食盐的干燥

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进入干燥器的食盐、水分越低越好，一般要求含水量不大于3%。

国内中等以上规模盐厂，多采用直接方式干燥，即用热源(蒸汽或烟气)加热空气，热空气直接与湿盐接触传热，使食盐中水分蒸发，达到干燥的目的；也有使用可燃气体(如天然气)燃烧后进入干燥器。用“燃气”直接接触食盐，进行干燥。此外，小盐厂还使用传统的自然干燥和炕锅干燥。

(一)湿空气的I－x图(图3－4－78)

在干燥过程中，湿空气的变化主要反映在热焓量I和湿含量x两个参数上。I－x图是以湿空气中含有1kg干空气为基准，它绘制在两轴间夹角为135°的斜角坐标系上。纵坐标为含有1kg干空气的湿空气的热焓量(kca1)，即1kca1／kg干空气；横坐标为含有1kg干空气的湿空气的湿含量(kg)，即xkg／kg干空气。湿空气的其他参数如温度t，相对温度Φ和水蒸汽分压力P水蒸汽等也示于同一坐标系上。此图是在大气压力101·32kPa下绘制的，用于湿盐干燥过程的湿空气的总压力都接近于此值，应用此图计算可以满足工程计算上要求的精确度。

Ⅰ－x图上共有5种线

(1)等湿含量线(简称等x线) 湿含量的刻度本应标在与纵轴呈135°倾角的横坐标上，但为了绘制和使用方便，特将湿含量的刻度投影到辅助的水平轴上，就成了辅助x轴。凡垂直于辅助x轴或平行于纵轴的直线都是等湿含量线(x=常数)，即是说在线上空气所有状态点的湿含量都相等。

(2)等热焓量线(简称等Ⅰ线) 凡平行于横轴(不是辅助x轴)所引的直线即为等热焓量线(Ⅰ=常数)。每条线上空气所有状态点的热焓量均相等。

(3)等温线(简称等t线)即t=常数的直线。在图上由于设有温度坐标，故不能象等x线、等I线那样很方便地绘出，只能借助于x线与I线来绘。根据热焓量方程I=(0．24+0．46x)t+595x，经整理后变成I=0．24t+(595+0．46t)x。从方程式可看出，当温度t不变时(t=常数)，I与x成直线关系。设一个x值，可求出相应的Ⅰ值，如此可得出许多由不同的x与I所构成的交点，连接这些交点的直线就是等温线。作出一条等温线后，然后再假定一个温度，按同样方法可作出第二条等温线。各种不同温度的等温线与辅助x轴成倾斜。其倾斜率为(595+0．46t)，故温度越高，其斜率也愈大，因此等温线并不互相平行。

(4)等相对湿度线(简称等Φ线) 此线的作法与等温线的作法类似。

根据湿含量方程：

在该方程中因Φ为已知的常数，例如当Φ=1时，假定一个温度t，查饱和水蒸汽表可得到P′_水蒸汽，按上式求出x，由t值和x值可在I－x图上确定一点，该点在Φ=1的相对温度线上，在I－x图上把由不同的t值和x值(当Φ=1时)所确定的点联结起来，则得到Φ=1的相对湿度曲线。其他等Φ线依此类推。

Φ=1的曲线表示在某一定温度下空气完全被水蒸汽所饱和。在此饱和线以上，为不饱和的湿空气区域，在此饱和线以下则为水蒸汽部分地自空气中冷凝析出的区域。

(5)水蒸汽分压线 水蒸汽分压值绘于I－x图之右纵坐标上，其单位为mmHg。水蒸汽分压与湿含量和总压强的关系式如下：

水蒸汽分压线即根据上述方程式绘出。设一个x值，相应求出一个P′_水蒸汽。连续假设就可得到许多不同的x值与P′_水蒸汽值所构成的交点，连接这些交点得到一条通过坐标原点的曲线，即水蒸汽分压线。

由公式可看出，当总压强P不变时，空气中水蒸汽分压强P′_水蒸汽仅取决于x，即对于同一的湿含量x而言，蒸汽的分压为一常数，与空气的温度及相对湿度无关。图中，水蒸汽的分压由等x线与分压曲线的交点求得。

