CN102636014B

CN102636014B - 一种多效干燥工艺

Info

Publication number: CN102636014B
Application number: CN201210121804.8A
Authority: CN
Inventors: 胡城; 李红; 张佩; 张伟涛; 胡仰栋
Original assignee: QINGDAO HAILIN ELECTRONIC MATERIALS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: QINGDAO HAILIN ELECTRONIC MATERIALS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: CN102636014A

Abstract

本发明涉及一种多效干燥工艺，其特征在于它以空气为干燥介质，与待干燥物料直接接触带走水汽并提供热量；多级连有换热器和加热装置的干燥室串联构成模拟移动床操作模式，最后一级干燥引出的空气经换热器换热加热倒数第二级的干燥介质，倒数第二级引出的空气经换热器换热加热倒数第三级的干燥介质，并依次类推。本发明的工艺具有节能、高效、快捷、制造简单的优点。

Description

一种多效干燥工艺

技术领域

本发明涉及一种干燥工艺，具体涉及一种利用换热器进行高温湿空气与冷空气换热回收高温高湿空气能量的多效干燥工艺。

背景技术

干燥是一种高能耗的单元操作之一。据统计，英国各行业干燥能耗总和大约占整个工业***总能耗的8%，而我国的干燥能耗占整个工业能耗的比例比英国高一半，达12%。目前我国一般化学工业生产中干燥能量利用率仅为20%-60%。

目前很多学者进行了多级干燥及废气回收过程的研究，提出部分废气与新鲜空气混合进预热器加热的多级多段干燥方法。这些方案尽管在一定程度上提高了能量利用率，但废气和新鲜空气直接混合极大降低了废气的能量品位，且大部分的废气（温度为60-150℃，相对湿度为60%-90%）直接排放掉，回收这部分高湿废气热量并使其具有较高的能量品位是一个很有前景也很有难度的节能任务。同时，这些废气的直接排空造成了以下影响：一是排出的高温湿空气从视觉上造成污染；二是废气的颗粒粉尘排放到大气中污染环境；三是废气余热未回收利用严重浪费能源。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种效率高、能耗少、无污染，便于实现规模化生产的多效干燥工艺。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多效干燥工艺，其特征在于它以空气为干燥介质，与待干燥物料直接接触带走水汽并提供热量；多级连有换热器和加热装置的干燥室串联构成模拟移动床操作模式，最后一效干燥引出的空气经换热器换热加热倒数第二效的干燥介质，倒数第二效引出的空气经换热器换热加热倒数第三效的干燥介质，并依次类推，其一个具体间歇操作周期干燥过程为：

a. 第一效干燥：将湿物料送入1号干燥室，经中高温空气直接加热干燥；此中高温空气由冷空气经换热器与来自2号干燥室第二效干燥排出的二次中高温湿空气换热所得；若经换热器换热后，空气温度达不到第一效热空气设定参数，则启动辅助热源加热至设定空气参数，反之，辅助热源关闭；当物料被干燥至第一效干燥物料出口设定参数时第一效干燥完成，此时将1号干燥室标记为下一间歇过程的第二效干燥；干燥过程中析出的水汽经空气携带经引风机引出1号干燥室，因此效二次空气温度较低，直接排出***；

b. 2号干燥室为湿物料的第二效干燥，此效待干燥物料温度、湿度等于第一效物料的出口温度、湿度；此效物料的加热空气是冷空气经由3号干燥室第三效干燥排出的二次高温湿空气经换热器加热所得；若经换热器换热后，空气温度达到第二效空气的设定温度，则辅助热源关闭，反之，开启辅助热源将空气加热至设定温度；当物料被干燥至第二效干燥物料出口设定参数时第二效干燥完成，此时将2号干燥室标记为下一间歇过程的第三效干燥；干燥过程中析出的水汽经空气携带经引风机引出2号干燥室，送入换热器加热冷空气为1号干燥室第一效干燥提供热源；高温湿空气经换热器与冷空气换热后空气温度降低，部分水分冷凝，冷凝水由疏水排出***排出，换热后的空气返回3号干燥室的换热器作为冷空气使用；

c. 其余各干燥过程如步骤b所述，最后一效干燥所需高温空气，直接由辅助热源加热所得；且最后一效干燥后，物料达到要求出料；此时干燥室空出，重新加入湿物料标记为下一个间歇干燥过程的第一效干燥；各个干燥室之间通过控制空气的流向进行效间的转换，对干燥物料而言干燥***是模拟移动床***。

