高塔喷雾洗衣粉生产工艺的节能设计

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摘      要： 高塔喷雾工艺是目前生产普通洗衣粉的主要技术，虽然经过优化和改进，但依然存在能耗高的问题。从工艺流程出发，采用“精益生產”的思路，提出将生产工艺划分为四个阶段，就不同阶段提出解决方法，即采用密相输送技术进料以减少粉尘， 提高进料浓度以减少物料的水分，提高塔进口温度以提高干燥效率，采用新式热风炉以提高热风效率，采用多喷枪和合理调整喷枪高度以提高单塔产量，回收尾气以减少热量损失等。最后就日化行业的技术革新提出几点建议：加快开发新的配方、改进喷粉工艺、改进生产设备。对实际生产具有一定意义。

关  键  词：洗衣粉;高塔喷雾;生产工艺;节能

中图分类号：TQ 644       文献标识码： A       文章编号： 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

我国日化行业起步于20世纪中叶，由于当时的经济发展水平不高，生产工艺和设备主要是从国外引进，在此基础上进行自主创新。当前洗涤用品粉剂类产品的成型工艺主要有四种：喷雾干燥法、附聚成型法、干混法和湿法造粒流化床干燥法[1]。国内产品以普通型产品为主要产品，高塔喷雾干燥工艺为主要生产工艺。喷雾干燥的概念首次出现于1865年，由C. A. La Mont提出，经过140多年的研究，开发出了不同的喷雾干燥技术，特别是目前的逆流干燥系统，不仅用于果汁、牛奶等的干燥，在1985年之后还用于洗涤剂的生产。逆流喷雾干燥机提供了更高的吞吐量和热效率，减少了灰尘，控制了产品的容重密度，多级雾化，降低了生产成本。虽然有诸多好处，但是干燥时能耗高。在洗涤剂行业里，各个生产商生产的集中度高，洗涤用品各个产品主要竞争者之间的生产规模比较大，各个企业都面临着激烈的竞争和严峻的挑战。技术创新比较缓慢，走技术创新的路子对于日用消费品行业的企业来说不能立竿见影，因此，对生产工艺进行节能改进就成为了企业家的首选，节能设计既满足企业降低生产成本的要求，也符合环保理念和生态建设的需求。

1  工艺流程

高塔喷雾洗衣粉生产工艺流程主要有：物流输送与储备单元、前配料单元、物料制备与输送单元、喷雾干燥单元、后配料单元、成品输送包装与储运单元、尾气净化及除尘单元[2]。此工艺的核心就是喷雾干燥。喷雾干燥以制备、均匀化、雾化、分散和脱水为基础。喷雾干燥的作用主要是为了干燥料浆，除去料浆中的水分，同时对产品颗粒的进行定型。截至目前，高塔喷雾工艺技术仍是洗衣粉生产的主要工艺之一，自动化水平和喷雾能力有了较大地提高，能源消耗也得到了部分有效的控制。具体生产流程见图1。

2  存在问题

在高塔喷雾生产工艺中，核心设备是喷雾干燥塔（图2）。

喷雾干燥塔是用来产生粉末的。用干燥的热空气，将料浆中的水分蒸发。当液滴或微粒与热风接触时，由于喷雾注射的原因，它们可能会粘在一起，出现团聚，影响干燥的效率和产品质量。干燥采用逆流接触，热风逆向流动导致结块和壁沉积，使得粉末停滞不前，成倍增加。干燥主要以来于热风系统提供的热量，需要大量的热才能够将料浆干燥，同时还要使产品定型。热量消耗大，热量交换的同时会出现热量流失。工艺流程长、设备庞杂和工序繁多造成资源浪费。固体物料存在被反复加工的过程。 间歇式生产使得系统要不断清理，设备的降温升温造成能源浪费。同时尾气、粉尘等也对生产造成了影响。

3  改进方法

精益生产（Lean Production，简称LP）是美国麻省理工学院数位国际汽车计划组织（IMVP）的专家对日本“丰田JIT（Just In Time）生产方式”的赞誉之称。精益生产是一种以最大限度地減少企业生产所占用的资源和降低企业管理和运营成本为主要目标的生产方式[3]。精益生产的目的是消除一切浪费，追求精益求精。将精益生产的理念应用到高塔喷雾洗衣粉生产工艺的节能设计，可以全面分析生产过程存在的资源浪费的情况。以整个生产工艺为研究对象，将生产工艺划分为四个阶段：原料储运与输送阶段、混合制浆阶段、喷雾干燥阶段、后处理阶段。具体提出以下改进方法。

3.1  原料储运与输送阶段

采用密相输送技术进料。密相输送技术是利用管道可以通过压缩空气的把低处的物料送到远处或高处的贮槽。此方法主要是用来减少粉尘的飘散，提高生产效率。可以用在洗衣粉的原料的输送上，并且安装气动三通阀，一根管道可以输送多种物料。在槽罐车上安装密相输送装置，就可以直接送到高处的粉仓。

3.2  混合制浆阶段

提高进料浓度。提高料浆浓度，是为了减少料浆中所含的水分，进而减少干燥时间以达到节省能源的目的。通过调整原料的配比来提高料浆浓度，可以适当增加无机盐，使得料浆浓度提高。可以使进料料浆的浓度从现有的65%提高到70%左右，同时物料还可以保持良好的流动性，减少用于干燥的热量约15%。

