干燥設(shè)備的設(shè)計和選型
摘要：推廣使用具有節(jié)能環(huán)保特性的間接式干燥設(shè)備是目前干燥技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢。著重就旋轉(zhuǎn)圓盤和旋轉(zhuǎn)列管式這兩種間接加熱干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理作了介紹，并根據(jù)顆粒熱傳遞模型給出實(shí)際傳熱系數(shù)計算公式。同時對旋轉(zhuǎn)圓盤和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)承壓轉(zhuǎn)子的危險部位和校核內(nèi)容進(jìn)行了歸納。
干燥設(shè)備設(shè)計選型與應(yīng)用實(shí)用手冊
北方工業(yè)出版社
2006年 4冊
一篇 總論
一章 干燥技術(shù)概述
第二章 干燥過程基礎(chǔ)
第二篇 廂式和帶式干燥器設(shè)計
一章 水平氣流式廂式干燥器設(shè)計
第二章 穿流氣流式廂式干燥器設(shè)計
第三章 真空廂式干燥器設(shè)計
第四章 洞道式干燥器設(shè)計
第五章 水平氣流帶式干燥器設(shè)計
第六章 穿流氣流帶式干燥器設(shè)計
第七章 穿流氣流干燥的計算
第三篇 流化床干燥器設(shè)計
一章 概述
第二章 流化床干燥器主要技術(shù)參數(shù)的確定
第三章 流化床干燥器的分類和型式
第四章 流化床干燥器的設(shè)計計算
第五章 流化床干燥器的使用實(shí)例
第四篇 氣流干燥器設(shè)計
一章 基本原理
第二章 氣流干燥器設(shè)計
第三章 氣流干燥裝置的型式
第四章 氣流干燥器設(shè)計實(shí)例
第五篇 噴霧干燥器設(shè)計
一章 概述
第二章 噴霧干燥器的型式
第三章 噴霧干燥器的設(shè)計原則
第四章 霧化器
第五章 噴霧干燥器的組成及設(shè)計
第六章 噴霧冷卻干燥器
第七章 噴霧干燥器設(shè)計應(yīng)用實(shí)例
第六篇 其他干燥器設(shè)計
一章 滾筒干燥器設(shè)計
第二章 回轉(zhuǎn)圓筒干燥器設(shè)計
第三章 紅外線和遠(yuǎn)紅外線干燥器設(shè)計
第四章 高頻和微波干燥器設(shè)計
第五章 其他干燥器設(shè)計
第七篇 組合干燥器和干燥器輔助設(shè)備設(shè)計
一章 組合干燥器設(shè)計
第二章 干燥器輔助設(shè)備設(shè)計
第八篇 干燥設(shè)備選型
一章 干燥設(shè)備選型基礎(chǔ)
第二章 干燥設(shè)備選型
第三章 干燥配套設(shè)備選型
第九篇 干燥設(shè)備應(yīng)用
一章 流化床干燥器應(yīng)用
第二章 噴霧干燥器應(yīng)用
第三章 氣流及旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器應(yīng)用
第四章 轉(zhuǎn)筒及帶式干燥器應(yīng)用
第五章 廂式干燥器應(yīng)用
第六章 轉(zhuǎn)鼓干燥器應(yīng)用
第七章 真空冷凍干燥器應(yīng)有
第八章 紅外干燥器應(yīng)用
第九章 高頻及微波干燥器應(yīng)用
第十章 塔式干燥器應(yīng)用
第十一章 涂膜干燥設(shè)備應(yīng)用
第十二章 熱導(dǎo)式攪拌干燥器應(yīng)用
第十三章 熱風(fēng)爐應(yīng)用
第十四章 除塵器應(yīng)用
第十五章 清選篩分機(jī)械應(yīng)用
第十六章 糧食干燥
第十七章 紙線干燥
第十八章 木材干燥
第十九章 茶葉干燥
第二十章 中藥飲片干燥
第十篇 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
干燥設(shè)備是化工、輕工、食品及農(nóng)產(chǎn)品加工等行業(yè)中較為常見和能耗較高的一類單元設(shè)備，按熱量傳遞方式可分為直接傳熱式和間接傳熱式兩種[1][2]。其中直接傳熱式干燥設(shè)備，物料和干燥介質(zhì)直接接觸，通過對流方式傳熱，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但熱效率低，能耗高，同時對環(huán)境造成的污染也大。間接傳熱式設(shè)備由于其優(yōu)異的節(jié)能環(huán)保特性，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用日益廣泛。本文介紹近年來開發(fā)成功并在多個行業(yè)投入運(yùn)行的兩種連續(xù)式間接加熱干燥設(shè)備：旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)。
