喷雾干燥过程的能耗分析与节能

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1、20056JOURNALOFNANTONGVOIATIONAICOLLEGE孙亮诚l董金善2（1.饯辽市丹徒化肥厂江苏饯辽212014:2南京工业大学过程装备研宪所辽苏南京210009）:喷雾干燥是能耗较大的单元操作，为找利操作过程中隆低能耗的途径.达到节能要求.研究了节能分析的基本方法、节能的影响因素和节能措施.对喷雾干燥过程中的热量分配作了计算分析并根据喷雾千燥过程的研究及程序的编制分析评价了各种操作因素对干燥过程能耗的影响给出了干燥过程的节能措施:能耗分析喷雾干燥节能:TQO518:A:10085327（2005）02005703AnalysisofEnergyConsumptionan

2、dConservationinSprayDryingSUNLiangcheng1,DONGJinshan2(1FetuliTfrjjantofDanIn.Zhenjiang,Jiangsu212014:2hisitituleofPivcessEquipment,NairjingUniwisityofTechnology,Nanjing,Jiangsu210009)Abstract:EnergyconsentIionisimpoMMfi)runitconsuminglargeenergysitchasspraydryingTliispaperintivditcesmethodsofetiergy

3、saxingandsummariesimfjortantfactsaffectinglheconservationofawrgytcalculatestheheatdis!rihutioninspntydryingpn)cesshosedontheivseaivhivsultandthecompiledpivgmmofsxiyingdryer,andanalypsIheconespondingniecisiitvsforenergycousenutionFfevwords:energycoitsuminganalysis;spniydrying：energyconsecution#1995-2

4、005TsinhuaT（川对OpticalDiscCo.、Lid.Allrishisresened.#1995-2005TsinhuaT（川对OpticalDiscCo.、Lid.Allrishisresened.能源是世界经济发展的重要物质基础.我国能源资源虽然丰富但人均占有量很低加上管理不善、技术落后、能耗高、浪费大便得我国的能源有供不应求的趋势，因此在积极开发新能源的同时还有必要努力寻找节能途径。千燥是一种应用十分广泛的重耍单元操作，对产品的质量起着决定性的作用。近年来国内干燥技术与干燥设备的发展速度相当惊人，但对干燥操作中的能量消耗知不甚重视，这不能不引起注意。干燥过程的能耗较大有关资

5、料C介绍，在工业发达国家千燥操作消耗的能量约占全国总能量消耗的13%20%,我国近期统计表明，干燥操作所消耗的能量约占总能耗的10%。所以节能是十分重要的尤其是在能源价格日益上涨的今天.能量消耗是直接关系到操作的径济性的一个重要指标.在操作过程中应尽可能地降低能耗。为此本文对喷雾干燥过程中的能耗进行了分析.并在此基础上提出了节能措施。1根据热力学第一定律，能量在转化过程中既不会增多也不会减少但会发生质的变化主要表现为对环境作功能力的变化。节能是指釆取技术上可行、径济上合理及环境和社会可接受的一切措施以更有效地利用能源资源。节能巳被称为世界第五大能源.它不仅可以缓解能源供需矛盾促进径济持续、快速

6、、健康发展而且是减少有害气体排放.隆低大气污染的最现实最径济的途径。节能的基本原则有两条，4：（1）减少不可逆过程的有效能损失不可逆程度越大有效能损失也越大。传热过穆的流体问温差越大传质过程的传质浓差越大不可逆程度越大有效能损失越大因此应尽量减少传热温差和传质浓差；（2）减少有效能的废弃：生产过程中的能量一部分被产品带走，一部分被废弃入环境。能量的废弃不可能为零但可釆用适当的节能技术回收利用。20世纪90年代.节能技术巳从单体设备节能过渡到向高层次深化方向发展的能量过程系统。该方法是从系统工程的角度出发将热力半与系统工穆相结合并用于分析生产中的能量流动，以系统优化为目标提高过穆的能量利用率.从

7、整体上达到投入最小产出最大，为工业生产带来技术改造的显苦效果和良好的径济效益。目前此方法主要分半经验半理论的夹点技术法、数学规划法和热力学法是一种全局优化问题，是隆低能耗成本提高系统能源利用率的最佳手段。2干燥系统中加入的热量为蒸发水分、加热空气与物料及系统中损失的热量之和。干燥器的理论总热效率定义为绝热蒸发过程所用的热量Q占供应的总热量0的百分比，可用公式表示如下：遗X100%虽然上述公式的计算结果比较精确，但较为素琐工业上计算干燥器的热效率时一般釆用以下近似公式门.=77xioo%tro式中r一撚效率（）；，一入加热器时的大气温度（9）;八一入干燥器时的空气温度（9）；r：一开干燥器时的空

