干燥机组高温高湿地区节能除湿方案

2021-11-19张广翌于思圆

大豆科技 2021年4期

张广翌，于思圆

（黑龙江立高科技股份有限公司，哈尔滨 150000）

干燥机组在中国食品粉体生产中应用较为普遍。南方地区多为高温高湿环境，取风含湿量大，易造成以下问题：首先，常规设计需加大塔体、风机及附属设备，造成设备投资、土建投入、运行成本均升高[1]；其次，粉体易在捕粉设备、固定流化床等位置吸潮粘挂。振动流化床对粉体有冷却作用，如风温过低会有水分析出，造成粉体吸潮，如风温较高无法使出粉温度达到要求，导致产品包装后粉体的玻璃化转化[2]，粉体结块无法恢复。

因地制宜的除湿方案可以减小塔体、风机及附属设备，降低设备投资、土建投入、运行成本。达到粉体含水率要求的同时，防止粉体吸潮结块，并降低出粉温度，避免粉体的玻璃化转化，保障产品质量。

以下是从实验、工艺、设备三个方面论述粉体吸潮的原因、解决的方案以及如何实现经济、节能的同时满足生产需求，达到出粉标准。

1 粉体的吸潮实验

粉体含水率为产品质量的重要指标，将影响粉体颗粒状态、粉体冲调、粉体储存和产品收益等。通过测定不同温、湿度条件下，粉体的吸湿情况，测定粉体含水率的变化趋势，为工艺设计提供理论支持。

实验设备：恒温恒湿箱、快速水分测定仪、培养皿、计时器。

实验样品：本次实验样品为乳粉，样品普遍存在，实践经验充足。

实验方法：根据阶段不同，将恒温恒湿箱设定不同温、湿度，取6个大小相同的培养皿，每个培养皿中加入10g乳粉，同时放入培养箱内，每间隔5min拿出一个培养皿，用快速水分测定仪测定粉体含水率，并对数据进行整理和分析。

（1）设定恒温恒湿箱参数为45℃、30%相对湿度、18.3g（水）/kg（气）含湿量。

图1为乳粉含水率的变化曲线图，粉体含水率在5min内有明显升高，并且达到峰值，此后含水率不再继续升高。

图1 乳粉含水率的变化曲线图

（2）设定恒温恒湿箱参数为20℃、50%相对湿度、7.3g（水）/kg（气）含湿量。

图2为，乳粉含水率的变化曲线图，在整体实验过程中粉体含水率持续升高，无稳定趋势。

图2 乳粉含水率的变化曲线图

实验结论：上述为部分实验数据，经多次试验证明：当相对湿度在45%以上时，即使含湿量较低，粉体吸湿量也上升，所以防止粉体吸潮结块的有效方法是降低空气的相对湿度。

2 高温高湿地区干燥机组工艺参数

经上述实验得出，空气即使含湿量较低，但如果相对湿度较高时，将同样造成粉体吸湿量较大，吸潮结块。因此解决干燥机组粉体吸潮的方法为降低空气相对湿度。

空气相对湿度受温度和含湿量两方面影响[3]。生产参数（空气温度）的可调范围有限，因此降低空气含湿量为主要解决方案[4-5]。干燥系统中空气的含湿量由两部分组成，进风中的水和蒸发的水。为保证产能，蒸发的水量无法减少，只能通过降低进风中的水来防止粉体吸潮。

干燥系统中的进风可分为三部分：高温风（主进风，170～190℃）、中温风（固床风，60～70℃）、低温风（振动流化床风，20～30℃）。按上述解决方案，应对高、中、低温风进行除湿。为节能考虑高、中、低温风除湿也分为三个等级。

除湿三个等级分别为半除湿、表冷除湿、转轮除湿。

干燥机组主进风为高温风，温度在170～190℃之间，同时排风在75～93℃之间，在相同含湿量的空气中较高的温度可以维持较低的相对湿度，经过计算，引入一种方法叫做半除湿，半除湿一般将风温降低至18～23℃，空气含湿量降低至13～18g（水）/kg（气），主进风风量较大，如果采用常规表冷除湿冰水耗量较大，采用此办法节约更多冰水耗量。

常规表冷除湿采用冰水对风进行降温，一般采用0～2℃冰水进，5～7℃冰水回，将风降温至10～14℃，空气含湿量降低至8～10g（水）/kg（气）。表冷除湿主要用于固定床用风除湿。现干燥机组固定床主要用途并非干燥粉体，而是向干燥塔锥体底部进行补风，防止此处温度降低，水汽沉积，塔壁粘挂粉体，或粉体在此位置吸潮，堵塞固定床鳃板。因此固定床用风需较干燥塔主进风干燥。

转轮除湿是通过干燥剂的吸湿和烘干完成空气除湿，一般转轮除湿设备可将风中含湿量控制在<5g（水）/kg（气）。转轮除湿用于振动流化床进风除湿，振动流化床风温需在20～50℃范围内，阶梯式对粉体进行降温，将粉体降温至28～32℃的安全范围内，如包装时粉温过高，易出现不可逆的粉体的玻璃化转化。

3 高温高湿地区干燥机组设备匹配

食品粉生产企业对干燥机组的要求是好用，耐用。而作为干燥机组的设计者，团队的原则不仅仅是好用、耐用，更要追求最终产品（粉体）的质量，粉体冲调下沉速度是否满足要求，粉体是否全部溶解，粉体颗粒是否有毛细结构等。满足以上需求后，应对干燥机组设备进行完美的匹配。既要满足设计工艺参数，又要节能降耗。

高温高湿地区除湿需要三个等级，两种除湿原理，半除湿和表冷除湿均为降温除湿法。主进风和固定床进风加装冰水换热器，换热器为抽屉式，便于维护和更换。换热器需加装压差式排水装置，排出除湿水的同时，保证洁净风不外露。转轮除湿为吸收烘干法。振动流化床进风加装转轮除湿机。根据运行参数，精确匹配除湿方法更好的为企业节省能耗。

以蒸发量1000kg/h干燥塔为例，使用冷量相同的冷媒（冰水），常规除湿方案需153t/h，而半除湿仅需要97t/h，按工业用电0.85元/度计算，每小时节约276元[6]。