高塔噴霧洗衣粉生產(chǎn)工藝的節(jié)能設(shè)計(jì)

謝紹偉

摘 ?????要： 高塔噴霧工藝是目前生產(chǎn)普通洗衣粉的主要技術(shù)，雖然經(jīng)過優(yōu)化和改進(jìn)，但依然存在能耗高的問題。從工藝流程出發(fā)，采用“精益生產(chǎn)”的思路，提出將生產(chǎn)工藝劃分為四個階段，就不同階段提出解決方法，即采用密相輸送技術(shù)進(jìn)料以減少粉塵， 提高進(jìn)料濃度以減少物料的水分，提高塔進(jìn)口溫度以提高干燥效率，采用新式熱風(fēng)爐以提高熱風(fēng)效率，采用多噴槍和合理調(diào)整噴槍高度以提高單塔產(chǎn)量，回收尾氣以減少熱量損失等。最后就日化行業(yè)的技術(shù)革新提出幾點(diǎn)建議：加快開發(fā)新的配方、改進(jìn)噴粉工藝、改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備。對實(shí)際生產(chǎn)具有一定意義。

關(guān) ?鍵 ?詞：洗衣粉;高塔噴霧;生產(chǎn)工藝;節(jié)能

中圖分類號：TQ 644 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）02-0388-04

Abstract： ?Tower spray process is a main technique in the production of ordinary washing powder， although it has the problem of high energy consumption after optimization and improvement. In this article， the production process of ordinary washing powder was divided into four stages， the solution for different stages was put forward， such as using the dense phase conveying technology to reduce dust， increasing feed concentration to reduce the moisture of the material， enhancing the inlet temperature in order to improve the efficiency of drying tower， adopting the new hot blast stove to improve the efficiency of hot air， using multiple gun and reasonably adjusting gun height to improve the single pylon production， recycling exhaust gas to reduce heat loss and so on. Finally， some suggestions on daily chemical industry technical innovation were put forward， such as speeding up the development of new formulations， improving the powder spraying process， improving production equipments， and so on.

Key words： ?washing powder; high tower spray; production process; energy saving

我國日化行業(yè)起步于20世紀(jì)中葉，由于當(dāng)時的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不高，生產(chǎn)工藝和設(shè)備主要是從國外引進(jìn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自主創(chuàng)新。當(dāng)前洗滌用品粉劑類產(chǎn)品的成型工藝主要有四種：噴霧干燥法、附聚成型法、干混法和濕法造粒流化床干燥法[1]。國內(nèi)產(chǎn)品以普通型產(chǎn)品為主要產(chǎn)品，高塔噴霧干燥工藝為主要生產(chǎn)工藝。噴霧干燥的概念首次出現(xiàn)于1865年，由C. A. La Mont提出，經(jīng)過140多年的研究，開發(fā)出了不同的噴霧干燥技術(shù)，特別是目前的逆流干燥系統(tǒng)，不僅用于果汁、牛奶等的干燥，在1985年之后還用于洗滌劑的生產(chǎn)。逆流噴霧干燥機(jī)提供了更高的吞吐量和熱效率，減少了灰塵，控制了產(chǎn)品的容重密度，多級霧化，降低了生產(chǎn)成本。雖然有諸多好處，但是干燥時能耗高。在洗滌劑行業(yè)里，各個生產(chǎn)商生產(chǎn)的集中度高，洗滌用品各個產(chǎn)品主要競爭者之間的生產(chǎn)規(guī)模比較大，各個企業(yè)都面臨著激烈的競爭和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。技術(shù)創(chuàng)新比較緩慢，走技術(shù)創(chuàng)新的路子對于日用消費(fèi)品行業(yè)的企業(yè)來說不能立竿見影，因此，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行節(jié)能改進(jìn)就成為了企業(yè)家的首選，節(jié)能設(shè)計(jì)既滿足企業(yè)降低生產(chǎn)成本的要求，也符合環(huán)保理念和生態(tài)建設(shè)的需求。

1 ?工藝流程

高塔噴霧洗衣粉生產(chǎn)工藝流程主要有：物流輸送與儲備單元、前配料單元、物料制備與輸送單元、噴霧干燥單元、后配料單元、成品輸送包裝與儲運(yùn)單元、尾氣凈化及除塵單元[2]。此工藝的核心就是噴霧干燥。噴霧干燥以制備、均勻化、霧化、分散和脫水為基礎(chǔ)。噴霧干燥的作用主要是為了干燥料漿，除去料漿中的水分，同時對產(chǎn)品顆粒的進(jìn)行定型。截至目前，高塔噴霧工藝技術(shù)仍是洗衣粉生產(chǎn)的主要工藝之一，自動化水平和噴霧能力有了較大地提高，能源消耗也得到了部分有效的控制。具體生產(chǎn)流程見圖1。

