鈉法漂粉精裝置干燥過程的有關計算

鄧建民

（國電英力特能源化工集團股份有限公司，寧夏 銀川 750001）

鈉法漂粉精裝置干燥過程的有關計算

鄧建民

（國電英力特能源化工集團股份有限公司，寧夏 銀川 750001）

分析了漂粉精的干燥工藝過程并找出了影響該過程的主要因素，通過計算干燥過程所需空氣量和熱量，為降低該過程的能量消耗提供理論依據。

漂粉精，物料干燥工藝，熱量計算，干燥風量

1 漂粉精干燥工藝過程

漂粉精是常用的消毒劑，由于鈉法生產的漂粉精的有效氯含量高，易于保存，該工藝已經成為生產漂粉精的主流工藝。在漂粉精生產過程中，出一次反應器的氯化漿料經離心機分離后，含水量小于45%的濕濾餅，經螺旋輸送進入干燥器內與以一定速度切向進入的熱空氣接觸，物料中的水分蒸發氣化，形成水蒸氣，并隨空氣帶出干燥器。在強化了氣固相的傳質傳熱作用下，獲得干燥物料。最終產品含水的質量分數控制為7.5%左右，含水量太低不利于造粒精制。干燥物料經氣固相分離后，再經產品冷卻器冷卻后送到中間料倉，去精制包裝等工序。干燥尾氣進濕式除塵器除氯、除塵，經洗滌達標后排放。

當熱空氣從濕物料表面流過時，由于熱空氣的溫度高，物料的溫度低，熱空氣與物料之間存在著傳熱推動力，熱空氣以對流的方式把熱量傳遞給物料，用來氣化物料中的水分，并不斷地被氣流帶走，而物料的含水量不斷下降。選用先進、適用性高的干燥工藝和設備，是降低蒸汽消耗和提高產品質量的保證。

在物料干燥過程中，存在著傳熱和傳質過程，所謂傳熱就是熱空氣將熱量傳遞給物料，用于氣化其中的水分并加熱物料，傳質就是物料中的水分蒸發并遷移到熱空氣中，使物料水分逐漸降低。干燥過程包括熱氣流與物料表面的傳熱傳質過程和物料內部的傳熱傳質過程，由于這2個過程的不同而影響了物料的干燥，兩者在不同干燥階段起著不同的主導和約束作用，這就導致在一般濕物料干燥時，前一階段總是以較大且穩定的速度進行，后一階段則是以越來越小的速度進行。根據物料干燥速度將干燥過程分為等速干燥階段和降速干燥階段。

（1）等速干燥階段。在等速干燥段內，物料內部的水分擴散至表面，使物料表面保持著充分的濕潤，即物料表面的濕含量大于干燥介質的最大吸濕能力，所以，干燥速度取決于表面氣化速度。由于干燥條件（氣流溫度、濕度、速度）基本保持不變，干燥脫水速度也基本一致，故稱為等速干燥階段。在此階段，氣流與物料表面之間的傳熱、傳質過程起著主導作用。因此，提高氣流速度和溫度，降低空氣濕度均有利于提高等速階段的干燥速度。在等速階段物料吸收的熱量幾乎全部都用于蒸發水分，物料升溫很小，故熱效率很高。脫水較容易，所去除的水分，屬非結合水分。等速干燥階段干燥速率很大，通常只需幾秒鐘，然后進入降速干燥階段。

（2）降速干燥階段。當物料的含水量降至臨界含水量以下時，便轉入降速干燥階段。干燥速率的變化規律與物料性質及內部結構有關，總的表現為水分自物料內部向表面轉移的速率低于物料表面向空氣的氣化速率，蒸發已由表面氣化控制轉變成內部擴散控制。降速的原因大致是，物料表面逐漸變干、汽化面逐漸向物料內部移動，使得物料內部傳熱、傳質途徑加長，另外，此時物料中的非結合水已基本除盡，當氣化各種結合水時，平衡蒸汽壓將逐漸下降，使傳質推動力下降，降速段的水分在物料內部進行汽化，然后，以蒸汽的形態擴散至表面，所以，降速階段的干燥速率主要取決于水分和蒸汽在物料內部的擴散速度[1]。