8、气温度（9）o本文根据上式，应用笔者编制的喷雾干燥器的设计计算程序考查了不同进料参数对干燥器的干燥热效率的影响进而决定釆取相应的节能措施。喷雾干燥器的操作条件为：转盘周速为141.1m/s.干燥室内风场的切向速度为2m/s,粒子粒径为125卩m处理量为160kg水/hr。世界银行通过对发展中国家节能潜力进行分析后指出技术因素占预测节能量的一半。为此，本文从技术的角度出发针对喷雾干燥过程的能量消耗釆用夹点分析技术提出了降低过程能耗的几种措施。3.1不同进气温度对干燥器热效率的影响情况见表1。进代温度（9150250350450550干燥热效率（%）60.3974.1280.0583.4885.7

9、6从表1可知，提高入口空气温度有利于提高热效率，但提高入口空气的温度要受到产品性质和高温区烧焦物料的限制：在并流操作中.入口空气温度可比产品变质温度高得多。3.2预热器供给的能量中，被排出废气带走的热量约占总热量的20%40%,有的甚至高达60%。如果能尽量降低出口空气的温度可以有效地提高干燥器的热效率。表2是不同出口温度对干燥器干燥热效率的影响情况。2出口代温度（080.4285.4190.4095.20100.13105.26干燥热效率（）76.7675.5072.2469.9867.7265.47由表2可看出，降低出气温度比提高进口温度更为径济。但出气温度被两个因素限制:一是规定的湿含量

10、，二是废气进入后面的分离设备时温度要高于霜点20503.3干燥系统中，由预热器供给的能量主要用于物料中水分的蒸发。不同蒸发量（即物料的水分含量）对千燥器干燥热效率的影响惰况见表3。水分蒸发量（kg/hr）80100160200250干燥热效率（%）79.3579.6380.0580.180.30由表3可知增加固含量,降低蒸发负荷，虽然对提高干燥热效率影响不大，但可降低整个干燥器的热负荷。故在干燥前应将湿物料中的水分尽量降低。3.4不同进料温度对干燥器热效率的影响情况如表4所示。可见.在干燥前将物料预热到允许的最高温度是值得的。进料温度03040506070干燥热效率(%)71.974.3276

11、.507&3379.793.5喷雾干燥系统排放尾气的温度较高，含有较多的可利用的热能.因此可从尾气余热回收方面促进节能。尾气余热回收利用主要从两个方面入手：一是针对装豎洸涤工序需用5570俠水的特点，将尾气与新鲜水换热后提供热水；二是考虑尾气与新鲜气换热或直接回用作为烟气发生炉用气。实验数据g表明喷雾干燥系统尾气在径水膜除尘处理后的放温区域大部分在65-45C。而在水膜除尘前尾气余热回收温位虽然较高但气相显热可回收热量较少.尾气中粉尘在换热面上积垢传热系数低，所需设备庞大。尾气经水膜除尘后，于饱和温度下通过换热回收潜热的方案，虽然温差降低但有传热系数高、结垢减轻等优点。如果将尾气与新鲜风换热，

12、则由于尾气温度较高与露点之I可的温差大气相显热传热系数小，所需换热面积大，为克服换热器的阻力，还需新增风机节能效果不大。如果将喷雾干燥烟气发生炉改为燃气轮机发电机或前要锅炉的方案将燃料燃烧产生的烟气两次利用烟气在发电或生产蒸汽后再进行喷雾干燥。此方案虽然理论上可行能源的综合利用效果较佳但考虑到化工单元操作与此类操作相距较远.管理难度较大，不利于装要的安全、平衡生产，故一般不采用此方案。另外实验表明),如果将喷雾干燥器烟气发生炉改为热管式则节能效果十分明显。4综合上述分析.笔者认为在实际生产中针对喷雾干燥操作中遇到的各种不同问题，可分别釆用提高入口空气温度、降低出口空气温度、降低蒸发负荷、预热料

14、ence&Technical.1999.7时钧轸主编.化学工程手册.上卷|M)北京：化学工业出版社.1996(17):5258.11虜传华璃零干爍器轨述法设计程序的编制和应用D杭州：浙辽大学.1997.(9底传华萱全善囲海明轸.喷零千燥操作中传热过程(JJ.南京化工大学学ig.1998(20)刊:8789(101度传华.黄撮仁顶海明轸数学模拟法在喷零千廉i殳缶设计中的应用卩化工机械.1999,26(1):52-54.UHJ9传华黄撮仁顶海明轸.喷零千燥i殳缶设计的歆学複拟塗|J南京化工大学学报.1999.21(5):4447.H2)苏抹根.喷零干燥过程尾任余热的利用卩化工进展1998(8):21-23.113)张素军.噴零干煉生产碳耳新工艺|C第六届全国千燥会议论文*IA).无揚.1997.:孙亮诚(1968)男饯辽市当涂化肥厂工程师从亭化工役备应用及管理工作#1995-2005TsinhuaT（川对OpticalDiscCo.、Lid.Allrishisresened.

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