固原地区真空制盐装置湿盐干燥速度的影响因素

固原地区真空制盐装置湿盐干燥速度的影响因素

宁夏固原地区岩盐资源丰富，矿区实际储量超过100亿吨。英力特化工股份有限公司正在建设的年产100万t真空制盐项目建成后将成为国内单套生产规模最大的真空制盐装置。固体湿盐的干燥是用空气带走湿盐中水份的过程,湿盐表面水份的汽化速度对干燥速度起着控制作用,影响湿盐干燥速度的主要因素有以下几个方面:(1)湿盐温度越高,干燥速率越大;(2)通常热风温度越高,干燥速率越大,热风进口和出口温度越接近,干燥过程中空气与湿盐的温差就越大,但考虑到热能利用效率,在实际操作过程不能把热风温度提的太高;(3)根据湿盐最初、最终和临界湿含量,选定盐的最终湿含量高于临界湿含量,这样可以使干燥速度加快;(4)空气相对湿度较低,水份汽化速度较快,加快空气流速,可以提高干燥速度;(5)热空气与湿盐的接触情况和干燥器的类型。1流化床干燥器的特点和使用条件流化床干燥器又称为沸腾床干燥器或流态化干燥器,是利用固体流态化原理进行干燥的一种装置。适宜温度的热风从干燥器下部进入,经筛板(也称为热风分布器或气体分布板)均匀分布后,使筛板上固体湿物料流化,就如固体物料在热空气中沸腾一样,使物料和干燥介质间的传热传质得到强化,吸收了湿物料中水分的湿空气从干燥器顶部排出。湿物料从干燥器侧上方的进料口进入,与热风进行足够长时间的传热传质交换后,干燥好的物料产品从位于侧下方的出料口引出。流化床干燥器的特点和使用条件:(1)在流化床中,气体激烈地冲击着固体颗粒,这种冲击速度具有脉冲性质,其结果就大大的强化了传热和传质的过程。在流化床内传热和传质是同时发生的。在传热过程中,由于颗粒的相互碰撞,使边界层发生湍流化。在单位设备体积内,大量的颗粒表面均参加了热交换,使其具有较高的换热系数和很大的相分界面。(2)流化床干燥器与其它干燥器相比,具有物料停留时间短、干燥速率大的特点,对于某些热敏性物料的干燥也较为合适。(3)设备构造简单,便于制造、维修。(4)物料在流化床干燥器内的停留时间可按工艺生产要求进行确定。在产品含水量要求变化或原料含水量有波动时,均可适当调整。(5)对被干燥的物料,在粒度上有一定的限制,一般以大于30μm、小于6mm较为合适。粒度太小易被气流夹带,粒度太大不易流化。(6)与其它干燥器干燥氯化钠产品相比,流化床干燥器的优点是破碎量少,热效率高,并可连续完成干燥及冷却工作。2干燥器的温度与湿度提高空气离开干燥器的相对湿度,可以减少空气消耗量,即可降低电耗费用,但湿度增大,空气中水汽的分压增高,使干燥过程的平均推动力下降,为了保持相同的干燥能力,就需增大干燥器的尺寸,即加大了投资费用。所以,最适宜的空气湿度和空气用量应通过经济衡算来决定。干燥介质离开干燥器的温度与湿度应综合考虑。若温度增高,则热损失大,干燥热效率就低;若温度降低,而湿度又较高,此时湿空气可能会在干燥器后面的设备和管路中析出水滴,使物料返潮。在干燥过程,只有当湿气体中蒸汽的分压小于同温度下液体的饱和蒸汽压时,湿气体才具有容纳湿份而作为载湿体的能力,而且它们之间分压相差越大,容纳湿份的能力越大,即热空气的相对湿度越小,干燥推动力越大。在干燥过程中,气体的温度不应低于露点温度,否则物料会受潮达不到干燥的目的。设计时,在干燥器出口至除尘设备这一系统中,气体的温度一般要保持比露点温度高15℃左右。在恒速干燥阶段,空气与湿物料接触后,物料表面即达空气的湿球温度,且维持不变。即湿盐在干燥时,表面温度为空气的湿球温度。310干燥介质及温度年产100万t真空制盐项目,年生产时间以8000h计,生产能力125t/h。(1)干燥物料性质:含水量3%的湿盐温度为40℃,干燥后水份含量0.3%;物料出床温度为47℃;产品盐比热容C=0.93kJ/kg·℃;干盐假比重1000kg/m3;干盐真比重2100kg/m3。(2)干燥介质性质:干燥介质为空气,在宁夏固原地区绝对湿度最高月相对湿度为74%,相对应温度为16℃。(3)干燥床温度:以热床温度为110℃;冷风出干燥床温度为67℃进行计算。4100万吨/a氯化钠125吨/h氯化钠的干燥材料4.1湿盐蒸发规律湿盐进干燥床总量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湿盐进干燥床含水量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;蒸发水量w3=w1-w2=3.854t/h-0.375t/h≈3.48t/h;年蒸发水量wa=3.48t/h×8000h=27840t式中:m——湿盐总量;w——蒸发水量;x1——湿盐含水量;x2——干盐含水量。4.2空气饱和含水量根据通过干燥器的湿空气中干空气的质量不变可得LH1+w3=LH2式中:L——干空气量,kg/h;H1——进干燥床空气含水量,kg/kg;H2——出干燥床空气含水量,kg/kg。