納米碳酸鈣干燥設(shè)計(jì)及設(shè)備選型的研究

1.連州東南新材料有限公司，廣東 清遠(yuǎn)，511500；2.靖江市得意節(jié)能科技有限公司，江蘇 泰州，225300；3.恩平白翠華實(shí)業(yè)有限公司，廣東 江門，529000。

摘要：在納米碳酸鈣干燥工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的干燥設(shè)備和不同組合方式進(jìn)行熱量衡算，并結(jié)合典型企業(yè)的實(shí)際工況數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，確定了以單級(jí)網(wǎng)帶干燥作為最優(yōu)化的工藝及設(shè)備選型方案，比閃蒸干燥以及閃蒸干燥和網(wǎng)帶干燥組合的干燥系統(tǒng)，能降低綜合能耗30%以上。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)帶干燥；閃蒸干燥；熱量衡算；能耗。

中圖分類號(hào)：TQ015.2     文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B       文章編號(hào)：

DOI:

Research on the drying design and equipment selection of nano calcium carbonate

Gao Jianming¹，Ding Xiaocheng²，Xiao Pindong³

1.Lianzhou Southeast New Materials Co., Ltd，Qingyuan, Guangdong, 511500；2. Jingjiang Yidu Energy Conservation Technology Co., Ltd., Taizhou, Jiangsu, 225300；3. Enping Baicuihua Industrial Co., Ltd., Jiangmen, Guangdong, 529000

Abstract: In the design process of nano calcium carbonate drying process, heat balance was carried out on common drying equipment and different combination methods in China, and combined with the actual operating data of typical enterprises, a single stage mesh belt drying was determined as the optimal process and equipment selection scheme. Compared with flash drying and the combination of flash drying and mesh belt drying, the drying system can reduce comprehensive energy consumption by more than 30%.

Keywords: Mesh drying; Flash drying; Heat balance calculation; energy consumption

1. 概述

納米碳酸鈣產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，在工藝技術(shù)和產(chǎn)品性能等方面逐漸趨于相對(duì)穩(wěn)定和成熟，在面對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)品的應(yīng)用性能以及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，是每個(gè)企業(yè)都必須解決的首要問(wèn)題，許多企業(yè)在不斷的發(fā)展過(guò)程中，工藝技術(shù)路線及產(chǎn)品的配方等技術(shù)，逐漸趨同，從目前國(guó)內(nèi)主要的企業(yè)所采用的干燥工藝及設(shè)備可見(jiàn)一斑。網(wǎng)帶干燥和閃蒸干燥逐漸成為主流的干燥設(shè)備，但在工藝和設(shè)備的配置上略有區(qū)別。常見(jiàn)的有以下幾種工藝組合：第一：采用網(wǎng)帶干燥（或者閃蒸干燥）作為單級(jí)干燥。第二：采用網(wǎng)帶干燥與閃蒸干燥串聯(lián)的兩級(jí)干燥。第三：閃蒸與盤式干燥或槳葉干燥串聯(lián)的兩級(jí)或多級(jí)干燥。

2. 技術(shù)現(xiàn)狀

2.1. 從干燥的原理上分析，鏈帶干燥采用的是連續(xù)進(jìn)料，在烘房?jī)?nèi)做靜態(tài)的直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)強(qiáng)制的熱風(fēng)穿流將物料烘干。優(yōu)點(diǎn)是：可以低溫烘干，充分保證產(chǎn)品白度，隨著網(wǎng)帶長(zhǎng)度和層數(shù)的增加，換熱面積可以做得很大，所以干燥產(chǎn)能較高，干燥的綜合能耗低。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性也非常優(yōu)秀，它同時(shí)還具備較好的操控性能，可調(diào)節(jié)的手段很多，如：控制進(jìn)風(fēng)溫度和流量、排濕風(fēng)量、各單元循環(huán)風(fēng)風(fēng)量和溫度、擠條機(jī)的給料速度（可調(diào)控網(wǎng)帶上料層厚度）、以及網(wǎng)帶運(yùn)行速度（可控制物料停留時(shí)間和料層厚度）等等，只要干燥系統(tǒng)調(diào)控穩(wěn)定后一般無(wú)需時(shí)刻調(diào)整，其穩(wěn)定性和抗干擾性都較好，所以設(shè)備故障率低，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)是：物料進(jìn)入干燥設(shè)備后，除了隨網(wǎng)帶做水平方向運(yùn)動(dòng)外，全過(guò)程相對(duì)靜止，因此干燥的效率不高，烘干時(shí)間長(zhǎng)，需要較大的換熱面積，設(shè)備投資和占地面積都較大，產(chǎn)品須粉碎解聚才能包裝成成品。濾餅必須通過(guò)擠條機(jī)或切片機(jī)破碎或造粒，不能直接進(jìn)入干燥設(shè)備，其工藝的適應(yīng)性稍差。網(wǎng)帶干燥及粉碎系統(tǒng)如下圖：