當降速階段開始以后，由于干燥速率逐漸減小，空氣傳給物料的熱量，除作為氣化水分用之外，尚有一部分將使物料的溫度升高，直至最后接近于空氣的溫度。 相對等速干燥階段，降速段的干燥脫水速度較慢，能耗也要高得多。為了提高干燥速度，降低能耗，保證產品品質，在生產工藝允許的情況下，應盡可能減小物料的幾何尺寸，以利于干燥過程的進行。

干燥漂粉精使用新型的旋轉閃蒸干燥機，干燥后的氣固相分離采用旋風分離工藝。物料經過加料器進入干燥室后，在攪拌和高速噴動的熱空氣共同作用下，物料被迅速分散粉碎并得到充分干燥。干燥后產品依次進入一級旋風分離器和二級旋風分離器，產品得到分離。

過濾后的空氣由風機送入空氣加熱器，在其中被0.6 MPa蒸氣加熱至130～140℃，然后去干燥器。濕物料通過螺旋加料器進入干燥器后，被熱空氣利用相對濕度差將其中的水份帶走，經干燥為含水7.5%左右的物料再進入產品冷卻器，將其溫度降至約30℃。干燥冷卻后的物料經提升機進入產品中間倉，產品中間倉中的物料經喂料器輸送至壓實機，壓實成手指狀的物料進入造粒機造粒，再經提升機到產品篩中進行篩分，除去粉塵和粒度不合格品，在規定粒度范圍內的產品進成品倉，經裝桶稱量后入庫。篩余物（大顆料和細粉）返回重新加工精制。

原工藝將干燥后顆粒度不合格的產品與濕物料相混來降低物料含水量，但增大了物料的輸送量并且造成重復干燥。考慮上述因素后，將不合格物料送至精制系統重新造粒。

因企業所在地區平均溫度為10℃，平均水氣壓為710 Pa，相對濕度較低，空氣干燥，所以空氣不用除濕直接過濾后去加熱裝置。

2 干燥過程熱量計算

因漂粉精熱穩定溫度在150℃以下，選擇進干燥器空氣溫度為135℃，出干燥器尾氣溫度為85℃，出離心機的含水量約為45%的濕濾餅為35℃，有效氯71%的漂粉精裝置年生產能力為5 000 t/a，年生產時間以8 000 h計，則每小時生產含水量為7.5%漂粉精625kg，干料漂粉精比熱為1.67kJ/kg·K，空氣比熱為 1.01 kJ/kg·K，水的比熱為 4.1868 kJ/kg·K，85 ℃水液體焓355.88 kJ/kg，85℃水蒸汽焓2 651.1 kJ/kg，0.6 MPa蒸汽焓為2 762.9 kJ/kg，溫度為161℃，液體焓為675.75 kJ/kg，空氣作為絕干空氣進行計算。

在干燥器中的熱量平衡情況如下:Q1=Q2+Q3+Q4

Q1為熱空氣放熱量；Q2為水蒸發吸收熱量；Q3為產品吸收熱量；Q4為熱量損失。

式中：絕干料質量 m1： m1=625×(1-7.5%)

