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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(gè)重要趨勢(shì)。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(jì)算公式。同時(shí)對(duì)旋轉(zhuǎn)圓盤和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)承壓轉(zhuǎn)子的危險(xiǎn)部位和校核內(nèi)容進(jìn)行了歸納。
關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)；旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)；傳熱系數(shù)；強(qiáng)度
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(duì)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(shí)對(duì)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(gè)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)圓盤式干燥設(shè)備和旋轉(zhuǎn)列管式干燥設(shè)備的結(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(shí)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(dòng)，協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)子的軸向熱膨脹。轉(zhuǎn)子四周有翻動(dòng)物料的抄板。②傳動(dòng)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(shí)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(duì)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(duì)而言，前者由于物料在光滑管間的軸向運(yùn)動(dòng)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(shí)，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(jì)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(shí)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(jì)有兩個(gè)技術(shù)關(guān)鍵：①真實(shí)傳熱系數(shù)的分析計(jì)算；②干燥機(jī)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
2.1真實(shí)傳熱系數(shù)的計(jì)算
從工作原理看，干燥機(jī)傳熱系數(shù)的計(jì)算可歸結(jié)為管束或平板在攪動(dòng)的顆粒床上的熱傳導(dǎo)。對(duì)攪動(dòng)床的傳熱系數(shù)進(jìn)行分析的資料在國外較少報(bào)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(jì)算方法,即利用Schlunder提出的“顆粒熱傳遞模型”[5]，采用移動(dòng)加熱板的方法來計(jì)算傳熱系數(shù)。該理論認(rèn)為在移動(dòng)加熱面與待干燥的顆粒床間的熱傳遞現(xiàn)象主要受三個(gè)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(dòng)引起的熱對(duì)流。將各部分熱阻疊加起來,就可以計(jì)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(jì)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****傳熱系數(shù)，W.（m2 .K）-1；hp為加熱面與第一層顆粒間的****傳熱系數(shù)，W.（m2 .K）-1；h2p為加熱面與第二層顆粒間的****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(shí)間，s。顆粒在干燥機(jī)料床中的運(yùn)動(dòng)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(duì)流引起的熱阻對(duì)傳熱系數(shù)的影響可以被忽略。
于是瞬時(shí)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(shí)間τ內(nèi)對(duì)瞬時(shí)總傳熱系數(shù)進(jìn)行積分，即可得到平均傳熱系數(shù)： （7）
對(duì)一臺(tái)干燥設(shè)備而言，除具有一個(gè)宏觀統(tǒng)計(jì)上的總體傳熱系數(shù)外，每段干燥區(qū)域還對(duì)應(yīng)有一個(gè)局部傳熱系數(shù)，兩者有聯(lián)系也有區(qū)別。觀察物料的測(cè)試報(bào)告可以發(fā)現(xiàn)，濕度對(duì)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(huì)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(duì)整臺(tái)干燥機(jī)進(jìn)行分區(qū)域計(jì)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(jì)算結(jié)果的比較，發(fā)現(xiàn)用顆粒傳熱模型計(jì)算的間接式干燥機(jī)傳熱系數(shù)更符合實(shí)際工況。
2.2干燥機(jī)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度設(shè)計(jì)
干燥機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中需進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)的部件因干燥機(jī)類型的差異而有所不同。對(duì)旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)來說，其危險(xiǎn)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****撓度計(jì)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(jì)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(shí)，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(duì)力學(xué)模型進(jìn)行分析計(jì)算。
對(duì)于旋轉(zhuǎn)圓盤式干燥機(jī)，轉(zhuǎn)子強(qiáng)度的分析設(shè)計(jì)[6]主要包括兩個(gè)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(jì)算中要通過簡化力學(xué)模型，計(jì)算主軸的撓度和****應(yīng)力。涉及強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(shì)的間接式干燥設(shè)備是目前干燥技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。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(dòng)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(jì)算的數(shù)學(xué)模型，該模型的計(jì)算結(jié)果與干燥機(jī)的實(shí)際運(yùn)行吻合較好；同時(shí)從彈性力學(xué)的角度對(duì)旋轉(zhuǎn)圓盤和旋轉(zhuǎn)列管式干燥機(jī)承壓轉(zhuǎn)子的危險(xiǎn)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(jì)算，必須針對(duì)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(shí)將CFD和CAD技術(shù)應(yīng)用于干燥機(jī)的設(shè)計(jì)過程，對(duì)優(yōu)化提高干燥裝備的整體水平大有裨益。 熱風(fēng)循環(huán)烘箱一般有加熱管，有循環(huán)風(fēng)機(jī)的烘箱都可稱為熱風(fēng)循環(huán)烘箱，因?yàn)椴还芎嫦涫裁唇Y(jié)構(gòu)，風(fēng)向水平還是垂直，歸根到底都是熱風(fēng)在里面循環(huán)，所以都可通稱為熱風(fēng)循環(huán)烘箱，如電熱鼓風(fēng)烘箱，對(duì)開門高溫滅菌烘箱等。
塑料混合機(jī)主要是用于聚氯乙烯樹脂的混合、著色，聚乙烯、聚炳烯顆粒的著色、干燥，ABS、聚碳樹脂等吸濕性樹脂成型加工前的干燥，酚醛樹脂的混合等工序。它是塑料加工廠必備的設(shè)備之一，在橡膠、制藥、染料等行業(yè)中也有廣泛的用途。
閃蒸干燥機(jī)是用于通過崩解濕餅成細(xì)粉并通過熱空氣干燥，以形成粉末干燥多種濕餅的連續(xù)烘干裝置。整個(gè)過程是完全自動(dòng)無需處理或人工干預(yù)。供料速率為每在濕餅從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量一致的水分含量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)�！ ￠W蒸干燥機(jī)的原理是瞬間蒸發(fā)表面水分。單詞“閃光”時(shí)，作為干燥時(shí)間是從毫非常少熱風(fēng)循環(huán)烘箱上面應(yīng)用的是材質(zhì):膠木,塑料的手柄,可調(diào)位緊定手柄,手柄套,手柄球,長手柄套,橢圓手柄套,膠木手柄,電木手柄
熱風(fēng)循環(huán)烘箱配用低噪音耐高溫軸流風(fēng)機(jī)和自動(dòng)控溫系統(tǒng)，整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)全封閉,使烘箱的熱效 率從傳統(tǒng)的烘房3-7%提高到目前的35-45%. |
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