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干燥設(shè)備的設(shè)計和選型
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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)特點及工作原理作了介紹，并根據(jù)顆粒熱傳遞模型給出實際傳熱系數(shù)計算公式。同時對旋轉(zhuǎn)圓盤和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機承壓轉(zhuǎn)子的危險部位和校核內(nèi)容進行了歸納。
干燥設(shè)備設(shè)計選型與應用實用手冊
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)計應用實例
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)備應用
一章 流化床干燥器應用
第二章 噴霧干燥器應用
第三章 氣流及旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥器應用
第四章 轉(zhuǎn)筒及帶式干燥器應用
第五章 廂式干燥器應用
第六章 轉(zhuǎn)鼓干燥器應用
第七章 真空冷凍干燥器應有
第八章 紅外干燥器應用
第九章 高頻及微波干燥器應用
第十章 塔式干燥器應用
第十一章 涂膜干燥設(shè)備應用
第十二章 熱導式攪拌干燥器應用
第十三章 熱風爐應用
第十四章 除塵器應用
第十五章 清選篩分機械應用
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)標準規(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，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。
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)，此為干燥機的核心部件，不同種類的干燥機有不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機的轉(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、減速裝置組成。③管路系統(tǒng)，由進汽管、排水管、調(diào)節(jié)閥門、金屬軟管和旋轉(zhuǎn)接頭等組成。④排風除塵系統(tǒng)，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(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入導出熱介質(zhì)。熱介質(zhì)通過金屬壁將熱量傳導給濕物料，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)的濕分則由頂部風機抽出。
旋轉(zhuǎn)列管式和旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)圓盤式干燥機。一般加熱面積相同時，后者的整機傳熱系數(shù)要比前者大60%～70%。但旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機結(jié)構(gòu)復雜，制造難度大，成本也高。
2 設(shè)計模型
間接式干燥機的規(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(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現(xiàn)，而總傳熱系數(shù)K則由物料特性、干燥機內(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。因此間接式干燥機的設(shè)計有兩個技術(shù)關(guān)鍵：①真實傳熱系數(shù)的分析計算；②干燥機轉(zhuǎn)子的強度設(shè)計。
2.1真實傳熱系數(shù)的計算
從工作原理看，干燥機傳熱系數(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。對攪動床的傳熱系數(shù)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(zhuǎn)圓盤式干燥機傳熱系數(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；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(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)，在實驗的基礎(chǔ)上，可建立如下經(jīng)驗公式：
�。�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(guī)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(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)進行積分，即可得到平均傳熱系數(shù)：
�。�7）
對一臺干燥機而言，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，導熱系數(shù)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(jù)不同物料的干燥特性曲線，對整臺干燥機進行分區(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傳熱系數(shù)更符合實際工況。用該模型設(shè)計的JPG150、JPG300、JPG500圓盤式干燥機及RTD150、RTD180、RTD250列管式干燥機，實際運行中均達到了原設(shè)計的傳熱系數(shù)要求，運行情況良好。
2.2干燥機轉(zhuǎn)子的強度設(shè)計
干燥機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中需進行強度設(shè)計的部件因干燥機類型的差異而有所不同。對旋轉(zhuǎn)列管式干燥機來說，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(shè)備為非標準設(shè)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(zhuǎn)圓盤式干燥機，轉(zhuǎn)子強度的分析設(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度分析；②承受內(nèi)壓和彎曲扭轉(zhuǎn)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，計算主軸的撓度和較大應力。涉及強度設(shè)計的力學模型，過于復雜和專業(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)列管式干燥機的結(jié)構(gòu)特點與工作原理，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傳熱系數(shù)計算的數(shù)學模型，該模型的計算結(jié)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(zhuǎn)圓盤和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機承壓轉(zhuǎn)子的危險部位和校核內(nèi)容進行了歸納。
由于干燥機內(nèi)的熱量傳遞過程相當復雜，要進行更為精確的傳熱系數(shù)計算，必須針對實際工業(yè)干燥過程進行更多的實驗工作和理論分析以完善數(shù)學模型；同時將CFD和CAD技術(shù)應用于干燥機的設(shè)計過程，對優(yōu)化提高干燥裝備的整體水平大有裨益。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟的高速發(fā)展，干燥機越來越多的走入我們尋常生活中來，在我們的衣食住行中，處處都有干燥機的影子在里面，就比如我們的衣服 糧食以及所住房子用的建筑材料，都離不開干燥機的參與，它們不僅僅減輕了我們的勞動負擔，還為我們提供了更加舒適的生活。
當前，食品加工技術(shù)的一個重要發(fā)展趨勢是較大限度 水份分散化：為濕冷表層與干燥物質(zhì)（暖空氣或汽體）的可及性。在閃蒸干燥機中，它是根據(jù)應用例如機械設(shè)備分散化器，進加料器或破碎機等分散化器根據(jù)將干燥的商品混和在入料中保持的。 溫度差：在迅速干燥中，能夠應用較高的原始溫度。因為觸碰速度快，這種全是將會的，因而閃蒸干燥機屬連續(xù)工作的干燥設(shè)備，由主機和螺旋給料機構(gòu)組成，并分別由電動機單獨驅(qū)動。閃蒸干燥機系統(tǒng)，除主機外還必須具備：供熱部分，供氣部分，成品收集部分。一般此三部分中供熱多采用燃煤、燃油、燃氣的熱風爐或采用電力、蒸汽換熱器；供氣系統(tǒng)則由離心式通風機及其管路、閥等組成；成品收集部分則由旋風分離器和袋式實行臥式沸騰干燥機維修的經(jīng)濟核算，就是要根據(jù)臥式沸騰干燥機的實際技術(shù)狀態(tài)確定設(shè)備是否需要修理、什么時間修理及修理的具體實施等問題，以免出現(xiàn)過剩維修�！ �1、在不同的修理時期，要根據(jù)臥式沸騰干燥機各部件的實際情況采取相應的修理方法，使臥式沸騰干燥機各部件達到^好的配比，發(fā)揮^大的功效，^大限度地降 由于材料的形狀、大小和粘性等因素，使得部分機器無法完成大顆粒、小塊狀和粘性塊狀顆粒材料的干燥。這時，高效沸騰干燥機就是它們的理想選擇，并且該設(shè)備非常適合進行制藥、化工和輕工等行業(yè)中的材料干燥。 材料會通過分配器進入機器，然后技術(shù)員會引入經(jīng)過凈化和加熱后的
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