喷雾干燥过程的能耗分析与节能
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由表 3 可知 , 增加固含量 , 降低蒸发负荷 ,
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
第 2期
孙亮诚 ,董金善 :喷雾干燥过程的能耗分析与节能
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 预热料液
20 世纪 90 年代 , 节能技术已从单体设备节 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 ,将热力学 与系统工程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程的能量利用率 , 从整体上达到投入最小产出最大 , 为工业生产 带来技术改造的显著效果和良好的经济效益 。 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 ,是降低能耗成本 ,提高系统能源利用率的最 佳手段 [5 ]。
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) 对干燥器干燥热效率的影响情况见表 3。
表 3 不同蒸发量对干燥热效率的影响
水分蒸发量 ( kg/ hr) 80 100 160 200 250
干燥热效率 ( %) 79. 35 79. 63 80. 05 80. 1 80. 30
进气温度 ( ℃) 150 250 350 450 550
干燥热效率 ( %) 60. 39 74. 12 80. 05 83. 48 85. 76
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 降低出口空气温度
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 能量系统的分析方法
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 。节能是指采 取技术上可行 、经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 已被称为世界第五大能源 , 它不仅可以缓解能 源供需矛盾 ,促进经济持续 、快速 、健康发展 ,而 且是减少有害气体排放 , 降低大气污染的最现 实最经济的途径 。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 。传热过程的流体间温
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 。
表 2 不同出气温度对干燥热率的影响
出口气温度 ( ℃) 80. 42 85. 41 90. 40 95. 20 100. 13 105. 26
( 1. Fertilizer plant of Dan - tu , Zhenjiang , J iangsu 212014 ; 2. Insititute of Process Equipment , Nan2 jing University of Technology , Nanjing , J iangsu 210009)
第 19 卷第 2 期 2005 年 6 月
南通职业大学学报 JO URNAL OF NANTO NG VOCATIO NAL COLL EGE
Vol. 19 No. 2 Jun. 2005
喷雾干燥过程的能耗分析与节能
孙亮诚 1 ,董金善 2
( 1. 镇江市丹徒化肥厂 ,江苏 镇江 212014 ; 2. 南京工业大学 过程装备研究所 , 江苏 南京 210009)
如果将尾气与新鲜风换热 , 则由于尾气温 度较高 ,与露点之间的温差大 ,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置锅炉的 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 , 不利于装置的安全 、平衡生产 , 故一
用以下近似公式 [7 ]
ηt =
t1 t1 -
t2 t0
×100 %
式中 ηt ———总热效率 ( %) ;
t 0 ———进入加热器时的大气温度 ( ℃) ;
t 1 ———进入干燥器时的空气温度 ( ℃) ;
t 2 ———离开干燥器时的空气温度 ( ℃) 。
本文根据上式 , 应用笔者编制的喷雾干燥器
出版社 , 1998. [ 4] 胡道和 . 能源利用效率与分析方法[ C] . 第二届水泥学术
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 : 一是针对装置洗涤工序需用 55～ 70 ℃热水的特点 , 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 [12 ]表明 ,喷雾干燥系统尾气在经水 膜除尘处理后的放温区域大部分在 65～ 45 ℃。 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 。
57
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
南通职业大学学报
2005 年
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 ,但可采用适当 的节能技术回收利用 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
的设计计算程序 [8～11 ] , 考查了不同进料参数对干
燥器的干燥热效率的影响 , 进而决定采取相应的
节能措施 。喷雾干燥器的操作条件为 : 转盘周速
为 141. 1 m/ s , 干燥室内风场的切向速度为2 m/ s ,
粒子粒径为 125 μm ,处理量为 160 kg 水/ hr 。
58
3 降低喷雾干燥过程能耗的几种措施
关键词 :能耗分析 喷雾干燥 节能
中图分类号 : TQ051. 8
文献标识码 :A
文章编号 : 1008 - 5327 ( 2005) 02 - 0057 - 03
Analysis of Ene rgy Cons umption and Conse rvation in Spray Drying
SUN Liang - cheng 1 , DONG J in - shan 2
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 。
表 4 不同进料温度对干燥器热效率的影响
进料温度 ( ℃)
30
40
50
60
70
干燥热效率 ( %) 71. 9 74. 32 76. 50 78. 33 79. 79
3. 5 余热回收利用 喷雾干燥系统排放尾气的温度较高 , 含有
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 ,使得我国 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 [1 ]。干 燥是一种应用十分广泛的重要单元操作 , 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却不甚重视 , 这不能不引 起注意 。干燥过程的能耗较大 ,有关资料 [2 ,3 ]介 绍 ,在工业发达国家 ,干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 作的经济性的一个重要指标 , 在操作过程中应