1結(jié)構(gòu)與工作原理
1.1 結(jié)構(gòu)簡介
旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：①轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，此為干燥機(jī)的核心部件，不同種類的干燥機(jī)有不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)的轉(zhuǎn)子由中空軸和焊接在軸上的數(shù)十只圓盤組成；旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)的轉(zhuǎn)子由兩端中空軸、封頭及數(shù)百根以一定方式排列的管子共同構(gòu)成。它們的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。運(yùn)轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子靠兩端軸承支撐：一端為固定軸承，另一端可以自由游動，協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)子的軸向熱膨脹。轉(zhuǎn)子四周有翻動物料的抄板。②傳動系統(tǒng)，由主電機(jī)、減速裝置組成。③管路系統(tǒng)，由進(jìn)汽管、排水管、調(diào)節(jié)閥門、金屬軟管和旋轉(zhuǎn)接頭等組成。④排風(fēng)除塵系統(tǒng)，一般借助引風(fēng)機(jī)排風(fēng)，同時回收粉塵。
1.2 工作原理
在密閉干燥室內(nèi)，由管束或圓盤組成的轉(zhuǎn)子緩慢旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)子的入口和出口中空軸導(dǎo)入導(dǎo)出熱介質(zhì)。熱介質(zhì)通過金屬壁將熱量傳導(dǎo)給濕物料，物料吸熱增加蒸發(fā)濕分。轉(zhuǎn)子周緣安有特殊的抄板，一方面不斷將物料翻起使之與金屬換熱表面接觸，另一方面抄板有一定的軸向傾角，將物料從入口端推向出口端。對不同的物料，改變干燥室長度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及抄板軸向傾角，使物料從入口到出口剛好完成干燥過程。蒸發(fā)的濕分則由頂部風(fēng)機(jī)抽出。
旋轉(zhuǎn)列管式和旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)都具有較高的熱效率。但相對而言，前者由于物料在光滑管間的軸向運(yùn)動無任何約束，物料與加熱管的整體接觸率要小于旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)。一般加熱面積相同時，后者的整機(jī)傳熱系數(shù)要比前者大60%～70%。但旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，成本也高。
2 設(shè)計模型
間接式干燥機(jī)的規(guī)格大小是通過換熱面積度量的。根據(jù)物料衡算，可以確定干燥過程的熱消耗量Q（即單位時間內(nèi)干燥機(jī)消耗的熱量）。而Q=KA△t，因此干燥機(jī)換熱面積的大小取決于總傳熱系數(shù)K和溫差△t。其中溫差△t可以調(diào)節(jié)蒸汽或熱載流體入口溫度來實(shí)現(xiàn)，而總傳熱系數(shù)K則由物料特性、干燥機(jī)內(nèi)物料的混合攪拌水平及有效接觸率等決定。另外該類干燥機(jī)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)受熱介質(zhì)內(nèi)壓作用，為承壓部件。因此間接式干燥機(jī)的設(shè)計有兩個技術(shù)關(guān)鍵：①真實(shí)傳熱系數(shù)的分析計算；②干燥機(jī)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度設(shè)計。
