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【水不只往低处流？重磅论文揭示地下水密码：“看不到地下水流，就把它‘画’出来”】“人往高处走，水往低处流”这句话，揭示着世间再平常不过的规律。然而，凡事都有个例外，比如，在我们脚下的“深地”，水不一定只往低处流。
地下水如何循环，是地下水科学研究最基本的问题之一。尽管早在1963年匈牙利裔加拿大科学家J. Tóth就用解析方法绘制了地下水系统复杂的多级嵌套结构，但人们很少从现场观测和试验中真正认识地下水流情况，这大大限制了地下水系统理论的完善和相应的“深地”开发利用。
8月9日，我国同位素水文地质领域的研究人员主导发表在《地球物理研究快报》（GRL）上的一篇重磅国际合作研究论文——《钻井地下水年龄和化学成分剖面上转折点揭示盆地多级嵌套地下水系统》https://t.cn/A6IaUI49，不仅佐证了地下水并不只是“往低处流”，更揭示了地下水循环的丰富内涵和精湛细节，这将为我国深地资源开发利用提供难得的科学基础。
论文在线发表后，《中国科学报》联系采访了该论文的第一作者、中国地质调查局西安地质调查中心高工张俊，以及论文通讯作者之一、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和。
△ 地下水多大岁数？取出来测一测
地下水循环的问题在地下水科学研究领域的基础地位，堪比爱因斯坦定律之于物理学。然而，与地表水相比，地下水“不可见”及其水系统结构复杂的属性，使得人们在野外识别它的难度很大。
看不到它，就把它“画”出来。在内蒙古高原的鄂尔多斯盆地，科学家们以这里的地下水系统为对象，施展起了他们的“绘画天才”。不过，他们用来作画的“笔墨”，是钻井剖面上的地下水年龄数据和地球化学成分信息。
水从地表渗入地下开始算起，到采样时所经过的时间，就是地下水的年龄。庞忠和告诉《中国科学报》，通过摸底不同地点地下水的年龄、水位等情况，再结合化学成分特征画线，找到“转折点”，就能准确描摹地下水的多级嵌套循环系统。
而要获得实测地下水年龄和化学成分，首要的问题就是要精准取样。然而由于钻孔内地下水一般处于运动状态，传统的“全井抽水”试验方法很难取到不同深度的分层样品，而详细的分层样品数据恰恰是刻画地下水系统结构的关键信息。
工欲善其事，必先利其器。创造和改进试验和测试技术，是研究团队要闯的第一道关。
庞忠和告诉记者，双栓塞（double-packer）地下水分层采样与试验系统最早于本世纪初经由国际原子能机构（IAEA）技术合作项目引入我国，在深层地下水勘查和高放核废物地质处置选址项目中开始应用。但是，它在实践中也遇到一些问题。2010年以后，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的研究人员重新设计了“双栓塞分层抽水试验系统”，在设备材质、耐压性能、止水效果等方面加以改进，使其能够适应我国深井高水压条件下的分层取样要求。
“国产新设备可以满足水文地质勘查工作需要。”张俊对《中国科学报》介绍说， “在鄂尔多斯盆地，我们通过控制取样流量和降深，并通过建立水质现场监测评价方法，避免了取样过程中‘层间越流’和外来水混入的可能。”张俊表示，这些举措有效提高了采样质量，为精细刻画地下水系统打下了可靠的基础。
取样之后就是“定年”。不过，常用的氚（3H）和碳（14C）同位素方法测定上限分别为60年以内和4万年以内，这对于年龄动辄超过4万年的大型盆地深层地下水而言，显得不够用。
“本次研究采用了最新的氪（Kr）同位素定年技术。” 庞忠和对《中国科学报》介绍说，5年前我们和中国科技大学教授卢征天团队合作，开展测量技术和应用条件的研究。
