馬鈴薯片干燥機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 機(jī)械制造專業(yè)

1、項(xiàng)目名稱：馬鈴薯片干燥機(jī)的設(shè)計(jì)馬鈴薯片干燥機(jī)的設(shè)計(jì)前前 言言為了防止農(nóng)產(chǎn)品霉?fàn)€變質(zhì)，使其能較長時(shí)間保存，同時(shí)減少體積和重量，使其便于長距離運(yùn)輸，從而降低成本，從而農(nóng)產(chǎn)品的干燥實(shí)質(zhì)上是使其水分含量降低至所要求的范圍；而原始的干燥大多依賴于自然風(fēng)干的局面，干燥機(jī)的誕生改變了這一局面，提高了生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了成本；本設(shè)計(jì)目的在于設(shè)計(jì)一個(gè)馬鈴薯片干燥機(jī)，從干燥機(jī)和干燥技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀開始了解，綜合考慮多種條件和因素，從多種多樣的干燥機(jī)內(nèi)選擇合適的類型進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分了解干燥機(jī)的原理，進(jìn)行了干燥機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，完成馬鈴薯片干燥機(jī)設(shè)計(jì)和計(jì)算的整個(gè)過程，對干燥設(shè)備有了更深層次的理解和創(chuàng)新。

2、目錄目錄目錄目錄.21 1 緒論緒論.12 2 干燥設(shè)備在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析干燥設(shè)備在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析.22.1 國內(nèi)現(xiàn)狀.22.2 干燥技術(shù)在食品糧食等方面的應(yīng)用.23 3 干燥技術(shù)概論干燥技術(shù)概論.53.1 干燥的定義.53.2 干燥技術(shù)的特點(diǎn).53.3 干燥介質(zhì).53.3.1 空氣的性質(zhì) 4.53.3.2 空氣的濕度.64 4 設(shè)計(jì)目的和主要內(nèi)容設(shè)計(jì)目的和主要內(nèi)容.75 5 干燥機(jī)的選擇干燥機(jī)的選擇.85.1 干燥機(jī)選擇的原則.85.2 干燥烘箱簡介.115.3 主要參數(shù).125.4 干燥器的選擇.125.5 干燥器生產(chǎn)能力的計(jì)算.125.6 干燥時(shí)間的計(jì)算.125.7 物料平衡.135.

3、8 空氣消耗量的計(jì)算.145.9 干燥器的熱消耗量.166 6 熱風(fēng)循環(huán)烘箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)熱風(fēng)循環(huán)烘箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).176.1 烘箱熱風(fēng)流動方式.176.2 箱體設(shè)計(jì).176.3 加熱器設(shè)計(jì).186.3.1 加熱方式選擇.186.3.2 電加熱器原理.186.3.3 電加熱器功率計(jì)算.186.3.4 電加熱器的選擇.196.4 通風(fēng)機(jī)的選擇.206.5 調(diào)風(fēng)板設(shè)計(jì).216.6 均風(fēng)板設(shè)計(jì).216.7 控制系統(tǒng).227 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)附屬設(shè)備設(shè)計(jì).247.1 烘盤設(shè)計(jì).247.2 烘車設(shè)計(jì).247.3 烘車導(dǎo)軌設(shè)計(jì).267.4 烘車導(dǎo)臺設(shè)計(jì).278 8 結(jié)論結(jié)論.29參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).301 1 緒論緒

4、論隨著全球能源危機(jī)的日益加重，我們自身不得不在能源效率問題上下功夫，從上世紀(jì) 70 年代起，研究的熱點(diǎn)主要集中在了干燥動力學(xué)，干燥器操作機(jī)理，能源利用率等方向。隨著全球國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國民消費(fèi)水平的提高，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量越來越重要。研究的重點(diǎn)是轉(zhuǎn)向農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量退化的方向。應(yīng)用的主要方向是食品和農(nóng)產(chǎn)品。馬鈴薯作為大家喜愛的食物，為多種加工食品提供了原料，也進(jìn)行了多種多樣的食品開發(fā)，如法式凍炸條、炸片、速溶全粉、淀粉以及花樣繁多的糕點(diǎn) 、蛋卷等，為數(shù)達(dá) 100 多種。然而，塊莖塊莖鮮、水分含量高、運(yùn)輸和長期貯藏困難。因此，根據(jù)中國的干燥設(shè)備的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展前景，對馬鈴薯片干燥機(jī)的設(shè)計(jì)，可以滿足馬鈴薯的儲