         圖1：鏈帶干燥系統(tǒng)設(shè)備圖

2.2. 閃蒸干燥屬于流化床干燥，物料進(jìn)入干燥系統(tǒng)后，由底部或側(cè)向環(huán)隙的高速熱風(fēng)將半干料和濕物料充分混合，并懸浮于干燥塔底，形成沸騰的流化床狀態(tài)，同時(shí)干燥塔底的打散葉片可將顆粒狀物料逐漸粉碎，物料在動(dòng)態(tài)平衡的情況下，逐步從大顆粒變?yōu)樾☆w粒，其比表面積成幾何級(jí)數(shù)增大，使干燥速度明顯加快，干燥效率大幅提高，故稱為“閃蒸”干燥。優(yōu)點(diǎn)是：物料處于動(dòng)態(tài)的平衡，氣固接觸面積極大，濾餅可以直接進(jìn)入干燥器內(nèi)，其水分不斷從40%降至1%以下，粉體顆粒中的內(nèi)水可以快速滲透至微細(xì)顆粒表面并得到蒸發(fā)，在熱氣流作用下，穿過(guò)分級(jí)機(jī)高速葉輪進(jìn)入布袋除塵器內(nèi)。閃蒸干燥設(shè)備體積和占地面積較小，工藝適應(yīng)性較好。缺點(diǎn)是：由于閃蒸干燥的主軸為高速立式傳動(dòng)軸，高度4～5米，其維修頻率及費(fèi)較高，由于考慮到設(shè)備的維修，設(shè)備保溫受到一定的影響；在φ1000的干燥筒體內(nèi)形成沸騰床形態(tài)，需要較高氣體流速，所以進(jìn)風(fēng)流量大，且干燥溫度約300～450℃，排濕氣體溫度為80～120℃，造成系統(tǒng)損失熱量較大，能耗高。在操控的穩(wěn)定性方面也較差，由于干燥主機(jī)內(nèi)的物料是流化床狀態(tài)的一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，要保證這個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的相對(duì)穩(wěn)定，就必須要保證系統(tǒng)的氣流速度和溫度、濾餅進(jìn)料量的穩(wěn)定，最難保持穩(wěn)定的因素就是系統(tǒng)內(nèi)的氣流均衡，由于干燥主機(jī)直徑一般為Φ1000～1600，物料進(jìn)口在主機(jī)側(cè)壁，當(dāng)給料不正常時(shí)會(huì)漏風(fēng)，會(huì)擾亂干燥主機(jī)內(nèi)的氣流平衡，在整個(gè)圓形截面上也很難保證氣體流速的平衡，熱風(fēng)一般從底部孔板或者底部的環(huán)隙中進(jìn)入，容易堵塞或形成局部區(qū)域氣流滯留現(xiàn)象；另外，由于排濕風(fēng)機(jī)將大量的含塵氣體抽入布袋除塵器內(nèi)，大量粉塵會(huì)吸附在布袋表面，必須通過(guò)定時(shí)脈沖反吹系統(tǒng)控制布袋的透氣性能，由于在高壓氣流沖擊下，布袋使用年限較短，布袋的維護(hù)管理難度很大，更換時(shí)要長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)處理，一旦布袋損壞，對(duì)整個(gè)干燥體系的氣流的穩(wěn)定性會(huì)造成重大影響，操控難度明顯增大，所以會(huì)配專職熟練工24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控操作。閃蒸干燥及燃?xì)夤嵯到y(tǒng)如下圖：