Abstract : Energy conservation is important for unit consuming large energy such as spray drying . This
pa per introduces methods of energy saving and summarizes important facts affecting the conservation of ener2
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 ,采用夹点分析技术 ,提出了降低过 程能耗的几种措施 。 3. 1 提高入口空气温度
不同进气温度对干燥器热效率的影响情况 见表 1。
表 1 不同进气温度对干燥热效率的影响
参考文献 : [ 1] 高 建 , 廖传华 , 黄振仁 . 化工生产过程中的能耗分析与
节能 [ J ] . 节能 , 2003 , 1 : 27 - 29. [ 2 ] 王喜忠 . 80 年代干燥技术 [ C] . 全国第三次干燥技术交
流会论文集 [ A ] . 大连 , 1991. [ 3 ] 潘永康 , 王喜忠编 . 现代干燥技术 [ M] . 北京 : 化学工业
gy , calculates the heat distribution in s pray drying process based on the research result and the compiled program of spraying dryer , and analyzes the corresponding measures for energy conservation. Key words : energy consuming analysis ; spray drying ; energy conservation
般不采用此方案 。 另外 ,实验表明 [13 ] ,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 结论
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 别采用提高入口空气温度 、降低出口空气温度 、 降低蒸发负荷 、预热料液 、余热回收利用等措施 以降低能耗 ,从而为生产实际提供有效的指导 , 以达到增产节约 、增收节支的目的 。
2 喷雾干燥过程的能耗分析
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 [6 ]。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 QP 的百分比 , 可用公 式表示如下 :
η=
Q Qp
×100
%
虽然上述公式的计算结果比较精确 , 但较
为繁琐 ,工业上计算干燥器的热效率时 ,一般采
摘 要 : 喷雾干燥是能耗较大的单元操作 , 为找到操作过程中降低能耗的途径 , 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 , 并根据喷雾干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 。
干燥热效率 ( %) 76. 76 75. 50 72. 24 69. 98 67. 72 65. 47
由表 2 可看出 , 降低出气温度比提高进口 温度更为经济 。但出气温度被两个因素限制 :一 是规定的湿含量 , 二是废气进入后面的分离设 备时 ,温度要高于露点 20～ 50 ℃。 3. 3 降低蒸发负荷
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
第 2期
孙亮诚 ,董金善 :喷雾干燥过程的能耗分析与节能
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 预热料液
20 世纪 90 年代 , 节能技术已从单体设备节 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 ,将热力学 与系统工程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程的能量利用率 , 从整体上达到投入最小产出最大 , 为工业生产 带来技术改造的显著效果和良好的经济效益 。 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 ,是降低能耗成本 ,提高系统能源利用率的最 佳手段 [5 ]。
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) 对干燥器干燥热效率的影响情况见表 3。
表 3 不同蒸发量对干燥热效率的影响
水分蒸发量 ( kg/ hr) 80 100 160 200 250
干燥热效率 ( %) 79. 35 79. 63 80. 05 80. 1 80. 30
进气温度 ( ℃) 150 250 350 450 550
干燥热效率 ( %) 60. 39 74. 12 80. 05 83. 48 85. 76
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 降低出口空气温度
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 能量系统的分析方法
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 。节能是指采 取技术上可行 、经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 已被称为世界第五大能源 , 它不仅可以缓解能 源供需矛盾 ,促进经济持续 、快速 、健康发展 ,而 且是减少有害气体排放 , 降低大气污染的最现 实最经济的途径 。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 。传热过程的流体间温
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 。
表 2 不同出气温度对干燥热率的影响
出口气温度 ( ℃) 80. 42 85. 41 90. 40 95. 20 100. 13 105. 26
( 1. Fertilizer plant of Dan - tu , Zhenjiang , J iangsu 212014 ; 2. Insititute of Process Equipment , Nan2 jing University of Technology , Nanjing , J iangsu 210009)
第 19 卷第 2 期 2005 年 6 月
南通职业大学学报 JO URNAL OF NANTO NG VOCATIO NAL COLL EGE
Vol. 19 No. 2 Jun. 2005
喷雾干燥过程的能耗分析与节能
孙亮诚 1 ,董金善 2
( 1. 镇江市丹徒化肥厂 ,江苏 镇江 212014 ; 2. 南京工业大学 过程装备研究所 , 江苏 南京 210009)
