闭环干燥近零排放系统的理论分析

曾洪骏 闫永勤 吕洪伟

【摘 要】通常的干燥工艺具有大量的废气排放，其中含有多种有害物质，引起环境污染。为了从根本上减少干燥系统的废气排放量，保护环境，本文从理论的角度分析了闭环干燥近零排放系统的可行性，提出相应的计算实例，并指出可行的系统组成形式。

【关键词】干燥工艺;废气;闭环;近零排放

1 引言

在制药、化工、食品、环保、农业......等生产领域，广泛存在着各种产品的干燥工艺，用于将菌丝、菌渣、固态化学品、调味料、污泥、农产品、农家肥等进行干化处理，同时会排出大量的废气，其中有较多品种都含有令人不悦的异味（甚至恶臭）、可挥发性有机物、粉尘、盐类、湿蒸汽等各种污染物，对大气环境构成严重威胁。通常的干燥工艺流程如下：

通常的干燥工艺采用鼓风机送入空气，进行加热以后作为工作介质，通过闪蒸、喷雾、流化床等具体干燥方式，使得物料中的水分蒸发进入空气中。由于有的物料具有严重的异味及污染物，大量的有害物质随着水蒸气同时进入到空气中，形成被严重污染的废气。废气通过引风机从工艺设备抽出，经过一定的处理措施以后排到大气中。传统的干燥工艺具有以下弊端：废气排放量大、废气异味严重、有機物含量高、粉尘含量高、湿度高，该种废气的后续处理过程往往非常困难，不但很难达到环保标准，而且处理成本非常高。某些企业的干燥系统排出的大量具有恶臭气味的废气正在对周边居民的生活造成严重干扰。

基于上述情况，有必要探索新型的干燥方式，尽量减少甚至避免废气的排放。本文主要从闭环干燥工艺方面进行探索，尽量实现介质空气的闭环应用（而非一次性使用），从而实现废气的尽量排放。

2 空气的饱和含水量分析

干燥工艺的主要目的是将物料含有的水分转移到空气中并带走，实现物料的持续干化。因此，空气的饱和含水量（即携带水的能力）是首要分析的对象。在标准大气压下，空气的饱和含水量遵守以下规律：

对空气的饱和含水量进行分析，我们得到的结论是：随着温度的上升，等体积空气中能够携带的水蒸气量呈现非线性上升。例如，当温度为30℃时，饱和含水量仅为30g/Nm3;而当温度为60℃时，饱和含水率上升至130g/Nm3，中间的差距为100g/Nm3。假如空气温度达到80℃，其饱和含水量达到300g/Nm3，具有很高的携带水的能力。在不同温度下空气的含水量具有显著的差异，我们可以用这个规律来为生产服务，使得空气不断携带、脱除水蒸气，从而实现循环使用空气的目的。

3 闭环干燥的概念

通过构造一套完整的工艺，使得空气能够循环地吸收、脱去水蒸气，使之具备闭路运载水分的能力，就能形成一套闭环干燥系统。我们构造的闭环干燥系统的工作形式如下：

闭环干燥近零排放系统主要的工作过程有：

3.1 吸收水分

在干燥工艺段，使用热的空气吸收物料的水分，空气中的水蒸气含量上升，携带着水分离开干燥床。

3.2 冷却

空气经过一段冷却过程，降低温度，提高相对湿度，有可能进入饱和状态。

3.3 浓度平衡

通过喷淋、洗涤等方式，限制空气中的有害物质含量，使得污染物浓度（例如氨气、粉尘浓度等）保持在某个平衡状态，实现浓度平衡，避免污染物浓度无限制地积累的情况。

3.4 冷凝脱湿

空气进行更加深入的冷却过程，使得空气中的饱和含水量进一步下降，达到能够回用的程度。本文主要推荐使用普通冷却水作为冷源，而无需使用热泵等低温冷源。

3.5 预热回送

将脱湿后的空气再次加热，提高温度至一定程度并脱离饱和状态，送回到鼓风机入口。

3.6 加热

仍然采用传统的加热方式，提升空气的温度至工作温度，作为标准的干燥介质，实现后续干燥过程。

上述过程不断循环，实现闭环干燥系统及近零排放。

4 闭环干燥系统实施的可行性分析

通过对具体工艺参数的分析计算，确定闭环干燥系统在理论上的可行性。

分析实例1：制药企业菌丝，初始含水率20%，终了含水率2%，待处理的湿菌丝为每小时6000kg，采用闭环干燥系统的主要参数为：

分析实例2：焦化企业的硫酸铵，初始含水率5%，终了含水率0.5%，待处理的湿硫酸铵为每小时7000kg，采用闭环干燥系统的主要参数为：

为了使得总的脱水量满足要求，可以通过计算选择合理的运行风量，构造出相应的闭环干燥系统。计算得出的风量值较为合理，容易实现，证明闭环干燥系统在理论上的可行性。

5 闭环干燥系统面临的主要挑战

由于闭环干燥系统的特殊性，与传统的开式系统相比具有更精确的参数条件，同时也面临具体应用问题的考验：

5.1 产能问题

采用闭环干燥时的脱水效率存在一定局限，有可能降低产品的产量或者干燥效果，通过深入研究闭环工艺流程以便规避产能下降的问题。

5.2 阻力问题

由于闭环干燥系统增加了相应的处理设备，系统风阻可能提高，有可能提高风机的能耗甚至需要增加风机的额定功率。需要通过合理设计设备形式，降低阻力，实现长期有效的闭环工作。

5.3 残余排放

闭环干燥系统从理论上是完全零排放的，但是在实际上可能需要微量排放，有的甚至出现需要少量吸入新风的情况。在实践中需要进一步平衡风量，在精细调试的情况下已经出现完全零排放的案例。

6 结语

闭环干燥系统能够从根本上降低废气排放量，具有很明显的环保效果。通过严格的工艺计算，在实践中不断积累经验，以期找到较好的系统配置，实现高效率、低阻力、杜绝污染的效果。随着国家环保法规的日益严格，相信闭环干燥系统在未来可以得到更为广泛的应用。

参考文献：

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[5]刘光启，《化学化工物性数据手册（无机卷）》，化学工业出版社，2002年1月

（作者单位：北京时代科仪新能源科技有限公司）