圖2:閃蒸干燥系統(tǒng)設(shè)備圖

2.3. 組合式干燥優(yōu)點(diǎn)是：干燥速度及效率較高，尤其可以解決濾餅在鏈帶烘干過(guò)程中最后10mm顆粒的內(nèi)部水分難烘干的問(wèn)題，一級(jí)鏈帶按含水率20%出料，可大幅提高鏈帶干燥的產(chǎn)能，兩級(jí)組合時(shí)鏈帶干燥的設(shè)計(jì)能力可提高70%左右。組合缺點(diǎn)是：增加一套閃蒸干燥需增加整個(gè)約200%干燥系統(tǒng)總功率，以年產(chǎn)５萬(wàn)噸裝備納米鈣生產(chǎn)線的干燥系統(tǒng)計(jì)算，由此增加電耗、維護(hù)及運(yùn)行成本等合計(jì)約30元/t。干燥的能耗沒(méi)有降低反而提高約30%左右，以現(xiàn)有標(biāo)煤價(jià)2000元/t估算需增加約100元/t成本，以上兩項(xiàng)合計(jì)后組合的干燥成本增加約130元/t。

3. 能耗分析：

      3.1. 單級(jí)網(wǎng)帶干燥基本工況：每小時(shí)生產(chǎn)7噸納米鈣產(chǎn)品，年產(chǎn)5萬(wàn)噸，兩套干燥系統(tǒng)每套生產(chǎn)能力產(chǎn)年2.5萬(wàn)，單套生產(chǎn)能力3.5t/h，濾餅進(jìn)料水分40%，溫度30℃，出口水分0.5%，溫度80℃，干燥溫度150℃，進(jìn)口冷空氣溫度為20℃，相對(duì)濕度為60%，干燥排濕風(fēng)機(jī)風(fēng)量為16000m³/h，排濕溫度80℃，出口粉體溫度為40℃。通過(guò)以下公式進(jìn)行熱量衡算，濕空氣焓值計(jì)算公式：

i=1.01t+(2490+1.84t)d或i=(1.01+1.84d)t+2490d(kJ/kg干空氣)。

Δi=1.01（t₂- t₁）+2490（d₂-d₁）+1.84（t₂d₂- t₁d₁）

式中：i濕空氣焓值kJ/kg；t指空氣溫度℃；d指空氣的含濕量kg/kg干空氣；1.01指干空氣的平均定壓比熱kJ/(kg·K)；1.84指水蒸氣的平均定壓比熱kJ/(kg·K)；2490指0℃時(shí)水的汽化潛熱kJ/kg。

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓0℃時(shí)空氣密度為1.293 kg/m³；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氣態(tài)方程：P₁V₁/T₁=P₂V₂/T₂可以得到20℃空氣密度為1.205 kg/m³，80℃空氣密度為1.000 kg/m³，120℃空氣密度為0.898 kg/m³；查表可得：20℃，相對(duì)濕度60%時(shí)，絕對(duì)濕度為10.36g/kg，此時(shí)絕對(duì)濕度為：d₂₀=10.36/1.205*1000=0.0086kg/kg。

干燥出口排濕空氣溫度80℃，流量為16000 m³/h，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氣態(tài)方程：P₁V₁/T₁=P₂V₂/T₂可以得到20℃冷空氣流量為：V₁ =V₂ T₁/ T₂=（273+20）/（273+80）*16000=13280 m³/h；

干燥入口冷空氣帶入水分質(zhì)量流量為：M₁=13280*10.36/1000=137.6 kg/h；

碳酸鈣產(chǎn)品物料流量為：3518 kg/h（含水0.5%），其中濾餅含水40%，水分質(zhì)量流量為：M₂=0.4*3518/0.6=2345 kg/h

排濕空氣中水分總流量為：M=M₁+M₂=137.6+2345=2482.6 kg/h；

排濕空氣絕對(duì)濕度為：D₈₀=2482.6/16000*1.0=0.155kg/kg

因?yàn)椋?/span>t₁=20℃，t₂=80℃， d₂₀ =0.0086kg/kg， d₈₀=0.155kg/kg；所以; Δi=1.01（80-20）+2490（0.155-0.0086）+1.84（80*0.155-20*0.0086）=447.6kJ/kg