Kr是惰性气体，81Kr的半衰期是23万年，定年范围可达130万年，而且81Kr在地下无干扰源，化学性质稳定，不和其他物质发生反应，是古老地下水的理想定年方法。但该方法的应用长期受限，这缘于81Kr同位素在自然界中的丰度极低，传统方法很难以检测到。
在破解这一难题过程中，量子测量技术发挥了重要作用。庞忠和告诉记者，基于激光冷却原子阱技术（ATTA），卢征天团队自主研发了ATTA痕量同位素分析实验装置，为81Kr的痕量分析提供了“测量神器”，现在定年只需要20千克水样，大大拓展了该方法应用领域。
卢征天团队也是本次研究的重要参与者。他告诉记者，ATTA是一种量子测量技术，该方法可实现单原子水平的计数，具有极高的灵敏度。
“ATTA可以在每微升为10-14 同位素水平(STP)的氪气中计数极低浓度的85Kr和81Kr原子。”卢征天对记者解释道，通过技术改进，他们目前已经获得了更好的原子冷却、收集和检测效率，可将Kr同位素定年实际应用所需的地下水样品量从200kg减小到 20kg，并提高了测量精度和定年范围。现在，中国科学技术大学是国际上唯一拥有有能力实现地下水采样、气体分离提纯和ATTA同位素分析完整流程的实验室的单位。
“在ATTA技术加持下，Kr同位素定年法已成为国际上公认最好的古地下水定年方法。”庞忠和说。
△ 让地下水流“显形”
综合运用地下水分层抽水试验系统、3H、14C、81Kr和85Kr以及水化学成分等多种示踪定年和数值模拟等技术，研究团队在钻孔内确定了详细的地下水位、年龄和地球化学实测剖面。
“这些剖面可以帮助我们更好地区别地下水多级嵌套系统之间的界面。”张俊说，通过将这些实测剖面与数值模拟结果得到的地下水流场和年龄场进行对比验证，就可以基于多种证据圈定地下水系统的空间结构，从而有效识别并精细刻画出地下水系统的多级嵌套结构（如图）。
地下水流1的副本.jpg
鄂尔多斯乌审召盆地地下水系统的多级嵌套结构：（a）图是地下水流系统多级嵌套结构示意图，（b）图是地下水流和年龄数值模拟结果。张俊 供图
与前人在鄂尔多斯盆地的研究结果（地下水最大年龄4万年）相比，该研究首次发现超过20万年的地下水，得到的地下水年龄剖面比以往研究更加精细准确，使人们对鄂尔多斯盆地地下水循环规律的认识达到了新的高度。
“这是我国地下水科学界20年努力的一个里程碑式的进展。”庞忠和告诉《中国科学报》：“如果说上个世纪澳大利亚大自流水盆地的研究给人们呈现了大型沉积盆地地下水循环的宏大格局的话，今天我国的鄂尔多斯盆地则展示了这个循环系统的丰富内涵和精湛细节。而这恰恰反映了其本质特征。”
而在研究中先后涌现的科技突破——研究团队成功实现了packer和ATTA设备的国产化，更让庞忠和心生感慨：“从同位素水文地质学角度来讲，packer和ATTA两项顶尖技术整合起来，再加上科学深钻连井剖面的研究平台，无疑是做深层地下水科研的最好状态了。”
△ 为“深地”应用筑牢科学基础
谈及该研究的意义，庞忠和表示，总的来说，这是一项应用基础研究，其对区域尺度地下水系统理论研究提供了重要佐证；并且它结合了地球系统科学的概念，也有力推动了地下水科学向前进步。
不仅如此，尽管目前还无法直接评估该成果的实际应用价值，但其对于深地资源和空间利用的指导意义仍然非常可观。
“比如核废料处置、二氧化碳地下封存等，需要寻找一个安全、稳定的地下环境，只有类似区域尺度地下系统被精细刻画出以后，人们才好决定去哪儿封存。”庞忠和展望道，这在当前“碳中和”背景下意义深远。
当然，这类研究对于地下水的资源评价和可持续开采而言，是必不可少的理论基础。
庞忠和举例说，近年来，作为世界上三个最干旱的极端干旱区之一的新疆，居然也时不时会发生洪水现象——这是全球变暖、气温升高以后冰川融化退缩的结果。干旱地区发洪水的时候怎么办？“当我们了解清楚了地下水文状况后，我们给新疆提供了具体建议：把多余的冰川融水存在地下，建一个地下水库。这作为应对气候变化的一个手段，现在已经行动起来了。”