2 ?存在問題

在高塔噴霧生產(chǎn)工藝中，核心設(shè)備是噴霧干燥塔（圖2）。

噴霧干燥塔是用來產(chǎn)生粉末的。用干燥的熱空氣，將料漿中的水分蒸發(fā)。當(dāng)液滴或微粒與熱風(fēng)接觸時，由于噴霧注射的原因，它們可能會粘在一起，出現(xiàn)團(tuán)聚，影響干燥的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。干燥采用逆流接觸，熱風(fēng)逆向流動導(dǎo)致結(jié)塊和壁沉積，使得粉末停滯不前，成倍增加。干燥主要以來于熱風(fēng)系統(tǒng)提供的熱量，需要大量的熱才能夠?qū)⒘蠞{干燥，同時還要使產(chǎn)品定型。熱量消耗大，熱量交換的同時會出現(xiàn)熱量流失。工藝流程長、設(shè)備龐雜和工序繁多造成資源浪費(fèi)。固體物料存在被反復(fù)加工的過程。 間歇式生產(chǎn)使得系統(tǒng)要不斷清理，設(shè)備的降溫升溫造成能源浪費(fèi)。同時尾氣、粉塵等也對生產(chǎn)造成了影響。

3 ?改進(jìn)方法

精益生產(chǎn)（Lean Production，簡稱LP）是美國麻省理工學(xué)院數(shù)位國際汽車計(jì)劃組織（IMVP）的專家對日本“豐田JIT（Just In Time）生產(chǎn)方式”的贊譽(yù)之稱。精益生產(chǎn)是一種以最大限度地減少企業(yè)生產(chǎn)所占用的資源和降低企業(yè)管理和運(yùn)營成本為主要目標(biāo)的生產(chǎn)方式[3]。精益生產(chǎn)的目的是消除一切浪費(fèi)，追求精益求精。將精益生產(chǎn)的理念應(yīng)用到高塔噴霧洗衣粉生產(chǎn)工藝的節(jié)能設(shè)計(jì)，可以全面分析生產(chǎn)過程存在的資源浪費(fèi)的情況。以整個生產(chǎn)工藝為研究對象，將生產(chǎn)工藝劃分為四個階段：原料儲運(yùn)與輸送階段、混合制漿階段、噴霧干燥階段、后處理階段。具體提出以下改進(jìn)方法。

3.1 ?原料儲運(yùn)與輸送階段

采用密相輸送技術(shù)進(jìn)料。密相輸送技術(shù)是利用管道可以通過壓縮空氣的把低處的物料送到遠(yuǎn)處或高處的貯槽。此方法主要是用來減少粉塵的飄散，提高生產(chǎn)效率?？梢杂迷谙匆路鄣脑系妮斔蜕?，并且安裝氣動三通閥，一根管道可以輸送多種物料。在槽罐車上安裝密相輸送裝置，就可以直接送到高處的粉倉。

3.2 ?混合制漿階段

提高進(jìn)料濃度。提高料漿濃度，是為了減少料漿中所含的水分，進(jìn)而減少干燥時間以達(dá)到節(jié)省能源的目的。通過調(diào)整原料的配比來提高料漿濃度，可以適當(dāng)增加無機(jī)鹽，使得料漿濃度提高。可以使進(jìn)料料漿的濃度從現(xiàn)有的65%提高到70%左右，同時物料還可以保持良好的流動性，減少用于干燥的熱量約15%。

3.3 ?混合制漿階段

3.3.1 ?采用直接式燃煤熱風(fēng)系統(tǒng)（圖3）

在噴霧干燥工藝中，料漿從塔頂經(jīng)噴槍霧化，熱風(fēng)從塔底進(jìn)入，二者逆流接觸，通過傳熱和傳質(zhì)將洗衣粉干燥成型[4]。用于噴霧干燥的熱風(fēng)必須滿足以下條件：高清潔、低成本、有一定的溫度和風(fēng)量。因此對熱風(fēng)爐提出了較高的要求。以前采用燃?xì)鉅t和燃油爐，現(xiàn)在燃料成本高，故可以采用直接式燃煤熱風(fēng)爐，比燃油爐和燃?xì)鉅t熱效率高，成本低。煤粉經(jīng)過磨細(xì)至20目以下，就能與空氣接觸充分，充分燃燒。燃油熱風(fēng)爐0#柴油最低消耗40 kg/t，價格約160元，直燃式燃煤熱風(fēng)爐煤耗是100 kg/t，約50元[5]。

3.3.2 ?提高熱風(fēng)進(jìn)塔溫度

提高進(jìn)熱風(fēng)進(jìn)塔溫度可以提高熱效率，但使得黃焦粉的比例增高。并且長期在高溫下，碳制鋼塔設(shè)備的壽命會大大下降。此問題通過優(yōu)化熱風(fēng)圈的截面和加大進(jìn)塔口的截面積，使得進(jìn)塔風(fēng)量穩(wěn)定，進(jìn)塔風(fēng)速降低，很好的控制進(jìn)出口風(fēng)溫。以減少高溫對塔設(shè)備的損耗。