排濕空氣輸出熱量Q₁：Q₁=447.6*（16000*1.0+2482.6）/4.18=197.9*10⁴kcal/h

碳酸鈣粉體輸出熱量為Q₂，粉體比熱為0.84Kj/(kg℃)，Q₂=3518*0.84*（80-30）/4.128=3.5*10⁴kcal/h

干燥系統(tǒng)輸出熱量為Q_出：Q_出= Q₁+ Q₂=（197.9+3.5）*10⁴=201.4*10⁴kcal/h

系統(tǒng)熱量損失Q_損為20%：Q_損=0.2*201.4*10⁴/0.8=50.4*10⁴kcal/h

系統(tǒng)輸入熱量為Q_入：Q_入= Q_出+ Q_損=（201.4+50.4）*10⁴=251.8*10⁴kcal/h

1噸0.8MPa蒸汽的標(biāo)準(zhǔn)熱值為68*10⁴kcal/h，所以：?jiǎn)渭?jí)網(wǎng)帶干燥耗用蒸汽流量為：251.8/68 =3.70t/h；產(chǎn)品單耗為：3.70/3.518=1.05t蒸汽/h噸產(chǎn)品。

3.2. 兩級(jí)串聯(lián)式干燥：第一級(jí)為網(wǎng)帶干燥，干燥溫度為150℃，排濕溫度為80℃，排濕風(fēng)量為12000 m³/h，濾餅進(jìn)口水分為40%，溫度30℃，出口水分為20%，溫度60℃；第二級(jí)為閃蒸干燥，干燥溫度為260℃，排濕溫度為120℃，排濕風(fēng)量為22000 m³/h濾餅進(jìn)口水分為20%，溫度60℃，出口水分為0.5%，溫度80℃。

一級(jí)網(wǎng)帶干燥冷空氣進(jìn)口流量為：V₁ =V₂ T₁/ T₂=（273+20）/（273+80）*12000=9960m³/h

一級(jí)干燥空氣帶入水分流量：9960*10.36/1000=103.2kg/h；兩級(jí)干燥蒸發(fā)水分總流量2345kg/h，濾餅水分40%，一級(jí)出口水分為20%，一級(jí)干燥蒸發(fā)水分流量為：2345-0.2*3518/0.8=2345-879.5=1465.5kg/h；

排濕空氣水分質(zhì)量流量總和為：1465.5+103.2=1568.7kg/h

排濕空氣的絕對(duì)濕度為d₈₀：d₈₀=1568.7/12000*1.0=0.131 kg/kg

因?yàn)椋?/span>t₁=20℃，t₂=80℃， d₂₀ =0.0086kg/kg， d₈₀=0.131kg/kg，所以; Δi=1.01（80-20）+2490（0.131-0.0086）+1.84（80*0.131-20*0.0086）=384.4kJ/kg

排濕空氣輸出熱量Q₁：Q₁=384.4*（12000*1.0+1568.7）/4.18=124.8*10⁴kcal/h

碳酸鈣粉體輸出熱量為Q₁：粉體比熱為0.84kJ/(kg℃)，Q₂=3518*0.84*（60-30）/4.8=2.1*10⁴kcal/h

干燥系統(tǒng)輸出熱量為Q_出：Q_出= Q₁+ Q₂=（124.8+2.1）*10⁴=126.9*10⁴kcal/h

系統(tǒng)熱量損失Q_損為20%：Q_損=0.2*126.9*10⁴ /0.8=31.7*10⁴kcal/h

系統(tǒng)輸入熱量為Q_入：Q_入= Q_出+ Q_損=（126.9+31.7）*10⁴=158.6*10⁴kcal/h

1噸0.8MPa蒸汽的標(biāo)準(zhǔn)熱值為68*10⁴kcal/h，所以：?jiǎn)渭?jí)網(wǎng)帶干燥耗用蒸汽流量為：158.6/68 =2.33t/h； 

