旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器干燥酒糟過程的實(shí)驗(yàn)研究

1、第 34卷 第 2期 2006年 2月 化 學(xué) 工 程 CHE M I CAL E NGI N EER I N G (CH I N A Vol . 34No . 2Feb . 2006作者簡介 :馮殿義 (1961 , 男 , 副教授 , 研究方向?yàn)檫^程測試與優(yōu)化控制 , E 2mail:dianyiF 。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器干燥酒糟過程的實(shí)驗(yàn)研究馮殿義 1, 孫 彤2(遼寧工學(xué)院 1. 機(jī)械及自動(dòng)化學(xué)院 ; 2. 材料與化學(xué)工程學(xué)院 , 遼寧 錦州 121001摘要 :為獲得旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器干燥啤酒糟過程的最佳操作工況 , 測試 , 依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)出了啤酒糟含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算公式 , 得出干燥 器

2、所能達(dá)到的最低含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 3. 92%, 與實(shí)際對(duì)比誤差為 . (8% , 處理 量為 75kg 時(shí)能量消耗最低的操作參數(shù)為進(jìn)風(fēng)溫度 94. 9. 46/s, 時(shí)進(jìn)風(fēng)溫度 155. 9 、 軸向 風(fēng)速 3. 29m /s, 與實(shí)際對(duì)比誤差小于 1. 。 關(guān)鍵詞 :啤酒糟 ; 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥 ; 優(yōu)化中圖分類號(hào) :. A 文章編號(hào) :100529954(2006 0220013203m ent al study on the process of the dryi n g deer leesi n the spi n fl ash dryerFENG D i a n 2y i 1, SUN T

3、ong2(1. College of Mechanical Engineering &Aut omati on, L iaoning I nstitute of Technol ogy, J inzhou 121001, L iaoning Pr ovince, China; 2. College of Material &Che m ical Engineering, L iaoning I nstitute of Technol ogy,J inzhou 121001, L iaoning Pr ovince, China Abstract:The mass fracti

4、on of water in beer lees was tested on different operative conditi ons in order t o obtain the op ti m u m operative para meters, and according t o the experi m ental values, the f or mulas were correlated t o calculate the mass fracti on of water in beer lees . Op ti m izati on f or the dry p r oce

5、ss was carried out, and t w o conclusi ons were reached, i . e . , the m ini m u m mass fracti on of the dryer is 3. 92%and the err or is 2. 08%; the operative conditi on of m ini m u m energy consump ti on is:air intake te mperature 94. 9 , axial air vel ocity 4. 46m /s when out put is 75kg; and ai

6、r intake te mperature 155. 9 , axial air vel ocity 3. 29m /s when out put is 175kg . The err or of which is less than 1. 65%.Key words:beer lees; cycl one dryness; fitting model; op ti m izati on 酒糟是制酒業(yè)的重要副產(chǎn)品之一 , 可用做配制 飼料的原料 。濕酒糟是含有水和少量糖分的有機(jī)物 , 易發(fā)霉腐爛而造成環(huán)境污染 。酒糟綜合利用不 僅可獲得經(jīng)濟(jì)效益而且具有保護(hù)環(huán)境的社會(huì)意義 。 啤酒糟經(jīng)脫水干燥后

7、含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于 13%不易 發(fā)酵變質(zhì) , 可安全儲(chǔ)存 , 因此 , 干燥是啤酒糟綜合處 理過程的重要環(huán)節(jié)之一 。 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器是流化床 和氣流干燥系統(tǒng)組合的高效干燥設(shè)備 , 適合于干燥顆粒狀物料 1, 用旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器處理酒糟 , 干燥效率高 , 運(yùn)行成本低 2 3。本文就啤酒糟在旋轉(zhuǎn)閃 蒸干燥器中的干燥過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究 , 并對(duì)實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸建模 , 基于此模型對(duì)干燥過程法進(jìn)行優(yōu)化 , 得出干燥過程的最佳操作參數(shù) 。 1 旋轉(zhuǎn)閃蒸系統(tǒng)與干燥原理經(jīng)機(jī)械脫水后的濕物料由螺旋加料器送入旋 轉(zhuǎn)閃蒸干燥器中 , 因啤酒糟含有少量糖分 , 機(jī)械干 燥后物料板結(jié) , 板結(jié)物料團(tuán)塊被干燥器下部的攪