3.3  混合制浆阶段

3.3.1  采用直接式燃煤热风系统（图3）

在喷雾干燥工艺中，料浆从塔顶经喷枪雾化，热风从塔底进入，二者逆流接触，通过传热和传质将洗衣粉干燥成型[4]。用于喷雾干燥的热风必须满足以下条件：高清洁、低成本、有一定的温度和风量。因此对热风炉提出了较高的要求。以前采用燃气炉和燃油炉，现在燃料成本高，故可以采用直接式燃煤热风炉，比燃油炉和燃气炉热效率高，成本低。煤粉经过磨细至20目以下，就能与空气接触充分，充分燃烧。燃油热风炉0#柴油最低消耗40 kg/t，价格约160元，直燃式燃煤热风炉煤耗是100 kg/t，约50元[5]。

3.3.2  提高热风进塔温度

提高进热风进塔温度可以提高热效率，但使得黄焦粉的比例增高。并且长期在高温下，碳制钢塔设备的寿命会大大下降。此问题通过优化热风圈的截面和加大进塔口的截面积，使得进塔风量稳定，进塔风速降低，很好的控制进出口风温。以减少高温对塔设备的损耗。

3.3.3  喷雾塔采用多喷头

采用多喷头可以有效提高传热效率，获得更好的容量比。多喷头喷枪在结构上优于单喷头喷枪，在与热风分布器的配合上十分切合，能够使料浆和热风充分接触。多喷头喷枪还可以自由调整角度，雾化喷嘴的角度一般控制在90°～120°之间。同时采用这种方法在不提高塔径的前提下，加大干燥风量就可以提高单塔产量。进而起到提高热风效率和操作弹性的作用。

3.4  后处理阶段

后处理阶段主要是进行尾气回收，尾气经过净化除尘可以回到干燥系统作为干燥介质。尾气净化采用湿法净化，具体流程如下：

3.5  改进工艺流程

通过改进整个工艺流程，来起到节能降耗的目的。具体干燥塔设计参数可以参照CFD模型[6]。选定的过渡函数和全尺度凝聚模型。可以计算模拟出瞬态气体的三维流态分布，主喷气机的相位、振荡和进动，管道湍流动能的衰减。在逆流工业喷雾干燥塔的过程，颗粒聚集控制会发生团聚现象，影响传热。在研究工业喷雾干燥塔的问题上，大部分都集中在处理控制粉末的性质，颗粒聚集和停留时间，壁沉积和安全问题。这些都必须依赖于烘干机内流动的复杂流体动力学。喷雾干燥塔按雾化器的结构可分为离心式、压力式和气流式。下面主要列举市场上现有的三种干燥机的优缺点，可以按照实际物料的需要进行选择（表1）。

2、与压力式喷雾干燥相比能适应较高黏度的料液;

3、容易控制产品粒度，粒度分布较窄;

4、雾化器的工作状态不需要频繁调节;

5、可以最大限度地利用干燥室的空间。 1、雾滴与气体的接触方式基本属于并流形式，分散盘不能垂直放置;

2、分散盘的加工精度要求较高，要有良好的动平衡性能，如平衡状态不佳，主轴及

轴承容易被损坏;

3、产品的堆密度压力式喷雾干燥低一些。

压力式 良好的流动性和润湿性，产品的平衡度很强。 1、在生产过程中流量无法调节。

2、压力式喷雾干燥不适用于处理带有纤维状或颗粒状物料，这些物料易堵塞雾化器

孔道。

3、不适于处理高黏度物料或有固液相分界面的悬浮液，它会造成产品含量的严重不均。

4、与其他二种型式相比，压力式喷雾干燥的体积蒸发强度较低。

2、适用范围广;

3、气流式喷嘴所得雾滴较细;

4、容易控制成品粒度; 能源消耗较大

4  结 语

喷雾干燥是一种高耗能的单元操作，因此节能降耗在生产中至关重要。将洗衣粉生产工艺划分为四个阶段，能够更加清晰的认识到不同阶段产生的问题，更有针对性的提出解决办法。

通过采用密相输送技术可以有效防止粉尘和物料的飘散;提高物料浓度可以减少蒸发的水分;提高塔进口温度可以提高热分效率;采用多喷枪可以提高单塔产量;将尾气回收进行循环利用;采用成本小的燃煤热风炉，从长远来看可以节省燃料成本;提高配料速度，连续配料进料。合理控制工艺温度，减少黄焦粉和黏塔粉。为了能够更好的进行技术革新、控制成本和减少能耗，日化行业的企业可以从下面几点考虑：

（1）加快洗衣粉的新型配方研究。

（2）改进喷雾工艺。考虑喷粉的压力、喷枪的位置。

（3）考虑改进设备。特别是喷粉塔能耗大的问题，能量回收问题以及整个生产工艺流程的简化。可以考虑利用间接式热风炉产生的高温烟气经过两次间接换热，给系统提供清洁的干燥热风，利用尾气的部分循环实现节约燃料用量[7]。

参考文献：

[1] 廉根旺，陈海兰.浓缩化——洗涤剂的"低碳经济"[J].日用化学品科学，2010（4）：7-8.

[2] 姚宏达，张焕祥，洪剑.国内高塔喷雾洗衣粉的生产工艺[J].日用化学品科学，2009（9）：26-29.

[3] 赵保粮. 供应链管理[M]. 北京： 对外经济贸易大学出版社， 2009.

[4] F.Víctor，M.Luis，E.Andrew，etc.Agglomeration in counter-current spray drying towers. Part A：Particle growth and the effect of nozzle height[J]. Powder Technology， 2016 （301）： 1330-1343.

[5] 倪晓梅， 吴惠平. 我国高塔喷雾干燥洗衣粉生产工艺及装备[J]. 轻工机械， 2005 （1）： 121-123.

[6] Ireneusz Zbicinski.Modeling and Scaling Up of Industrial Spray Dryers： A Review[J]. Journal of Chemical Engineering of Japan， 2017， 50 （10）： 757-767.

[7] 张志远， 贾敏. 节能型清洁喷雾干燥技术[J]. 当代化工2016， 45 （01）： 192-193+195.

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