一种节能环保型喷雾烘干工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种气流烘干工艺，为封闭性干燥工艺，适用于闪蒸干燥、喷雾干燥， 尤其适用于热敏性物料干燥、易燃易爆溶剂干燥及低温干燥。
【背景技术】
[0002] 喷雾干燥因其干燥时间短，所得产品品质良好均一，被广泛应用于食品(奶粉、乳 清粉、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡、茶粉、水解蛋白等)、化工、医药、陶瓷、特种合金粉末、锂电 池、环保等工业生产领域。但由于喷雾干燥需要大量高温热气载能供热，干燥后含能载气与 蒸发的水汽混合废气，因温度较低，没有多大利用价值，一般情况下在回收完溶剂后就被直 接排放入大气，造成大量热能白白浪费。工业规模的气流干燥热效率一般为30?50%，与其 它干燥方式相比较，单位溶剂蒸发能耗消耗过多；当前，喷雾烘干工艺中，蒸发1吨水需要 加热蒸汽约2?4吨，耗电能170?200度，热能利用率低是喷雾干燥的不足之处。另外， 以非水为溶剂的溶液或湿物料喷雾干燥后，其尾气若直接排放到大气中会给环境带来不利 影响，为环保所限制。
[0003] 为了提高喷雾烘干工艺的热能利用率，本领域技术人员作出的改进包括对尾气热 能进行回收利用或采用热载气闭路循环，主要有几下几类： (1) 将出塔高温尾气与进塔常温空气进行热交换，利用尾气加热进塔物料进行热能回 收，如专利公布号101876153A的硫酸盐木浆黑液喷雾干燥工艺，102168913A的喷雾干燥系 统，102607247A的喷雾干燥机； (2) 使用常温空气对塔体夹套冷却，升温后的空气进塔提供热源，尾气与进气换热进行 热能回收，如专利公布号103752025A的喷雾干燥机，103877736A的节能型高效喷雾干燥装 置； (3) 利用多个烘干塔进行多级串联，将前一级尾气蒸汽加热升温成过热为下一级烘干 提供蒸发热源，如专利公布号102200379A的一种节能喷雾干燥工艺。该工艺只是重复利用 尾气蒸汽作为热载体，减少系统中新鲜的常温空气的使用量，减少尾气排放总量实现减少 热能排放； (4) 利用吸热式热泵将尾气中部分溶剂蒸汽冷凝回收热能，在热泵的输出端将其余溶 剂蒸汽加热升温，吸热后蒸汽回系统继续供热，达到全部回收尾气蒸汽的冷凝热，如专利公 布号102294124A-种基于吸收式热泵的喷雾干燥方法和装置； (5) 在封闭性干燥方面，专利公开号101949635A的《闭路循环喷雾干燥及溶媒回收系 统》提供了一种载热气体循环利用的闭路干燥系统，尾气中带出的溶剂蒸汽使用冷却或冷 冻介质提供冷源冷凝回收；专利公开号102500116A的高效节能闭式循环喷雾干燥方法与 干燥系统、专利公开号为102989182A的《一种节能环保的喷雾干燥系统》提供了一种载热 气体循环利用的闭路干燥系统，尾气中带出的溶剂蒸汽先与冷凝后的尾气载气换热回收部 分热能，再与冷却或冷冻介质提供冷源冷凝回收溶剂。
[0004] 上述现有技术中的第（1)、（2)类中，由于烘干尾气存在流量大、温度低、尾气本身 热能品位不高的特点，一般仅能回收尾气所带热能的20%?30%。第（3)类所述工艺则需要 多台设备串联使用，至少设置3至10级，两个烘干系统串联就已经很复杂了，多套串联必给 系统各单位操作、系统联动平衡控制以及设备投入、设备占地等带来极大难度和运行管理 成本，不适于推广使用，而且该工艺的最终蒸汽还是需要从最后一级烘干塔排出，其减少的 新鲜空气补充热能在整个系统中所占比例不大，对最终排出的尾气中蒸汽冷凝热合理利用 才是本领域的要点。第（4)类方法和装置实现了溶剂冷凝热的全部回收，冷凝水以接近常 温排出系统，但其系统热能回收环节中加入了吸收式热泵及热泵循环系统，使整个烘干系 统变得十分复杂，且回收温差仅30?50°C，低回收效率只能靠增加尾气系统和热泵系统循 环量来实现水蒸汽冷凝回收，反而会增加烘干系统和热泵系统的电耗。第（5)类中，尾气中 带出的溶剂蒸汽需要使用冷却或冷冻介质进行冷凝回收，热能白白浪费，并且增加了冷却 或冷冻源，运行成本较高；对于将新鲜尾气与冷凝回收溶剂后的尾气进行换热的工艺，因两 者在同等压力下运行，温差较小，回收热能意义不大，尾气中的溶剂还得消耗大量冷却或冷 冻介质进行冷凝回收。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种热载体闭路循环、提高 尾气热能尤其是溶剂冷凝热的回收，热转换效率更高，同时实现对气体做功动能的回收，且 工艺简单的喷雾烘干工艺，真正实现喷雾烘干的节能环保。