如果将尾气与新鲜风换热 , 则由于尾气温 度较高 ,与露点之间的温差大 ,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置锅炉的 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 , 不利于装置的安全 、平衡生产 , 故一
用以下近似公式 [7 ]
ηt =
t1 t1 -
t2 t0
×100 %
式中 ηt ———总热效率 ( %) ;
t 0 ———进入加热器时的大气温度 ( ℃) ;
t 1 ———进入干燥器时的空气温度 ( ℃) ;
t 2 ———离开干燥器时的空气温度 ( ℃) 。
本文根据上式 , 应用笔者编制的喷雾干燥器
出版社 , 1998. [ 4] 胡道和 . 能源利用效率与分析方法[ C] . 第二届水泥学术
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 : 一是针对装置洗涤工序需用 55～ 70 ℃热水的特点 , 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 [12 ]表明 ,喷雾干燥系统尾气在经水 膜除尘处理后的放温区域大部分在 65～ 45 ℃。 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 。
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© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
南通职业大学学报
2005 年
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 ,但可采用适当 的节能技术回收利用 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
的设计计算程序 [8～11 ] , 考查了不同进料参数对干
燥器的干燥热效率的影响 , 进而决定采取相应的
节能措施 。喷雾干燥器的操作条件为 : 转盘周速
为 141. 1 m/ s , 干燥室内风场的切向速度为2 m/ s ,
粒子粒径为 125 μm ,处理量为 160 kg 水/ hr 。
58
3 降低喷雾干燥过程能耗的几种措施
关键词 :能耗分析 喷雾干燥 节能
中图分类号 : TQ051. 8
文献标识码 :A
文章编号 : 1008 - 5327 ( 2005) 02 - 0057 - 03
Analysis of Ene rgy Cons umption and Conse rvation in Spray Drying
SUN Liang - cheng 1 , DONG J in - shan 2
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 。
表 4 不同进料温度对干燥器热效率的影响
进料温度 ( ℃)
30
40
50
60
70
干燥热效率 ( %) 71. 9 74. 32 76. 50 78. 33 79. 79
3. 5 余热回收利用 喷雾干燥系统排放尾气的温度较高 , 含有
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 ,使得我国 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 [1 ]。干 燥是一种应用十分广泛的重要单元操作 , 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却不甚重视 , 这不能不引 起注意 。干燥过程的能耗较大 ,有关资料 [2 ,3 ]介 绍 ,在工业发达国家 ,干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 作的经济性的一个重要指标 , 在操作过程中应
Abstract : Energy conservation is important for unit consuming large energy such as spray drying . This
pa per introduces methods of energy saving and summarizes important facts affecting the conservation of ener2
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 ,采用夹点分析技术 ,提出了降低过 程能耗的几种措施 。 3. 1 提高入口空气温度
不同进气温度对干燥器热效率的影响情况 见表 1。
表 1 不同进气温度对干燥热效率的影响
参考文献 : [ 1] 高 建 , 廖传华 , 黄振仁 . 化工生产过程中的能耗分析与
节能 [ J ] . 节能 , 2003 , 1 : 27 - 29. [ 2 ] 王喜忠 . 80 年代干燥技术 [ C] . 全国第三次干燥技术交
流会论文集 [ A ] . 大连 , 1991. [ 3 ] 潘永康 , 王喜忠编 . 现代干燥技术 [ M] . 北京 : 化学工业
gy , calculates the heat distribution in s pray drying process based on the research result and the compiled program of spraying dryer , and analyzes the corresponding measures for energy conservation. Key words : energy consuming analysis ; spray drying ; energy conservation
般不采用此方案 。 另外 ,实验表明 [13 ] ,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 结论
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 别采用提高入口空气温度 、降低出口空气温度 、 降低蒸发负荷 、预热料液 、余热回收利用等措施 以降低能耗 ,从而为生产实际提供有效的指导 , 以达到增产节约 、增收节支的目的 。
2 喷雾干燥过程的能耗分析
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 [6 ]。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 QP 的百分比 , 可用公 式表示如下 :
η=
Q Qp
×100
%
虽然上述公式的计算结果比较精确 , 但较
为繁琐 ,工业上计算干燥器的热效率时 ,一般采
摘 要 : 喷雾干燥是能耗较大的单元操作 , 为找到操作过程中降低能耗的途径 , 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 , 并根据喷雾干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 。
干燥热效率 ( %) 76. 76 75. 50 72. 24 69. 98 67. 72 65. 47
由表 2 可看出 , 降低出气温度比提高进口 温度更为经济 。但出气温度被两个因素限制 :一 是规定的湿含量 , 二是废气进入后面的分离设 备时 ,温度要高于露点 20～ 50 ℃。 3. 3 降低蒸发负荷