تحليل تكنولوجيا توفير الطاقة في عملية التجفيف الرطب لقولبة اللب بناءً على المبادئ الأولى

وتتطلب المبادئ الأولى العودة إلى الجوهر المادي لعملية التجفيف، وإعادة بناء مسار توفير الطاقة من المنطق الأساسي لتغير طور الماء، ونقل الطاقة، وهجرة الكتلة.

مع الجمع بين خصائص عملية تشكيل اللب الرطبة، يمكن تفكيك تقنيات ومبادئ توفير الطاقة الأساسية التالية:

أولا: التخلص من تبديد الطاقة غير الصالح: استعادة طاقة تغير الطور والتحسين الديناميكي الحراري

1. نظام إزالة الرطوبة من غاز العادم بتكثيف حلقة مغلقة

التفكيك الأساسي: يقوم نظام التجفيف المفتوح التقليدي بتفريغ غاز الذيل عالي الحرارة الذي يحتوي على كمية كبيرة من بخار الماء مباشرة، مما يؤدي إلى هدر كامل للحرارة الكامنة (حرارة تغير طور بخار الماء).

خطة إعادة الإعمار: تُسترد الحرارة الكامنة لبخار الماء في غاز العادم (حوالي ٢٢٥٧ كيلوجول/كجم) عبر المكثف، وتُحوّل إلى ماء ساخن لإعادة استخدامه في نظام التجفيف. تُظهر البيانات التجريبية أن نظام الحلقة المغلقة يوفر أكثر من ٤٠٪ من الطاقة مقارنةً بالنظام المفتوح التقليدي.

التنفيذ الفني: يتم استخدام مكثف الأنبوب الأفقي، جنبًا إلى جنب مع نظام تداول مياه التبريد، لتقليل درجة حرارة الغاز الخلفي من 80-120 درجة مئوية إلى أقل من 40 درجة مئوية، مما يحقق الاستخدام المتتالي للطاقة الحرارية.

2. تقنية تجفيف المضخة الحرارية

إنجازٌ جوهري: كفاءة تحويل الطاقة في التجفيف بالتسخين الكهربائي التقليدي تتراوح بين 30% و40% فقط. تُحسّن مضخة الحرارة طاقة الحرارة المنخفضة من خلال دورة كارنو العكسية، ويمكن أن تصل نسبة كفاءة الطاقة (COP) إلى 3.0-5.0.

تأثير التطبيق: بعد أن تستخدم الشركة المضخات الحرارية لتحل محل التدفئة الكهربائية، يتم تقليل استهلاك طاقة التجفيف من 1.2 كيلووات ساعة/كجم إلى 0.35 كيلووات ساعة/كجم.

2. تحسين كفاءة نقل الكتلة ونقل الحرارة:

تنظيم المعلمات الديناميكية والتحسين الهيكلي

1. التحكم في اقتران الضغط ودرجة الحرارة المجزأة الجوهر المادي: يؤدي التجفيف التقليدي بدرجة حرارة ثابتة إلى تكوين قشرة مبكرة على سطح الفراغات الرطبة، مما يعيق انتشار الرطوبة الداخلية (تشكل مرحلة تجفيف التباطؤ أكثر من 70% من إجمالي الوقت).

التنظيم الديناميكي:

المرحلة الأولية: درجة حرارة عالية (180-200 درجة مئوية)، سرعة رياح منخفضة (1-2 متر/ثانية) لتبخر رطوبة السطح بسرعة؛

على المدى المتوسط: تبريد درجة الحرارة إلى 150 درجة مئوية وزيادة سرعة الرياح (3-5 م/ث) لتعزيز تبديد الحرارة بالحمل الحراري ومنع التكتل؛

المرحلة المتأخرة: تسخين حتى 120 درجة مئوية وتقليل سرعة الرياح لتحقيق التوازن بين معدلات الانتشار الداخلي والخارجي.

الفوائد: تقصير دورة التجفيف بنسبة 30%، وانخفاض معدل تجعد المنتج بنسبة 50%.

2. تصميم قالب الهيكل الحيوي

المنطق الأساسي: تؤدي القوالب المسطحة التقليدية إلى توزيع غير متساوٍ للهواء الساخن، وتولد المناطق المحلية شديدة الحرارة هدرًا للطاقة.

