對干燥的認識與設(shè)備的評價

1、對干燥的認識與設(shè)備的評價張德元（東北大學(xué)干燥技術(shù)研究所，遼寧沈陽 110004）摘要: 分析了干燥曲線的作用，強調(diào)了干燥曲線的特定性。闡述了合理評估干燥設(shè)備的重要性，在各種各樣干燥設(shè)備中發(fā)展高效節(jié)能環(huán)境友好的干燥技術(shù)、工藝和設(shè)備。關(guān)鍵詞：干燥曲線；評價；環(huán)境干燥涉及很多學(xué)科，又是一門實踐性很強的技術(shù)，干燥工程可以說是藝術(shù)與經(jīng)驗的結(jié)合。正確理解和評價干燥技術(shù)與設(shè)備具有現(xiàn)實意義。結(jié)合干燥工程的實際，總結(jié)一些看法和認識，包括干燥曲線的理解和應(yīng)用，性能評價的火用效率分析及干燥技術(shù)的環(huán)境問題和某些局限性。1 關(guān)于干燥曲線經(jīng)典的干燥曲線是在很少量物料、大風(fēng)量、靜態(tài)下干燥得到的物料濕含量與時間的關(guān)系曲線，指

2、導(dǎo)實際工程設(shè)計有很大的局限性。在干燥理論（包括基礎(chǔ)、模型、仿真）突破之前，最實用可靠的工程設(shè)計、系統(tǒng)選型還必須依靠干燥曲線。但干燥曲線是物料在特定設(shè)備及工藝條件下獲得的，各主要參數(shù)設(shè)定按實驗設(shè)計方法選定，根據(jù)測試結(jié)果優(yōu)化設(shè)計合理的干燥曲線，作為實際工程設(shè)計的依據(jù)。這方面的工作在真空冷凍干燥設(shè)備上做得比較好一些，也就是經(jīng)常談到的凍干曲線。因為干燥的目的或定義就是去除物料中的水分（溶劑），產(chǎn)品的終含水量是重要的性能指標，水分的去除是一個傳質(zhì)的過程，所以干燥時間主要由傳質(zhì)決定，加熱的目的也是加快傳質(zhì)。干燥同一種物料，采用不同的設(shè)備和工藝，需要的干燥時間相差很大，這也能直觀地體現(xiàn)在干燥曲線的不同上。干

3、燥曲線甚至可能由兩種以上設(shè)備及工藝組合干燥而得。2 性能評價干燥設(shè)備多種多樣，如何評估其性能是一個綜合問題，應(yīng)從三個方面考慮：以熱力學(xué)第一定律為依據(jù)的熱效率分折，以熱力學(xué)第二定律為依據(jù)的火用分析，干燥的環(huán)境負荷分析。這是發(fā)展高效節(jié)能優(yōu)質(zhì)低污染先進干燥技術(shù)的要求。熱效率和火用 效率是從用能的量和質(zhì)兩方面對干燥系統(tǒng)進行分析。現(xiàn)在評價干燥設(shè)備（系統(tǒng)）主要考慮能量利用的量，主要有單位失水能耗（33506280kJ/kgH2O）及熱效率（30%50%）,是環(huán)境條件下能量中理論上能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪且徊糠帧；鹩梅治龇ㄔ噲D在干燥系統(tǒng)設(shè)計中形成一個切實可行的熱力和經(jīng)濟學(xué)計算方法，目標是使整個系統(tǒng)設(shè)計最優(yōu)化。對

4、于熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，損失最大兩項是排風(fēng)物理火用 損，其次是溫差傳熱火用損。節(jié)能方向首先是要考慮利用排風(fēng)熱量，其次是要設(shè)法降低傳熱溫差，要大力提倡使用低品位熱源，利用太陽能和工業(yè)余熱，采用熱泵除濕熱風(fēng)循環(huán)技術(shù)，發(fā)展組合干燥設(shè)備，采用組合干燥工藝。 排風(fēng)余熱回收可節(jié)能10%15%。蒸汽傳導(dǎo)加熱系統(tǒng)一般采用節(jié)流減壓的方法調(diào)整供汽壓力適應(yīng)設(shè)備要求，造成能量貶值，而且還會使冷凝水難以通暢地排出，從而降低了換熱設(shè)備的強度。熱泵冷凝汽的回收供熱替代傳統(tǒng)的蒸汽系統(tǒng)可以節(jié)能降耗，對造紙烘缸來說可節(jié)能15%。在我國干燥熱源使用熱風(fēng)爐很普遍，從熱力學(xué)第一定律考慮，熱效率很高，達65%75%，但火用效率要低的多（尤其是高