(二)Ⅰ－x图的用法

I－x图上的任何一点，都可以用来确定湿空气的性质，如温度、湿含量、相对湿度、热焓量及蒸汽分压等。

只要知道空气的任意两个参数，在图上把交点找出后，其余参数均可以从图查出。

下面试举几种情况，说明I－x图的用法。

(1)已知干、湿球温度，求空气的湿含量 湿球温度t_m(这里可视做绝热饱和温度)的等温线与Φ=1的等Φ线交于A点，沿过A点的等I线上升与干球温度t的等温线交于A′点(由A′至A的过程可视作绝热饱和过程)，A点即为已知空气的状态点。过A′点的等x线与辅助x轴相交于x₀点，此交点即为空气的湿含量，见图3－4－83。

图3－4－83 I－x图用法之一

(2)已知干球温度、露点，求空气的湿含量及热焓量 取其温度为t露的等温线与Φ=1的等Φ线交于B点(即该空气冷却到露点温度时的状态点)，沿B点的等x线垂直向上与干球温度t的等温线交于B′点，则B′点即为所求的空气状态点。过B′点的等x线与辅助x轴的交点即为空气的湿含量；过B′点的等I线与轴的交点即为空气的热焓量(见图3－4－84)。

图3－4－84 I－x图用法之二

(3)已知空气的干球温度和湿含量，求其湿球温度及露点 干球温度为t的等温线和湿含量为x₀的等x线的交点C即为空气的状态点。由C点沿等x线与Φ=1的等Φ线相交于C′点，过C′点的等温线所示的温度即为露点t_露；过C点的等Ⅰ线与Φ=1的等Φ线交于C″点，过C″点的等温线所示的温度即为该空气的湿球温度tm见图3－4－85。

图3－4－85 I－x图用法之三

(4)已知空气的干球温度和相对湿度，求空气的蒸汽分压和饱和蒸汽分压。过干燥温度为t的等温线和相对湿度为Φ的等Φ线相交于A点，A点即为所求空气的状态点。通过A点的等x线与蒸汽分压线相交，然后再沿此交点作水平线，与右端的纵坐标相交，交点即是空气的蒸汽分压P_水蒸汽。通过A点的等温线与Φ=1的等Φ线相交于B点，由交点B沿着等x线与蒸汽分压线相交。然后再沿此交点做水平线与右端纵坐标相交，交点即为空气的饱和蒸汽分压P′_水蒸汽，见图3－4－86。

图3－4－86 I－x图用法之四

(三)精盐沸腾干燥计算实例

计算基础：

(1)计算条件

被干燥物料 精盐

生产能力 G₀=9(t／h)

干燥前水分 W₁=3%(湿基)

干燥后水分 W₂=0．1%(湿基)

(2)物料性能

干盐比热 C_s=0．92(kJ／kg·℃)

虚比重 P_b=1000(kg／m³)

真比重 P_s=2100(kg／m³)