此外，相应的理论成果还将进一步指导区域地热资源开发、地下空间利用等的开展。庞忠和说，在当前全球应对气候变化的大背景下，“深地”开发是一个重要手段，但在之前，“我们需要先解码”。https://t.cn/A6IaUI4C
地下水如何循环，是地下水科学研究最基本的问题之一。尽管早在1963年匈牙利裔加拿大科学家J. Tóth就用解析方法绘制了地下水系统复杂的多级嵌套结构，但人们很少从现场观测和试验中真正认识地下水流情况，这大大限制了地下水系统理论的完善和相应的“深地”开发利用。
8月9日，我国同位素水文地质领域的研究人员主导发表在《地球物理研究快报》（GRL）上的一篇重磅国际合作研究论文——《钻井地下水年龄和化学成分剖面上转折点揭示盆地多级嵌套地下水系统》https://t.cn/A6IaUI49，不仅佐证了地下水并不只是“往低处流”，更揭示了地下水循环的丰富内涵和精湛细节，这将为我国深地资源开发利用提供难得的科学基础。
论文在线发表后，《中国科学报》联系采访了该论文的第一作者、中国地质调查局西安地质调查中心高工张俊，以及论文通讯作者之一、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和。
△ 地下水多大岁数？取出来测一测
地下水循环的问题在地下水科学研究领域的基础地位，堪比爱因斯坦定律之于物理学。然而，与地表水相比，地下水“不可见”及其水系统结构复杂的属性，使得人们在野外识别它的难度很大。
看不到它，就把它“画”出来。在内蒙古高原的鄂尔多斯盆地，科学家们以这里的地下水系统为对象，施展起了他们的“绘画天才”。不过，他们用来作画的“笔墨”，是钻井剖面上的地下水年龄数据和地球化学成分信息。
水从地表渗入地下开始算起，到采样时所经过的时间，就是地下水的年龄。庞忠和告诉《中国科学报》，通过摸底不同地点地下水的年龄、水位等情况，再结合化学成分特征画线，找到“转折点”，就能准确描摹地下水的多级嵌套循环系统。
而要获得实测地下水年龄和化学成分，首要的问题就是要精准取样。然而由于钻孔内地下水一般处于运动状态，传统的“全井抽水”试验方法很难取到不同深度的分层样品，而详细的分层样品数据恰恰是刻画地下水系统结构的关键信息。
工欲善其事，必先利其器。创造和改进试验和测试技术，是研究团队要闯的第一道关。
庞忠和告诉记者，双栓塞（double-packer）地下水分层采样与试验系统最早于本世纪初经由国际原子能机构（IAEA）技术合作项目引入我国，在深层地下水勘查和高放核废物地质处置选址项目中开始应用。但是，它在实践中也遇到一些问题。2010年以后，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的研究人员重新设计了“双栓塞分层抽水试验系统”，在设备材质、耐压性能、止水效果等方面加以改进，使其能够适应我国深井高水压条件下的分层取样要求。
“国产新设备可以满足水文地质勘查工作需要。”张俊对《中国科学报》介绍说， “在鄂尔多斯盆地，我们通过控制取样流量和降深，并通过建立水质现场监测评价方法，避免了取样过程中‘层间越流’和外来水混入的可能。”张俊表示，这些举措有效提高了采样质量，为精细刻画地下水系统打下了可靠的基础。
取样之后就是“定年”。不过，常用的氚（3H）和碳（14C）同位素方法测定上限分别为60年以内和4万年以内，这对于年龄动辄超过4万年的大型盆地深层地下水而言，显得不够用。
“本次研究采用了最新的氪（Kr）同位素定年技术。” 庞忠和对《中国科学报》介绍说，5年前我们和中国科技大学教授卢征天团队合作，开展测量技术和应用条件的研究。
