653 溶液除湿干燥与热泵干燥对比分析

背景

低能耗是干燥技术发展的基本方向之一，具体方案可有多种，如溶液除湿干燥和热泵干燥等，此处对两种方案与电热干燥之间、两种方案之间进行简要对比分析。

电热干燥

基本型电热干燥流程如下（张旭绘制）。

图中参数下，1kg进入干燥器的空气需要的加热能量：

1*1005*(60-20)=40200J=0.01117 kWh

1kg空气可从干燥器内物料中带出的水分约为0.01kg。

装置的除湿能耗比（电加热器消耗1kWh能量从物料中排出的水分量）：

0.01kg /0.01117 kWh=0.9kg/kWh

热泵干燥

基本型热泵干燥流程如下（张旭绘制；更多流程方案后续专文展开）。

图中进干燥器热风温度60℃，相对湿度约10%，含湿量约0.013kg/kg，水蒸气分压力约2060Pa，对应的露点温度约18℃。

出干燥器废气约36℃，含湿量约0.023kg/kg，相对湿度约60%，水蒸气分压力约3560Pa，对应的露点温度约27℃。

图中热泵工质的蒸发温度可约13℃，冷凝温度可约49℃，制热系数可约4.5（设环境温度约15℃）。

1kg循环空气需要的热泵加热量约（设空气定压比热约1005J/(kg.K)）：

1*1005*(60-18)=42210J=0.0117kWh

所需的压缩机耗能为；

42210/4.5=9380J=0.002606kWh

1kg循环空气可从干燥器内物料中带出的水分约为0.01kg。

装置的除湿能耗比：

0.01kg /0.002606kWh=3.8kg/kWh

溶液除湿干燥

溶液除湿干燥是先用除湿溶液把物料中水分吸收到除湿溶液中，再用适当方法对吸水稀释的除湿溶液进行浓缩再生。

溶液除湿干燥时，除湿溶液从物料中吸湿过程可基本不耗能，装置耗能主要为除湿溶液再生过程，装置基本流程如下（张旭绘制）。

以再生除湿溶液可采用热回收器（预热器）、太阳能、电加热器、热泵等方式进行；图中除湿溶液为LiBr溶液时质量浓度可约为0.6；以热回收器+电加热器方式时，装置除湿能耗比可约为1.3~1.5kg/kWh（请参见649、650篇）；采用热泵膜蒸馏再生除湿溶液时，除湿能耗比可约为3.0~3.5kg/kWh（请参见652篇）。

对比分析

能耗方面。热泵干燥和溶液除湿干燥比电热干燥都有很明显的节能优势；二者之间，热泵干燥能耗可更低些。

成本方面。以每小时从物料中除去水分3.8kg为例，基本型电热干燥的加热器功率约4200W，电加热器费用约100~300元左右；热泵干燥的压缩机功率约1000W，热泵费用约3000~6000元左右。

溶液除湿干燥的优势是除湿溶液再生可不必与物料干燥同步，物料干燥期间可用较多除湿溶液吸收物料水分，物料干燥完成后可用较长时间再生除湿溶（如1小时进行物料干燥，十几小时进行除湿溶液再生），这样的好处有两个，一是加热单元功率可较小，费用可大幅度降低，二是可利用晚间低价谷值电降低用电费用。

当溶液除湿干燥装置每次从物料中吸收水分5~10kg时，所需除湿溶液费用约500~1000元左右。

用热回收器+电加热器进行除湿溶液再生时，电加热器功率可500~2500W，费用可百元左右，热回收器和溶液再生组件费用约500元左右。

用热泵进行除湿溶液再生时，压缩机功率可100~300W，热泵费用约1000~2000元左右，溶液再生组件费用约100~200元左右。

变工况方面。物料干燥进入降速干燥阶段后，运行参数与恒速干燥阶段有很大不同，热泵干燥中对热泵的变工况适应性要求很高；溶液除湿干燥时，物料干燥和除湿溶液再生可分开进行，用热泵再生除湿溶液时对热泵的要求相对较低。