3.3.3 ?噴霧塔采用多噴頭

采用多噴頭可以有效提高傳熱效率，獲得更好的容量比。多噴頭噴槍在結(jié)構(gòu)上優(yōu)于單噴頭噴槍，在與熱風(fēng)分布器的配合上十分切合，能夠使料漿和熱風(fēng)充分接觸。多噴頭噴槍還可以自由調(diào)整角度，霧化噴嘴的角度一般控制在90°～120°之間。同時采用這種方法在不提高塔徑的前提下，加大干燥風(fēng)量就可以提高單塔產(chǎn)量。進(jìn)而起到提高熱風(fēng)效率和操作彈性的作用。

3.4 ?后處理階段

后處理階段主要是進(jìn)行尾氣回收，尾氣經(jīng)過凈化除塵可以回到干燥系統(tǒng)作為干燥介質(zhì)。尾氣凈化采用濕法凈化，具體流程如下：

3.5 ?改進(jìn)工藝流程

通過改進(jìn)整個工藝流程，來起到節(jié)能降耗的目的。具體干燥塔設(shè)計(jì)參數(shù)可以參照CFD模型[6]。選定的過渡函數(shù)和全尺度凝聚模型?？梢杂?jì)算模擬出瞬態(tài)氣體的三維流態(tài)分布，主噴氣機(jī)的相位、振蕩和進(jìn)動，管道湍流動能的衰減。在逆流工業(yè)噴霧干燥塔的過程，顆粒聚集控制會發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，影響傳熱。在研究工業(yè)噴霧干燥塔的問題上，大部分都集中在處理控制粉末的性質(zhì)，顆粒聚集和停留時間，壁沉積和安全問題。這些都必須依賴于烘干機(jī)內(nèi)流動的復(fù)雜流體動力學(xué)。噴霧干燥塔按霧化器的結(jié)構(gòu)可分為離心式、壓力式和氣流式。下面主要列舉市場上現(xiàn)有的三種干燥機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，可以按照實(shí)際物料的需要進(jìn)行選擇（表1）。

2、與壓力式噴霧干燥相比能適應(yīng)較高黏度的料液;

3、容易控制產(chǎn)品粒度，粒度分布較窄;

4、霧化器的工作狀態(tài)不需要頻繁調(diào)節(jié);

5、可以最大限度地利用干燥室的空間。 1、霧滴與氣體的接觸方式基本屬于并流形式，分散盤不能垂直放置;

2、分散盤的加工精度要求較高，要有良好的動平衡性能，如平衡狀態(tài)不佳，主軸及

軸承容易被損壞;

3、產(chǎn)品的堆密度壓力式噴霧干燥低一些。

壓力式 良好的流動性和潤濕性，產(chǎn)品的平衡度很強(qiáng)。 1、在生產(chǎn)過程中流量無法調(diào)節(jié)。

2、壓力式噴霧干燥不適用于處理帶有纖維狀或顆粒狀物料，這些物料易堵塞霧化器

孔道。

3、不適于處理高黏度物料或有固液相分界面的懸浮液，它會造成產(chǎn)品含量的嚴(yán)重不均。

4、與其他二種型式相比，壓力式噴霧干燥的體積蒸發(fā)強(qiáng)度較低。

2、適用范圍廣;

3、氣流式噴嘴所得霧滴較細(xì);

4、容易控制成品粒度; 能源消耗較大

4 ?結(jié) 語

噴霧干燥是一種高耗能的單元操作，因此節(jié)能降耗在生產(chǎn)中至關(guān)重要。將洗衣粉生產(chǎn)工藝劃分為四個階段，能夠更加清晰的認(rèn)識到不同階段產(chǎn)生的問題，更有針對性的提出解決辦法。

通過采用密相輸送技術(shù)可以有效防止粉塵和物料的飄散;提高物料濃度可以減少蒸發(fā)的水分;提高塔進(jìn)口溫度可以提高熱分效率;采用多噴槍可以提高單塔產(chǎn)量;將尾氣回收進(jìn)行循環(huán)利用;采用成本小的燃煤熱風(fēng)爐，從長遠(yuǎn)來看可以節(jié)省燃料成本;提高配料速度，連續(xù)配料進(jìn)料。合理控制工藝溫度，減少黃焦粉和黏塔粉。為了能夠更好的進(jìn)行技術(shù)革新、控制成本和減少能耗，日化行業(yè)的企業(yè)可以從下面幾點(diǎn)考慮：

（1）加快洗衣粉的新型配方研究。

（2）改進(jìn)噴霧工藝?？紤]噴粉的壓力、噴槍的位置。

（3）考慮改進(jìn)設(shè)備。特別是噴粉塔能耗大的問題，能量回收問題以及整個生產(chǎn)工藝流程的簡化。可以考慮利用間接式熱風(fēng)爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過兩次間接換熱，給系統(tǒng)提供清潔的干燥熱風(fēng)，利用尾氣的部分循環(huán)實(shí)現(xiàn)節(jié)約燃料用量[7]。

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