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摘要:推廣使用具有節能環保特性的間接式干燥設備是目前干燥技術發展的一個重要趨勢。著重就旋轉圓盤和旋轉列管式這兩種間接加熱干燥設備的結構特點及工作原理作了介紹,并根據顆粒熱傳遞模型給出實際傳熱系數計算公式。同時對旋轉圓盤和旋轉列管式干燥機承壓轉子的危險部位和校核內容進行了歸納。 關鍵詞:旋轉列管式干燥機;旋轉圓盤式干燥機;傳熱系數;強度 干燥設備是化工、輕工、食品及農產品加工等行業中較為常見和能耗較高的一類單元設備,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備,物料和干燥介質直接接觸,通過對流方式傳熱,具有結構簡單、制造成本低廉等優點,但熱效率低,能耗高,同時對環境造成的污染也大。間接傳熱式設備由于其優異的節能環保特性,在工農業生產中應用日益廣泛。本文介紹近年來開發成功并在多個行業投入運行的兩種連續式間接加熱干燥設備:旋轉圓盤式和旋轉列管式干燥機。 1結構與工作原理 1.1 結構簡介 旋轉圓盤式干燥設備和旋轉列管式干燥設備的結構主要由四部分組成:①轉子系統,此為干燥機的核心部件,不同種類的干燥機有不同的轉子結構。旋轉圓盤式干燥機的轉子由中空軸和焊接在軸上的數十只圓盤組成;旋轉列管式干燥機的轉子由兩端中空軸、封頭及數百根以一定方式排列的管子共同構成。它們的結構如圖1、圖2所示。運轉時轉子靠兩端軸承支撐:一端為固定軸承,另一端可以自由游動,協調轉子的軸向熱膨脹。轉子四周有翻動物料的抄板。②傳動系統,由主電機、減速裝置組成。③管路系統,由進汽管、排水管、調節閥門、金屬軟管和旋轉接頭等組成。④排風除塵系統,一般借助引風機排風,同時回收粉塵。 1.2 工作原理 在密閉干燥室內,由管束或圓盤組成的轉子緩慢旋轉,通過轉子的入口和出口中空軸導入導出熱介質。熱介質通過金屬壁將熱量傳導給濕物料,物料吸熱增加蒸發濕分。轉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、轉子轉速及抄板軸向傾角,使物料從入口到出口剛好完成干燥過程。蒸發的濕分則由頂部風機抽出。 旋轉列管式和旋轉圓盤式干燥機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動無任何約束,物料與加熱管的整體接觸率要小于旋轉圓盤式干燥機。一般加熱面積相同時,后者的整機傳熱系數要比前者大60%~70%。但旋轉圓盤式干燥機結構復雜,制造難度大,成本也高。 2 設計模型 間接式干燥機的規格大小是通過換熱面積度量的。根據物料衡算,可以確定干燥過程的熱消耗量Q(即單位時間內干燥機消耗的熱量)。而Q=KA△t,因此干燥機換熱面積的大小取決于總傳熱系數K和溫差△t。其中溫差△t可以調節蒸汽或熱載流體入口溫度來實現,而總傳熱系數K則由物料特性、干燥機內物料的混合攪拌水平及有效接觸率等決定。另外該類干燥機的轉子系統受熱介質內壓作用,為承壓部件。因此間接式干燥機的設計有兩個技術關鍵:①真實傳熱系數的分析計算;②干燥機轉子的強度設計。 2.1真實傳熱系數的計算 從工作原理看,干燥機傳熱系數的計算可歸結為管束或平板在攪動的顆粒床上的熱傳導。對攪動床的傳熱系數進行分析的資料在國外較少報道。文獻3和4給出了大型旋轉圓盤式干燥機傳熱系數的計算方法,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。該理論認為在移動加熱面與待干燥的顆粒床間的熱傳遞現象主要受三個機制控制,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填料床內的熱傳導;③基體中由于顆粒運動引起的熱對流。將各部分熱阻疊加起來,就可以計算出總的傳熱系數。 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hs可由下列方程確定,即 其中hs為加熱面與顆粒間的****傳熱系數,W.(m2 .K)-1;hp為加熱面與第一層顆粒間的****傳熱系數,W.(m2 .K)-1;h2p為加熱面與第二層顆粒間的****傳熱系數,W.