549 热敏物料低能耗干燥装置-原理与特性
背景
热敏物料是指营养成分或活性成分对温度较敏感的物料，如粮食、药品、果蔬、生物制品等。
干燥方法
热敏物料的干燥温度通常要求低于60℃，可考虑的干燥方法有冷法和热法等；冷法有真空干燥、真空冷冻干燥等，干燥设备需要较高的耐压和密封要求；热法主要有低温热风干燥，装置可常压运行，设备投资少，应用很广泛。
基本型低温热风干燥装置通常用电、燃气、燃油等加热器把环境空气加热至30~60℃送入干燥室干燥物料，吸收物料中水分后，含水蒸气较多的废气排出干燥室。
基本型低温热风干燥装置的主要不足是干燥热敏物料的能耗较高，干燥过程热效率（物料中水分汽化消耗的能量与加热器消耗的能量之比）通常低于60%，除湿能耗比SMER（从物料中除去水分质量与装置消耗能量之比）通常低于1.0kg/kWh。
发展方向
降低基本型低温热风干燥装置能耗的基本方向是回收干燥室排出废气中的热能，主要方法有两个：一是引入热泵，二是引入吸湿溶液。
用热泵回收基本型装置干燥室排气热能来加热进入干燥室空气时，可使装置能耗比基本型降低5倍以上，但热泵干燥装置的初投资较高，对该技术的广泛应用带来了一定的制约。
吸湿溶液也可通过吸收干燥室排气中的水蒸气来回收其热能，也可使物料干燥能耗大幅度降低，且装置初投资也可较低；但吸湿溶液吸收水蒸气后浓度变低，需要及时浓缩处理，而吸湿溶液的常压、低能耗、无损耗浓缩是个难题。
新型装置原理
膜蒸馏可解决吸湿溶液常压、低能耗、无损耗浓缩这一难题；以气扫式膜蒸馏为例，其原理如下图。
膜蒸馏所采用的膜为疏水微孔膜，允许水蒸气通过而不允许吸湿溶液通过；常压吸湿溶液中的水分在液气界面处汽化为水蒸气并穿过膜孔排出，被膜另一侧的吹扫气（如空气等）带走，从而实现吸湿溶液中水分的分离（即吸湿溶液的浓缩）。
膜蒸馏浓缩吸湿溶液过程中，因膜材料的疏水作用，溶液不能穿过膜孔（膜孔直径通常0.1~1.0微米）进入吹扫气，因此不会有溶液损耗。
因吸湿溶液的温度没有限制，可加热到较高温度，从而可在液气界面产生较高的水蒸气压力，穿过膜孔的水蒸气进入吹扫气中，可使吹扫气中水蒸气的含量达到很高的程度，很便于回收利用。
膜蒸馏为吸湿溶液型常压低温低能耗干燥装置的发展克服了一个主要障碍，也为热敏物料的低能耗干燥提供了一种新型装置。
基于膜蒸馏的新型热敏物料低能耗干燥装置的工作原理如下图。
图中装置由两个单元构成：吸湿干燥单元和膜蒸馏浓缩单元。
吸湿干燥单元由干燥室及其中的物料、吸湿溶液等构成，该单元中物料中水分汽化消耗的热能与吸湿溶液吸收水蒸气时放出的热能基本持平，不需外部输入能量而实现水分由物料向吸湿溶液的转移。
膜蒸馏浓缩单元由预热器、加热器、膜组件等构成，膜组件实现吸湿溶液中水分的分离，预热器回收吸湿溶液中排出的水蒸气热能把来自干燥室的吸湿溶液预热至较高温度，再由加热器把吸湿溶液升温至规定温度送入膜组件。
膜蒸馏浓缩单元中，膜蒸馏过程消耗的热能可大部分来自预热器回收的穿膜水蒸气热能，少部分由加热器提供，从而使膜蒸馏浓缩单元分离吸湿溶液中水分时耗能很少。
以干燥室内空气温度45℃，吸湿溶液采用质量浓度0.42的溴化锂溶液为例，装置的运行参数可如下图。
上述参数下，新型装置的除湿能耗比SMER可约为4.7kg/kWh，物料干燥能耗约为相近干燥温度的基本型低温热风干燥装置的1/8。
基本特性
新型装置的主要优势有四方面：
低能耗。
初投资低。
无吸湿溶液损耗。
干燥室空气温度和湿度可独立灵活调节。
新型装置初投资低是由于装置中除溶液泵和吹扫气风机外可不需其他运动部件，且各非运动部件均可用高分子材料制作（如聚丙烯、聚四氟乙烯等）。
应用效益
以干燥某耐温上限50℃的热敏物料为例，设其干燥前含水率（湿基）20%，干燥后含水率13%（湿基），则干燥1.0吨物料需从物料中排出87.5kg水分。
设环境温度为30℃，基本型低温热风干燥装置采用电加热器，进干燥室空气温度55℃，干燥室排气温度45℃，则其除湿能耗比约为0.59kg/kWh，即从物料中除去1.0kg水分约需耗电1.69kWh。
干燥上述物料时新型装置的除湿能耗比约为4.7kg/kWh，能耗约为基本型装置的1/8，即从物料中除去1.0kg水分约需耗电0.21kWh。
因此，干燥每吨物料可节电约：
87.5*(1.69-0.21)=129.5kWh
按生产1.0kWh电能会产生CO2约0.95kg计算，则可减少CO2排放约：
129.5*0.95=123kg