2.1真實(shí)傳熱系數(shù)的計算
從工作原理看，干燥機(jī)傳熱系數(shù)的計算可歸結(jié)為管束或平板在攪動的顆粒床上的熱傳導(dǎo)。對攪動床的傳熱系數(shù)進(jìn)行分析的資料在國外較少報道。文獻(xiàn)3和4給出了大型旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)傳熱系數(shù)的計算方法,即利用Schlunder提出的“顆粒熱傳遞模型”[5]，采用移動加熱板的方法來計算傳熱系數(shù)。該理論認(rèn)為在移動加熱面與待干燥的顆粒床間的熱傳遞現(xiàn)象主要受三個機(jī)制控制，即熱阻主要由以下三部分組成：①加熱壁與顆粒間的熱傳遞；②填料床內(nèi)的熱傳導(dǎo)；③基體中由于顆粒運(yùn)動引起的熱對流。將各部分熱阻疊加起來,就可以計算出總的傳熱系數(shù)。
在完全混合條件下，顆粒熱傳遞模型主要計算過程如下：
加熱壁與顆粒間的傳熱系數(shù)hs可由下列方程確定，即
其中hs為加熱面與顆粒間的較大傳熱系數(shù)，W.（m2 .K）-1；hp為加熱面與一層顆粒間的較大傳熱系數(shù)，W.（m2 .K）-1；h2p為加熱面與第二層顆粒間的較大傳熱系數(shù)，W.（m2 .K）-1；ψ為表面覆蓋系數(shù)；hg為空隙空氣傳熱系數(shù)，W.（m2 .K）-1；dp為顆粒直徑，mm；cg為間隙空氣的比熱容，J.(kg .K)-1；R為空氣常數(shù)；M為空氣分子量；T為干燥室內(nèi)空氣溫度，K；p為干燥室內(nèi)壓力，Pa；γ是考慮空氣的影響而引入的調(diào)節(jié)系數(shù)，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可建立如下經(jīng)驗(yàn)公式：
�。�4）
�。�5）
其中，hc為顆粒床的傳熱系數(shù)，W.（m2 .K）-1；λe為顆粒的有效熱導(dǎo)率，W.(m.K)-1；cpm為顆粒的比熱容，J.(kg.K)-1；ρb為顆粒的密度，kg.m-3；t為接觸時間，s。顆粒在干燥機(jī)料床中的運(yùn)動規(guī)律十分復(fù)雜，目前還沒有完全掌握。在簡化的完全混合情況下，床身內(nèi)無溫度分布，顆粒熱對流引起的熱阻對傳熱系數(shù)的影響可以被忽略。
于是瞬時總傳熱系數(shù)就可根據(jù)下式得出：
�。�6）
然后在顆粒-傳熱面接觸時間τ內(nèi)對瞬時總傳熱系數(shù)進(jìn)行積分，即可得到平均傳熱系數(shù)：
�。�7）
對一臺干燥機(jī)而言，除具有一個宏觀統(tǒng)計上的總體傳熱系數(shù)外，每段干燥區(qū)域還對應(yīng)有一個局部傳熱系數(shù)，兩者有聯(lián)系也有區(qū)別。觀察物料的測試報告可以發(fā)現(xiàn)，濕度對物料物理性質(zhì)影響很大。一般濕度越大，密度就越大，導(dǎo)熱系數(shù)也會迅速增大。因此顆粒傳熱模型的復(fù)雜性還在于分段性，必須根據(jù)不同物料的干燥特性曲線，對整臺干燥機(jī)進(jìn)行分區(qū)域計算傳熱系數(shù)，然后再依各段所占的加熱面比例，得出總傳熱系數(shù)。通過與其他干燥模型計算結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)用顆粒傳熱模型計算的間接式干燥機(jī)傳熱系數(shù)更符合實(shí)際工況。用該模型設(shè)計的JPG150、JPG300、JPG500圓盤式干燥機(jī)及RTD150、RTD180、RTD250列管式干燥機(jī)，實(shí)際運(yùn)行中均達(dá)到了原設(shè)計的傳熱系數(shù)要求，運(yùn)行情況良好。
2.2干燥機(jī)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度設(shè)計