5、溫干燥），從用能品質(zhì)來說是很大的浪費。盡量發(fā)展中低溫干燥設(shè)備，雖然初期增加設(shè)備的投資，但對于降低干燥成本、能量合理利用與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有利。同時有蒸發(fā)濃縮、干燥等多種用熱設(shè)備的企業(yè)，還可應(yīng)用過程集成方法的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和窄點（狹點）技術(shù)進行優(yōu)化設(shè)計?？傊酂峄厥?、中低溫干燥、組合干燥都會帶來設(shè)備的增加與增大，使初期投入增加，因而必須與干燥成本統(tǒng)一考慮，這正是現(xiàn)代干燥技術(shù)面臨的綜合課題。從現(xiàn)有技術(shù)水平看，增加的設(shè)備投入在3個月到一年之內(nèi)均可回收，對于中大型干燥設(shè)備系統(tǒng)，其效果是很明顯的。3 環(huán)境負荷與干燥技術(shù)的局限性環(huán)境問題關(guān)系到經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，很多工程都把環(huán)境評估作為重要項目來考慮。干燥設(shè)備系統(tǒng)

6、的噪音、物料的粉塵、燃煤的含二氧化硫、尾氣的排放都是干燥技術(shù)面臨的環(huán)境問題。對干燥裝置的環(huán)境負荷分析表明，使用清潔能源，充分回收利用排氣余熱，在保證干燥速率的前提下降低尾氣的排氣溫度，均可顯著降低干燥過程的環(huán)境負荷。這與火用分析的結(jié)論是一致的。解決環(huán)境問題，給干燥技術(shù)的發(fā)展又提出了新的課題。很多行業(yè)的污染物需要干燥設(shè)備來處理，如發(fā)酵釀造行業(yè)的廢水廢渣處理、污水處理后的污泥干燥、燃煤的噴霧脫硫技術(shù)等。干燥是耗能很高的單元操作，其本身就形成了很大的局限性。隨著包裝儲藏技術(shù)的發(fā)展、運輸成本的降低，以前需要干燥處理的物料不必進行干燥，如牛奶、蔬菜等。機械脫水及蒸發(fā)工藝對于處理高含水物料具有很大優(yōu)勢，這

7、就要求干燥技術(shù)人員針對性地干燥經(jīng)機械方法、蒸發(fā)濃縮工藝處理物料?；谝陨蠈Ω稍锏恼J識和評價，下面著重談三個問題：干燥試驗干燥過程是相當(dāng)復(fù)雜的，證實干燥設(shè)備適用性的現(xiàn)有唯一方法是在所選干燥設(shè)備上作物料試驗，通常采用正交試驗法。這需要設(shè)計人員從干燥技術(shù)的角度設(shè)計實驗和分析結(jié)果，以檢驗各參數(shù)對干燥的影響程度。經(jīng)過長期的實踐，人類在干燥工程上積累了大量應(yīng)用成果，也可從工程中的數(shù)據(jù)來推理，從而簡化實驗。假設(shè)干燥介質(zhì)空氣的速率是恒定的，這與實際情況是符合的，有以下關(guān)系式： E水分蒸發(fā)量kg/h進口空氣溫度出口空氣溫度進料量kg/h產(chǎn)品量kg/h 進口濕基含固量 產(chǎn)品濕基含固量根據(jù)舊的參數(shù)及一些新的參數(shù)可推

8、出另一些新的參數(shù)。組合干燥工程技術(shù)人員越來越認識到組合干燥的意義，這主要體現(xiàn)在生產(chǎn)能力的增大，熱效率的提高。典型應(yīng)用主要有噴霧與振動流化床組合干燥奶粉，節(jié)能20%30%。箱式干燥與閃蒸干燥組合干燥永固紫顏料，產(chǎn)量增大一倍。內(nèi)熱式流化床干燥精制鹽，熱效率提高50%。蓄熱式燃燒技術(shù)的應(yīng)用蓄熱式燃燒技術(shù)及高溫空氣燃燒技術(shù)具有熱效率高、降低NoX污染排放、設(shè)備尺寸小的特點；近10年來這項技術(shù)主要在發(fā)達國家實施推廣。中國也已見諸行動。這項技術(shù)開創(chuàng)了革命性的燃燒器和爐窯設(shè)計，在鋼鐵加熱領(lǐng)域其節(jié)能和清潔燃燒效果十分顯著。作為干燥設(shè)備的重要組成部分熱風(fēng)爐可以借鑒和應(yīng)用這一全新的燃燒技術(shù)。這一技術(shù)又被稱為環(huán)境協(xié)

9、調(diào)型燃燒技術(shù)。4 結(jié)論 科學(xué)實驗方法的研究對干燥設(shè)備設(shè)計選型非常重要。 全面評估干燥設(shè)備對發(fā)展現(xiàn)代干燥技術(shù)有促進作用。 在實際工作中，干燥技術(shù)人員要重視環(huán)境負荷問題。參考文獻：1 祁海鷹，等·高溫空氣燃燒技術(shù)的國際發(fā)展動態(tài)J·工業(yè)加熱,2003,(1):16.2 蔣紹堅，等·蓄熱式高溫空氣發(fā)生器冷態(tài)實驗研究J·燃氣與熱力，2003，（2）：7072.3 Gray C Y·簡化干燥試驗的方法J·化工裝備技術(shù)，1989，（2）：4244.4 譚天恩，等·化工原理M·北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984.5 鄭澤宗，等

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