二級(jí)閃蒸干燥冷空氣進(jìn)口流量為：V₁ =V₂ T₁/ T₂=（273+20）/（273+120）*22000=16402m³/h

二級(jí)干燥空氣帶入水分流量：16402*10.36/1000=169.9kg/h

二級(jí)進(jìn)口水分為20%，出口水分為0.5%，二級(jí)干燥蒸發(fā)水分流量為：0.2*3500/0.8=875kg/h，排濕空氣水分質(zhì)量流量總和為：875+169.9=1044.9kg/h；

排濕空氣的絕對(duì)濕度為d₈₀：d₈₀=1044.9/22000*0.898=0.053 kg/kg

因?yàn)椋?/span>t₁=20℃，t₂=120℃， d₂₀ =0.0086kg/kg， d₈₀=0.053kg/kg，所以; Δi=1.01（120-20）+2490（0.053-0.0086）+1.84（120*0.053-20*0.0086）=223kJ/kg

排濕空氣輸出熱量Q₁：Q₁=223*（22000*0.898+1044.9）/4.18=111*10⁴kcal/h

碳酸鈣粉體輸出熱量為Q₂：粉體比熱為0.84kJ/(kg℃)，Q₂=3518*0.84*（80-60）/4.8=1.4*10⁴kcal/h；

干燥系統(tǒng)輸出熱量為Q_出：Q_出= Q₁+ Q₂=（111+1.4）*10⁴ =112.4*10⁴kcal/h

系統(tǒng)熱量損失Q_損為20%：Q_損=0.2*112.4*10⁴ /0.8=28.1*10⁴kcal/h

系統(tǒng)輸入熱量為Q_入：Q_入= Q_出+ Q_損=（112.4+28.1）*10⁴ =140.5*10⁴kcal/h

1噸0.8MPa蒸汽的標(biāo)準(zhǔn)熱值為68*10⁴kcal/h，所以：單級(jí)網(wǎng)帶干燥耗用蒸汽流量為：140.5/68 =2.07t/h；兩級(jí)干燥蒸汽總消耗量為：2.33+2.07=4.4t/h，單位產(chǎn)品干燥能耗為：4.4/3.518=1.25t/h噸產(chǎn)品。另：由于閃蒸干燥保溫條件有限，系統(tǒng)熱損失較為嚴(yán)重，熱損失取30%，則其熱量損失為：Q_損=0.3*112.4*10⁴ /0.7=48.2*10⁴kcal/h；

系統(tǒng)輸入熱量為Q_入：Q_入= Q_出+ Q_損=（112.4+48.2）*10⁴ =160.6*10⁴kcal/h

單級(jí)網(wǎng)帶干燥耗用蒸汽流量為：160.6/68 =2.36t/h；兩級(jí)干燥蒸汽總消耗量為：2.33+2.36=4.69t/h，單位產(chǎn)品干燥能耗為：4.69/3.518=1.33t/h噸產(chǎn)品。

3.3. 單級(jí)閃蒸干燥基本工況：每小時(shí)生產(chǎn)3噸納米鈣產(chǎn)品，單套年產(chǎn)2.2萬(wàn)噸，濾餅進(jìn)料水分40%,溫度30℃，出口水分0.5%，溫度為100℃，干燥溫度380℃，進(jìn)口冷空氣溫度為20℃，相對(duì)濕度為60%，干燥排濕風(fēng)機(jī)風(fēng)量為32000m³/h，排濕溫度120℃。

干燥出口排濕空氣溫度120℃，流量為32000 m³/h，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)氣態(tài)方程P₁V₁/T₁=P₂V₂/T₂可以得到20℃冷空氣流量為：V₁ =V₂ T₁/ T₂=（273+20）/（273+120）*32000=23858 m³/h；

干燥入口冷空氣帶入水分質(zhì)量流量為：M₁=23858*10.36/1000=247.2 kg/h

物料流量為：3009 kg/h（含水0.5%），其中濾餅含水40%，水分質(zhì)量流量為：M₂=0.4*3009/0.6=2006kg/h；排濕空氣水分總流量為：M=M₁+M₂=247.2+2006=2253.2kg/h；

