固原地區(qū)真空制鹽裝置濕鹽干燥速度的影響因素

固原地區(qū)真空制鹽裝置濕鹽干燥速度的影響因素

寧夏固原地區(qū)巖鹽資源豐富，礦區(qū)實際儲量超過100億噸。英力特化工股份有限公司正在建設(shè)的年產(chǎn)100萬t真空制鹽項目建成后將成為國內(nèi)單套生產(chǎn)規(guī)模最大的真空制鹽裝置。固體濕鹽的干燥是用空氣帶走濕鹽中水份的過程,濕鹽表面水份的汽化速度對干燥速度起著控制作用,影響濕鹽干燥速度的主要因素有以下幾個方面:(1)濕鹽溫度越高,干燥速率越大;(2)通常熱風(fēng)溫度越高,干燥速率越大,熱風(fēng)進口和出口溫度越接近,干燥過程中空氣與濕鹽的溫差就越大,但考慮到熱能利用效率,在實際操作過程不能把熱風(fēng)溫度提的太高;(3)根據(jù)濕鹽最初、最終和臨界濕含量,選定鹽的最終濕含量高于臨界濕含量,這樣可以使干燥速度加快;(4)空氣相對濕度較低,水份汽化速度較快,加快空氣流速,可以提高干燥速度;(5)熱空氣與濕鹽的接觸情況和干燥器的類型。1流化床干燥器的特點和使用條件流化床干燥器又稱為沸騰床干燥器或流態(tài)化干燥器,是利用固體流態(tài)化原理進行干燥的一種裝置。適宜溫度的熱風(fēng)從干燥器下部進入,經(jīng)篩板(也稱為熱風(fēng)分布器或氣體分布板)均勻分布后,使篩板上固體濕物料流化,就如固體物料在熱空氣中沸騰一樣,使物料和干燥介質(zhì)間的傳熱傳質(zhì)得到強化,吸收了濕物料中水分的濕空氣從干燥器頂部排出。濕物料從干燥器側(cè)上方的進料口進入,與熱風(fēng)進行足夠長時間的傳熱傳質(zhì)交換后,干燥好的物料產(chǎn)品從位于側(cè)下方的出料口引出。流化床干燥器的特點和使用條件:(1)在流化床中,氣體激烈地沖擊著固體顆粒,這種沖擊速度具有脈沖性質(zhì),其結(jié)果就大大的強化了傳熱和傳質(zhì)的過程。在流化床內(nèi)傳熱和傳質(zhì)是同時發(fā)生的。在傳熱過程中,由于顆粒的相互碰撞,使邊界層發(fā)生湍流化。在單位設(shè)備體積內(nèi),大量的顆粒表面均參加了熱交換,使其具有較高的換熱系數(shù)和很大的相分界面。(2)流化床干燥器與其它干燥器相比,具有物料停留時間短、干燥速率大的特點,對于某些熱敏性物料的干燥也較為合適。(3)設(shè)備構(gòu)造簡單,便于制造、維修。(4)物料在流化床干燥器內(nèi)的停留時間可按工藝生產(chǎn)要求進行確定。在產(chǎn)品含水量要求變化或原料含水量有波動時,均可適當(dāng)調(diào)整。(5)對被干燥的物料,在粒度上有一定的限制,一般以大于30μm、小于6mm較為合適。粒度太小易被氣流夾帶,粒度太大不易流化。(6)與其它干燥器干燥氯化鈉產(chǎn)品相比,流化床干燥器的優(yōu)點是破碎量少,熱效率高,并可連續(xù)完成干燥及冷卻工作。2干燥器的溫度與濕度提高空氣離開干燥器的相對濕度,可以減少空氣消耗量,即可降低電耗費用,但濕度增大,空氣中水汽的分壓增高,使干燥過程的平均推動力下降,為了保持相同的干燥能力,就需增大干燥器的尺寸,即加大了投資費用。所以,最適宜的空氣濕度和空氣用量應(yīng)通過經(jīng)濟衡算來決定。干燥介質(zhì)離開干燥器的溫度與濕度應(yīng)綜合考慮。若溫度增高,則熱損失大,干燥熱效率就低;若溫度降低,而濕度又較高,此時濕空氣可能會在干燥器后面的設(shè)備和管路中析出水滴,使物料返潮。在干燥過程,只有當(dāng)濕氣體中蒸汽的分壓小于同溫度下液體的飽和蒸汽壓時,濕氣體才具有容納濕份而作為載濕體的能力,而且它們之間分壓相差越大,容納濕份的能力越大,即熱空氣的相對濕度越小,干燥推動力越大。