=578.125（kg）；

產品含水量 m2： m2=625×7.5%=46.875（kg）；

45%濕濾餅含水量 m3：m3=625× (1-7.5%)÷ (1-45%)×45%=473.01（kg）；

蒸發水量m4：m4=m3-m2=473.01-46.875

=426.14（kg）；

熱空氣質量為m的放熱量為Q1：Q1=Cm△T1，△T1=135℃－85℃=50（℃）；

蒸發水量吸收熱量計算Q2：Q2=m4（C△T2+H2-H1）=426.14×（4.186 8×50+2651.1-355.88）

=1 067 293.2（kJ）；

（△T2=85℃－35℃=50℃）

產品吸收熱量 Q3：Q3=Q31+Q32；

絕干粉料吸收熱量Q31=578.125×1.67×50

=48 273.4375（kJ），

產品含水分吸收熱量Q32=46.875×4.186 8×50

=9 812.8125（kJ），

Q3=48 273.437 5+9 812.812 5=58 086.25（kJ）；

熱損失量以放熱總量的15%計：Q4=15%Q1。

3 鼓風量及換熱器面積計算

3.1 干燥風量計算

根據熱量平衡關系得：

Q1=Q2+Q31+Q32+Q4

計算：m=（Q2+Q3）/85%C△T1=（1 067 293.2+

58 086.25）/085×1.01×50=26 217.3

熱空氣放熱總熱量 Q1：Q1=26 217.3×1.01×50=1 323 975.8（kJ），經過計算，可知：風機每小時應大約鼓入26217.3 kg的風量。一般應該將計算的干燥能力放大20%～30%來進行干燥機選型，否則，就可能造成有時生產能力達不到預計的產量，而影響全生產線的正常生產。故選用鼓入風量為26 217.3×1.2=31 460.76 kg的風機，標準狀況下空氣密度為1.29 kg/m3，即鼓入風量為24 388.2 m3。

實際選用的離心式鼓風機的型號為9-26NO1.2D，額定流量為27142m3/h，配套電機功率為110 kW，風機效率可達87.65%，最大富余量為1.34，能夠滿足生產需要，考慮到蒸汽的波動以及換熱器熱效率的變化，該富余量是可行的。在正常生產過程中，可通過調節進風口擋板以維持正常的生產工藝操作條件。

3 蒸汽換熱器的計算

空氣進換熱器的平均溫度為10℃，出換熱器溫度為140℃，飽和蒸汽壓力為0.6 MPa,溫度為161℃，翅片式換熱器傳熱系數取80 kJ/(m2·h·℃),設備熱量損失為總熱量的15%,換熱器進出口平均溫差為△T。

熱空氣熱量為1 323 975.8 kJ，設備熱量損失為總熱量的15%，則蒸汽釋放熱量Q=1 557 618.6 kJ，換熱過程蒸汽沒有完全利用，有總熱量的15%損失，則耗0.6 MPa蒸汽量W=878 kg/h，根據公式Q=K·A·△t計算得換熱面積A=399.1 m2，取整并考慮換熱器余量系數后，實際選用翅片式換熱器的換熱面積為750 m2，由16片散熱器組成，分為4組，其中，一組備用，實際使用面積為562.5 m2，富余量為1.4。

4 結語

漂粉精干燥過程蒸汽損耗較高，主要原因是：（1）干燥尾氣經氣固相分離后，出旋風分離器的尾氣溫度為85℃，含熱量較高，此部分熱量沒有回收利用；（2）出空氣加熱器的蒸汽冷凝水夾帶有蒸汽，所含熱量沒有完全利用。可設置空氣加熱器熱水預熱段，將這部分熱量用于預熱空氣，可降低蒸汽用量；（3）出離心機的濾餅含水量較高時，增大了蒸汽的消耗，選擇優質高效的液固相分離設備降低濾餅含水量，盡量降低濾餅含水量是降低蒸汽消耗的措施。選用新型先進的干燥工藝技術，采用高效的離心干燥脫水設備，是降低能耗和提高產品有效氯的途徑。

［1］徐幫學主編.最新干燥技術工藝與干燥設備設計選型及標準規范實施手冊.合肥：安徽文化影像出版社，2003，42－43.

Calculation of sodium hypochlorite drying process

DENG Jian-min
（Guodian Yonglight Chemical Group Co.,Ltd.Yinchuan 750 001，China）

The process and influence factors of sodium hypochlorite drying were analyzed.Through the calculation of heat and air quantity,theoretical basis was set to reduce the energy consumption.

calcium hypochlorite,drying process,heat calculation,dry air flow

TQ028.6+7

A

1009－1785(2011)11-0042-03

2011-09-30