[0006] 本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种节能环保型喷雾烘干工艺，通过 相应的喷雾烘干系统实现，所述喷雾烘干系统包括烘干塔、一级压缩机、二级压缩机、膨胀 机、换热器和气液分离器，工艺步骤如下： (1) 待干燥的湿物料进入烘干塔后被雾化或分散化，向烘干塔内通入气体热源使湿物 料中的溶剂汽化，汽化的溶剂与气体热源形成混合气体，湿物料在塔内被雾化分散化的同 时被高温气体热源加热，溶剂瞬间汽化，混合气体和固体粉末被塔内气固分离装置分离； (2) 从烘干塔出来的混合气体进入一级压缩机，一级压缩机对混合气体进行第一次加 压升温，一级压缩机的动能由外部动能发生装置提供，如电机、发动机、蒸汽透平机或燃气 轮机，一级压缩机的主要功能是向混合气体做功使混合气体加压升温； (3) 从一级压缩机出来的混合气体接着进入二级压缩机，二级压缩机对混合气体进行 第二次加压升温，且二级压缩机的动能输入由膨胀机提供，二级压缩机的主要功能是进一 步提高混合气体的温度、压力，为后面的热交换和溶剂冷凝热回收作准备。且二级压缩机的 输入动能由膨胀机提供，本发明中膨胀机是将系统后续气液分离产生的高温高压气体的能 量通过做功转化成动能提供给二级压缩机，以实现对混合气体加压升温动能的回收； (4) 从二级压缩机出来的混合气体进入换热器，在换热器内高温高压的混合气体作为 热源，与来自步骤（3)中膨胀机做功后产生的低温气体(冷源）进行热交换，此时，在热源与 冷源的温差和压差均较大的情况下，两者的热交换效率得到了显著地提高，来自膨胀机的 低温气体主要回收混合气体中气态溶剂的冷凝热能和部分混合气体的热能，进而转化成高 温回收气体；相对地，混合气体换热后转化成气液混合物(气态溶剂冷凝液化)，较大的气压 使气态溶剂的冷凝温度得到提高，进而促进了混合气体中气态溶剂的冷凝放热趋势，使气 态溶剂的冷凝换热更加充分、彻底，最终实现系统充分回收尾气中溶剂冷凝热的目的； (5) 步骤（4)产生的气液混合物接着进入气液分离器进行气液分离，气液分离产生的液 体主要成分为溶剂，可排出系统重复利用，气液分离产生的气体则通入步骤（3)的膨胀机作 为气体动力源，高温气体通过膨胀机做功将自身热能和势能转化为动能并提供给二级压缩 机，同时做功后产生的低温气体再接入换热器作为冷源，循环往复； (6) 步骤（4)产生的高温回收气体经加热至设定温度后送入烘干塔内，作为步骤（1)中 所述的气体热源，循环往复，用以加热回收气体的热源可以选用水蒸气、燃气尾气、电热器 或导热油等。
[0007] 优选地，根据混合气体分压原理，控制所述烘干塔出口处的混合气体温度高于分 压下湿物料中溶剂的饱和温度，以保证烘干塔内出来的混合气体中的溶剂被全部汽化。
[0008] 较常规的设置是，所述烘干塔配置有气固分离装置以实现上行的混合气体与固态 物料分离，分离得到的固体产品作为成品被送出烘干塔。
[0009] 上述工艺中使用的烘干塔为喷雾烘干塔或闪蒸塔。
[0010] 优选地，所述膨胀机为活塞膨胀机或透平膨胀机或轴流式膨胀机，步骤（5 )气液分 离得到的气体的压力几乎无变化，即势能仍较高，本发明选用膨胀式膨胀机的目的就是将 系统后续气液分离产生的高温高压气体的能量通过做功转化成动能回收，提高整个系统中 能量的循环使用，避免能量浪费。
[0011] 本发明具有如下特点： 1、本发明烘干工艺为热载体闭路循环系统，整个工艺密闭操作，有助于实现热能，对气 体做功动能的回收，无尾气排放，节能环保，适应性广，待干燥物料的溶剂可以为水，亦可以 是易燃易爆性溶剂。
[0012] 2、本发明烘干塔的气体热源为空气(或氮气）与溶剂蒸汽的混合气体，从烘干塔排 出的尾气为空气(或氮气）与溶剂蒸汽的混合气体，可以通过控制出塔尾气中溶剂蒸汽与空 气(或氮气）的比例来实现常压下溶剂的低温蒸发，如，通过控制烘干塔出口的温度高于塔 内分压下溶剂的饱和温度即可确保溶剂的充分汽化，而不需要对烘干塔体作特别改造，降 低了设备的投入，且溶剂的低温蒸发又能够满足热敏性物料的干燥。