Распылительная сушилка с замкнутым контуром: сушка сырья на основе растворителей без риска взрыва

Распылительная сушилка с замкнутым контуром прокачивает через сушильную камеру инертный газ, обычно азот, вместо того чтобы выбрасывать горячий воздух в атмосферу. Поскольку в газе почти нет кислорода, она может сушить сырьё с горючими органическими растворителями или чувствительными к кислороду активными компонентами, а так как контур герметичен, испарившийся растворитель можно сконденсировать и вернуть, а не выбрасывать.

Если ваше сырьё — водный раствор, она вам не нужна. Обычная распылительная сушилка с открытым циклом дешевле, проще и хорошо изучена. Система с замкнутым контуром оправдана в узком круге случаев: распыляемая жидкость содержит этанол, ацетон, изопропанол или другой органический растворитель; порошок окисляется при контакте с горячим воздухом; либо экологические требования не позволяют выбрасывать растворитель. В этом руководстве объясняется, как работает контур, где он применим и что спросить перед покупкой.

Краткий контекст: почему сушка с открытым циклом перестаёт работать с растворителями

В распылительной сушилке с открытым циклом окружающий воздух нагревается, проходит через камеру, забирает испарившуюся воду и уходит через фильтр и вытяжной вентилятор. Для воды это нормально. Опасность возникает, когда испаряемая жидкость — горючий растворитель, поскольку вытяжной поток тогда представляет собой смесь воздуха и паров растворителя. Везде, где эта смесь находится между нижним и верхним пределами взрываемости и встречает источник зажигания, например статический разряд или горячую поверхность, существует опасность пожара или взрыва.

Устранить эту опасность можно двумя способами. Можно контролировать концентрацию паров, но гарантировать это в течение всей партии трудно. Или можно убрать кислород, и тогда зажигание невозможно при любой концентрации растворителя. Конструкция с замкнутым контуром идёт по второму пути.

Как работает распылительная сушилка с замкнутым контуром

Базовая последовательность такая же, как у любой распылительной сушилки: распылить сырьё, привести капли в контакт с горячим газом, испарить, отделить порошок. Меняется всё, что связано с газом.

1. 1.Подача инертного газа — система продувается азотом, пока содержание кислорода не опустится ниже заданного предела; обычно его контролирует анализатор кислорода, блокирующий нагреватель и питающий насос. Точный предел зависит от растворителя и вашего стандарта безопасности, поэтому любую цифру в коммерческом предложении следует подтверждать собственной оценкой рисков.
2. 2.Нагрев и сушка — циркулирующий газ нагревается и поступает в камеру, где встречается с распылённым сырьём. Растворитель и вода, если она есть, испаряются в газ.
3. 3.Отделение порошка — циклон и, при необходимости, рукавный фильтр отделяют сухой порошок. Газ, теперь содержащий пары растворителя, покидает ступень улавливания порошка.
4. 4.Конденсация и рекуперация растворителя — газ проходит через конденсатор, где растворитель охлаждается ниже точки росы и собирается в виде жидкости. Очищенный газ снова нагревается и возвращается в камеру.
5. 5.Подпитка и регулирование давления — небольшое количество свежего азота восполняет потери, а контур поддерживается под небольшим контролируемым избыточным давлением, чтобы воздух не мог подсосаться.

GXP-распылительная сушилка с замкнутой циркуляцией SINOTHERMO построена на этом принципе: герметичный контур инертного газа, рекуперация растворителя из сырья и бескислородная взрывозащищённая конструкция. Она выдаёт порошок влажностью 3–8 процентов при температуре газа на входе от 100 до 300 °C, что сопоставимо с показателями обычной распылительной сушки.

Когда распылительная сушилка с замкнутым контуром стоит дополнительных затрат

Система с замкнутым контуром стоит дороже машины с открытым циклом той же испарительной мощности. Ей нужны конденсатор, подача азота, анализатор кислорода, газонепроницаемая камера и более сложная система управления. Выбирайте её только в одном из следующих случаев.

Сырьё на основе растворителей. Растворы смол, покрывные полимеры, суспензии пигментов, приготовленные в растворителях, и многие промежуточные продукты специальной химии растворены или диспергированы в органическом растворителе. Распылять их с воздухом нельзя.