16℃时空气饱和含水量查表得知为11.524g/kg干空气。空气进干燥系统含水量H1=11.524g/kg×74%=0.00853kg/kg干空气,出干燥器空气温度为67℃左右,一般控制出干燥器的空气相对湿度为70%,查表67℃时空气饱和含水量为250.6g/kg。干空气用量: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此时查表得知67℃时相对湿度70%的空气的湿球温度为62℃。4.3热空气用量的计算以热床与冷床相连截面进行计算,一般空气的出口温度应比干燥器出口处湿球温度高出20℃～50℃,这里取40℃,在热床段空气温度为110℃,物料表面温度则为70℃,干燥物料温度为热风的露点温度,70℃空气饱和含水量为0.28154kg/kg干空气,则热空气用量为: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——热空气消耗量;H3——空气出热床段含水量。空气密度近似取为干空气密度,查表16℃空气密度ρ为1.22kg/m3,热床段空气用量V1=L1ρ=12746.81.22=10448.2m3/hV1=L1ρ=12746.81.22=10448.2m3/h。4.4冷床段的空气量应计算L2=L-L1=20852.1-12746.8=8105.3kg/h,空气用量V2=6643.4m3/h。5100万吨/a氯化钠125吨/h氯化钠的干燥过程的热量计算5.1水蒸汽湿盐温度40℃,水份在热床段加热至110℃,40℃水液体焓为165.71kJ/kg,110℃水蒸汽焓为2691kJ/kg。需用热量:Q1=W3(H汽-H液)=3.48×1000×(2691-165.71)=8.79×106kJ式中:W3——蒸发水量;H液——水液体焓;H汽——水蒸汽焓。5.2产品的加热吸收热量计算Q2=W3C盐△t=125×1000×0.93×(70-40)=3.49×106kJC盐为干盐比热0.93kJ/kg·℃。5.3空气比热容近似Q3=W空C空△t=12746.8×1.01×(110-16)=1.21×106kJC空为空气比热容近似为1.01kJ/kg·℃。5.4热法干燥q计算热量损失Q损以总热量15%计:Q=Q1+Q2+Q3+Q损=8.79×106+3.49×106+1.21×106+15%Q计算得Q=15.87×106kJ。不计入热量损失则理论用热量Q理=13.49×106kJ。在干燥过程使用0.9MPa(表压)饱和蒸汽,温度180℃,180℃蒸汽焓为2782.6kJ/kg,液体焓为763.25kJ/kg。则需用蒸汽量W汽=QH3−H4=7859.24=QΗ3-Η4=7859.24kg,蒸汽消耗为y=w汽w3=63kg/ty=w汽w3=63kg/t盐。6用户蒸汽量w散与空气温度相关的用户路径在散热器中,空气被加热至150℃需用热量:Q散=L1C空△t=12746.8×1.01×(150-16)=1.725×106kJC空为空气比热1.01kJ/kg·℃。设热量损失为总热量的15%,则需用蒸汽量W散=1005kg在散热器中,空气流量为12746.8kg/h,即3.54kg/s,查散热器K值与空气质量流速表,K值取29.07(W/m2·℃)。换算为84kJ/m2·h·℃则换热面积F=260.1m2,△T=78.8℃。空气进口温度15℃,出口温度150℃,蒸汽进出口温度为180℃。生产中考虑散热器在使用过程会出现K值下降,实际选用散热器换热面积为500m2。可以满足生产要求。7计算出的热水剂量应将冷床段冷却器尽量靠近物料出口,以免使空气冷却后产生冷凝水使物料返潮。以尚未与干燥床内冷却器接触截面进行计算。7.1空气加热至67的吸收热量为Q1=W1C空(t2-t1)=20852.1×1.01×(67-16)=1.074×106kJ7.2水质2监督Q2=W2(H2-H1)=3.48×1000×(2620-165.71)=8.54×106kJH2为67℃水蒸气焓为2620kJ/kg;H1为40℃水液体焓为165.71kJ/kg。7.3产品吸收热量的计算Q3=W3C盐(t2-t1)=125×1000×0.93×(62-40)=2.557×106kJ7.4冷却水用量确定根据多余热量需要用冷量平衡计算Q理-Q冷=Q1+Q2+Q3Q冷=1.319×106kJ,冷却水进口20℃,出口27℃;冷却水用量W冷=45.1t/h,此时物料温度为62℃。生产中要求将物料温度冷却至47℃,初温62℃,冷却水进口温度20℃,出口温度为27℃,则冷却水用量W=W盐C盐ΔT1C水ΔT2=125×0.93×154.182×7=60t/hW=W盐C盐ΔΤ1C水ΔΤ2=125×0.93×154.182×7=60t/h,则冷却水总用水量为105t/h。8尾气冷却和冷床实际生产中,对干燥过程热量损失原因进行查定得知,干燥过程的热量损失是因为有部分热量由于温度差自然对流散失、冷凝水温度较高、干燥