一種節(jié)能環(huán)保型噴霧烘干系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種氣流烘干系統(tǒng)，為封閉性干燥工藝，適用于閃蒸干燥、噴霧干 燥，尤其適用于熱敏性物料干燥、易燃易爆溶劑干燥及低溫干燥。
【背景技術(shù)】
[0002] 噴霧干燥因其干燥時(shí)間短，所得產(chǎn)品品質(zhì)良好均一，被廣泛應(yīng)用于食品（奶粉、乳 清粉、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡、茶粉、水解蛋白等)、化工、醫(yī)藥、陶瓷、特種合金粉末、鋰電 池、環(huán)保等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。但由于噴霧干燥需要大量高溫?zé)釟廨d能供熱，干燥后含能載氣與 蒸發(fā)的水汽混合廢氣，因溫度較低，沒(méi)有多大利用價(jià)值，一般情況下在回收完溶劑后就被直 接排放入大氣，造成大量熱能白白浪費(fèi)。工業(yè)規(guī)模的氣流干燥熱效率一般為30~50%，與其 它干燥方式相比較，單位溶劑蒸發(fā)能耗消耗過(guò)多；當(dāng)前，噴霧烘干工藝中，蒸發(fā)1噸水需要 加熱蒸汽約2~4噸，耗電能170~200度，熱能利用率低是噴霧干燥的不足之處。另外， 以非水為溶劑的溶液或濕物料噴霧干燥后，其尾氣若直接排放到大氣中會(huì)給環(huán)境帶來(lái)不利 影響，為環(huán)保所限制。
[0003] 為了提高噴霧烘干工藝的熱能利用率，本領(lǐng)域技術(shù)人員作出的改進(jìn)包括對(duì)尾氣熱 能進(jìn)行回收利用或采用熱載氣閉路循環(huán)，主要有幾下幾類：
[0004] (1)將出塔高溫尾氣與進(jìn)塔常溫空氣進(jìn)行熱交換，利用尾氣加熱進(jìn)塔物料進(jìn)行熱 能回收，如專利公布號(hào)101876153A的硫酸鹽木漿黑液噴霧干燥工藝，102168913A的噴霧干 燥系統(tǒng)，102607247A的噴霧干燥機(jī)；
[0005] (2)使用常溫空氣對(duì)塔體夾套冷卻，升溫后的空氣進(jìn)塔提供熱源，尾氣與進(jìn)氣換熱 進(jìn)行熱能回收，如專利公布號(hào)103752025A的噴霧干燥機(jī)，103877736A的節(jié)能型高效噴霧干 燥裝置；
[0006] (3)利用多個(gè)烘干塔進(jìn)行多級(jí)串聯(lián)，將前一級(jí)尾氣蒸汽加熱升溫成過(guò)熱為下一級(jí) 烘干提供蒸發(fā)熱源，如專利公布號(hào)102200379A的一種節(jié)能噴霧干燥工藝。該工藝只是重復(fù) 利用尾氣蒸汽作為熱載體，減少系統(tǒng)中新鮮的常溫空氣的使用量，減少尾氣排放總量實(shí)現(xiàn) 減少熱能排放；
[0007] (4)利用吸熱式熱泵將尾氣中部分溶劑蒸汽冷凝回收熱能，在熱泵的輸出端將其 余溶劑蒸汽加熱升溫，吸熱后蒸汽回系統(tǒng)繼續(xù)供熱，達(dá)到全部回收尾氣蒸汽的冷凝熱，如專 利公布號(hào)102294124A-種基于吸收式熱泵的噴霧干燥方法和裝置；
[0008] (5)在封閉性干燥方面，專利公開(kāi)號(hào)101949635A的《閉路循環(huán)噴霧干燥及溶媒回 收系統(tǒng)》提供了一種載熱氣體循環(huán)利用的閉路干燥系統(tǒng)，尾氣中帶出的溶劑蒸汽使用冷卻 或冷凍介質(zhì)提供冷源冷凝回收；專利公開(kāi)號(hào)102500116A的高效節(jié)能閉式循環(huán)噴霧干燥方 法與干燥系統(tǒng)、專利公開(kāi)號(hào)為102989182A的《一種節(jié)能環(huán)保的噴霧干燥系統(tǒng)》提供了一種 載熱氣體循環(huán)利用的閉路干燥系統(tǒng)，尾氣中帶出的溶劑蒸汽先與冷凝后的尾氣載氣換熱回 收部分熱能，再與冷卻或冷凍介質(zhì)提供冷源冷凝回收溶劑。