Kr是惰性气体，81Kr的半衰期是23万年，定年范围可达130万年，而且81Kr在地下无干扰源，化学性质稳定，不和其他物质发生反应，是古老地下水的理想定年方法。但该方法的应用长期受限，这缘于81Kr同位素在自然界中的丰度极低，传统方法很难以检测到。
在破解这一难题过程中，量子测量技术发挥了重要作用。庞忠和告诉记者，基于激光冷却原子阱技术（ATTA），卢征天团队自主研发了ATTA痕量同位素分析实验装置，为81Kr的痕量分析提供了“测量神器”，现在定年只需要20千克水样，大大拓展了该方法应用领域。
卢征天团队也是本次研究的重要参与者。他告诉记者，ATTA是一种量子测量技术，该方法可实现单原子水平的计数，具有极高的灵敏度。
“ATTA可以在每微升为10-14 同位素水平(STP)的氪气中计数极低浓度的85Kr和81Kr原子。”卢征天对记者解释道，通过技术改进，他们目前已经获得了更好的原子冷却、收集和检测效率，可将Kr同位素定年实际应用所需的地下水样品量从200kg减小到 20kg，并提高了测量精度和定年范围。现在，中国科学技术大学是国际上唯一拥有有能力实现地下水采样、气体分离提纯和ATTA同位素分析完整流程的实验室的单位。
“在ATTA技术加持下，Kr同位素定年法已成为国际上公认最好的古地下水定年方法。”庞忠和说。
△ 让地下水流“显形”
综合运用地下水分层抽水试验系统、3H、14C、81Kr和85Kr以及水化学成分等多种示踪定年和数值模拟等技术，研究团队在钻孔内确定了详细的地下水位、年龄和地球化学实测剖面。
“这些剖面可以帮助我们更好地区别地下水多级嵌套系统之间的界面。”张俊说，通过将这些实测剖面与数值模拟结果得到的地下水流场和年龄场进行对比验证，就可以基于多种证据圈定地下水系统的空间结构，从而有效识别并精细刻画出地下水系统的多级嵌套结构（如图）。
地下水流1的副本.jpg
鄂尔多斯乌审召盆地地下水系统的多级嵌套结构：（a）图是地下水流系统多级嵌套结构示意图，（b）图是地下水流和年龄数值模拟结果。张俊 供图
与前人在鄂尔多斯盆地的研究结果（地下水最大年龄4万年）相比，该研究首次发现超过20万年的地下水，得到的地下水年龄剖面比以往研究更加精细准确，使人们对鄂尔多斯盆地地下水循环规律的认识达到了新的高度。
“这是我国地下水科学界20年努力的一个里程碑式的进展。”庞忠和告诉《中国科学报》：“如果说上个世纪澳大利亚大自流水盆地的研究给人们呈现了大型沉积盆地地下水循环的宏大格局的话，今天我国的鄂尔多斯盆地则展示了这个循环系统的丰富内涵和精湛细节。而这恰恰反映了其本质特征。”
而在研究中先后涌现的科技突破——研究团队成功实现了packer和ATTA设备的国产化，更让庞忠和心生感慨：“从同位素水文地质学角度来讲，packer和ATTA两项顶尖技术整合起来，再加上科学深钻连井剖面的研究平台，无疑是做深层地下水科研的最好状态了。”
△ 为“深地”应用筑牢科学基础
谈及该研究的意义，庞忠和表示，总的来说，这是一项应用基础研究，其对区域尺度地下水系统理论研究提供了重要佐证；并且它结合了地球系统科学的概念，也有力推动了地下水科学向前进步。
不仅如此，尽管目前还无法直接评估该成果的实际应用价值，但其对于深地资源和空间利用的指导意义仍然非常可观。
“比如核废料处置、二氧化碳地下封存等，需要寻找一个安全、稳定的地下环境，只有类似区域尺度地下系统被精细刻画出以后，人们才好决定去哪儿封存。”庞忠和展望道，这在当前“碳中和”背景下意义深远。
当然，这类研究对于地下水的资源评价和可持续开采而言，是必不可少的理论基础。
庞忠和举例说，近年来，作为世界上三个最干旱的极端干旱区之一的新疆，居然也时不时会发生洪水现象——这是全球变暖、气温升高以后冰川融化退缩的结果。干旱地区发洪水的时候怎么办？“当我们了解清楚了地下水文状况后，我们给新疆提供了具体建议：把多余的冰川融水存在地下，建一个地下水库。这作为应对气候变化的一个手段，现在已经行动起来了。”