粒度分布：见表3－4－98。

表3－4－98 粒度分布

(3)空气状态

进入空气预热器的月平均最低气温 －1．5℃

进入空气预热器的绝对湿度最高月之温度 25℃

进入空气预热器绝对湿度最高月之相对湿度 84．5%

离开空气预热器时之温度 t₂=120℃

(4)沸腾床空床速度 根据某厂实验结果，空床速度ω=1．2m／s的情况下，可以得到良好的流化层。

计算：

(1)实际热容量系数αα_c的计算

①以50%积算重量计算的物料之当量直径d_p以上述筛分数据作图，得出50%积算重量的当量直径d_P=0．35mm。

②120℃热空气的各种参数

动力粘度 u_g=2．33×10^－5Pa·s

式中 x为Φ=84．5%、t=25℃时之湿含量，x=0．0167

kg／kg干空气。t=120℃

导热系数 =0．12〔kJ／(m·h·℃)〕

③流化雷诺数Re计算

④努歇特准数Nu计算

Nu=4×10^－3(Re)^1．5=4×10^－3×15．8^1．5=0．248

⑤给热系统α计算

⑥固定床每米³容积比表面积α计算

⑦理论热容量系数αα₀计算

αα_c=85．4×8170=697718〔kJ／(m³·h·℃)〕

⑧实际热容量系数αα_e计算

根据图3－4－87。

图3－4－87 αα的修正曲线

当d_p=0．35mm时，αα_e／αα_c=0．25

∴αα_e=697718×0．25=174430〔kJ／(m³·h·℃)〕

(2)成品温度θ₂及干燥必须热量q之计算

①成品温度θ₂计算

式中 t_w——当t₁=120℃，x₁=0．0167kg／kg于空气条件下之湿球温度，此处t_w=40℃

γ_w——在t_w温度下水的汽化潜热，此处γ_w=2399kJ／kg

F——物料最终含水量，此处F=0．001

F_c——物料临界湿含量，此处F_c=0．005

∴120－θ₂=0．89×80=71．3

θ₂=120－71．3=48．7℃

②干燥所需热量q计算

q=G₀〔(C_s+w₂)(θ₂－θ₁)+(W₁－W₂)γ_w〕

式中 G₀——干物料供给速度，此处G₀=9000kg／h

W₁——物料起始湿含量，此处W_d=0．03

W₂——物料最终湿含量，此处W₂=0．001

θ₁——物料进口温度，此处θ₁=30℃

C_s——物料比热，此处C_a=0．92kJ／(kg·℃)

∴q=9000〔(0．92+0．001)(48．7－30)+(0．03－0．001)×2399〕

=803866kJ／h

(3)流化床所需底面积A计算

式中L₀——热空气重量速度

此处L₀=1．2×3600×0．876=3780〔kg／(m²·h)〕

C_H——空气比热，此处C_H=1．0kJ／(kg·℃)

Z——静止时物料层高度，此处取Z=0．15m

(⊿t)_cm——物料与空气之对数平均温差

∴A=2．97(m²)

一般床底面积应有20～30%的富裕。

取A=3．9m²

(4)物料出口处的埝板高度H计算

①颗粒临界流化速度w_mf计算

式中γ_s——物料重度，此处γ_s==2100kg／m³

γ——空气重度，此处γ=0．876kg／m³

μ_g——空气动力粘度，此处μ_g=2．33×10^－5kg／(m·s)

因Re_mf＜10，故不需修正w_mf

∴w_mf=0．159m／s

②颗粒极限速度w_t计算

假定沉降在过度流区域并且Re假定=40

验算Re值：

因假定的Re值与验算的Re值比较接近

所以极限速度w_t=2．35m／s

③极限速度w_t时之雷诺数Re_t如上计算，Re_t=31。

④床层膨胀比N_U

∴N_U=5．52(w－w_mf)+1

=5．52(1．2－0．159)+1

=5．52×1．041+1=6．75

⑤物料出口处埝板高度H计算

式中 Z₀——相当溢流埝高度时流化床之固定床高

G′——物料供给速度

4．93×10^－1=H－3．4×10^－2In5H

∴H≈0．5m(实际取H=0．4m)

(5)流化床层压损⊿P计算

⊿P=P_b·Z=1000×0．15=150(mmH₂O)=1500Pa

(6)空气分布板选择

选用风帽布风，风帽间装卵石，高度和风帽上顶平，风帽开孔率40%左右。

(7)辅助设备的计算与选择

①鼓风机

风量L=A·w·3600=3．9×1．2×3600=17000(m³／h)

风压可根据散热器阻力损失、空气分布板阻力损失、流化床层阻力损失、风道阻方损失等，取H=5000Pa。

根据风量、风压，可从风机产品样本选取离心通风机型号为：9－27－101№10D－3^#。风量Q=16550m³／h，风压H=6350Pa，功率55kW。

②散热器

概述：各型散热器(又称散热排管)广泛应用在热媒为蒸汽或热水的采暖系统中，用以热风采暖、空气调节系统及干燥装置的空气加热等。

根据结构材料的不同，有铜管铜片、铜管钢片、钢管铝片、铝管铝片等种类。

由于各制造厂生产工艺的不同，又有绕螺旋翅片、厚壁铝管挤片，螺旋槽中镶片等类型。

鉴于我国有色金属，尤其是紫铜要用于重要产品上，不能满足散热排管生产的需要，建议选用时优先考虑钢管钢片类。精盐干燥所用散热器一般多为钢管钢片的SRZ型。

SRZ型散热器主要由顺空气流向的三排交叉排列的螺旋翅片管束组成。根据其放热能力大小，分为大(D)、中(Z)、小(X)3种类型，其散热翅片片距分别为5、6、8mm共38种规格。当用蒸汽为热媒时，蒸汽的工作压力为0．6MPa绝压左右。

