閉環干燥近零排放系統的理論分析

曾洪駿 閆永勤 呂洪偉

【摘 要】通常的干燥工藝具有大量的廢氣排放，其中含有多種有害物質，引起環境污染。為了從根本上減少干燥系統的廢氣排放量，保護環境，本文從理論的角度分析了閉環干燥近零排放系統的可行性，提出相應的計算實例，并指出可行的系統組成形式。

【關鍵詞】干燥工藝;廢氣;閉環;近零排放

1 引言

在制藥、化工、食品、環保、農業......等生產領域，廣泛存在著各種產品的干燥工藝，用于將菌絲、菌渣、固態化學品、調味料、污泥、農產品、農家肥等進行干化處理，同時會排出大量的廢氣，其中有較多品種都含有令人不悅的異味（甚至惡臭）、可揮發性有機物、粉塵、鹽類、濕蒸汽等各種污染物，對大氣環境構成嚴重威脅。通常的干燥工藝流程如下：

通常的干燥工藝采用鼓風機送入空氣，進行加熱以后作為工作介質，通過閃蒸、噴霧、流化床等具體干燥方式，使得物料中的水分蒸發進入空氣中。由于有的物料具有嚴重的異味及污染物，大量的有害物質隨著水蒸氣同時進入到空氣中，形成被嚴重污染的廢氣。廢氣通過引風機從工藝設備抽出，經過一定的處理措施以后排到大氣中。傳統的干燥工藝具有以下弊端：廢氣排放量大、廢氣異味嚴重、有機物含量高、粉塵含量高、濕度高，該種廢氣的后續處理過程往往非常困難，不但很難達到環保標準，而且處理成本非常高。某些企業的干燥系統排出的大量具有惡臭氣味的廢氣正在對周邊居民的生活造成嚴重干擾。

基于上述情況，有必要探索新型的干燥方式，盡量減少甚至避免廢氣的排放。本文主要從閉環干燥工藝方面進行探索，盡量實現介質空氣的閉環應用（而非一次性使用），從而實現廢氣的盡量排放。

2 空氣的飽和含水量分析

干燥工藝的主要目的是將物料含有的水分轉移到空氣中并帶走，實現物料的持續干化。因此，空氣的飽和含水量（即攜帶水的能力）是首要分析的對象。在標準大氣壓下，空氣的飽和含水量遵守以下規律：

對空氣的飽和含水量進行分析，我們得到的結論是：隨著溫度的上升，等體積空氣中能夠攜帶的水蒸氣量呈現非線性上升。例如，當溫度為30℃時，飽和含水量僅為30g/Nm3;而當溫度為60℃時，飽和含水率上升至130g/Nm3，中間的差距為100g/Nm3。假如空氣溫度達到80℃，其飽和含水量達到300g/Nm3，具有很高的攜帶水的能力。在不同溫度下空氣的含水量具有顯著的差異，我們可以用這個規律來為生產服務，使得空氣不斷攜帶、脫除水蒸氣，從而實現循環使用空氣的目的。

3 閉環干燥的概念

通過構造一套完整的工藝，使得空氣能夠循環地吸收、脫去水蒸氣，使之具備閉路運載水分的能力，就能形成一套閉環干燥系統。我們構造的閉環干燥系統的工作形式如下：

閉環干燥近零排放系統主要的工作過程有：

3.1 吸收水分

在干燥工藝段，使用熱的空氣吸收物料的水分，空氣中的水蒸氣含量上升，攜帶著水分離開干燥床。

3.2 冷卻

空氣經過一段冷卻過程，降低溫度，提高相對濕度，有可能進入飽和狀態。

3.3 濃度平衡

通過噴淋、洗滌等方式，限制空氣中的有害物質含量，使得污染物濃度（例如氨氣、粉塵濃度等）保持在某個平衡狀態，實現濃度平衡，避免污染物濃度無限制地積累的情況。

3.4 冷凝脫濕

空氣進行更加深入的冷卻過程，使得空氣中的飽和含水量進一步下降，達到能夠回用的程度。本文主要推薦使用普通冷卻水作為冷源，而無需使用熱泵等低溫冷源。

3.5 預熱回送

將脫濕后的空氣再次加熱，提高溫度至一定程度并脫離飽和狀態，送回到鼓風機入口。

3.6 加熱

仍然采用傳統的加熱方式，提升空氣的溫度至工作溫度，作為標準的干燥介質，實現后續干燥過程。

上述過程不斷循環，實現閉環干燥系統及近零排放。

4 閉環干燥系統實施的可行性分析

通過對具體工藝參數的分析計算，確定閉環干燥系統在理論上的可行性。

分析實例1：制藥企業菌絲，初始含水率20%，終了含水率2%，待處理的濕菌絲為每小時6000kg，采用閉環干燥系統的主要參數為：

分析實例2：焦化企業的硫酸銨，初始含水率5%，終了含水率0.5%，待處理的濕硫酸銨為每小時7000kg，采用閉環干燥系統的主要參數為：

為了使得總的脫水量滿足要求，可以通過計算選擇合理的運行風量，構造出相應的閉環干燥系統。計算得出的風量值較為合理，容易實現，證明閉環干燥系統在理論上的可行性。

5 閉環干燥系統面臨的主要挑戰

由于閉環干燥系統的特殊性，與傳統的開式系統相比具有更精確的參數條件，同時也面臨具體應用問題的考驗：

5.1 產能問題

采用閉環干燥時的脫水效率存在一定局限，有可能降低產品的產量或者干燥效果，通過深入研究閉環工藝流程以便規避產能下降的問題。

5.2 阻力問題

由于閉環干燥系統增加了相應的處理設備，系統風阻可能提高，有可能提高風機的能耗甚至需要增加風機的額定功率。需要通過合理設計設備形式，降低阻力，實現長期有效的閉環工作。

5.3 殘余排放

閉環干燥系統從理論上是完全零排放的，但是在實際上可能需要微量排放，有的甚至出現需要少量吸入新風的情況。在實踐中需要進一步平衡風量，在精細調試的情況下已經出現完全零排放的案例。

6 結語

閉環干燥系統能夠從根本上降低廢氣排放量，具有很明顯的環保效果。通過嚴格的工藝計算，在實踐中不斷積累經驗，以期找到較好的系統配置，實現高效率、低阻力、杜絕污染的效果。隨著國家環保法規的日益嚴格，相信閉環干燥系統在未來可以得到更為廣泛的應用。

參考文獻：

[1]中國化學制藥工業協會，溫再興、潘廣成、曲繼廣，《中國制藥工業發展報告（2020）》，社會科學文獻出版社，2020年9月第1版

[2]胡洪波、彭華松，《生物工程產品工藝學》，高等教育出版社，2006年7月第1版

[3]李麗娟、白海軍，氨法-硫酸銨煙氣脫硫技術在焦化廠的應用，《神華科技》，2018（016）008，p70～71

[4]潘永康、王喜忠、劉相東，《現代干燥技術（第二版）》，化學工業出版社，2007年06月

[5]劉光啟，《化學化工物性數據手冊（無機卷）》，化學工業出版社，2002年1月

（作者單位：北京時代科儀新能源科技有限公司）