乳粉喷雾干燥过程的节能分析.doc

乳粉喷雾干燥过程的节能分析 一 中国乳品业 /22’ V0I.21.No.4 AII.1993 j,嘎手壤,触,搠敦孛 乳粉喷雾干燥过程的节能分析/ 赵玉珍韩雪松舒冬梅 摘要本文对乳粉干燥塔内的干燥过程进行节能分析,除建立了热平衡方程 外还进行了堋分析,建立j乳粉干燥塔的埔平衡模型,对乳粉干燥过程中的各种m 进行j分析和计算.提出j乳粉干燥过程中各阶段蛹的计算方法和乳粉干燥过程堋 效率的计算式,指出乳粉干燥过程的节能方向. l,前言 喷雾干燥技术早在l9世纪就已成功地应用于乳粉工业,近30~40年,喷雾干燥应用到亿 工,医药,食品等工业上,尤其是那些热敏性的物质,但是,目前硅酸盐,陶瓷,磷酸盐等 已都用此法进行干燥,这说明喷雾干燥已广泛地应用到化工,食品,医药,冉瓷等工业生产 中,所以说它是一种重要的干燥方法. 喷雾干燥有它的优点,但也有缺点,如动力(热能和电能)消耗大,乳粉生产喷雾干 燥,蒸发的水量只是浓缩蒸发水量的18.7,但蒸汽耗量为49,所以一般喷雾干燥前要进 行湫缩,但是,这样喷雾干燥耗能还是很大,如何提高喷雾干燥塔构效率,降低产品能耗, 除了进行热效率分析外,还需要进行炯分析,从能量的质和量两方面进行研究是必要的. 2,干燥塔的热平衡及热效率 设进入干燥塔热风中千空气的质量为G,温度为f.,排风温度为f2,进入干燥塔浓奶的 质量为,其中千铭料为m,温度为,空气的比热为el爿,千物料的比热为C”水蒸汽l韵 比热为,水的汽化潜热为r,m4热平衡方程式为t. 6.C矗(tI—t1)=mC(f2一t1)+(-m)r+(一m)C(fl—f)1) 喷雾千燥塔的热效率为 t mC,(tl一l+一啦)C《t±t)一,..: GC(f】一f.) : 上二:粤.…)GC(tl一}D)”一t0一… 式中fo一为环境温度CH=1o005+1.859d,. ‘ d.—热空气的含湿量’. 从热效率公式可知喷雾干燥塔的外部损失是多少,但采考虑不可逆性损失也就是且鼠 160中国乳品工业21卷第4期 量上找原因,未从质E找原因,因而要进行蜘分析. 3,干燥塔内的炯分析 3.1烟的概念 炯(exergy),国内也有人把它称为”可用能”,”有效能”.虽然早在一百多年前就 已有了炯的概念,但真正引起人们重视,却起园于七十年代的”能源危机”,迫使人们不得 不认真研究各种形态能量的”开发”雨1”合理利用”月I作为一种评价能量价值的物理量, 从”量”和”质”的结合上评价了能量的”价值”,解决了热力学和能量科学中长期以来还 没有任何一个参数可单独评价能量价值的问题,改变了人们对能的性质,能的损失和能的转 换效率等传统的看法,提供了热工分析的科学基础,它还深刻地揭示了能量在转换过程中变 质退化的本质,为合理用能指明了方向.随着节能工作的深入,炯分析在能源管理热能动 力,制冷干燥,石油化:,谕金等许多领域得到广泛的应用. 能量的质量高低是在能量转换过程中袁现出来的.机械能和电能可完全地转换为热能, 但热能不能完全地,连续地转换为机械能.按照热力学第二定律,若以能量的转换程度作为 一 种尺度,则可划为j类不同”质”的能量. 3.1.1可完全转换的能量这是一种理论上可以百分之百地转换为其它能量形式的能 量,如机械能和电能,它们是技术上和经济更为宝贵韵”高缎能量”,各种高级能量从本 质上说是完全有序的能量,理论E它们之间彼此能完全转化,它们的”质”和”量”是统一 的. 3.1.2可部分转换的能量如热能,其转换为机械能和电能的能力受热力学第二定律的限 铆,只有一部分转换为机械能,这种能量称为低级能量. 3.1.3不可转换的能量如环境介质的内能根据热力学第二定律,它们虽然可以具有相 当的”数量,却无法利用它转换为可利用的机械能,因而其质为零. 系统由任意状态可逆变化到环境状态时,能最大限度转换为”可完全转换能量”的那部 分嚣量,称之为”婀.也就是系统可逆的变化到环境状态下,能够最大限度转换为有用功 的那部分能量. 一 般地讲舷的”量与”质”是不统一的,而婀代表了能量中量”与”质统一的部 分.它不仅在一定程度上反应了能的量的太小,而且还反应了质的高低. 在一切实际的不可逆过程中,不可避免地发生能的贬值变质,婀的总量将有所减小而 “退化为无用能由于这种退化是无法逆转的,所以称之为婀损失它构成了能量转换中 的真正损失.通过炯分析,揭示出能量中l用的转换,传递利用和损失的情况.确定出该系 统或装置的i用利用效率.这种分析方珐和由此得出的效率是以热力学第一定律和第二定律为 基础的,称为媚分析和炯效率’ 2喷雾千燥塔的媚分析, 由于喷雾干燥塔的内部炯损较为复杂,外部煳损也不少,故采用白箱模型进行炯分析, 白箱模型的表示方法:以实线表示体系的边界,以带箭头的i用流线表示输入,输出的娴流.