干燥機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中需進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計的部件因干燥機(jī)類型的差異而有所不同。對旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)來說，其危險部位及校核內(nèi)容主要為：①位于軸承支撐處的主軸應(yīng)力；②轉(zhuǎn)子的剛度分析及較大撓度計算；③管子與管板聯(lián)接處考慮扭轉(zhuǎn)應(yīng)力后的強(qiáng)度保證；④封頭在復(fù)雜載荷作用下的實(shí)際承載水平計算。由于該設(shè)備為非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，在進(jìn)行強(qiáng)度與剛度分析時，要首先進(jìn)行合理的、處于安全的力學(xué)模型的簡化，然后針對力學(xué)模型進(jìn)行分析計算。
對于旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)，轉(zhuǎn)子強(qiáng)度的分析設(shè)計[6]主要包括兩個部分：①承受內(nèi)壓的大直徑工作圓盤的強(qiáng)度分析；②承受內(nèi)壓和彎曲扭轉(zhuǎn)載荷的中空軸的強(qiáng)度分析。實(shí)際計算中要通過簡化力學(xué)模型，計算主軸的撓度和較大應(yīng)力。涉及強(qiáng)度設(shè)計的力學(xué)模型，過于復(fù)雜和專業(yè)化，本文不作具體介紹。
3結(jié) 論
推廣使用具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢的間接式干燥設(shè)備是目前干燥技術(shù)發(fā)展的一個重要趨勢。文中概述了旋轉(zhuǎn)圓盤式和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理，并根據(jù)移動加熱板條件下的“顆粒熱傳遞模型”，建立了適用于間接式干燥機(jī)傳熱系數(shù)計算的數(shù)學(xué)模型，該模型的計算結(jié)果與干燥機(jī)的實(shí)際運(yùn)行吻合較好；同時從彈性力學(xué)的角度對旋轉(zhuǎn)圓盤和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)承壓轉(zhuǎn)子的危險部位和校核內(nèi)容進(jìn)行了歸納。
由于干燥機(jī)內(nèi)的熱量傳遞過程相當(dāng)復(fù)雜，要進(jìn)行更為精確的傳熱系數(shù)計算，必須針對實(shí)際工業(yè)干燥過程進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)工作和理論分析以完善數(shù)學(xué)模型；同時將CFD和CAD技術(shù)應(yīng)用于干燥機(jī)的設(shè)計過程，對優(yōu)化提高干燥裝備的整體水平大有裨益。 加熱和烘干不銹鋼烘箱是專為日常應(yīng)用而設(shè)計的，具有自然對流的單元非常適合溫和干燥和加熱，以保護(hù)精致的樣品，帶有強(qiáng)制對流的裝置適用于更快的干燥和加熱，以及出眾的溫度均勻性。 自動超溫報警系統(tǒng) &ems 其實(shí)閃蒸干燥機(jī)的原理其實(shí)就是建立在閃蒸技術(shù)之上的，那么多級閃蒸技術(shù)原理和閃蒸干燥機(jī)到底有什么關(guān)系呢？在介紹之前，我們先來了解一下什么才是閃蒸原理。其實(shí)閃蒸原理是指一定溫度的海水，然后在壓力的突然降低的條件下，部分海水急驟蒸發(fā)的現(xiàn)象。而多級閃蒸海水淡化是將經(jīng)1、發(fā)動沸騰干燥機(jī)前率先要審查各個安裝的軸承和密封全體聯(lián)接處有無松動，各個機(jī)器元件的光滑油情況以及各個水、風(fēng)、漿管閥口等能否在于所需地位。??2、而后接回電源檢蒸發(fā)制粒枯燥機(jī)查電壓和量具能否畸形，最初審查料漿攪和桶內(nèi)料漿的量以及深淺等狀況，若涌現(xiàn)成績應(yīng)及時掃除。??3、讓后裝置沸騰干燥機(jī)的注明次第翻我國是一個人口大國的，也是世界上較大的發(fā)展中國家，雖然中國沒有發(fā)展到工業(yè)大國，但中國的工業(yè)的發(fā)展還是很有前景的，但是它同樣有一點(diǎn)小問題，那就小企業(yè)的制作方面的問題！干燥設(shè)備就是工業(yè)中的一個典范。
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