[0009] 上述現(xiàn)有技術(shù)中的第（1)、（2)類中，由于烘干尾氣存在流量大、溫度低、尾氣本身 熱能品位不高的特點(diǎn)，一般僅能回收尾氣所帶熱能的20%~30%。第（3)類所述工藝則需要 多臺(tái)設(shè)備串聯(lián)使用，至少設(shè)置3至10級(jí)，兩個(gè)烘干系統(tǒng)串聯(lián)就已經(jīng)很復(fù)雜了，多套串聯(lián)必給 系統(tǒng)各單位操作、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)平衡控制以及設(shè)備投入、設(shè)備占地等帶來(lái)極大難度和運(yùn)行管理 成本，不適于推廣使用，而且該工藝的最終蒸汽還是需要從最后一級(jí)烘干塔排出，其減少的 新鮮空氣補(bǔ)充熱能在整個(gè)系統(tǒng)中所占比例不大，對(duì)最終排出的尾氣中蒸汽冷凝熱合理利用 才是本領(lǐng)域的要點(diǎn)。第（4)類方法和裝置實(shí)現(xiàn)了溶劑冷凝熱的全部回收，冷凝水以接近常 溫排出系統(tǒng)，但其系統(tǒng)熱能回收環(huán)節(jié)中加入了吸收式熱泵及熱泵循環(huán)系統(tǒng)，使整個(gè)烘干系 統(tǒng)變得十分復(fù)雜，且回收溫差僅30~50°C，低回收效率只能靠增加尾氣系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)循 環(huán)量來(lái)實(shí)現(xiàn)水蒸汽冷凝回收，反而會(huì)增加烘干系統(tǒng)和熱泵系統(tǒng)的電耗。第（5)類中，尾氣中 帶出的溶劑蒸汽需要使用冷卻或冷凍介質(zhì)進(jìn)行冷凝回收，熱能白白浪費(fèi)，并且增加了冷卻 或冷凍源，運(yùn)行成本較高；對(duì)于將新鮮尾氣與冷凝回收溶劑后的尾氣進(jìn)行換熱的工藝，因兩 者在同等壓力下運(yùn)行，溫差較小，回收熱能意義不大，尾氣中的溶劑還得消耗大量冷卻或冷 凍介質(zhì)進(jìn)行冷凝回收。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種熱載體閉路循環(huán)、 提高尾氣熱能尤其是溶劑冷凝熱的回收，熱轉(zhuǎn)換效率更高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體做功動(dòng)能的回 收，且工藝簡(jiǎn)單的噴霧烘干系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)噴霧烘干的節(jié)能環(huán)保。
[0011] 本實(shí)用新型解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種節(jié)能環(huán)保型噴霧烘干系統(tǒng)， 包括烘干塔，還包括設(shè)置于烘干塔之后的一級(jí)壓縮機(jī)、二級(jí)壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、換熱器和氣液 分離器，所述烘干塔的尾氣出口連接一級(jí)壓縮機(jī)的氣體入口，一級(jí)壓縮機(jī)的氣體出口連接 二級(jí)壓縮機(jī)的氣體入口，二級(jí)壓縮機(jī)的氣體出口連接換熱器的熱源側(cè)入口，換熱器的冷源 側(cè)出口連接氣液分離器，氣液分離器的液體出口外接，氣液分離器的氣體出口連接膨脹機(jī) 的動(dòng)力氣源入口，膨脹機(jī)與二級(jí)壓縮機(jī)配合以給二級(jí)壓縮機(jī)提供動(dòng)能，膨脹機(jī)的尾氣出口 連接換熱器的冷源側(cè)入口，換熱器的熱源側(cè)出口連接至烘干塔氣體熱源入口。
[0012] 上述烘干系統(tǒng)中使用的烘干塔為噴霧烘干塔或閃蒸塔。烘干塔配置有氣固分離裝 置以實(shí)現(xiàn)上行的氣體與固態(tài)物料分離，分離得到的固體產(chǎn)品作為成品被送出烘干塔。
[0013] 較合理的設(shè)置是，所述一級(jí)壓縮機(jī)配置有外部動(dòng)能發(fā)生裝置。
[0014] 所述換熱器的熱源側(cè)出口管路上設(shè)置有加熱器。
[0015] 基于上述噴霧烘干系統(tǒng)的噴霧烘干工藝包括如下步驟：
[0016] (1)待干燥的濕物料進(jìn)入烘干塔后被霧化或分散化，向烘干塔內(nèi)通入氣體熱源使 濕物料中的溶劑汽化，汽化的溶劑與氣體熱源形成混合氣體，濕物料在塔內(nèi)被霧化分散化 的同時(shí)被高溫氣體熱源加熱，溶劑瞬間汽化，混合氣體和固體粉末被塔內(nèi)氣固分離裝置分 離；
[0017] (2)從烘干塔出來(lái)的混合氣體進(jìn)入一級(jí)壓縮機(jī)，一級(jí)壓縮機(jī)對(duì)混合氣體進(jìn)行第一 次加壓升溫，一級(jí)壓縮機(jī)的動(dòng)能由外部動(dòng)能發(fā)生裝置提供，如電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、蒸汽透平機(jī)或 燃?xì)廨啓C(jī)，一級(jí)壓縮機(jī)的主要功能是向混合氣體做功使混合氣體加壓升溫；