(m2 .K)-1;ψ為表面覆蓋系數;hg為空隙空氣傳熱系數,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;M為空氣分子量;T為干燥室內空氣溫度,K;p為干燥室內壓力,Pa;γ是考慮空氣的影響而引入的調節系數,在實驗的基礎上,可建立如下經驗公式: �。�4) �。�5) 其中,hc為顆粒床的傳熱系數,W.(m2 .K)-1;λe為顆粒的有效熱導率,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。顆粒在干燥機料床中的運動規律十分復雜,目前還沒有完全掌握。在簡化的完全混合情況下,床身內無溫度分布,顆粒熱對流引起的熱阻對傳熱系數的影響可以被忽略。 于是瞬時總傳熱系數就可根據下式得出: (6) 然后在顆粒-傳熱面接觸時間τ內對瞬時總傳熱系數進行積分,即可得到平均傳熱系數: (7) 對一臺干燥設備而言,除具有一個宏觀統計上的總體傳熱系數外,每段干燥區域還對應有一個局部傳熱系數,兩者有聯系也有區別。觀察物料的測試報告可以發現,濕度對物料物理性質影響很大。一般濕度越大,密度就越大,導熱系數也會迅速增大。因此顆粒傳熱模型的復雜性還在于分段性,必須根據不同物料的干燥特性曲線,對整臺干燥機進行分區域計算傳熱系數,然后再依各段所占的加熱面比例,得出總傳熱系數。通過與其他干燥模型計算結果的比較,發現用顆粒傳熱模型計算的間接式干燥機傳熱系數更符合實際工況。 2.2干燥機轉子的強度設計 干燥機轉子系統中需進行強度設計的部件因干燥機類型的差異而有所不同。對旋轉列管式干燥機來說,其危險部位及校核內容主要為:①位于軸承支撐處的主軸應力;②轉子的剛度分析及****撓度計算;③管子與管板聯接處考慮扭轉應力后的強度保證;④封頭在復雜載荷作用下的實際承載水平計算。由于該設備為非標準設備,在進行強度與剛度分析時,要首先進行合理的、處于安全的力學模型的簡化,然后針對力學模型進行分析計算。 對于旋轉圓盤式干燥機,轉子強度的分析設計[6]主要包括兩個部分:①承受內壓的大直徑工作圓盤的強度分析;②承受內壓和彎曲扭轉載荷的中空軸的強度分析。實際計算中要通過簡化力學模型,計算主軸的撓度和****應力。涉及強度設計的力學模型,過于復雜和專業化,本文不作具體介紹。 3 結 論 推廣使用具有節能環保優勢的間接式干燥設備是目前干燥技術發展的一個重要趨勢。文中概述了旋轉圓盤式和旋轉列管式干燥機的結構特點與工作原理,并根據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傳熱系數計算的數學模型,該模型的計算結果與干燥機的實際運行吻合較好;同時從彈性力學的角度對旋轉圓盤和旋轉列管式干燥機承壓轉子的危險部位和校核內容進行了歸納。 由于干燥機內的熱量傳遞過程相當復雜,要進行更為精確的傳熱系數計算,必須針對實際工業干燥過程進行更多的實驗工作和理論分析以完善數學模型;同時將CFD和CAD技術應用于干燥機的設計過程,對優化提高干燥裝備的整體水平大有裨益。茶葉冰凍干燥機在制茶業中的功能和應用 制茶業是我國的傳統產業。為了提高茶葉的加工質量和產業現代化,有必要在茶葉初加工業和深加工業應用新的科學技術,而先進的冰凍技術在茶葉中有較好的應用前景。 功能一 冰凍干燥機在毛茶干燥中的應用<雙錐回轉真空干燥機筒體的旋轉速度越快,干燥速度越高。但在雙錐回轉真空干燥機干燥后期,隨著物料濕含量的下降,干燥速度也降低,此時提高濕生物質材料通過輸送裝置進入該機器中進行喂養,同時,加熱的空氣驅動發動機,然后充分混合推進整個管道內的空氣運轉,水分蒸發時,生物質原料經過所有管。在出料口材料被釋放�! SG旋轉閃蒸干燥機也被稱為氣流干燥機,一般干燥材料^終的水分含量是比較低的,是一個不錯的選擇。它是便宜的類型,是生物質產業具有相? 污泥烘干機出現容易粘壁原因及解決方法?污泥烘干機“易粘壁”是個老生常談的問題。目前隨著污泥干化設備朝著環保、清潔、節能的方向發展,真節能環保設備經過多年實踐,研發出的采用新工藝、新技術的污泥烘干機能較好的解決污泥的粘附問題,有的用戶會好奇污泥“易粘壁”產生的原因是什么,真節能又是怎么解決這個問 噴霧干燥技術指用噴霧的方法,使物料以霧滴狀態分散于熱氣流中,物料與熱氣體充分接觸,在瞬間完成傳熱和傳質的過程,使溶劑迅速蒸發為氣體,達到干燥的目的。噴霧干燥技術可省 |
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