Чувствительные к кислороду продукты. Некоторые активные вещества окисляются при температуре сушки, даже если жидкость водная. Отдельные косметические активы, биоматериалы и тонкая химия теряют активность или меняют цвет в присутствии кислорода. Инертный контур их защищает.

Фармацевтические промежуточные продукты. Распылительная сушка широко применяется для получения аморфных твёрдых дисперсий, которые обычно готовят в смесях органических растворителей. Если вы разрабатываете такой продукт, см. наш обзор фармацевтической распылительной сушки для знакомства с процессом.

Ценность растворителя или соответствие требованиям. Если растворитель дорог или его выброс нарушил бы нормы выбросов, рекуперация окупает часть оборудования и снимает проблему соответствия.

Аккумуляторы и современные материалы. Некоторые суспензии прекурсоров и электродов используют органические растворители и чувствительны к влаге и кислороду. Наша статья о сушке инертным газом для материалов аккумуляторов охватывает более широкую картину, а рекуперация растворителя при вакуумной роторной сушке показывает альтернативу, когда материал — паста, а не распыляемая жидкость.

Замкнутый контур и открытый цикл: сравнение

Пункт об эксплуатационных затратах часто упускают. Замкнутый контур охлаждает газ для конденсации растворителя, а затем нагревает его снова, поэтому энергобаланс отличается от открытого цикла, а холодильная нагрузка зависит от растворителя и скорости испарения. Запросите у поставщика лист потребления ресурсов с расходом азота, нагрузкой по охлаждающей воде или чиллеру и мощностью нагрева, а не только мощность нагревателя.

Что указать перед запросом коммерческого предложения

Поставщики оборудования могут рассчитать систему с замкнутым контуром, только зная ваш материал. Сначала соберите следующие данные.

Система растворителей. Назовите каждый растворитель и его примерную долю в сырье. Температура кипения, температура вспышки и смешиваемость с водой — всё это влияет на конструкцию конденсатора и температуру газа.

Содержание твёрдого и вязкость. Они определяют выбор распылителя и достижимую производительность. Разбавленное маловязкое сырьё можно распылять через форсунку. Вязкому сырью или сырью с высоким содержанием твёрдого может потребоваться другой распылитель. О компромиссах между распылителями читайте наше руководство по атомизации в распылительных сушилках.

Термические пределы продукта. Максимальная температура продукта, температура стеклования для аморфного продукта и температура разложения задают пределы на входе и выходе.

Целевые свойства порошка. Размер частиц, насыпная плотность, предел остаточного растворителя и остаточная влажность. Остаточный растворитель в частности может быть нормативным требованием и часто требует дополнительной досушки после сушилки.

Производительность. Укажите расход сырья, который вы хотите перерабатывать, в литрах или килограммах в час. Испарительная мощность зависит от растворителя, потому что растворитель с меньшей скрытой теплотой испаряется быстрее на единицу подведённого тепла, чем вода, поэтому цифры производительности для воды нельзя переносить напрямую.

Условия площадки и безопасности. Классификация взрывоопасной зоны, доступная подача азота, системы охлаждения и стандарты, применимые на вашем рынке.

Типичные ошибки, которых следует избегать

Покупка машины с замкнутым контуром для водного сырья. Если нет ни растворителя, ни чувствительности к кислороду, дополнительная сложность ничего не даёт. Используйте стандартную систему, например YPG-распылительную сушилку высокого давления или LPG - центробежную распылительную сушилку.

Восприятие «взрывозащищённости» как единственной характеристики. Взрывозащита — свойство системы. Она зависит от контроля кислорода, контроля источников зажигания, заземления деталей, контактирующих с порошком, конструкции сброса или подавления взрыва и классификации зоны. Спросите, что из этого входит в поставку, а что остаётся на вашей ответственности.

Игнорирование обращения с порошком после сушилки. Порошок, покидающий камеру под азотом, может ещё содержать остаточный растворитель. Сборные ёмкости, линии перегрузки и упаковка требуют такой же аккуратности, как и сама сушилка.

