[发明专利]一种机械蒸汽再压缩低温空气干燥装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械蒸汽再压缩低温空气干燥装置及方法，属于节能领域。

背景技术

低温空气干燥是当前应用最广的干燥技术之一，如常见的食品、饮品、医药品、茶草和衣物等的干燥或烘干。对以上这些物料的低温空气干燥，与一般干燥工艺要求不同，较高或者较低的干燥温度可能引起物料变性，物料对工艺操作温度要求较为严格。目前主要是通过高品位化石燃料在适量空气中燃烧，利用高品位高温燃气与过量常压空气掺混降温或者直接电加热预热常压非饱和空气，提高空气的吸湿能力，再将待干燥物料置于具有吸湿能力的空气中，在饱和蒸汽压力差的驱动下，待干燥物料中水分蒸发扩散至非饱和空气中，空气的绝对含湿量升高，然后直接排出外界环境，或者对其利用环境介质冷却，降低空气的绝对含湿量后再循环利用，从而实现对物料的低温干燥或烘干。通过降低化石燃料燃烧后高品位热能或者直接电加热实现对物料的低温空气干燥，一方面存在着大量有用能的损失，另一方面对吸收物料蒸发水分后的高湿空气采用环境介质冷却，又存在着大量低品位热能损失。此外，如果外界空气的湿度较大，待干燥空气与外界空气的蒸汽压力差小，物料中水分的蒸发速率不高，采用此方法的效果更差。

为便于操作，低温空气干燥一般采用常压工艺流程。但是在常压条件下，空气中水蒸气的饱和含量随温度降低下降明显，只能通过提高操作温度增加空气的可吸湿量，来提高物料的蒸发速率和整体的干燥速率。而热敏性物料受到干燥温度的严格要求，采用常压低温空气干燥存在干燥速率低或者空气循环量巨大的问题。

对低温空气干燥工艺分析可以看到，物料干燥速率主要受到两个步骤的影响：一是待干燥物料中水分蒸发扩散至近饱和空气，二是吸收了物料蒸发水分的近饱和空气的降湿。

为了有效改善直接式低温空气干燥工艺存在的能耗高、干燥速率低等不足，有必要对以上两步骤的速率进行改进。有研究者提出了提高第二步骤速率的热泵工艺，通过选择适当工质，利用闭式热泵循环可实现对热敏物料的常压低温空气烘干，由于热泵循环能够对干燥物料后的近饱和湿空气冷却过程中的显热进行回收，因此，与常规常压直接式低温空气干燥工艺相比，其能耗较低。但在常压低温条件下，待干燥物料中水分蒸发扩散至近饱和空气速率极低。因为物料干燥速率第一步骤，即待干燥物料中水分蒸发扩散至近饱和空气的过程，是影响物料整体干燥速率的关键。因此采用常压闭式热泵工艺对物料的干燥速率影响较小。综上可见，有必要考虑综合改进两步骤的干燥速率，开发能耗低、干燥温度范围较广以及干燥温度、干燥速率可调的低温空气干燥装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能源利用率高的低温空气干燥装置及方法。

一种机械蒸汽再压缩低温空气干燥装置及方法，其特征在于：包括物料干燥筒、压缩机、电动机、膨胀机、空气预热器、气液分离器和排水泵;空气预热器嵌入在物料干燥筒内;物料干燥筒的出口与压缩机的入口相连，压缩机的出口与空气预热器的流体入口相连，空气预热器的流体出口与气液分离器的入口相连，气液分离器的液相出口与排水泵相连，气液分离器的气相出口与膨胀机的入口相连，干燥筒的入口同时与膨胀机的出口以及物料筒出口相连;驱动电机与压缩机和膨胀机转子相连。

该机械蒸汽再压缩低温空气干燥装置的膨胀机与压缩机和电机同轴布置。采用膨胀机的好处有两方面：湿空气在膨胀机中焓降增加，有利于提高膨胀机出口湿空气的液相成分比例，从而提高干燥速率；而膨胀机与压缩机同轴可回收部分膨胀功，从而可以降低压缩机的电耗，降低整个干燥系统的能耗。

该装置的压缩机为往复活塞式、罗茨式、螺杆式或者涡旋式等低转速、低压比湿空气干密封压缩机。压缩机一方面为该系统提供动力源，使得干燥循环顺利进行；另一方面压缩机压缩湿空气，提高湿空气的焓值，增加湿空气的吸湿能力。在低速、低压比条件下，低转速的往复活塞式压缩机生产技术比较成熟，用材一般、制造比较方便，具有可靠性高，工作范围广等优点。压缩机采用干密封的主要作用是可避免常规压缩机润滑油泄漏可能引起对待干燥物料的二次污染。

该装置的干燥筒可采用抖动滚筒式，潮湿物料在一定转动频率和抖动频率的滚动内发生翻转，有利于实现物料的均匀干燥或者烘干。

该空气压缩低温干燥装置的管道设计，需要满足湿空气经过压缩机压缩的要求。由于该低温干燥工艺在高压工作条件下更具热力性能优势且结构紧凑，其管道设计不能采用常压工艺现有常压工艺所使用的软橡胶管或者塑料管，需要采用硬质材料的耐压管设计，以防止在高压或者真空条件下软管爆破或者堵塞流动。