8、 拌器粉碎 , 在經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)增壓后切向進(jìn)入干燥器的 熱空氣流和攪拌器的共同作用下 , 分散流態(tài)化隨 氣流旋轉(zhuǎn)向上 , 粒度適宜 、 濕度合格的物料被氣體 從干燥室上部經(jīng)分級(jí)器攜帶至旋風(fēng)分離器 , 在旋 風(fēng)分離器下部得到干燥的產(chǎn)品 。未達(dá)到干燥要求 的濕顆粒團(tuán)受離心力作用被拋向器壁 , 重新落回 到干燥器底部被攪拌葉片組進(jìn)一步粉碎后流化干 燥 , 直到達(dá)到所要求的濕度進(jìn)入旋風(fēng)分離器 。干 燥系統(tǒng)如圖 1所示 。12鼓 風(fēng)機(jī) ; 22空 氣加熱器 ; 32閃 蒸干燥器 ; 42分 級(jí)器 ; 52旋 風(fēng)過濾器 ;62布 袋過濾器 ; 72引 風(fēng)機(jī) ; 82攪 拌器 ; 92螺 旋加料器圖 1 旋轉(zhuǎn)閃蒸

9、干燥系統(tǒng)Fig . 1 Syste m of s p in flash 2 80,攪拌軸轉(zhuǎn)速為 20r/s 。 實(shí)驗(yàn)用啤酒糟經(jīng)過沉降和機(jī) 械分離 , 含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在 60%(濕基 。干燥 產(chǎn)品含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)受干燥器進(jìn)風(fēng)口溫度 、 軸向風(fēng)速 、 處理量 3個(gè)因素影響 , 本文采用正交實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行實(shí) 驗(yàn) 。 正交實(shí)驗(yàn)具有均恒分散的特點(diǎn) , 能夠通過較少 的實(shí)驗(yàn)次數(shù)獲取可以代表整個(gè)過程特征的實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù) 。 本實(shí)驗(yàn)為 3因素 5水平 , 按正交方法設(shè)計(jì)因素 水平編碼 , 表 1為各因素取值范圍與編碼 。表 1 3因素 5水平表Table 1 Three fact ors and five levels

10、因 素水 平12345A 進(jìn)風(fēng)溫度 t /90100130150170B 軸向風(fēng)速 u /(m s -12. 463. 444. 185. 046. 14C 處理量 Q /(kg h -1751001251501753 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)回歸實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 2所示 。 將實(shí)驗(yàn)結(jié)果按最小二乘 法回歸 , 得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算式 : w =18. 156-1. 5717t -2. 0619×10u +1. 5258×10Q +6. 1265×103tu +6. 1078×104t Q -1. 0017×103uQ +7. 7407×102t

11、2+7. 6108×104u 2+1. 6172×104Q2(1 回歸方程的均方差為 0. 822, 線性相關(guān)系數(shù) R =0. 985, F 檢驗(yàn)值為 54. 5。顯著性概率 p =0. 0000, 小于 0. 05拒絕 0假設(shè) , 回歸方程有意義 。 對(duì)回歸式 進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)可知 , 對(duì)干燥過程影響較大的因素 依次為溫度 、 處理量 、 軸向風(fēng)速 。表 2 F 25(35 Table 2 F 25(35orth and resultsB C w /%11222. 21519. 83149. 6441120. 3551314. 2612312. 8722210. 98325

12、12. 6942415. 51052110. 01113116. 6122336. 01333210. 3144356. 91553411. 0161446. 11724111. 11834310. 3194425. 3205458. 4211553. 7222545. 9233536. 3244527. 54 干燥過程優(yōu)化計(jì)算從下面 2個(gè)不同的優(yōu)化目標(biāo)考查干燥過程的操作參數(shù)匹配 。(1 含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低干燥器所能達(dá)到的最佳干燥效果 , 即干燥產(chǎn)品 的最小濕度 , 是旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器的重要指標(biāo)之一 。 以此為優(yōu)化目標(biāo) , 目標(biāo)函數(shù)為 m in f =w , 變量上下界 約束范圍為實(shí)驗(yàn)取值范圍 。

13、 優(yōu)化計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值 對(duì)比如表 3所示 。表 3 優(yōu)化結(jié)果與實(shí)際值對(duì)比Table 3 Op ti m izati on results and measure ment values優(yōu)化目標(biāo) 優(yōu) 化 參 數(shù) t /u /(m s -1 Q /(kg h -1w /%實(shí)測值相對(duì)誤差 /%最小含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)1703. 12753. 923. 842. 0841 化學(xué)工程 2006年第 34卷第 2期 (2 進(jìn)風(fēng)溫度最低由于空氣加熱器傳熱效率較低 , 進(jìn)口空氣加熱 單元是能量消耗最大的環(huán)節(jié) , 提高空氣溫度干燥成 本明顯增加 , 在一定生產(chǎn)能力 (處理量 條件下 , 滿 足要求的含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于 8