排濕空氣絕對(duì)濕度為：D₈₀=2253.2/32000*0.898=0.078kg/kg

因?yàn)椋?/span>t₁=20℃，t₂=80℃， d₂₀ =0.0086kg/kg， d₈₀=0.078kg/kg，所以; Δi=1.01（120-20）+2490（0.078-0.0086）+1.84（120*0.078-20*0.0086）=290.7kJ/kg

排濕空氣輸出熱量Q₁：Q₁=290.7*（32000*0.898+2253.2）/4.18=215.5*10⁴kcal/h

碳酸鈣粉體輸出熱量為Q₁：粉體比熱為0.84kJ/( kg℃)，Q₂=3009*0.84*（100-30）/4.18=4.2*10⁴kcal/h

干燥系統(tǒng)輸出熱量為Q_出：Q_出= Q₁+ Q₂=（215.5+4.2）*10⁴ =219.7*10⁴kcal/h

系統(tǒng)熱量損失Q_損為20%：Q_損=0.2*219.7*10⁴ /0.8=54.9*10⁴kcal/h

系統(tǒng)輸入熱量為Q_入：Q_入= Q_出+ Q_損=（219.7+54.9）*10⁴ =274.6*10⁴kcal/h

1噸0.8MPa蒸汽的標(biāo)準(zhǔn)熱值為68*10⁴kcal/h，單級(jí)網(wǎng)帶干燥耗用蒸汽流量為：274.6/68 =4.04t/h；產(chǎn)品單耗為：4.04/3.009=1.34蒸汽t/h噸產(chǎn)品。如果系統(tǒng)熱量損失按30%計(jì)算：Q_損=0.3*219.7*10⁴ /0.7=94.2*10⁴kcal/h

系統(tǒng)輸入熱量為Q_入：Q_入= Q_出+ Q_損=（219.7+94.2）*10⁴ =313.9*10⁴kcal/h

1噸0.8MPa蒸汽的標(biāo)準(zhǔn)熱值為68*10⁴kcal/h，單級(jí)網(wǎng)帶干燥耗用蒸汽流量為：313.9/68 =4.62t/h；產(chǎn)品單耗為：4.62/3.009=1.54蒸汽t/h噸產(chǎn)品。

4. 不同設(shè)備及工藝的能耗對(duì)比

4.1. 單級(jí)網(wǎng)帶干燥和閃蒸干燥：閃蒸干燥的能耗明顯高于網(wǎng)帶干燥，在單套產(chǎn)能方面閃蒸干燥也低于網(wǎng)帶干燥，目前網(wǎng)帶干燥單套產(chǎn)能基本可以做到5萬(wàn)噸/年以上，但閃蒸干燥單套比較難達(dá)到年產(chǎn)2.5萬(wàn)噸。網(wǎng)帶干燥在投資相同的情況下，由于具有較高產(chǎn)能，且能耗低，其經(jīng)濟(jì)效益明顯高于閃蒸干燥。另外，從國(guó)內(nèi)使用閃蒸干燥設(shè)備的企業(yè)分析，主機(jī)及布袋除塵系統(tǒng)大多都沒(méi)有進(jìn)行保溫處理，致使系統(tǒng)熱損失能達(dá)到30%，造成其能耗非常高。

4.2. 單級(jí)干燥與兩級(jí)串聯(lián)干燥相比較：?jiǎn)渭?jí)干燥工藝在能耗方面存在明顯優(yōu)勢(shì)，兩級(jí)干燥不僅設(shè)備投資增加近一倍，設(shè)備裝機(jī)容量增加近200%，而且兩級(jí)干燥對(duì)熱源配制提出新的難題，采用熱風(fēng)分配，很難實(shí)現(xiàn)合理的熱風(fēng)均衡控制。如果采用燃?xì)鉅t直接1:1配制，則會(huì)造成多點(diǎn)燃燒設(shè)置，既存在安全隱患，同時(shí)增加操作控制的難度。比較合適的供熱方式只能是蒸汽或?qū)嵊图泄?，供熱管道略為?fù)雜，熱損失會(huì)有所增加。

