试析旋转圆盘式和旋转管束式干燥设备的设计

摘 要：旋转圆盘式和旋转管束式干燥设备作为间接传热式设备，具有能耗低、效率高等特点，在国内外的化学加工行业中得到了广泛应用。因此，本文主要针对旋转圆盘式和旋转管束式干燥设备进行设计，在了解了工作原理后，展开具体的设计工作，明确设备内部的各种部位，确保其能够得到高效稳定的应用。

关键词：旋转圆盘式干燥机;旋转管束式干燥剂;传热系数;强度设计

干燥设备常用于化工、轻工等加工行业中，其能耗较高，在实际应用过程中，主要分为直接传热式和间接传热式两种。虽然直接传热式干燥设备结构简单、成本低廉，但能耗较高、热效率低，相比较来看，间接传热式设备能耗低、热效率高，因此得到了广泛应用，可以分为旋转圆盘式和旋转列管式两种。

1 干燥设备的内部结构

作为化工行业内能耗较高的单元设备，在实际的设计过程中，不仅要考虑到设备的运行性能，还需要综合考虑设备的运行安全、实际能耗以及环境污染情况。随着科学技术的发展，旋转圆盘式和旋转管束式干燥设备在工农业生产中应用日益广泛。但目前的设计上还存在一定的问题，经常会出现设计模型和实际应用情况不符合的问题，不仅会导致实际应用效率下降，还会造成较大的环境污染问题。

一般情况下，旋转圆盘式和旋转管束式干燥设备主要包括四个方面，分别为，转子系统、管路系统、传动系统、排风除尘系统。第一，转子系统。作为核心部件，旋转圆盘式和旋转列管式干燥机的转子系统并不相同，前者的转子系统中含有数十只圆盘，全部焊接在中空轴上，后者则由数百根管子以及两端中空轴、封头组成，需要注意的是，管子的排列具有一定的规律性。在实际运行过程中，由旋转圆盘式和旋转列管式干燥机两端的轴承支撑，一端为固定，另一端可以自由运动，以此有效控制协调转子出现的轴向热膨胀问题，在转子四周还含有可翻动的抄板，及时翻动物料。除此之外，其他部门并没有较大范围，第二，管路系统。这种借助主电机、减速装置组成的部分，主持要承担着干燥剂的稳定运行能力，保证能量得到有效的调节控制。第三，传动系统。这一部分涉及的内容较多，进气管、排水管、调节阀门、金属软管和旋转接头等零部件都在这一部分。第四，排风除尘系统。作为辅助性系统，通过引风机实现排风除尘功能，还能够回收粉尘，避免污染。

2 干燥设备的工作原理

旋转圆盘式和旋转列管式干燥机采用的都是密闭循环运行方式，在密闭的干燥室空间内，通过转子系统的缓慢旋转，实现热能量介质的导入和导出。由上可知，转子周围安装了特殊的可翻动的抄板，可以及时翻动物料，让其充分和金属换热表面进行接触，不仅如此，抄板本身具有一定的轴向倾角，能够实现物料的运行，让其从入口逐渐移动到出口。在这个过程中，热能量介质在金属壁的辅助下，将热量传导给湿物料，物料移动的同时，吸收热量，蒸发内部水分。在达到出口时，就能够得到干燥的物料。需要注意的是，旋转圆盘式和旋转列管式干燥机要根据物料的具体情况，有针对性的设计干燥室整体长度、转子转速以及抄板轴向倾角。以此，保证物料在运行过程中得到充分的干燥和持续稳定的运行，避免出现卡顿现象，让公司能够在出口处得到刚好完成干燥的物料。一般情况下，旋转圆盘式和旋转列管式干燥机的热效率较高，但相比较而言，后者的结构更加简单，成本也相对较低。根据实际运行得到的数据来看，在加热面积相同的情况下，旋转圆盘式干燥机的传热系数高出旋轉列管式干燥机的60%-70%。除此之外，还需要注意一点，那就是在干燥机运行过程中，必须要保证物料蒸发产生的湿分能够从顶部风机抽出，切实保证实际应用质量。

3 旋转圆盘式干燥装置设计研究

3.1 装置总体设计构成

基于前文对旋转圆盘式和旋转管束式干燥设备分析，明确了设备中存在的问题和缺陷，在旋转圆盘式干燥设备的基础上，进一步提出了旋转圆盘式自动干燥装置，引入氮气这一易获取、惰性强的气体，结合洁净聚乙烯材质完成装置的设计。这种装置不仅可以提高干燥效率，也能保证干燥效果。而且洁净聚乙烯材质可以有效降低热量散失问题，避免外界其他杂质、颗粒的混入。除了前文提及的几个部分之外，还包括了定位系统和氮气加热单元，利用定位系统固定待干燥的物质，而氮气加热环节则将热量传递给氮气，实现在线加热，同时将氮气持续不断的排入干燥室内。