此外，相应的理论成果还将进一步指导区域地热资源开发、地下空间利用等的开展。庞忠和说，在当前全球应对气候变化的大背景下，“深地”开发是一个重要手段，但在之前，“我们需要先解码”。https://t.cn/A6IaUI4C
氮气闭路循环高速离心喷雾干燥设备防爆型LPG-10
概述：
根据需方工艺要求，物料为液态，含有有机溶剂无水乙醇，干燥后粉体颗粒有机溶剂含量低，处理量10 ㎏/h。设计进风温度大于 220℃，干燥介质氮气循环，循环介质中氧气含量小于 3%以下。物料接触部分SUS304。系统所有电机防爆，操作箱防爆，防爆等级： ExDIIBT4。
1、 生产工艺采用闭式喷雾造粒设备，酒精回收，造粒后的粉体呈圆球型状，粒度要求 30～40μm。
2、 处理量：5～10 ㎏/h。
3、设备要求内外镜面处理。方便清洗。
4、设备组装完毕，需方带料现场试验验收，确认合格后发货。
5、制作毕，焊接部分打磨处理去毛刺，设备内部清 理洁净，所有部件确认为全新部件与粉料有接触的部件都不可使用涂层进行处理。所有材质均采用和杭州同等材质制 作，实验结果均满足要求。干燥室加热器件要求无老化铁锈的污染。
6、产品回收率达到 95%以上。
7、试验验收现场培训需方操作人员熟练操作、调节参 数、处理设备使用过程中解决问题。
一、 干燥工艺：
氮气经过风机动力进入电加热换热室，经过充分换热以后螺旋状进入干燥塔。物料在料桶内由过滤网过滤，经过送料泵送入离心雾化器，高转速的雾化盘令料液切向雾化成细小颗粒，与热风充分接触，短时间内达到干燥的目的。
雾化器根据传动机构分为气动式和电动式：气动式是以压缩空气作为动力驱动，通过气压大小调节雾化盘的转速大小，控制雾化程度；电动式以电机的转速调节雾化盘的转速，电机通过变频器调节转速。变频器对电机和传动轴运转具有保护作用。
物料在下降过程中进一步干燥，达到产品质量要求。产品经过主塔下部进入旋风分离器扑集进入料仓。
尾气由布袋除尘滤袋 800 目过滤后，经过引风机进入氮气冷却室，冷却至常温状态并冷凝回收无水乙醇。冷凝后的无水乙醇经过排液阀进入溶剂罐。降温除湿后的尾气再次经过加热器加热到设定温度进入主塔循环利用。达到整体密闭循环，避免尾气外露。
干燥过程中进风温度可控，物料的加料量可调节，雾化盘的雾化转速可控制雾化细度，所以生产过程中设备可以充分保证产品质量。
全套干燥工艺采用封闭式操作，物料经过处不锈钢 SUS304 制作，根据物料要求，避免腐蚀。外壁 SUS304 封面。加料方式采用自动机械式，自动化程度高。
整个系统电机防爆等级：ExDIIBT4,电气控制柜采用防爆箱。所有风管连接法兰采用按照HG/T20592-2009 国标1.0MPa级标准，不锈钢。法兰之间密封垫片采用四氟垫。
此套干燥工艺，根据物料特殊性，采用闭路循环结构，系统所有进出料口配有真空蝶阀。
滤芯除尘器出风管道配有可观测视镜，对称放置照明灯。观察布袋粉尘是否外漏，并及时处理。布袋除尘器箱体布置泄爆口，确保安全。
系统内部温度、风压、氧气含量检测仪、加料频率、风机频率， 现场可以观察并连接控制系统，有氧检测并报警仪信号通过变送器输送信号连接到DCS 系统。
具体设备流程如图。
二、 设计计算及机型选型:
2.1、蒸发溶剂量：W= 10 ㎏/h 按照较大规格选型，留有调节余量。取，乙醇的蒸发潜热： rw=264kcal/kg
物料的比热容； 0.5kcal/kg℃
2.2、干燥风量确定：
2.2.1 、蒸发量10㎏/h乙醇 。
2.2.2 、在闭路循环系统中，尾气冷凝后气温25℃，此温度下饱和水汽值0.0229㎏/m³此值较乙醇饱和值相当。