在干燥過程中,氣體的溫度不應(yīng)低于露點溫度,否則物料會受潮達不到干燥的目的。設(shè)計時,在干燥器出口至除塵設(shè)備這一系統(tǒng)中,氣體的溫度一般要保持比露點溫度高15℃左右。在恒速干燥階段,空氣與濕物料接觸后,物料表面即達空氣的濕球溫度,且維持不變。即濕鹽在干燥時,表面溫度為空氣的濕球溫度。310干燥介質(zhì)及溫度年產(chǎn)100萬t真空制鹽項目,年生產(chǎn)時間以8000h計,生產(chǎn)能力125t/h。(1)干燥物料性質(zhì):含水量3%的濕鹽溫度為40℃,干燥后水份含量0.3%;物料出床溫度為47℃;產(chǎn)品鹽比熱容C=0.93kJ/kg·℃;干鹽假比重1000kg/m3;干鹽真比重2100kg/m3。(2)干燥介質(zhì)性質(zhì):干燥介質(zhì)為空氣,在寧夏固原地區(qū)絕對濕度最高月相對濕度為74%,相對應(yīng)溫度為16℃。(3)干燥床溫度:以熱床溫度為110℃;冷風(fēng)出干燥床溫度為67℃進行計算。4100萬噸/a氯化鈉125噸/h氯化鈉的干燥材料4.1濕鹽蒸發(fā)規(guī)律濕鹽進干燥床總量m=125×(1?x2)1?x1=125×(1?0.3%)1?3%≈128.48t/hm=125×(1-x2)1-x1=125×(1-0.3%)1-3%≈128.48t/h濕鹽進干燥床含水量w1=m×x1=128.48×3%≈3.854t/h;出干燥床含水量w2=w×x2=125×0.3%=0.375t/h;蒸發(fā)水量w3=w1-w2=3.854t/h-0.375t/h≈3.48t/h;年蒸發(fā)水量wa=3.48t/h×8000h=27840t式中:m——濕鹽總量;w——蒸發(fā)水量;x1——濕鹽含水量;x2——干鹽含水量。4.2空氣飽和含水量根據(jù)通過干燥器的濕空氣中干空氣的質(zhì)量不變可得LH1+w3=LH2式中:L——干空氣量,kg/h;H1——進干燥床空氣含水量,kg/kg;H2——出干燥床空氣含水量,kg/kg。16℃時空氣飽和含水量查表得知為11.524g/kg干空氣?？諝膺M干燥系統(tǒng)含水量H1=11.524g/kg×74%=0.00853kg/kg干空氣,出干燥器空氣溫度為67℃左右,一般控制出干燥器的空氣相對濕度為70%,查表67℃時空氣飽和含水量為250.6g/kg。干空氣用量:L=w3H2?H1=3.48×10000.2506×70%?0.00853=20852.1kg/hL=w3Η2-Η1=3.48×10000.2506×70%-0.00853=20852.1kg/h此時查表得知67℃時相對濕度70%的空氣的濕球溫度為62℃。4.3熱空氣用量的計算以熱床與冷床相連截面進行計算,一般空氣的出口溫度應(yīng)比干燥器出口處濕球溫度高出20℃～50℃,這里取40℃,在熱床段空氣溫度為110℃,物料表面溫度則為70℃,干燥物料溫度為熱風(fēng)的露點溫度,70℃空氣飽和含水量為0.28154kg/kg干空氣,則熱空氣用量為:L1=w3H3?H1=3.48×10000.28154?0.00853=12746.8kg/hL1=w3Η3-Η1=3.48×10000.28154-0.00853=12746.8kg/h式中:L1——熱空氣消耗量;H3——空氣出熱床段含水量?？諝饷芏冉迫楦煽諝饷芏?查表16℃空氣密度ρ為1.22kg/m3,熱床段空氣用量V1=L1ρ=12746.81.22=10448.2m3/hV1=L1ρ=12746.81.22=10448.2m3/h。4.4冷床段的空氣量應(yīng)計算L2=L-L1=20852.1-12746.8=8105.3kg/h,空氣用量V2=6643.4m3/h。