最为主要的是，在该工序中实现了自动化运行，利用机械手将待干燥的物料放入干燥室内，机械手运动的同时，干燥装置也会自动代开，确保待干燥的物料可以进入到正确的位置上。完成放置后，自动槽盖关闭。电机管路系统驱动片盒定位及旋转单元进行匀速转动，内部系统对待干燥的物料进行环绕喷吹，完成干燥过程。在这样的情况下，清洗烘干过程不需要进行人工干预，依靠机械手就可以保证系统的正常运行。产生的气体和粉尘也会得到自动回收。

3.2 干燥单元设计和关键技术

以晶圆为例，在对晶圆这一物料进行干燥的过程中，所采用的干燥单元设计和关键技术也要进行细节上的改动。

3.3 定位单元及旋转单元

晶圆本身尺寸大小各不相同，而且质地较薄、易碎，因此加强对定位单元的设计非常重要，要根据晶圆的大小调整定位装置，确保其在旋转过程中可以得到稳定，避免出现损害的情况。定位单元中主要包括片盒、片盒定位盘、旋转机构、电机等方面组成，片盒是其中的关键，采用镂空结构，设有定位槽，让晶圆可以得到固定。片盒定位盘的主要作用在于定位片盒。因为晶圆尺寸不一，在实际应用过程中需要准备多个片盒，因此片盒定位盘的主要作用在于定位不同大小的片盒，兼容所有常用尺寸的片盒。在这样的设置下，机械手可以将片盒准确放置在片盒定位盘，确保氮气可以充分喷施在晶圆上，形成环绕气场，达到良好的干燥效果。此外，还有一点需要注意，在晶圆清晰干燥的过程中，采用的化学液多为腐蚀性较强的强酸、强碱等有机溶液，因此需要定期对旋转圆盘式自动干燥装置内部的电机、旋转机构、电源线、信号线等部件设备进行维修和防护，以此切实提高设备的使用寿命，降低风险。除此之外，干燥槽体和氮气加热单元也非常重要。以氮气加热单元为例，采用充氮控氧工艺，替代传统旋转圆盘式和旋转管束式干燥设备中的加热介质，打造出全新的循环介质，能够有效降低成本，提高实际运行效率。在实际运行过程中，根据实际应用数据来看在，不断充入氮气的过程中，物料也会逐渐完成干燥。进气回路中采用的是双充氮技术，出气回路中采用的是自动泄压排气双回路处理方式，同时，在总排气管路上设置止回阀，避免气体回流[1]。不仅如此，对导线以及接口等进行防腐密封处理，以此提高加热效率。但是在实际设计的过程中，还需要注意一点，要缩短氮气和加热管之间的距离，以此保证加热效果。同时还要让加热管的内壁与外壁之间留有一定间隙，最大程度降低热量损失。并且利用保温材料保证氮气加热装置主体及外延氮气出口管路的温度不会出现大幅度减低，以此切实提高干燥质量和干燥效果。综合考虑到该系统的运行需求，在实际运行过程中，还需要采取一定的技术措施，保证旋转圆盘式自动干燥装置的正常运行，优化检修手段和操作检查方法。以某企业为例，该企业定期对旋转圆盘式自动干燥装置的运行状况进行评估，主要从故障发生频率、检修费方式、检修间隔等方面入手，从而确认设备情况。然后针对故障问题进行分析，设计出解决问题的主要方案，保证方案的科学合理性。在完成旋转圆盘式自动干燥装置的检修工作后，还要对设备进行二次评估，确保设备的合理性和有效性，让其可以正常运行[2]。

4 总结

综上所述，在旋转圆盘式和旋转管束式干燥设备中，前者应用效率更高在此基础上，进提出了旋转式晶圆自动干燥装置。在设计过程中，实现了设备工艺的自动化运行，不仅占用设备空间较小，也实现了自动清洗等功能，实现了人力资源的合理利用。最为主要的是，相比较传统的干燥装置来看，成本也相对较低。

参考文献：

[1]葛新峰，徐旭，来亦姝，等.旋转圆盘内不同转速的空化特性研究[J].人民黄河，2019（8）：112-116.

[2]周晓斌，范森，董金善.转盘干燥机周向拉撑圆盘转子强度影响因素分析[J].化工机械，2018（3）：358-365.

作者简介：

杨玫（1984- ），民族：汉，性别：女，籍贯：陕西省大荔县人，学历：本科，毕业于襄樊大学，现有职称：中级工程师，研究方向：化工干燥设备。