污泥低温干燥动力学特性及干燥参数优化

为了研究污泥的低温干燥动力学特性,以薄层污泥为研究对象进行了低温干燥试验,探讨了温度、薄层厚度以及风速对污泥水分比和干燥速率的影响,并对低温干燥参数进行了优化.结果表明:污泥低温干燥过程主要由升速和降速段组成,其中降速阶段存在第一、第二降速阶段;不同低温干燥条件下的第二临界含水率变化不大,大致在0.5g/g(干基)附近.使用决定系数R2、卡方χ2及均方根误差RMSE对6种常用干燥模型进行评价,结果表明Midilli模型的平均R2最大、平均χ2及RMSE最小,分别为0.9998、2.46×10-5、0.0042,是描述污泥低温热风干燥的最优模型.根据Fick第二定律和Arrhenius方程,得到5、10和15mm厚度污泥在50~90℃热风干燥的水分有效扩散系数和活化能.正交试验得到相对单位能耗最优干燥工艺为:温度90℃、风速0.8m/s、厚度10mm,平均干燥强度最优工艺为干燥温度90℃、风速0.8m/s、厚度5mm.试验结果可为后续研究污泥热泵干燥及太阳能-热泵联合干燥提供参考.     

基于图像处理的过热蒸汽与热风干燥污泥收缩特性分析

为了解污泥过热蒸汽与热风干燥过程收缩特性,搭建了常压过热蒸汽和热风干燥试验台,选用直径为50 mm厚度为10 mm的污泥样品在160和200℃下进行试验。利用图像处理技术分析干燥过程污泥收缩现象及特性,采用叠加技术,建立了基于无限大平板和无限长圆柱体叠加而成的有限圆平板在考虑收缩情况下的Fick第二定律湿分扩散模型,并结合经验模型推导出计算有效扩散系数的表达式。结果表明：污泥在干燥过程中存在明显的收缩现象,前段干燥收缩幅度大,后段干燥收缩幅度小,收缩变化规律与水分变化规律一致。160、200℃污泥过热蒸汽与热风干燥终了时刻体积比约为0.3,体积收缩系数为0.7。过热蒸汽干燥和热风干燥对污泥的收缩影响一致。160、200℃污泥过热蒸汽与热风干燥有效扩散系数的变化与水分比的变化相对应。在考虑污泥收缩的条件下,160、200℃污泥过热蒸汽干燥平均有效扩散系数分别为1.92×10-8和3.75×10-8 m2/s,热风干燥平均有效扩散系数分别为0.94×10-8和1.31×10-8 m2/s,约为不考虑收缩条件下平均有效扩散系数值的1/2。试验结果为污泥干燥过程机理分析、工艺参数优化和干燥设备开发提供参考。