5100萬噸/a氯化鈉125噸/h氯化鈉的干燥過程的熱量計算5.1水蒸汽濕鹽溫度40℃,水份在熱床段加熱至110℃,40℃水液體焓為165.71kJ/kg,110℃水蒸汽焓為2691kJ/kg。需用熱量:Q1=W3(H汽-H液)=3.48×1000×(2691-165.71)=8.79×106kJ式中:W3——蒸發(fā)水量;H液——水液體焓;H汽——水蒸汽焓。5.2產(chǎn)品的加熱吸收熱量計算Q2=W3C鹽△t=125×1000×0.93×(70-40)=3.49×106kJC鹽為干鹽比熱0.93kJ/kg·℃。5.3空氣比熱容近似Q3=W空C空△t=12746.8×1.01×(110-16)=1.21×106kJC空為空氣比熱容近似為1.01kJ/kg·℃。5.4熱法干燥q計算熱量損失Q損以總熱量15%計:Q=Q1+Q2+Q3+Q損=8.79×106+3.49×106+1.21×106+15%Q計算得Q=15.87×106kJ。不計入熱量損失則理論用熱量Q理=13.49×106kJ。在干燥過程使用0.9MPa(表壓)飽和蒸汽,溫度180℃,180℃蒸汽焓為2782.6kJ/kg,液體焓為763.25kJ/kg。則需用蒸汽量W汽=QH3?H4=7859.24=QΗ3-Η4=7859.24kg,蒸汽消耗為y=w汽w3=63kg/ty=w汽w3=63kg/t鹽。6用戶蒸汽量w散與空氣溫度相關(guān)的用戶路徑在散熱器中,空氣被加熱至150℃需用熱量:Q散=L1C空△t=12746.8×1.01×(150-16)=1.725×106kJC空為空氣比熱1.01kJ/kg·℃。設(shè)熱量損失為總熱量的15%,則需用蒸汽量W散=1005kg在散熱器中,空氣流量為12746.8kg/h,即3.54kg/s,查散熱器K值與空氣質(zhì)量流速表,K值取29.07(W/m2·℃)。換算為84kJ/m2·h·℃則換熱面積F=260.1m2,△T=78.8℃?？諝膺M口溫度15℃,出口溫度150℃,蒸汽進出口溫度為180℃。生產(chǎn)中考慮散熱器在使用過程會出現(xiàn)K值下降,實際選用散熱器換熱面積為500m2。可以滿足生產(chǎn)要求。7計算出的熱水劑量應(yīng)將冷床段冷卻器盡量靠近物料出口,以免使空氣冷卻后產(chǎn)生冷凝水使物料返潮。以尚未與干燥床內(nèi)冷卻器接觸截面進行計算。7.1空氣加熱至67的吸收熱量為Q1=W1C空(t2-t1)=20852.1×1.01×(67-16)=1.074×106kJ7.2水質(zhì)2監(jiān)督Q2=W2(H2-H1)=3.48×1000×(2620-165.71)=8.54×106kJH2為67℃水蒸氣焓為2620kJ/kg;H1為40℃水液體焓為165.71kJ/kg。7.3產(chǎn)品吸收熱量的計算Q3=W3C鹽(t2-t1)=125×1000×0.93×(62-40)=2.557×106kJ7.4冷卻水用量確定根據(jù)多余熱量需要用冷量平衡計算Q理-Q冷=Q1+Q2+Q3Q冷=1.319×106kJ,冷卻水進口20℃,出口27℃;冷卻水用量W冷=45.1t/h,此時物料溫度為62℃。生產(chǎn)中要求將物料溫度冷卻至47℃,初溫62℃,冷卻水進口溫度20℃,出口溫度為27℃,則冷卻水用量W=W鹽C鹽ΔT1C水ΔT2=125×0.93×154.182×7=60t/hW=W鹽C鹽ΔΤ1C水ΔΤ2=125×0.93×154.182×7=60t/h,則冷卻水總用水量為105t/h。8尾氣冷卻和冷床實際生產(chǎn)中,對干燥過程熱量損失原因進行查定得知,干燥過程的熱量損失是因為有部分熱量由于溫度差自然對流散失、冷凝水溫度較高、干燥