2.2.3 、排风温度在85℃，在标况下水汽饱和容量为0.35㎏/m³水分。干燥物料终溶剂含量为小于1%,在此水分含量的水汽压与湿涵曲线图表中，单位气体水汽含量值在0.013～0.071㎏/m³水分及溶剂,喷雾干燥为瞬间雾化干燥，雾化后通过气力输送进一步干燥，气力输送过程特点为干燥时间短，热质交换分压剃度大。水汽及溶剂含量值取0.023㎏/m³。
蒸发量消耗气体量：L=10㎏/h÷0.023㎏/m³
=435m³/h
2.2.4 、引风机选型：在干燥系统流程中，考虑到设备的调节量，根据气流温度，空气湿含量大小，风量选型余量在10%， 总风量为435m³/h×1.1=479 m³/h。
在干燥系统与引风机连接部件阻力要求大于3500Pa。参照国家风机标准，引风机型号选用：
9-19 3.5A 右180º 1.5KW 变频调速
风机风量：500～900 m³/h 全压：3500Pa。2.3、干燥需要总热量：
2.3.1 、溶剂汽化时汽化潜热：W×rw
= 10㎏×（264+85-25）kcal/kg
=3240kcal
2.3.2 、干燥系统在运行过程中，通过干燥介质来热量循环交换， 则：Q1= V气×C气×（220℃－25℃）
=479×1.25×0.24×（220－25）
=28022kcal/h
2.3.3、热源:电加热
从25℃加热到220℃，由电加热来完成，所需的热量为: 28022 kcal/h,
则电加热功率为28022÷860=32.5KW，根据三相电平衡规律，电加热总功率取36KW，电加热管及箱体内壁均采用不锈钢304制作，加热器的接线端子采用耐高温导线连接。
2.4 、冷却水循环量：
2.4.1 、干燥机组尾气温度平均 85℃，尾气量 479m³/h，从 85℃降到25℃释放热值：
479×1.25×0.24×（85－25）
=8622kcal/h
10 公斤乙醇溶剂凝露释放热值：10×264
=2640kcal/h
热值 8622＋2640kcal/h 需要 8℃冷水升到 15℃的水量：
（8622＋2640）kcal/h÷（15-8）
=1609 ㎏/h
=1.609 吨/小时
考虑到热利用损失，冷却水利用量：1.7 吨/小时。
可以采用无锡盖德制冷机组，制冷量 2 立方，电机功率 4KW, 机组体积 980×650×1500 ㎜。
2.4.2 冷却翅片采用不锈钢管SUS304翅片，换热面积按照不锈钢换热材质系数核计：
（8622＋2640）kcal/h ÷14.7÷7
=109㎡
按照换热充分，冷却器按照120㎡配备。
2.5布袋除尘器：由于干燥过程中有较细小粉尘颗粒产生，布袋规格选用医药级滤芯过滤，过滤精度 800 目。
布袋除尘器过滤风速按照较低过滤风速 0.7m/min 核计，过滤面积：479÷60÷0.7=11.5 ㎡
选型MC-15 ㎡滤芯除尘器。滤芯采用Φ325×1000mm，1 只。聚酯材料，表面喷涂 PTFE，过滤精度 800 目，耐热温度 110～ 120℃。
除尘器箱体SUS304 材质制作，内壁采用镜面板制作。氮气脉冲反吹阀DN25。
2.6 设备控制：采用触摸屏PLC 集中控制与调节，氮气进出置换口DN20。氧含量检测仪采用防爆结构同行业运行稳定的品牌。温度、引风机频率通过触摸屏调节。
三、 LPG-10 离心喷雾干燥机技术参数：
1、 进风温度： 220～230℃（可调）
2、 出风温度：85～95℃
3、 干燥强度：8～12 ㎏/h
4、 设备动力： 5.8kw
5、 电加热功率： 36kw
6、 冷却换热器面积：120 ㎡
7、 8℃冷水耗量：1.7t/h 水压 0.3MPa
8、 除尘过滤面积：15 ㎡
9、 脉冲氮气耗量：2.4m³/h气压 0.4MPa
