精细化工生产中干燥工艺的节能改进方法

引言

精细化工作是化工产业一个重要部分，其产品应用于新材料、医药和食品等行业。而受环保政策趋紧以及能源价格不断提高的影响，精细化工生产节能减排问题日益突出。其中，干燥工艺作为精细化工生产过程中一个重要的过程步骤，在生产过程中能量消耗占总生产成本较高，因此要想提高行业的竞争力，就要从节约资源、降低成本角度出发，积极优化干燥工艺，采用新的节能环保的干燥技术方法来替代传统的干燥方式。现有干燥技术中存在着能效低和热量损耗大的缺点，有待创新地使用新技术以及改进技术去节能降耗，因为出于这方面考虑而研究干燥工艺的节能技术以及找到适合企业生产的更节能高效的手段，有利于促进企业产品的创新性发展。

1 精细化工干燥工艺的现状分析

精细化工行业的生产过程中，干燥工艺是其中十分重要的环节，在整个生产过程中会涉及到很多种化学物质含有的水分要被去除。由于对这一环节的要求过高，在生产过程中由于能耗高、效率低等问题，使企业需要花费大量资金提高产品质量及生产效率。目前市面上常用的有热风干燥、闪蒸干燥、喷雾干燥等多种干燥技术，但都存在着能效利用较低的缺点。例如热风干燥、喷雾干燥法都需要提供高温热源，其热能传递效率较差，能源浪费现象较为严重。以各种不同的干燥方式计算，所消耗的能量约占总成本的 30% ，而在温度的控制上也出现失温或过热的现象，从而导致了较高的能量损耗。由于精细化工产品大多是高附加值、强热敏性的化学品，在进行干燥过程中对其温度控制上有较高要求，所以传统的高温干燥方法很难达到要求，也达不到最终的产品质量标准。

节能改进是企业发展的当务之急，而现有的节能技术由于初期投资巨大、成熟度不够以及应用范围有限等局限性，在实际使用过程中均存在一定缺陷，如热回收与能量再利用等在一定程度上可以节约废气中的热量，但是投入成本较大，且设备需具有较复杂的操作及维护。低温干燥技术能够降低部分产品的能耗，但在其使用的过程中设备成本和运行成本偏高，并没有得到大规模应用。热源高效替代与优化也仍是一个有待攻克的技术难关，目前效率较高的热源并不能够满足大规模生产的实际需求。对于精细化工干燥工艺而言，节能改进难度大，需要克服成本、设备、工艺等一系列问题，在保证产品质量的基础上实现节俭减碳。

2. 干燥工艺的节能技术

2.1 热回收与能量再利用

细化工生产过程中采用的干燥技术多半是利用热风来进行干燥，其中以热风干燥及闪蒸干燥两种工艺最为典型，在这两种工艺当中都会排出大量被加热到 120～150^∘C 的废气，因此，如果不对上述气体当中的余热予以回收的话，则会导致大量的资源被白白浪费。热回收技术就是通过热交换器将废气当中的热量转移到新鲜空气或者流体当中，对进入的物料进行加热，从而减少外界能源的补充需求，在实际情况中热回收技术对于降低生产能耗效果明显，在部分情况下可以实现 20%-30% 的节能效果。例如一家化工厂在运用了废热回收技术以后可以使热风干燥过程中每千克的耗能降低 4000kJ/ kg, 节省了大量生产成本，并且在此基础上增加一套多级热交换系统，在此基础上还可以提升能量的利用率，在该种运行工况下让整个系统的效率可达 80% 以上。

2.2 低温高效干燥技术

低温干燥技术是通过降低干燥过程使用的温度来达到节能且能很好保留物料质量的一种方法，针对传统干燥方式存在的干燥温度过高（普遍超过200^∘C ）、能耗大、物料易发生失重变质等问题，采取低温（低于 70℃）高效干燥技术（低温真空干燥、冷冻干燥）能够极大地改善上述缺点，尤其是适用于热敏性物质及高附加值化工产品 [2]。低温真空干燥，是在 50～70 ℃条件之下进行的干燥；相较于普通高温干燥可以节省近 20% 的能耗；冷冻干燥采用的是将被干燥物料先冻成固体，再于真空条件下升华脱去物料水分的方法，其适用于药品及精细化学品，由于温度低仅为— 40～-60^∘C ，比传统方法的能量消耗能减少约 15% 。但是由于设备投入较大，所以这种方式并不能实现普遍应用，主要是面向精细化工行业高附加值产品的使用。

2.3 高效热源与热管理系统

蒸汽锅炉或者是燃气进行加热的模式，它的能源利用效率存在一定的局限性，在新的高效热源出现以后，比如电热膜加热、红外加热以及微波加热等等，他们都可以根据实际的应用需求来进行精准的控温，同时还能够有效的减少热量的流失，还可以通过及时合理的利用他们的冷却性能来进行后期的处理，操作是十分便捷的。微波干燥能够直接加热物料内部的分子，因此其热效率相当于常规加热方法 2 倍以上，并且还可以缩短干燥时间 [3]。而电热膜加热用于精细化工产品时能够达到局部加热的效果，并减少热量过量消耗的情况，对能效提升可达 40% 。热管理系统的改进对于节能同样起到重要作用。通过合理的设计高效的热流系统，可以使热源和物料间热交换充分，降低热损，从而提高整个干燥过程的效率。一些精细化工行业的先进的热管理系统可对热源的输入与输出进行实时监测与调节，并使能量消耗降到最低程度，有的生产环节可通过热管理系统达到节约 10% 左右能耗的目的，并能够延长设备寿命。