تحسين الطوبولوجيا: تم تصميم قوالب هيكل التدرج المسامي على أساس محاكاة ميكانيكا الموائع لجعل معدل تدفق الهواء الساخن يشكل اضطرابًا على سطح الفراغ الرطب (رقم رينولدز Re> 4000)، ويزداد معامل انتقال الحرارة بنسبة 25٪.

ثالثًا: تكامل الطاقة على مستوى النظام: التآزر بين العمليات المتعددة واستعادة الحرارة المهدرة

١. توليد الطاقة الحرارية المشتركة بين التجفيف والقولبة: حلقة طاقة مغلقة: تُدخل الحرارة المهدرة من غاز التجفيف (٨٠-١٠٠ درجة مئوية) إلى قسم القولبة لتسخين الملاط مسبقًا (درجة الحرارة الأولية للملاط في العملية التقليدية تتراوح بين ٢٠ و٢٥ درجة مئوية)، مما يقلل من استهلاك طاقة التسخين في القولبة. تُظهر القياسات الفعلية أن التسخين المسبق للملاط إلى ٦٠ درجة مئوية يُقلل من استهلاك بخار القولبة بنسبة ١٥٪.

2. التجفيف بمساعدة الطاقة الشمسية

الاستبدال الأساسي: إن جوهر التدفئة باستخدام الطاقة الأحفورية التقليدية هو تحويل الطاقة الكيميائية القائمة على الكربون إلى طاقة حرارية، في حين توفر الطاقة الشمسية طاقة حرارية مشعة بشكل مباشر.

نظام هجين: تعمل الألواح الكهروضوئية على تشغيل مضخة الحرارة، جنبًا إلى جنب مع المجمعات الشمسية لتسخين الهواء مسبقًا، ويتم تقليل استهلاك الطاقة الشامل بنسبة 45%.

رابعًا: ابتكار طبقات المواد:

إعادة بناء مسار هجرة الرطوبة

1. تكنولوجيا تعديل الألياف

تنظيم الرابطة الكيميائية: زيادة نشاط مجموعات الهيدروكسيل على سطح الألياف من خلال التحلل الأنزيمي أو معالجة البلازما، وتقليل طاقة امتصاص الماء المرتبط (من -40 كيلوجول / مول إلى -25 كيلوجول / مول)، وتقليل طاقة تنشيط الامتزاز بنسبة 30٪.

2. طبقة موصلة للماء ذات بنية نانوية المبدأ الحيوي: يتم تضمين شبكة من الأنابيب النانوية الكربونية داخل الفراغ الرطب لتشكيل قناة شعرية سريعة موصلة للماء، ويزداد معامل الانتشار الفعال من 3.5×10⁻⁹ متر مربع/ثانية إلى 8.2×10⁻⁹ متر مربع/ثانية.

المقارنة الفنية والاقتصادية

التكنولوجيا معدل توفير الطاقة فترة الاسترداد السيناريوهات المطبقة

نظام التكثيف ذو الدورة المغلقة 40% 23 سنة خط إنتاج مستمر كبير

تجفيف المضخة الحرارية 60% 34 سنة منتجات صغيرة ومتوسطة الحجم ذات قيمة مضافة عالية

التحكم الديناميكي المجزأ 25% لمدة عام إنتاج مرن لأصناف متعددة

نظام الطاقة الشمسية المساعد 45% 56 سنة مناطق ذات ضوء شمس كافٍ

ملخص

جوهر توفير الطاقة في التجفيف الرطب لقالب اللب يكمن في:

1. كسر التبديد أحادي الاتجاه لطاقة تغير الطور: استعادة الحرارة الكامنة من خلال تقنية الدورة المغلقة ومضخة الحرارة، وإعادة بناء مسار تدفق الطاقة؛

2. ما وراء التحكم في المعلمات التجريبية: التحسين الديناميكي القائم على نموذج حركية نقل الكتلة لمطابقة القوانين الفيزيائية لهجرة المياه؛

3. تكامل الطاقة على مستوى النظام: دمج رابط التجفيف في شبكة طاقة العملية الكاملة لتحقيق التكامل في الطاقة عبر العمليات.

يحتاج اتجاه التطوير المستقبلي إلى دمج المزيد من التنظيم في الوقت الفعلي للذكاء الاصطناعي (مثل التنبؤ الرقمي المزدوج لمنحنى التجفيف)، وتعديل المواد القائمة على المواد الحيوية (مثل بلورات السليلوز النانوية لتعزيز توصيل المياه) وغيرها من التقنيات، وأخيرًا الاقتراب من كفاءة الحد الديناميكي الحراري لرابط التجفيف.