10、 产品细度： 30～120 目
11、 设备外型尺寸：3.5×2.7×2.8m
12、 雾化盘转速:18000 转/分钟
13、 干燥系统内部总容积：3.6 立方。
概述：
根据需方工艺要求，物料为液态，含有有机溶剂无水乙醇，干燥后粉体颗粒有机溶剂含量低，处理量10 ㎏/h。设计进风温度大于 220℃，干燥介质氮气循环，循环介质中氧气含量小于 3%以下。物料接触部分SUS304。系统所有电机防爆，操作箱防爆，防爆等级： ExDIIBT4。
1、 生产工艺采用闭式喷雾造粒设备，酒精回收，造粒后的粉体呈圆球型状，粒度要求 30～40μm。
2、 处理量：5～10 ㎏/h。
3、设备要求内外镜面处理。方便清洗。
4、设备组装完毕，需方带料现场试验验收，确认合格后发货。
5、制作毕，焊接部分打磨处理去毛刺，设备内部清 理洁净，所有部件确认为全新部件与粉料有接触的部件都不可使用涂层进行处理。所有材质均采用和杭州同等材质制 作，实验结果均满足要求。干燥室加热器件要求无老化铁锈的污染。
6、产品回收率达到 95%以上。
7、试验验收现场培训需方操作人员熟练操作、调节参 数、处理设备使用过程中解决问题。
一、 干燥工艺：
氮气经过风机动力进入电加热换热室，经过充分换热以后螺旋状进入干燥塔。物料在料桶内由过滤网过滤，经过送料泵送入离心雾化器，高转速的雾化盘令料液切向雾化成细小颗粒，与热风充分接触，短时间内达到干燥的目的。
雾化器根据传动机构分为气动式和电动式：气动式是以压缩空气作为动力驱动，通过气压大小调节雾化盘的转速大小，控制雾化程度；电动式以电机的转速调节雾化盘的转速，电机通过变频器调节转速。变频器对电机和传动轴运转具有保护作用。
物料在下降过程中进一步干燥，达到产品质量要求。产品经过主塔下部进入旋风分离器扑集进入料仓。
尾气由布袋除尘滤袋 800 目过滤后，经过引风机进入氮气冷却室，冷却至常温状态并冷凝回收无水乙醇。冷凝后的无水乙醇经过排液阀进入溶剂罐。降温除湿后的尾气再次经过加热器加热到设定温度进入主塔循环利用。达到整体密闭循环，避免尾气外露。
干燥过程中进风温度可控，物料的加料量可调节，雾化盘的雾化转速可控制雾化细度，所以生产过程中设备可以充分保证产品质量。
全套干燥工艺采用封闭式操作，物料经过处不锈钢 SUS304 制作，根据物料要求，避免腐蚀。外壁 SUS304 封面。加料方式采用自动机械式，自动化程度高。
整个系统电机防爆等级：ExDIIBT4,电气控制柜采用防爆箱。所有风管连接法兰采用按照HG/T20592-2009 国标1.0MPa级标准，不锈钢。法兰之间密封垫片采用四氟垫。
此套干燥工艺，根据物料特殊性，采用闭路循环结构，系统所有进出料口配有真空蝶阀。
滤芯除尘器出风管道配有可观测视镜，对称放置照明灯。观察布袋粉尘是否外漏，并及时处理。布袋除尘器箱体布置泄爆口，确保安全。
系统内部温度、风压、氧气含量检测仪、加料频率、风机频率， 现场可以观察并连接控制系统，有氧检测并报警仪信号通过变送器输送信号连接到DCS 系统。
具体设备流程如图。
二、 设计计算及机型选型:
2.1、蒸发溶剂量：W= 10 ㎏/h 按照较大规格选型，留有调节余量。取，乙醇的蒸发潜热： rw=264kcal/kg
物料的比热容； 0.5kcal/kg℃
2.2、干燥风量确定：
2.2.1 、蒸发量10㎏/h乙醇 。
2.2.2 、在闭路循环系统中，尾气冷凝后气温25℃，此温度下饱和水汽值0.0229㎏/m³此值较乙醇饱和值相当。
2.2.3 、排风温度在85℃，在标况下水汽饱和容量为0.35㎏/m³水分。干燥物料终溶剂含量为小于1%,在此水分含量的水汽压与湿涵曲线图表中，单位气体水汽含量值在0.013～0.071㎏/m³水分及溶剂,喷雾干燥为瞬间雾化干燥，雾化后通过气力输送进一步干燥，气力输送过程特点为干燥时间短，热质交换分压剃度大。水汽及溶剂含量值取0.023㎏/m³。
