式连续干燥器在结构原理(图1)上有如下特点比较适合此类物料的反应干燥:
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a)由于物料在耙叶的机械作用下不断的被翻抄、搅拌,降低了热阻使热效率高,能耗小。
b)反应干燥时间可通过调整电机搅拌转速和耙叶角度来进行适当的调整。
c)加热面积大,能实现低温差传热有利于精确控制反应温度。脱水反应的同时可进行物料的干燥过程。
d)密闭操作,无粉尘飞扬,能达到三废排放指标,改善了工作环境。
e)立式安装,占地面积小,设备安装简单。
f)连续操作设备运转稳定,适合工业化生产并且易于操作管理,劳动强度低。
综上所述,多层盘式连续干燥器反应干燥的操作弹性大,干燥效率高,操作条件好,运转可靠是固体脱水缩合反应的理想的设备。
2.3 主体设备设计
    多层盘式连续干燥器大多情况下都是用来做单纯的干燥设备的,设计过程中只需要考虑加热热源温度与物料的热敏、流动性能等几个基本的影响换热效果的物性参数,根据物料的特点确定传热系数后,设计计算只需要按照一般的传导的换热方程计算选取换热设备就可以了。但是作为反应干燥装置时设计计算的参数选取就需要注意以下几个方面了。
2.3.1 反应温度影响
    反应温度对设计选型计算参数取值有相当大的影响。反应温度区间是必须要掌握的,反应发生的最高温度Tmax,与反应发生的最低温度。如果加热温度超出了反应发生的最高温度Tmax反应原料有副反应发生则在设计加热温度Tj时,计算的加热温度Tj不能超过反应发生的最高温度Tmax。而物料温度Tl则不应小于反应发生的最低温度Tmin。为了让物料有更好的反应环境夹带湿气的热风在设备内的温度Tf应在反应温度区间,根据热风的带湿能力尽量使Tf接近于Tmin。
2.3.2 反应热的影响
    盘式干燥机干燥盘输送出的热量Q应该是物料升温用热量Q1,干燥盘对环境空气散热量Q2,反应热Q3,缩合水的蒸发Q4之和,即Q=Q1+Q2 +Q4-Q3。这时可根据加热介质的温度和物料的温度和物料的自身脱水特点,初步计算出设备的换热面积A1。
2.3.3 反应时间的影响
    一般固体物料的反应时间都要比干燥时间长几倍甚至是几十倍,所以单靠调整设备的转速和耙叶的角度来调整料层厚度来增加停留反应时间就不足以完成脱水反应了。这时我们就要根据物料的具体反映时间t和产量P物料的堆密度ρ来确定设备内的物料体积V=P×t÷ρ。在选型过程中一般考虑设备的标准性,选用普通的连续盘式干燥机的大小盘内的料层平均厚度20mm,可计算出反应所需的干燥盘面积A2。
    在选择设备型号的时候应该根据计算出的干燥面积A1和A2来选取较大的面积作为最终的设计面积。如果计算出A2远远大于A1的情况下那么最好在设计盘干结构时应考虑加大干燥盘的盘沿高度和耙叶尺寸来增大大小盘内的料层高度,同时应考虑耙杆的根部强度。
3  出料设备
    反应干燥完成的物料一般温度比较高,可以通过连续盘式干燥器的底部盘进行冷却,为了更稳定的控制反应干燥过程,也可以在出料位置增设出料冷却螺旋,使反应干燥完物料的温度降到可包装的温度进行包装。
4 小 结
    此装置满足固体物料的脱水缩合反应干燥得理论要求,并且根据上述方法设计出的装置在一些固体脱水缩合反应干燥中的到了良好的应用,得到的产品纯度高,质量稳定赢得了良好的用户口碑。

参考文献
1 张继军. 盘式连续干燥器结构及其干燥性能的研究(学位论文)。天津:河北工学院化学工程系,1991.
2 全国化工化学工程过程设计技术中心站编.化学工程实用专题设计手册[M]北京:学苑出版社,2002.