14、%, 采用較低的進(jìn)風(fēng)溫度 , 干燥系統(tǒng)運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì) 。目標(biāo)函數(shù)為 m in f =t , 約束條件為 Q =a , (8-w 0。 變量上下界約束范圍為實(shí)驗(yàn)取值范圍 , 其 中 a 為給定的生產(chǎn)能力 。 優(yōu)化計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值對(duì) 比如表 4所示 。表 4 優(yōu)化結(jié)果與實(shí)際值對(duì)比Table 4 Op ti m izati on results and measure ment values優(yōu)化目標(biāo) 優(yōu) 化 參 數(shù)t /u /(m s-1Q /(kg h -1w /%最佳操作溫度94. 9155. 94. 463. 2975(7. . 8. 121. 65-1. 455 結(jié)語, 在滿足工藝要求的條件下

15、 , 采 用較低的操作溫度 , 系統(tǒng)運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì) 。本文通過 對(duì)啤酒糟旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥過程實(shí)驗(yàn)研究 , 建立了干燥 過程的數(shù)學(xué)模型 , 并基于該模型對(duì)過程進(jìn)行優(yōu)化 , 得 到了不同生產(chǎn)條件下最經(jīng)濟(jì)的操作溫度 , 解決了干 燥過程的最佳操作參數(shù)的匹配問題 。 優(yōu)化模型達(dá)到足夠的精度 , 具有一定的實(shí)用價(jià)值 。 參考文獻(xiàn) :1 高炎武 . 安海達(dá)諾旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)簡介 A.全國第三次干燥技術(shù)交流會(huì)論文集 C .北京 :化學(xué)工業(yè)出版 社 , 1990. 100 115.2 劉琨 . 木薯酒糟在旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器中的干燥特性 J .化學(xué)工程 , 2003, 31(3 :17 19.3 童景山 , 牛穎艷 , 于

16、養(yǎng)信 . 廢酒糟流態(tài)化干燥技術(shù) J .武漢化工大學(xué)學(xué)報(bào) , 1992, 14(3 4 :193 196.“ 中華塔器專家聯(lián)誼會(huì) 2005年會(huì)議 ” 紀(jì)要“ 中華塔器專家聯(lián)誼會(huì) 2005年會(huì)議 ” 于 2005年 11月 24日 28日在江蘇無錫市召開 。參加本次會(huì)議的受邀代表共 28位 , 其中大多數(shù)是長期工作在塔器分離技術(shù)第一線的資深專家 。此外 , 本次會(huì)議也有數(shù)位中青年專家與會(huì) , 體現(xiàn)了聯(lián)誼會(huì)老 中青結(jié)合 、 上傳下承的特點(diǎn) 。 本次會(huì)議資助單位無錫雪浪化工填料廠和 2003年會(huì)議資助單位浙江嘉興中達(dá)集團(tuán)作為團(tuán)體會(huì) 員派代表出席了會(huì)議 。 會(huì)議由聯(lián)誼會(huì)會(huì)長 、 河北工業(yè)大學(xué)杜佩衡教授主

17、持 。中國科學(xué)院院士 , 清華大學(xué)教授費(fèi)維揚(yáng)先生在會(huì)上作了特大規(guī)模分離和過程強(qiáng)化技術(shù)國內(nèi)外研究進(jìn)展方面的專題報(bào)告 ; 北京化工研究院高級(jí)顧問蕭成基教授以塔器分離行業(yè)的技術(shù)發(fā)展若干新趨勢為題進(jìn)行了內(nèi)容豐富的講演 ; 天津大學(xué)趙汝文 教授就大型工業(yè)塔器關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用做了專題發(fā)言 ; 全國化工化學(xué)工程技術(shù)中心站王撫華教授就全國化學(xué)工程技術(shù)的 發(fā)展特點(diǎn)和中心站的工作做了較為全面的介紹 ; 南京大學(xué)化工系主任張志炳教授就以基礎(chǔ)研究推動(dòng)塔器分離技術(shù)發(fā)展為題 進(jìn)行了專題發(fā)言 。 上述五個(gè)專題報(bào)告重點(diǎn)反映了塔器分離領(lǐng)域的國際國內(nèi)學(xué)術(shù)技術(shù)動(dòng)態(tài) 、 基礎(chǔ)研究 、 技術(shù)發(fā)展和工程應(yīng)用的 新特點(diǎn)新趨勢 , 以及與其他領(lǐng)域的相互關(guān)系 。同時(shí) , 專家們聚集一堂 , 就塔器分離技術(shù)發(fā)展的深層次問題 、 聯(lián)誼會(huì)的工作將來如何更好地為推動(dòng)我國塔器分離技術(shù)發(fā) 展作貢獻(xiàn) , 以及如何開展專家之間 、 研究單位之間 、 研究單位與政府職能部門之間的合作等廣泛議題進(jìn)行了熱烈的討論 。 與 會(huì)的資深專家徐崇嗣 、 葉永恒 、 劉乃鴻 、 李錫源 、 徐維勤 、 俞曉梅等就上述議題提出了建設(shè)性建議 , 并就各自單位和自身的情況 進(jìn)行