對干燥的認識與設備的評價

1、對干燥的認識與設備的評價張德元（東北大學干燥技術研究所，遼寧沈陽 110004）摘要: 分析了干燥曲線的作用，強調了干燥曲線的特定性。闡述了合理評估干燥設備的重要性，在各種各樣干燥設備中發(fā)展高效節(jié)能環(huán)境友好的干燥技術、工藝和設備。關鍵詞：干燥曲線；評價；環(huán)境干燥涉及很多學科，又是一門實踐性很強的技術，干燥工程可以說是藝術與經驗的結合。正確理解和評價干燥技術與設備具有現實意義。結合干燥工程的實際，總結一些看法和認識，包括干燥曲線的理解和應用，性能評價的火用效率分析及干燥技術的環(huán)境問題和某些局限性。1 關于干燥曲線經典的干燥曲線是在很少量物料、大風量、靜態(tài)下干燥得到的物料濕含量與時間的關系曲線，指

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

3、燥曲線甚至可能由兩種以上設備及工藝組合干燥而得。2 性能評價干燥設備多種多樣，如何評估其性能是一個綜合問題，應從三個方面考慮：以熱力學第一定律為依據的熱效率分折，以熱力學第二定律為依據的火用分析，干燥的環(huán)境負荷分析。這是發(fā)展高效節(jié)能優(yōu)質低污染先進干燥技術的要求。熱效率和火用 效率是從用能的量和質兩方面對干燥系統進行分析?，F在評價干燥設備（系統）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變?yōu)橛杏霉Φ哪且徊糠??；鹩梅治龇ㄔ噲D在干燥系統設計中形成一個切實可行的熱力和經濟學計算方法，目標是使整個系統設計最優(yōu)化。對

4、于熱風干燥系統，損失最大兩項是排風物理火用 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熱量，其次是要設法降低傳熱溫差，要大力提倡使用低品位熱源，利用太陽能和工業(yè)余熱，采用熱泵除濕熱風循環(huán)技術，發(fā)展組合干燥設備，采用組合干燥工藝。 排風余熱回收可節(jié)能10%15%。蒸汽傳導加熱系統一般采用節(jié)流減壓的方法調整供汽壓力適應設備要求，造成能量貶值，而且還會使冷凝水難以通暢地排出，從而降低了換熱設備的強度。熱泵冷凝汽的回收供熱替代傳統的蒸汽系統可以節(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爐很普遍，從熱力學第一定律考慮，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），從用能品質來說是很大的浪費。盡量發(fā)展中低溫干燥設備，雖然初期增加設備的投資，但對于降低干燥成本、能量合理利用與經濟可持續(xù)發(fā)展有利。同時有蒸發(fā)濃縮、干燥等多種用熱設備的企業(yè)，還可應用過程集成方法的網絡優(yōu)化和窄點（狹點）技術進行優(yōu)化設計?？傊?，余熱回收、中低溫干燥、組合干燥都會帶來設備的增加與增大，使初期投入增加，因而必須與干燥成本統一考慮，這正是現代干燥技術面臨的綜合課題。從現有技術水平看，增加的設備投入在3個月到一年之內均可回收，對于中大型干燥設備系統，其效果是很明顯的。3 環(huán)境負荷與干燥技術的局限性環(huán)境問題關系到經濟的可持續(xù)發(fā)展，很多工程都把環(huán)境評估作為重要項目來考慮。干燥設備系統

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。這與火用分析的結論是一致的。解決環(huán)境問題，給干燥技術的發(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、就要求干燥技術人員針對性地干燥經機械方法、蒸發(fā)濃縮工藝處理物料。基于以上對干燥的認識和評價，下面著重談三個問題：干燥試驗干燥過程是相當復雜的，證實干燥設備適用性的現有唯一方法是在所選干燥設備上作物料試驗，通常采用正交試驗法。這需要設計人員從干燥技術的角度設計實驗和分析結果，以檢驗各參數對干燥的影響程度。經過長期的實踐，人類在干燥工程上積累了大量應用成果，也可從工程中的數據來推理，從而簡化實驗。假設干燥介質空氣的速率是恒定的，這與實際情況是符合的，有以下關系式： 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產品量kg/h 進口濕基含固量 產品濕基含固量根據舊的參數及一些新的參數可推

8、出另一些新的參數。組合干燥工程技術人員越來越認識到組合干燥的意義，這主要體現在生產能力的增大，熱效率的提高。典型應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，產量增大一倍。內熱式流化床干燥精制鹽，熱效率提高50%。蓄熱式燃燒技術的應用蓄熱式燃燒技術及高溫空氣燃燒技術具有熱效率高、降低NoX污染排放、設備尺寸小的特點；近10年來這項技術主要在發(fā)達國家實施推廣。中國也已見諸行動。這項技術開創(chuàng)了革命性的燃燒器和爐窯設計，在鋼鐵加熱領域其節(jié)能和清潔燃燒效果十分顯著。作為干燥設備的重要組成部分熱風爐可以借鑒和應用這一全新的燃燒技術。這一技術又被稱為環(huán)境協

9、調型燃燒技術。4 結論 科學實驗方法的研究對干燥設備設計選型非常重要。 全面評估干燥設備對發(fā)展現代干燥技術有促進作用。 在實際工作中，干燥技術人員要重視環(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，1989，（2）：4244.4 譚天恩，等·化工原理M·北京：化學工業(yè)出版社，1984.5 鄭澤宗，等

10、3;噴霧干燥系統的火用 經濟優(yōu)化研究J·化學工程，1996，（3）：4347.6 黃立新，等·噴霧干燥裝置的經濟分析J·化工裝備技術，1996，（3）：1821.7 謝繼紅，等·干燥裝置典型用能方案的環(huán)境負荷分析J·化工裝備技術，2002（2）13.8 葛仕福，等·組合干燥用于永固紫的生產及其經濟性分析J·能源研究與利用，2001，（6）2021.9 林和甫 B，等·鄭丕諤譯·過程集成技術及應用M·天津：天津大學出版社，1995.10閻爾平，等·蒸汽干燥熱泵供熱系統J·南京林業(yè)大學學報，21（增刊）：243246.11潘永康，王喜忠，等·現代干燥技術M·北京：化學工業(yè)出版社，1998.12程守珠，江之永，等·普通物理學M·北京：人民教育出版社，1979.13陳文修·工業(yè)爐M