基于机械蒸汽再压缩的低温干燥系统设计与性能研究

摘要

干燥是一种传统的高能耗工艺，目前，市场上主流的热空气干燥以及真空干燥都存在热效率低下的问题，尤其是热敏性物料，温度过高会导致物料产生热解、燃烧等现象。所以随着世界能源危机问题的日益显著，设计开发新型低能耗的低温干燥系统迫在眉睫。
　　本文以机械蒸汽再压缩（MVR）技术为背景，设计出了两种低温干燥系统，并且运用ASPEN PLUS软件对设计方案进行了工艺流程模拟。计算结果表明，经夹点技术优化的基于机械蒸汽再压缩技术的低温干燥系统能耗为19.57kW，仅为常规低温干燥系统的7.7％，而带空气循环的MVR低温干燥系统的能耗最低为18.55kW，为常规低温干燥系统的7.3%。但带空气循环的MVR低温干燥系统复杂程度高于MVR低温干燥系统。
　　通过对基于机械蒸汽再压缩技术的低温干燥系统和带空气循环的MVR低温干燥系统的热经济性分析发现两者都在△Tmin=1520时，系统总费用最低，为系统最低温差△Tmin最佳设计区间，为以后低温干燥系统△Tmin值设计提供经验值。此外，针对带空气循环的MVR低温干燥系统中空气循环分析发现，当空气流量为1300kg/h时，系统总能耗最小。此后，系统能耗逐渐增加。与此同时，随着风机压比逐渐增大，系统总能耗先逐渐减小后又逐渐增大，故系统风机压比也存在一个极值，此点系统总能耗最小。经计算得风机压比接近2.0时系统总能耗最小。
　　另外，通过对两套设计方案的比较，结果发现，随着蒸发温度的不断升高，两种系统的总能耗也随之增大，而且MVR低温干燥系统的总能耗总是大于带空气循环的MVR低温干燥系统的总能耗。MVR低温干燥系统蒸汽压缩机压比在2.6时总能耗达到最小，而带空气循环的MVR低温干燥系统在压缩机压比为2.0时，系统总能耗达到最小。还分析了两种系统在不同最低温差下的节能比以及费用比，发现最低温差△Tmin<20时带空气循环的MVR低温干燥系统的节能性高于MVR低温干燥系统。
　　建立系统各个主要部件的火用模型，展开对系统的火用分析，分析出系统的主要损失部件，研究了不同蒸发温度与最低温差对系统火用效率的影响。分析结果显示，加热器、干燥器和蒸汽压缩机的火用损失最大，占MVR低温干燥系统总火用损94.6%和带空气循环的MVR低温干燥系统74.8%。随着蒸发温度的升高，系统火用效率越低；MVR低温干燥系统和带空气循环的MVR低温干燥系统火用效率也随着最低温差的增大而减小。
　　最后，本文介绍了火积理论原理，对其优化原则进行了简化，并建立了系统火积耗散模型，分析结果显示，干燥器占系统火积耗散最大。降低系统最低温差以及增加产品最终含水率可降低系统火积耗散。

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注释表

第一章 绪 论

1.1研究目的及意义

1.2 课题来源

1.3 干燥简介

1.4 国内外研究现状

1.5 本文研究内容

第二章 基于机械蒸汽再压缩的低温干燥系统设计

2.1 机械蒸汽再压缩低温干燥系统

2.2 带空气循环的MVR低温干燥系统

2.3 本章小结

第三章 不同干燥系统综合性能分析比较

3.1 系统性能评价指标

3.2 基于机械蒸汽再压缩技术的低温干燥系统性能分析

3.3 带空气循环的MVR低温干燥系统性能分析

3.4 两种设计方案性能比较

3.5 本章小结

第四章 干燥系统火用分析

4.1 火用分析基本概况

4.2 火用的基本原理

4.3 干燥系统火用模型建立

4.4 干燥系统火用结果分析

4.5 本章小结

第五章 系统火积理论的研究与应用

5.1 火积理论研究概况

5.2 火积理论简介

5.3 计算结果与分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

总结

展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的成果