所述每一级干燥室内置有搅拌器，干燥室空气出口均设置有引风机。

所述换热器为极薄平板的板式换热器。

所述板式换热器的板片人字形波纹板。

所述板式换热器的结构参数如下：

波纹深：2-2.5mm，对ß角为30⁰~120⁰，波高为2-8mm，波距为10-25mm，板间距为2-8mm，板片厚为0.3-0.8mm，板片组合流道比例至少为2：1，密封垫片，若换热温度低于150℃选择三元乙丙橡胶，高于150℃选择硅橡胶。

所述板式换热器在常压无水蒸气冷凝时空气-空气换热系数为50W/(m²·℃)，当有水蒸气冷凝时空气-湿空气换热系数平均可达到200W/(m²·℃)，并且随着水蒸气冷凝量的增加，换热系数增大。尤其是当二次高温湿空气经过换热器与冷空气换热，高温湿空气温度降至40-50℃时，所含水蒸汽大量冷凝，极大的增大了板式换热器空气-空气换热系数，使得所需换热器的换热面积大幅下降，从而使得空气-空气换热得以工业化应用。所以所述换热器能够较好的利用高温湿空气余热，并且易于清洗，构造简单，并且所需换热器费用远远低于节省能量费用。

本发明以板式换热器进行湿空气-空气换热和模拟移动床为手段，能实现物料干燥过程二次高温湿空气余热维持较高品位回收利用。仅对末效干燥室提供外加热源加热，用引风机将末效干燥室中直接加热后的热湿空气引出，并作为前一效冷空气的热源，经板式换热器换热，冷空气被加热到设定温度送入前一效干燥室进行干燥；以此类推，逐效干燥室排出的二次高温热湿空气经换热器换热加热冷空气使余热回收利用，直至第一效干燥室。物料中的湿分在各效干燥室中不断蒸发出水蒸气经热空气带走而逐渐被干燥。最后一效干燥后，物料达到干燥要求移出，加入新的干燥物料成为第一效干燥，整个多效干燥工艺流程是模拟移动床。各效干燥室的高温热湿空气经换热器换热后，为低温空气和冷凝水，冷凝水由疏水排出***排出，低温空气可以由风机引入与到下一效干燥的换热器中做为冷空气回用。

本发明的有益效果是：

（1）利用板式换热器进行高温湿空气与冷空气换热回收废气能量，维持了较高的能量品位；

（2）操作中采用模拟移动床控制进行多效干燥，利用对热空气的调度能够实现干燥余热回用，并且能使间歇干燥过程连续生产，***简单可靠、节能环保；

（3）二次高温湿空气经过换热器与冷空气换热，高温湿空气温度降至40-45℃时，所含水蒸汽大量冷凝，极大的增大了板式换热器空气-空气换热系数，且冷空气经加热后温度较高、湿度低，不易于在干燥室中水蒸气重新冷凝液化，防止了物料返潮；

（4）多效干燥热空气能量很大部分得到回收，且干燥所蒸发的水蒸气至少有1/3可以冷凝回收，相比现有干燥能量效率，可提高40%以上；

（5）物料应用性广泛，尤其适合于浆状物料；

（6）板式换热器换热系数大且适应性好、构造简单、可拆卸、易清洗、价格低廉的；

（7）干燥室设有搅拌装置，物料不易粘结、受热均匀、且为常压干燥，可用来干燥热敏性物质；

（8）便于控制调节，通过改变风量、物料在干燥室的停留时间，辅助热源的开关，均可达到干燥产品的要求。

附图说明

图1是本发明二效干燥实施例的工艺流程图。

图2是本发明三效干燥实施例的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合两个具体实施例来进一步说明本发明，但本发明不限于以下实施例。