3. 节能改进技术的实施与效果评估

3.1 实施节能改进的技术方案

在进行节能改进技术实施方案的过程中需要结合多种技术的改进方案，充分运用到热回收以及能量再利用系统的部分优势，并通过干燥工序期间所产生的废热，将其传输给新鲜空气或者是进料流体作为其热量供给的部分，以此来代替外界供给的热量需求；还可以采用双级热回收系统，其中第一级是用高温废气来加热空气或水，然后进入第二级后用中温废气对其进行进一步的加热处理。采取这一类方式的方法主要是为了保证干燥的效果，但同时能够使得相应的能源的耗费情况得到较大程度上的降低。低温高效干燥技术是目前广泛应用在热敏性物料上的一种方法，利用低温真空干燥技术和冷冻干燥技术均可以在低温情况下实现水分的脱除；对于低温干燥设备而言，还需要增加一些加热效率更高的热源装置，比如，可以采用电热膜加热或者微波加热，采用智能热管理系统实时监控及调整热源温度变化状况，及时将热能调至最适宜状况下工作，尽量减少能耗。如果应用上述技术方案，能效提升在 15～25% 之间。

3.2 改进后的能效提升与经济效益

根据实施的节能技术方案，干燥过程的能效得到一定的提升，该企业年产能为 2000 吨精细化工产品，能源价格为 200 元 / GJ。表 1 展示出实施节能改进前后的能效数据对比，以及由此带来的经济效益：

表1 ：节能改进前后能效与经济效益对比

节能改造后单位产品的能耗由 1500kJ/kg 降低到 1120kJ/kg, 节能率达25% ，每年节约的能源由 500TJ 降至 375TJ, 降低了 20% ，这样就可以大大降低能源的消耗，对生产有重要的意义。同时节约了能源，又增加了节能改造设备的使用率，在节能改造的同时减少了生产成本，以原煤为例每吨煤的价格按150 元来计算，仅煤价就降低了 300 万元。节能减排还可以使企业年节约 500万元以上的生产费用，因为节能项目所用原材料的价格是随市场价格波动而浮动的，由于这几年一直走高，所以节能改造可以增加企业的经济效益，在降低生产能源成本的同时还会多出一些节余的资金来改善生产工艺，从而可以达到保护环境、减少温室气体的效果。

3.3 节能改进对生产质量的影响

节能改进不仅能节约能源、增加经济收益，还可以保证生产产品的质量，在此情况下使用热回收系统、低温干燥技术以及智能热管理系统对产物进行干燥，

避免了使用较高温度时发生物料降解的问题 [5]。如前所述，通过采用低温真空干燥技术能够使物料的化学稳定性、物理结构等得到更好的保存，并且能够降低药物、精细化学品中活性成分的损耗，比如对于某种药品生产来说，在原工艺的基础上增加改进后干燥方式中，其药物活性成分保存率达到原来的15% 左右，直接提高了产品的市场竞争能力；对热源进行优化处理之后的热源管理系统可以准确的调节干燥过程中温度的变化，减少干燥时间并提高产品的均匀性以及稳定性；改进后的干燥工艺不仅增加了生产效率，并且还有效的提高了产品的质量，从而满足高端精细化工产品的需要。

4 结语

在精细化工产品干燥过程中，不可避免地消耗大量能源。通过采用节能技术能大幅度提高生产效率、节约能源、减少排放量，只有有效的利用热回收、能量回用以及高效的热源、热量管理等措施才能使干燥过程尽量节能，从而可以在很大程度上节约能源、提高生产效益、改善产品质量、提高产品性能、保证高端产品质量、提高高端产品市场竞争力；随着各种节能技术的不断完善与发展，精细化工行业将在更多的领域中运用节能改造技术，在更好的节能减排的同时获取更大的经济效益，并实现精细化行业的绿色发展与低碳发展，可以说精细化工行业的节能改造是企业获得良好的经济效益、保证高端产品质量与市场竞争力的手段，同样也是精细化行业可持续发展的根本出路之一。

参考文献

[1] 张学辉 , 王超 , 孙硕硕 . 精细化工安全管理过程中存在的问题与解决措施 [J]. 天津化工 ,2025,39(03):143-145.

[2] 周善波 . 以创新驱动为引领，激发精细化工行业绿色发展 [J]. 当代企业世界 ,2024,(09):32-33.

[3] 周新春 . 冶金精细化工过程中的节能减排技术与应用研究 [J]. 世界有色金属 ,2024,(15):202-204.

[4] 曹小江. 含碘吡嗪类精细化工品的合成工艺研究[D]. 贵州大学,2020.

[5] 李春程 . 绿色化工技术在精细化工中的应用 [J]. 生物化工 ,2020,6(04):146-148+155.