4.3. 干燥系統(tǒng)綜合性能比較：在干燥設(shè)計(jì)時(shí)除了考慮設(shè)備的產(chǎn)能及煤耗以外，還要考慮干燥設(shè)備對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，由于納米碳酸鈣產(chǎn)品表面包覆有機(jī)活性劑，有機(jī)物的表面介質(zhì)如硬脂酸熔點(diǎn)在72℃，長(zhǎng)時(shí)間暴露在80℃以上的環(huán)境中會(huì)發(fā)生發(fā)黃、發(fā)紅的情況，在200℃左右硬脂酸會(huì)發(fā)生斷裂分解，直至焦化變黑，因此低溫或短時(shí)間處于高溫狀態(tài)，是保證納米鈣產(chǎn)品白度的重要條件。網(wǎng)帶干燥烘箱內(nèi)溫度在150℃左右，由于物料含水從40%逐步降低到0.5%，整個(gè)干燥過(guò)程中，只有接近出料口最底層的物料基本為干基狀態(tài)，物料溫度較高，在實(shí)際生產(chǎn)控制過(guò)程中會(huì)將該區(qū)域的溫度控制在100℃左右，避免過(guò)高溫度造成產(chǎn)品白度降低，其他區(qū)域由于物料含水較高，所以環(huán)境溫度可以控制在較高狀態(tài)。閃蒸干燥的溫度一般在300℃以上，最高可達(dá)到380℃，沸騰床內(nèi)物料處于干濕混合狀態(tài)，形成一種動(dòng)態(tài)平衡，烘干且被打散至細(xì)微顆粒后，即可隨氣流進(jìn)入布袋除塵器內(nèi)，這種干基物料停留時(shí)間很短，約1～2秒，也能保證產(chǎn)品的白度不受影響，但其操控穩(wěn)定性差，一般合格品率比較低。

4.4. 干燥設(shè)備及工藝組合的能耗對(duì)照情況：

注：每噸蒸汽折標(biāo)煤138Kg；標(biāo)煤按2000元/t；電價(jià)按0.6元/kwh計(jì)算。

表1：不同干燥及組合的能耗對(duì)照表

                   圖3：三種干燥能耗比較

5. 結(jié)論

5.1. 通過(guò)網(wǎng)帶干燥和閃蒸干燥，以及網(wǎng)帶和閃蒸組合三種實(shí)際生產(chǎn)工況的熱量衡算對(duì)比，如：圖3所示，可以明顯的發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)帶干燥在熱耗和綜合能耗方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)，其綜合成本比其他兩種工藝節(jié)能34%和26%。

5.2. 根據(jù)干燥的機(jī)理分析：決定干燥速率即干燥推動(dòng)力的關(guān)鍵因素不是溫度，而是空氣的濕度和氣固界面的傳質(zhì)速率，因此如何降低干燥體系內(nèi)物料周邊空氣濕度，與濕物料表面的空氣濕度形成較大的濕度梯度，加快濕空氣的快速傳導(dǎo)，對(duì)提高物料界面水分蒸發(fā)至關(guān)重要。網(wǎng)帶干燥是動(dòng)態(tài)的烘房烘干，只要有足夠多的干空氣持續(xù)烘干物料，即使在常溫條件下，濕物料停留時(shí)間足夠長(zhǎng)，也可以將濾餅烘干，網(wǎng)帶干燥設(shè)計(jì)核心就是在干燥時(shí)間和熱風(fēng)溫度之間找到最佳的平衡關(guān)系，即達(dá)到高效又充分的節(jié)能。

5.3. 隨著目前市場(chǎng)上各種型號(hào)的納米鈣產(chǎn)品的質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定和成熟，行業(yè)中較多企業(yè)采用了單級(jí)網(wǎng)帶干燥系統(tǒng)，生產(chǎn)的產(chǎn)品已涵蓋了國(guó)內(nèi)從低端到高端的所有系列產(chǎn)品，其產(chǎn)品的部分性能指標(biāo)，如：堆積密度和白度已超過(guò)了采用閃蒸干燥設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品，在汽車底涂、高檔建筑硅酮膠、高檔膠印油墨等專用納米鈣的高端產(chǎn)品上，網(wǎng)帶干燥的產(chǎn)品已占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。納米碳酸鈣產(chǎn)品的質(zhì)量和應(yīng)用性能不再是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的決定性因素，而產(chǎn)品的成本和質(zhì)量的穩(wěn)定性才是市場(chǎng)占有率的關(guān)鍵，且起到?jīng)Q定性的作用。所以在干燥工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備選型時(shí)應(yīng)摒棄采用閃蒸干燥、或多級(jí)串聯(lián)式的干燥工藝，避免產(chǎn)品過(guò)高的綜合能耗，未來(lái)的產(chǎn)品才有可能在市場(chǎng)中具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