太阳能硅片切割液废砂浆是切割液（PEG）和砂浆的混合物，需要对废砂浆进行处理，回收其中的切割液和碳化硅微粉，返回到太阳能线切割机重新使用。可以得到优质合格的切割液和碳化硅微粉，从而实现二次利用。其中硅砂（碳化硅微粉）回收需要干燥。目前国内厂家硅砂干燥过程为单级干燥，产生的废气（超过100 ⁰C度的高温高湿空气）直接排空。本发明以其二效和三效干燥作为实施例。

实施例1：

本实施例为二效干燥的实例。

如图2所示，二效干燥***包括串联的两级干燥***。在一个操作周期内包括第一效干燥室7，其干燥介质出连接换热器8的热空气进口，换热器8的热空气出口连接引风机9，其干燥介质进口连接换热器4的冷空气出口，换热器4的冷空气入口连接风机5，换热器4和第一效干燥室7之间的连接管道上设置有辅助热源6；换热器4的另一端热空气进口连接第二效干燥室3的干燥介质出口，换热器4热空气出口经引风机1连接第二效干燥室3的干燥介质进口，在引风机1和第二效干燥室7的干燥介质进口间设置有辅助热源2。所述各辅助热源设有闭合控制阀，各引风机装有流量调节阀。所述换热器设有冷凝水采出装置10。

在一个操作周期内中具体工作流程如下：

第一效干燥的工艺流程：第一效干燥室7中的湿硅砂温度为20℃，湿含量为50%。在干燥室内置搅拌机的搅拌下，迅速被来自换热器4的110℃高温湿空气加热升温并蒸发部分水分，水分被空气经引风机5引出第一效干燥室7，因温度高于60℃可用于预热冷空气。当干燥室物料温度、湿含量等参数达到第一效干燥设定参数时温度为60℃，湿含量为30%，把第一效干燥室7标记为下一操作周期的第二效干燥室。此时硅砂得到了第一效干燥。第一效干燥过程中来自换热器4的空气若达到设定温度110℃则辅助热源6关闭，否则打开。

第二效干燥的工艺流程：第二效干燥室3中的60℃，湿含量为30%的硅砂在搅拌机的搅拌下，迅速被来自辅助热源2加热至180℃的高温空气加热升温并蒸发部分水分，水分蒸发在热空气中经引风机1引出进入换热器4作为高温湿空气与20℃的新鲜空气进行换热，此高温湿空气冷凝降温之后变成低温空气送入辅助热源2作为冷空气被加热。冷凝水经冷凝水引出至冷凝水接收装置10。当第二效干燥室温度、湿度参数达到二效设定参数温度为100℃时，湿含量小于5%，硅砂完成了二效干燥。硅砂得到了第二效干燥由出料口移出，最终完成整个干燥过程。由于第二效干燥室3空出，重新装入湿硅砂标记为下一操作周期的第一效干燥室。

实施例2：

本实施例为三效空气干燥过程的实例。

如图3所示，三效干燥***包括串联的三级干燥***。在一个操作周期内包括第一效干燥室11，其干燥介质出口通过引风机13连接换热器12的热空气进口，其干燥介质进口连接换热器8的冷空气出口，换热器8的冷空气入口连接风机9，换热器8和第一效干燥室11之间的连接管道上设置有辅助热源10；换热器8的另一端热空气进口连接第二效干燥室7的干燥介质出口，换热器8热空气出口经引风机5与换热器4的冷空气入口相连，换热器4的冷空气出口连接第二效干燥室7的干燥介质进口，在换热器4的冷空气出口和第二效干燥室7的干燥介质进口间设置有辅助热源6；换热器4的另一端热空气进口连接第二效干燥室3的干燥介质出口，换热器4热空气出口经引风机1连接第二效干燥室3的干燥介质进口，在引风机1和第二效干燥室7的干燥介质进口间设置有辅助热源2。所述各辅助热源设有闭合控制阀，各引风机装有流量调节阀。所述换热器设有冷凝水采出装置14。

在一个操作周期内中具体工作流程如下：

第一效干燥：第一效干燥室11中的20℃、湿含量50%的湿硅砂在搅拌机的搅拌下，迅速被来自换热器8中温空气加热升温并蒸发部分水分，水分被空气经引风机9带出，因第一效废气温度较低（60℃）直接排出***。当干燥室物料温度达50℃、湿含量35%即第一效干燥设定参数时第一效干燥完成，把第一效干燥室11标记为下一操作周期的第二效干燥室。此时硅砂得到了第一效干燥。第一效干燥过程中来自换热器8的空气若达到设定温度90℃则辅助热源10关闭，否则打开。

