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对干燥的认识与设备的评价

发布时间:08-31  
摘要:?分析了干燥曲线的作用,强调了干燥曲线的特定性。阐述了合理评估干燥设备的重要性,在各种各样干燥设备中发展高效节能环境友好的干燥技术、工艺和设备。
关键词:干燥曲线;评价;环境
干燥涉及很多学科,又是一门实践性很强的技术,干燥工程可以说是艺术与经验的结合。正确理解和评价干燥技术与设备具有现实意义。结合干燥工程的实际,总结一些看法和认识,包括干燥曲线的理解和应用,性能评价的火用效率分析及干燥技术的环境问题和某些局限性。
1?关于干燥曲线
经典的干燥曲线是在很少量物料、大风量、静态下干燥得到的物料湿含量与时间的关系曲线,指导实际工程设计有很大的局限性。在干燥理论(包括基础、模型、仿真)突破之前,最实用可靠的工程设计、系统选型还必须依靠干燥曲线。但干燥曲线是物料在特定设备及工艺条件下获得的,各主要参数设定按实验设计方法选定,根据测试结果优化设计合理的干燥曲线,作为实际工程设计的依据。这方面的工作在真空冷冻干燥设备上做得比较好一些,也就是经常谈到的冻干曲线。
因为干燥的目的或定义就是去除物料中的水分(溶剂),产品的终含水量是重要的性能指标,水分的去除是一个传质的过程,所以干燥时间主要由传质决定,加热的目的也是加快传质。干燥同一种物料,采用不同的设备和工艺,需要的干燥时间相差很大,这也能直观地体现在干燥曲线的不同上。干燥曲线甚至可能由两种以上设备及工艺组合干燥而得。
2?性能评价
干燥设备多种多样,如何评估其性能是一个综合问题,应从三个方面考虑:以热力学第一定律为依据的热效率分折,以热力学第二定律为依据的火用分析,干燥的环境负荷分析。这是发展高效节能优质低污染先进干燥技术的要求。
热效率和火用?效率是从用能的量和质两方面对干燥系统进行分析。现在评价干燥设备(系统)主要考虑能量利用的量,主要有单位失水能耗(3350~6280kJ/kgH2O)及热效率(30%~50%),是环境条件下能量中理论上能够转变为有用功的那一部分。火用分析法试图在干燥系统设计中形成一个切实可行的热力和经济学计算方法,目标是使整个系统设计最优化。
对于热风干燥系统,损失最大两项是排风物理火用?损,其次是温差传热火用损。节能方向首先是要考虑利用排风热量,其次是要设法降低传热温差,要大力提倡使用低品位热源,利用太阳能和工业余热,采用热泵除湿热风循环技术,发展组合干燥设备,采用组合干燥工艺。?排风余热回收可节能10%~15%。
蒸汽传导加热系统一般采用节流减压的方法调整供汽压力适应设备要求,造成能量贬值,而且还会使冷凝水难以通畅地排出,从而降低了换热设备的强度。热泵冷凝汽的回收供热替代传统的蒸汽系统可以节能降耗,对造纸烘缸来说可节能15%。
在我国干燥热源使用热风炉很普遍,从热力学第一定律考虑,热效率很高,达65%~75%,但火用效率要低的多(尤其是高温干燥),从用能品质来说是很大的浪费。尽量发展中低温干燥设备,虽然初期增加设备的投资,但对于降低干燥成本、能量合理利用与经济可持续发展有利。
同时有蒸发浓缩、干燥等多种用热设备的企业,还可应用过程集成方法的网络优化和窄点(狭点)技术进行优化设计。
总之,余热回收、中低温干燥、组合干燥都会带来设备的增加与增大,使初期投入增加,因而必须与干燥成本统一考虑,这正是现代干燥技术面临的综合课题。从现有技术水平看,增加的设备投入在3个月到一年之内均可回收,对于中大型干燥设备系统,其效果是很明显的。
3?环境负荷与干燥技术的局限性
环境问题关系到经济的可持续发展,很多工程都把环境评估作为重要项目来考虑。干燥设备系统的噪音、物料的粉尘、燃煤的含二氧化硫、尾气的排放都是干燥技术面临的环境问题。对干燥装置的环境负荷分析表明,使用清洁能源,充分回收利用排气余热,在保证干燥速率的前提下降低尾气的排气温度,均可显著降低干燥过程的环境负荷。这与火用分析的结论是一致的。
解决环境问题,给干燥技术的发展又提出了新的课题。很多行业的污染物需要干燥设备来处理,如发酵酿造行业的废水废渣处理、污水处理后的污泥干燥、燃煤的喷雾脱硫技术等。
干燥是耗能很高的单元操作,其本身就形成了很大的局限性。随着包装储藏技术的发展、运输成本的降低,以前需要干燥处理的物料不必进行干燥,如牛奶、蔬菜等。机械脱水及蒸发工艺对于处理高含水物料具有很大优势,这就要求干燥技术人员针对性地干燥经机械方法、蒸发浓缩工艺处理物料。
基于以上对干燥的认识和评价,下面着重谈三个问题:
⑴干燥试验
干燥过程是相当复杂的,证实干燥设备适用性的现有唯一方法是在所选干燥设备上作物料试验,通常采用正交试验法。这需要设计人员从干燥技术的角度设计实验和分析结果,以检验各参数对干燥的影响程度。
经过长期的实践,人类在干燥工程上积累了大量应用成果,也可从工程中的数据来推理,从而简化实验。假设干燥介质空气的速率是恒定的,这与实际情况是符合的,有以下关系式③:??
根据旧的参数及一些新的参数可推出另一些新的参数。
⑵组合干燥
工程技术人员越来越认识到组合干燥的意义,这主要体现在生产能力的增大,热效率的提高。典型应用主要有喷雾与振动流化床组合干燥奶粉,节能20%~30%。箱式干燥与闪蒸干燥组合干燥永固紫颜料,产量增大一倍。内热式流化床干燥精制盐,热效率提高50%。
⑶蓄热式燃烧技术的应用
蓄热式燃烧技术及高温空气燃烧技术具有热效率高、降低NoX污染排放、设备尺寸小的特点;近10年来这项技术主要在发达国家实施推广。中国也已见诸行动。这项技术开创了革命性的燃烧器和炉窑设计,在钢铁加热领域其节能和清洁燃烧效果十分显著。作为干燥设备的重要组成部分热风炉可以借鉴和应用这一全新的燃烧技术。这一技术又被称为环境协调型燃烧技术。
4?结论
①?科学实验方法的研究对干燥设备设计选型非常重要。
②?全面评估干燥设备对发展现代干燥技术有促进作用。
③?在实际工作中,干燥技术人员要重视环境负荷问题。
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