1. 袁智,陳堅(jiān)紅,盛德仁等.適用于寬溫度和壓力范圍的濕空氣熱力性質(zhì)分段計(jì)算方法[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào),2011,31(07):524-529。

2. 程鎮(zhèn),齊淑芳.空調(diào)系統(tǒng)凝結(jié)水對(duì)空氣焓差法測(cè)試的影響分析[J].中國(guó)設(shè)備工程,2017,(02):76-77。

3. 許亞茹.轉(zhuǎn)筒干燥器的工業(yè)分類及熱量衡算[J].化工管理,2020,(13):152-153。

4. 龔中良,王鵬凱,李大鵬等.多溫區(qū)網(wǎng)帶式干燥機(jī)熱流場(chǎng)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2021,37(18):40-47。

5. 章華熔,暢凱旋,陳菲琳.多層帶式干燥機(jī)在污泥干化中的應(yīng)用研究[J]，節(jié)能與環(huán)保,2022,(02):85-87。

6. 陶春雷,吳瓊,張亮等.旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥系統(tǒng)在氯化法鈦白粉生產(chǎn)中的應(yīng)用與尾氣余熱的節(jié)能再利用[J].上海涂料,2020,58(01):30-33。

7. 李仁才,文慶福,王珠先等.膠束改性納米碳酸鈣及其填充增塑糊觸變性能研究[J].山東化工,2023,52(08):5-9。

8. 田偉,吳佳偉,李華等.有機(jī)硅密封膠用納米碳酸鈣的電阻率研究[J].中國(guó)膠粘劑,2024,33(02):64-70。

9. 王皓,李軍,王霄楠等， 燃?xì)鉄崴仩t煙氣余熱利用及消白霧技術(shù)分析與熱能計(jì)算 [J]. 區(qū)域供熱, 2019, (05): 139-145。

10. 閆景鳳.網(wǎng)帶式干燥機(jī)的研究與應(yīng)用[J]，農(nóng)機(jī)使用與維修,2023,(02):65-67。

11. 陳忠加,盧豐源,雷雯雯等，基于強(qiáng)迫對(duì)流的熱風(fēng)干燥烘房送風(fēng)速度及溫度優(yōu)選[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2022,38(S1):37-46。

12. 譚羽非、吳家正、朱彤編著，《工程熱力學(xué)（第六版）》中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2010年9月第一版，ISBN  9787112189038 ，第114頁(yè)至143頁(yè)

13. 姚玉英等主編，《化工原理》天津科學(xué)技術(shù)出版社， 1992年11月第一版，ISBN7-5308-1060-X，第89頁(yè)至90頁(yè)。

14. 潘永康主編，《現(xiàn)代干燥技術(shù)》化學(xué)工業(yè)出版社， 1998年9月第一版，ISBN 7-5025-2046-5/TQ.1011，第143頁(yè)至145頁(yè)

15. 肖品東編著，《納米碳酸鈣生產(chǎn)與應(yīng)用技術(shù)解密》化學(xué)工業(yè)出版社， 2009年10月第一版， ISBN 9787122061645，第45頁(yè)至48頁(yè)

16. 孟巍,孟祥春.氣流式旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器[J].化工裝備技術(shù),1998,(03):37-39。

作者簡(jiǎn)介：高建明（1968-），男，大專，研究方向?yàn)榧{米碳酸鈣，xpd678@126.com；丁曉成（1975-），男，大專，研究方向?yàn)楦稍镌O(shè)備；肖品東（1967-），男，本科，研究方向?yàn)榧{米碳酸鈣，xpd828@126.com，手機(jī)：13929095439