第二效干燥：第二效干燥室7中的50℃、湿含量35%的硅砂在搅拌机的搅拌下，迅速被来自换热器4的高温空气加热升温并蒸发部分水分，水分蒸发在热空气中经引风机5引出进入换热器8作为高温湿空气与20℃的新鲜空气进行换热，此高温湿空气冷凝降温之后变成低温空气送入换热器4作为冷空气被加热，冷凝水经冷凝水引出至冷凝水接收装置14。当第二效干燥室温度、湿度参数达到二效设定参数温度为80℃、湿含量20%时，把第二效干燥室7标记为下一操作周期的第三效干燥室。硅砂得到了二效干燥。第二效干燥过程中来自换热器4的空气若达到设定温度130℃则辅助热源6关闭，否则打开。

第三效干燥：第三效干燥室3中的80℃、湿含量20%的硅砂在搅拌机的搅拌下，经180℃高温空气加热，蒸发的水蒸气被热风经引风机1引出带走，进入换热器4作为130℃的高湿空气与换热器8循环的冷空气进行换热，高温湿空气冷凝降温之后变成低温空气，因第三效为末效，干燥介质所需温度最高，因此冷凝降温后的空气直接经辅助热源2加热到设定温度180℃进入第三效干燥室，冷凝水经冷凝水引出至冷凝水接收装置14。当干燥室内各参数达到第三效设定温度100℃、湿含量低于5%，硅砂得到了第三效干燥由出料口移出，最终完成整个干燥过程。由于第三效干燥室3空出，重新装入湿硅砂标记为下一操作周期的第一效干燥室。

同时经过二效、三效干燥换热器换热效果经过实验验证得出结论：本发明由于充分利用了多效干燥室的二次热湿空气中水蒸气的潜热，比单级热空气干燥节约40%的高品位能量，节能效果非常显著。本发明所述板式换热器，在无水蒸气冷凝时空气-空气换热系数为50W/(m²·℃)，当有水蒸气冷凝时空气-湿空气换热系数平均可达到200 W/(m²·℃)，并且随着水蒸气冷凝量的增加，换热系数增大。尤其是当二次高温湿空气经过换热器与冷空气换热，高温湿空气温度降至40-50℃时，所含水蒸气大量冷凝，极大的增大了板式换热器空气-空气换热系数，所需换热器的换热面积大大降低，从而在工业应用中减少换热器换热面积和体积。所以所述换热器能够较好的利用高温湿空气余热，并且易于清洗，构造简单，并且所需换热器费用远远低于节省能量费用。

当然本发明的多效干燥工艺和利用板式换热器进行高温湿空气—空气换热技术包括但不限于上述实施例，本领域技术人员在本发明构思基础上进行的简单替换和延展，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种多效干燥工艺，其特征在于它以空气为干燥介质，与待干燥物料直接接触带走水汽并提供热量；多级连有换热器和加热装置的干燥室串联构成模拟移动床操作模式，最后一效干燥引出的空气经换热器换热加热倒数第二效的干燥介质，倒数第二效引出的空气经换热器换热加热倒数第三效的干燥介质，并依次类推，其一个具体间歇操作周期干燥过程为：

2.根据权利要求1所述的多效干燥工艺，其特征在于所述每一级干燥室内置有搅拌器，干燥室空气出口均设置有引风机。

3.根据权利要求1所述的多效干燥工艺，其特征在于所述换热器为极薄平板的板式换热器。

4.根据权利要求3所述的多效干燥工艺，其特征在于所述板式换热器的板片为人字形波纹板。

5.根据权利要求3所述的多效干燥工艺，其特征在于所述板式换热器的结构参数如下：波纹深：2-2.5mm，对ß角为30⁰~120⁰，波高为2-8mm，波距为10-25mm，板间距为2-8mm，板片厚为0.3-0.8mm，板片组合流道比例至少为2：1。