蒸发量消耗气体量：L=10㎏/h÷0.023㎏/m³
=435m³/h
2.2.4 、引风机选型：在干燥系统流程中，考虑到设备的调节量，根据气流温度，空气湿含量大小，风量选型余量在10%， 总风量为435m³/h×1.1=479 m³/h。
在干燥系统与引风机连接部件阻力要求大于3500Pa。参照国家风机标准，引风机型号选用：
9-19 3.5A 右180º 1.5KW 变频调速
风机风量：500～900 m³/h 全压：3500Pa。2.3、干燥需要总热量：
2.3.1 、溶剂汽化时汽化潜热：W×rw
= 10㎏×（264+85-25）kcal/kg
=3240kcal
2.3.2 、干燥系统在运行过程中，通过干燥介质来热量循环交换， 则：Q1= V气×C气×（220℃－25℃）
=479×1.25×0.24×（220－25）
=28022kcal/h
2.3.3、热源:电加热
从25℃加热到220℃，由电加热来完成，所需的热量为: 28022 kcal/h,
则电加热功率为28022÷860=32.5KW，根据三相电平衡规律，电加热总功率取36KW，电加热管及箱体内壁均采用不锈钢304制作，加热器的接线端子采用耐高温导线连接。
2.4 、冷却水循环量：
2.4.1 、干燥机组尾气温度平均 85℃，尾气量 479m³/h，从 85℃降到25℃释放热值：
479×1.25×0.24×（85－25）
=8622kcal/h
10 公斤乙醇溶剂凝露释放热值：10×264
=2640kcal/h
热值 8622＋2640kcal/h 需要 8℃冷水升到 15℃的水量：
（8622＋2640）kcal/h÷（15-8）
=1609 ㎏/h
=1.609 吨/小时
考虑到热利用损失，冷却水利用量：1.7 吨/小时。
可以采用无锡盖德制冷机组，制冷量 2 立方，电机功率 4KW, 机组体积 980×650×1500 ㎜。
2.4.2 冷却翅片采用不锈钢管SUS304翅片，换热面积按照不锈钢换热材质系数核计：
（8622＋2640）kcal/h ÷14.7÷7
=109㎡
按照换热充分，冷却器按照120㎡配备。
2.5布袋除尘器：由于干燥过程中有较细小粉尘颗粒产生，布袋规格选用医药级滤芯过滤，过滤精度 800 目。
布袋除尘器过滤风速按照较低过滤风速 0.7m/min 核计，过滤面积：479÷60÷0.7=11.5 ㎡
选型MC-15 ㎡滤芯除尘器。滤芯采用Φ325×1000mm，1 只。聚酯材料，表面喷涂 PTFE，过滤精度 800 目，耐热温度 110～ 120℃。
除尘器箱体SUS304 材质制作，内壁采用镜面板制作。氮气脉冲反吹阀DN25。
2.6 设备控制：采用触摸屏PLC 集中控制与调节，氮气进出置换口DN20。氧含量检测仪采用防爆结构同行业运行稳定的品牌。温度、引风机频率通过触摸屏调节。
三、 LPG-10 离心喷雾干燥机技术参数：
1、 进风温度： 220～230℃（可调）
2、 出风温度：85～95℃
3、 干燥强度：8～12 ㎏/h
4、 设备动力： 5.8kw
5、 电加热功率： 36kw
6、 冷却换热器面积：120 ㎡
7、 8℃冷水耗量：1.7t/h 水压 0.3MPa
8、 除尘过滤面积：15 ㎡
9、 脉冲氮气耗量：2.4m³/h气压 0.4MPa
10、 产品细度： 30～120 目
11、 设备外型尺寸：3.5×2.7×2.8m
12、 雾化盘转速:18000 转/分钟
13、 干燥系统内部总容积：3.6 立方。
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