Пропуск испытания. Сырьё с растворителями ведёт себя иначе, чем водное. Скорость сушки капель, образование плёнки и морфология частиц меняются. Испытание на вашем материале даёт данные по остаточному растворителю, свойства порошка и параметры масштабирования до вложения капитала. Наша испытательная лаборатория проводит для этого платные пилотные испытания, а полученный вами отчёт подкрепляет и вашу спецификацию, и ваше обоснование безопасности.

Недооценка герметичности. Любая утечка воздуха повышает уровень кислорода и срабатывает блокировка. Спросите о конструкции уплотнений, методе контроля кислорода и о том, как система ведёт себя при отключении питания.

Как снизить риск решения

Начинайте с сырья, а не с машины. Запишите растворитель, содержание твёрдого и пределы продукта. Затем решите, нужна ли полная рекуперация растворителя, только исключение кислорода или и то и другое. Наконец, испытайте. Пилотный прогон на вашем материале даёт измеренные значения температуры на входе и выходе, влажности порошка и остаточного растворителя, на которых строится безопасный и экономичный проект полного масштаба.

Если вы ещё выбираете между распылительной сушкой и другими подходами для продукта, влажного от растворителя, прочитайте, как сравнивается вакуумная сушка с рекуперацией растворителя, и используйте руководство по распылительным сушилкам для общих принципов выбора.

Заключение

Распылительная сушилка с замкнутым контуром — правильный инструмент, когда сырьё содержит растворители или чувствительно к кислороду, а порошок должен выйти сухим, сыпучим и безопасным в обращении. Она обменивает более высокую стоимость оборудования на безопасную эксплуатацию и рекуперацию растворителя. Сначала определите систему растворителей и пределы продукта, подтвердите ресурсы и требования безопасности и проверьте на реальном образце, прежде чем спецификовать полную машину.

Следующий шаг: Запросить пилотное испытание на вашем сырье, и наши инженеры по результатам порекомендуют конфигурацию контура. Пилотные испытания — платная услуга.

Часто задаваемые вопросы

Чем замкнутая распылительная сушилка отличается от обычной?

Обычная распылительная сушилка нагревает окружающий воздух, один раз пропускает его через камеру и выбрасывает. Сушилка с замкнутым контуром рециркулирует инертный газ, например азот, в герметичном контуре, что убирает кислород и позволяет конденсировать и рекуперировать испарившийся растворитель.

Может ли сушилка с замкнутым контуром работать с горючими растворителями, такими как этанол или ацетон?

Да, это её основное назначение. Поддержание содержания кислорода ниже заданного предела с помощью анализатора и блокировок убирает кислород, необходимый для горения. Точный предел и концепцию безопасности следует подтвердить с учётом вашего растворителя и местных стандартов.

Рекуперирует ли сушилка с замкнутым контуром растворитель?

Да. Газ, выходящий из пылеуловителя, проходит через конденсатор, где растворитель охлаждается до жидкого состояния и собирается. Очищенный газ снова нагревается и возвращается в камеру. Степень рекуперации зависит от растворителя и конструкции конденсатора.

Какую температуру на входе использует распылительная сушилка с замкнутой циркуляцией?

Распылительная сушилка SINOTHERMO с замкнутой циркуляцией работает при температуре газа на входе от 100 до 300 °C и даёт порошок влажностью 3–8 процентов. Фактически используемая температура зависит от вашего растворителя и термических пределов продукта.

Дороже ли эксплуатировать сушилку с замкнутым контуром, чем с открытым циклом?

Обычно да. Вы платите за подпитку азотом, охлаждение конденсатора и повторный нагрев циркулирующего газа. Часть расходов можно компенсировать, если рекуперированный растворитель имеет ценность или рекуперация позволяет уложиться в нормы выбросов.

Нужна ли мне сушилка с замкнутым контуром для водного сырья?

Обычно нет. Если сырьё на водной основе, а продукт не чувствителен к кислороду, сушилка с открытым циклом проще и дешевле. Замкнутый контур оправдан содержанием растворителя, чувствительностью к кислороду или нормами выбросов.

Как узнать подходящий размер для моего проекта?

Предоставьте систему растворителей, содержание твёрдого, расход сырья и пределы продукта. Пилотное испытание на вашем материале даёт измеренные данные, необходимые для расчёта производственной машины. Пилотные испытания — платная услуга, которую можно заказать через страницу контактов.