[0018] (3)從一級(jí)壓縮機(jī)出來(lái)的混合氣體接著進(jìn)入二級(jí)壓縮機(jī)，二級(jí)壓縮機(jī)對(duì)混合氣體 進(jìn)行第二次加壓升溫，且二級(jí)壓縮機(jī)的動(dòng)能輸入由膨脹機(jī)提供，二級(jí)壓縮機(jī)的主要功能是 進(jìn)一步提高混合氣體的溫度、壓力，為后面的熱交換和溶劑冷凝熱回收作準(zhǔn)備。且二級(jí)壓縮 機(jī)的輸入動(dòng)能由膨脹機(jī)提供，本實(shí)用新型中膨脹機(jī)是將系統(tǒng)后續(xù)氣液分離產(chǎn)生的高溫高壓 氣體的能量通過(guò)做功轉(zhuǎn)化成動(dòng)能提供給二級(jí)壓縮機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣體加壓升溫動(dòng)能的回 收；
[0019] (4)從二級(jí)壓縮機(jī)出來(lái)的混合氣體進(jìn)入換熱器，在換熱器內(nèi)高溫高壓的混合氣體 作為熱源，與來(lái)自步驟（3)中膨脹機(jī)做功后產(chǎn)生的低溫氣體(冷源）進(jìn)行熱交換，此時(shí)，在 熱源與冷源的溫差和壓差均較大的情況下，兩者的熱交換效率得到了顯著地提高，來(lái)自膨 脹機(jī)的低溫氣體主要回收混合氣體中氣態(tài)溶劑的冷凝熱能和部分混合氣體的熱能，進(jìn)而轉(zhuǎn) 化成高溫回收氣體；相對(duì)地，混合氣體換熱后轉(zhuǎn)化成氣液混合物(氣態(tài)溶劑冷凝液化)，較 大的氣壓使氣態(tài)溶劑的冷凝溫度得到提高，進(jìn)而促進(jìn)了混合氣體中氣態(tài)溶劑的冷凝放熱趨 勢(shì)，使氣態(tài)溶劑的冷凝換熱更加充分、徹底，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)充分回收尾氣中溶劑冷凝熱的目 的；
[0020] (5 )步驟（4 )產(chǎn)生的氣液混合物接著進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣液分離，氣液分離產(chǎn)生 的液體主要成分為溶劑，可排出系統(tǒng)重復(fù)利用，氣液分離產(chǎn)生的氣體則通入步驟（3)的膨脹 機(jī)作為氣體動(dòng)力源，高溫氣體通過(guò)膨脹機(jī)做功將自身熱能和勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能并提供給二級(jí) 壓縮機(jī)，同時(shí)做功后產(chǎn)生的低溫氣體再接入換熱器作為冷源，循環(huán)往復(fù)；
[0021] (6)步驟（4)產(chǎn)生的高溫回收氣體經(jīng)加熱至設(shè)定溫度后送入烘干塔內(nèi)，作為步驟 (1)中所述的氣體熱源，循環(huán)往復(fù)，用以加熱回收氣體的熱源可以選用水蒸氣、燃?xì)馕矚狻㈦?熱器或?qū)嵊偷取?br>[0022] 優(yōu)選地，根據(jù)混合氣體分壓原理，控制所述烘干塔出口處的混合氣體溫度高于分 壓下濕物料中溶劑的飽和溫度，以保證烘干塔內(nèi)出來(lái)的混合氣體中的溶劑被全部汽化。
[0023] 優(yōu)選地，所述膨脹機(jī)為活塞膨脹機(jī)或透平膨脹機(jī)或軸流式膨脹機(jī)，步驟（5 )氣液分 離得到的氣體的壓力幾乎無(wú)變化，即勢(shì)能仍較高，本實(shí)用新型選用膨脹機(jī)的目的就是將系 統(tǒng)后續(xù)氣液分離產(chǎn)生的高溫高壓氣體的能量通過(guò)做功轉(zhuǎn)化成動(dòng)能回收，提高整個(gè)系統(tǒng)中能 量的循環(huán)使用，避免能量浪費(fèi)。
[0024] 本實(shí)用新型具有如下特點(diǎn)：
[0025] 1、本實(shí)用新型烘干系統(tǒng)為熱載體閉路循環(huán)系統(tǒng)，整個(gè)工藝密閉操作，有助于實(shí)現(xiàn) 熱能，對(duì)氣體做功動(dòng)能的回收，無(wú)尾氣排放，節(jié)能環(huán)保，適應(yīng)性廣，待干燥物料的溶劑可以為 水，亦可以是易燃易爆性溶劑。
[0026] 2、本實(shí)用新型烘干塔的氣體熱源為空氣(或氮?dú)猓┡c溶劑蒸汽的混合氣體，從烘干 塔排出的尾氣為空氣(或氮?dú)猓┡c溶劑