纸浆模塑干燥工艺优化与过程节能研究

【摘要】：纸浆模塑作为具有广泛市场前景的绿色包装产品,干燥工艺是其产品生产过程中的高耗能环节,降低干燥工序能耗是企业节能减排、控制生产成本,使产品更具市场竞争力的有效方式。本文对纸浆模塑干燥工艺及含大量不凝气体过热干燥尾气的冷凝除湿过程进行了研究,提出了干燥-尾气冷凝除湿闭式循环系统并对其节能性进行了综合评价。通过实验研究了纸浆模塑干燥工艺及其过程动力学模型,分析了干燥速率的影响因素,建立了降速干燥模型,得到了干燥过程湿胚有效扩散系数,为纸浆模塑工业生产中干燥工艺运行参数的优化提供了依据。热风温度和流速的提高使纸浆模塑湿胚临界含水率上升,降速干燥阶段提前到来;物料干燥总时间随热风温度和流速的提高而下降,同时过热气流会使产品出现一定程度的褶皱变形;本实验条件下拟合纸浆模塑降速干燥阶段干燥曲线的最优理论模型是Logarithmic模型,其拟合效率可达0.985;实验得到的纸浆模塑降速干燥阶段有效扩散系数在1.944 10 m/s和4.0667 10 m/s之间变化,并随着热风流速和温度的升高而变大。在利用热空气冷却实验验证实验装置可靠性的基础之上,通过实验方法对含大量不凝气体过热干燥尾气在水平管内的冷凝过程进行了分析,得到了混合气体冷凝效果的影响因素,发现了冷凝传热推动力及混合气体显热沿管长方向的变化趋势及不同运行条件对其大小的影响规律。从提高单位干燥尾气除湿效果的角度而言,在一定条件下,应升高尾气入口温度,降低流速,适当提高尾气湿度,降低冷却水温度。从尽量提高干燥尾气显热循环利用率的角度而言,在一定条件下应充分降低尾气入口温度,降低流速。但是降低流速将会带来冷凝器单位换热面积上干燥尾气处理量的下降。本文提出了干燥-尾气冷凝除湿闭式循环系统并对其节能性进行了综合评价,在相同纸浆模塑生产量的条件下,从能量消耗量、能量利用率及干燥面积等方面对传统开放式干燥系统,半闭式循环干燥系统及干燥-尾气除湿闭式全循环系统进行了节能评价。从能量利用率的角度而言,干燥-尾气除湿闭式全循环系统的节能性最好。从干燥面积的角度而言,干燥-尾气除湿闭式全循环系统的干燥面积和半闭式循环干燥系统的干燥面积均大于传统开放式干燥系统,但增大幅度很小,仅为8~9%左右,因此在三种干燥系统中,节能经济性最优系统为干燥-尾气除湿闭式循环系统。 【关键词】：纸浆模塑 干燥工艺 含湿尾气 冷凝除湿 闭式循环
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TS74
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 主要符号表11-14
• 第一章 绪论14-25
• 1.1 前言14
• 1.2 纸浆模塑14-15
• 1.2.1 纸浆模塑简介14-15
• 1.2.2 纸浆模塑制备工艺15
• 1.3 纸浆模塑干燥模型15-18
• 1.3.1 干燥过程概述15-16
• 1.3.2 国内外对流干燥过程研究概况16-18
• 1.3.3 纸浆模塑干燥工艺概况18
• 1.4 空气-水蒸气混合气体冷凝过程18-22
• 1.4.1 混合气体冷凝过程18-20
• 1.4.2 国内外冷凝过程研究概况20-22
• 1.5 干燥-尾气冷凝除湿闭式循环系统22-23
• 1.5.1 干燥-尾气冷凝除湿闭式循环系统运行原理22
• 1.5.2 干燥-尾气冷凝除湿闭式循环系统节能展望22-23
• 1.6 本课题来源及主要研究内容23-24
• 1.6.1 本课题来源23
• 1.6.2 本课题主要研究内容23-24
• 1.7 本章小结24-25
• 第二章 纸浆模塑干燥实验及过程动力学模型分析25-40
• 2.1 前言25
• 2.2 实验设计及数据分析25-29
• 2.2.1 实验装置及实验方案25-26
• 2.2.2 数据分析26-29
• 2.3 实验误差分析29-30
• 2.3.1 温度误差29-30
• 2.3.2 热风流量误差30
• 2.3.3 质量测量误差30
• 2.4 实验结果分析及模型的建立30-39
• 2.4.1 纸浆模塑干燥过程30-32
• 2.4.2 不同厚度纸浆模塑干燥特征32
• 2.4.3 热风流速、温度对干燥过程的影响32-34
• 2.4.4 热风流速、温度对纸浆模塑临界含水率影响34-35
• 2.4.5 纸浆模塑降速干燥阶段动力学模型分析35-38
• 2.4.6 纸浆模塑降速干燥阶段有效扩散系数38-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第三章 空气-水蒸气混合气体水平管内对流冷凝过程分析40-67
• 3.1 前言40
• 3.2 水平光滑管内空气冷却实验40-46
• 3.2.1 实验装置及实验方案40-41
• 3.2.2 数据分析41-44
• 3.2.3 误差分析44-45
• 3.2.4 干空气冷却实验结果验证45-46
• 3.3 含大量不凝气体过热混合气体对流冷凝实验46-65
• 3.3.1 实验装置及实验方案46-48
• 3.3.2 数据分析48-55
• 3.3.3 混合气体流速对于对流冷凝效果的影响55-57
• 3.3.4 混合气体入口温度对于对流冷凝效果的影响57-58
• 3.3.5 其他因素对混合气体冷凝传质过程的影响58-60
• 3.3.6 混合气体沿管长冷凝推动力分析60-63
• 3.3.7 混合气体沿管长方向湿焓变化趋势分析63-65
• 3.4 本章小结65-67
• 第四章 干燥-尾气冷凝除湿闭式循环系统节能性分析67-76
• 4.1 前言67
• 4.2 分析与评价方案67-70
• 4.2.1 干燥系统能量利用率n67
• 4.2.2 纸浆模塑所需能耗Q_p67-68
• 4.2.3 干燥系统总能耗Q_A68-69
• 4.2.4 干燥面积S69-70
• 4.3 几种干燥系统节能性评价70-75
• 4.3.1 传统开放式干燥系统能量分析70-71
• 4.3.2 半闭式循环干燥系统能量分析71-72
• 4.3.3 干燥-冷凝除湿闭式循环干燥系统能量分析72-73
• 4.3.4 几种干燥系统节能性的综合评价73-75
• 4.4 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士期间取得的研究成果83-84
• 致谢84-85
• 附件85

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