SRZ型散热器热媒为蒸汽时，在不同空气质量流速U_t下，散热器的传热系数K值列于表3－4－99，空气通过阻力h列于表3－4－100。

表3－4－99 热媒为蒸汽时，在不同空气质量流速U_t下的热风片传热系数K值

表3－4－100 在不同空气重量流速U_t下空气通过阻力h

注：上述表格内、SRZ型号里的5∶6∶7∶10是表示SRZ型规格尺寸的净宽系列。

散热器计算：

已知条件：散热器传热量Q=223296W

蒸汽工作压力=0．4MPa(绝压)

计算：

SRZ型散热器散热量按下式计算。

Q=KF(t′_cP－t_cP)(W)

式中 t′_cP——热媒的平均温度，此处当P=0．4MPa时，t′_cP=142℃

t_cr——空气的平均温度，此处t_cr==75(℃)

K——传热系数〔W／(m²·℃)〕

K值的选取：当空气流量为17000m³／h，温度30℃时，其相对密度为1．1kg／m²。则空气重量流量==5．2(kg／s)。当选用SRZ－20×10D型时，其通风净截面积为1．226m²，则空气重量流速U_t==4．1〔kg／(m²·s)〕，查表3－4－99，得K=26．98W／(m²·℃)

Q——散热量，Q=223296(W)

考虑到在生产过程中翅片管因附着灰尘而使传热系数下降50%，故散热面积应增加一倍。即124×2=248m²。

选SRZ－20×10D散热器4片，每片散热面积为81．27m²，则总的散热面积F=81．27×4=325m²，可满足要求。

③旋片分离器 在气体净制工作中，旋片分离器用来分离比较粗的粉尘。制盐工业中旋片分离器多用在精盐干燥后废气中所含盐粉尘的回收，一般采用CLT型。其作用是回收盐粉，提高收得率，并净化空气，减少污染。

CLT型除尘器为立式气旋型离心式除尘器，用来清除含水分不超过4%的非纤维灰尘，其开始浓度(进口空气含尘量)不应大于1．5g／m³。若作为初级除尘(即其后还有一级除尘器)时，开始浓度不应大于30g／m³。除尘效率为70～95%。

CLT型除尘器根据在通风系统中的安装位置不同，分为两种。Y型为压入式(即除尘器安装在通风机之后)，X型为吸出式(即除尘器安装在通风机之前)。

设备选择可根据干燥物料平衡所得的风量、风速，从《采暖通风设计手册》等有关手册选取。

④湿式除尘器 精盐干燥的废气二级除尘一般采用CLS型水膜除尘器，该设备适用于物质比重较大的灰尘，含尘量不应超过1．5g／m³，否则应在其前增加一级除尘器，以降至规定的含尘浓度。

灰尘进入除尘器后，受离心力作用而分离，并被器壁的水膜所吸附，而随水冲刷至底部，经排尘口排出。喷水前水压应不小于0．03MPa，入口风速为：17～23m／s。

另外，该设备也分为压入式(Y型)和吸出式(X型)两种结构型式。

CLS型除尘器可根据风量、风速由样本选取。

其次，在粉盐回收中，也有的采用其他非标准的湿式回收设备，如湿式挡板除尘器等，可根据需要自行加工制造。

⑤引风机

风量：考虑到干燥器在略呈负压状态下操作，进出料口等处将会有空气泄漏进来，故引风量可按操作温度下鼓入风量的1．1～1．2倍考虑。

风压：风压为旋片分离器、湿式除尘器及风道等的阻力损失之和。

根据风量、风压由风机产品样本选取引风机。

图3－4－88为脱水，干燥流程图，图3－4－89为沸腾干燥器结构图。

图3－4－88 脱水、干燥流程图

1－盐浆旋流器 2－盐浆高位槽 3－离心机 4－母液桶 5－母液泵 6－湿盐皮带机 7－沸腾干燥器 8－鼓风机 9－空气预热器 10－干盐皮带机 11－湿式除尘器 12－惯性分离器 13－抽风机 14－石膏液搅拌桶 15－洗水贮桶 16－洗水泵 17－石膏浆泵

图3－4－89 沸腾干燥器结构图

1－视孔 2－顶盖 3－器体Ⅰ 4－人孔 5－器体Ⅱ 6－溢流堰板 7－视镜 8－卵石(15～30mm) 9－分布板 10－器体Ⅱ A进风口 B出风口 C进料口 D出料口 E人孔 F视镜 G排水口 H布料风口