5、藏要求，以及為馬鈴薯的深加工提供便捷，也能提高生產(chǎn)率。土豆片干燥機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)貼近實(shí)際設(shè)計(jì)，要求體積小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，操作使用安全方便。采用電加熱干燥馬鈴薯片以滿足馬鈴薯片的干燥要求。2 2 干燥設(shè)備在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析干燥設(shè)備在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析2.12.1 國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)現(xiàn)狀三十多年前，1975 年 6 月 23 日至 30 日在南京召開了第一次全國干事會議。這些年來，在中國干燥技術(shù)的研究力量一直在增加?，F(xiàn)在，有超過 50 臺在中國，干燥技術(shù)研究領(lǐng)域的高等院校，高等院校、科研院所的科研單位，包括食品、化工、糧食、食品。醫(yī)藥、染料、輕工、林業(yè)、造紙、水產(chǎn)養(yǎng)殖、硅酸鹽、漁業(yè)等。有超過 600 的設(shè)備

6、制造商在中國，它已形成了一支強(qiáng)干的科研開發(fā)隊(duì)伍，積極開展對干燥技術(shù)的基礎(chǔ)研究、工業(yè)與技術(shù)研究，使我國的干燥工藝的研究是貓隨著世界先進(jìn)水平的不斷提高，一些技術(shù)領(lǐng)域已達(dá)到國際先進(jìn)水平。在過去的三十年，中國有很多的干燥技術(shù)工業(yè)化。主要包括蒸汽旋轉(zhuǎn)干燥、噴霧干燥、流化干燥（普通流化床、振動流化床、內(nèi)加熱流化床、流化床噴霧造粒干燥）、氣流干燥、旋轉(zhuǎn)圓筒干燥、旋轉(zhuǎn)快干、盤式干燥、帶式干燥、雙錐旋轉(zhuǎn)真空氣干燥。NG、槳葉干燥、冷凍干燥、遠(yuǎn)紅外遠(yuǎn)紅外干燥、谷物干燥等，常規(guī)干燥設(shè)備可滿足生產(chǎn)需要，部分機(jī)型已達(dá)到國際先進(jìn)水平，并遠(yuǎn)銷國外。干燥單元不僅對生產(chǎn)過程的總能耗和效率有很大的影響，而且對生產(chǎn)過程的最后一個(gè)過

7、程也有足夠的影響，這充分反映了它的重要性。產(chǎn)品的質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，進(jìn)而影響市場的競爭能力和經(jīng)濟(jì)效益。我國產(chǎn)品很多，純度高，已達(dá)到或超過國外同類產(chǎn)品，但這是因?yàn)楦稍锛夹g(shù)不如國外。密度的積累、粒度、顏色等物理指標(biāo)都不去，因此在國際市場上的競爭一直在順風(fēng)，有的產(chǎn)品甚至價(jià)格僅為國外 1/3 的國外產(chǎn)品。目前，一些大型石油化工干燥設(shè)備在中國還依賴進(jìn)口。據(jù)一般估計(jì)，只有 30 到40%是國外在中國生產(chǎn)的干燥設(shè)備。因此，干燥技術(shù)研究的任務(wù)迫在眉睫。2.22.2 干燥技術(shù)在食品糧食等方面的應(yīng)用干燥技術(shù)在食品糧食等方面的應(yīng)用因?yàn)榇嗽O(shè)計(jì)機(jī)械作業(yè)對象是馬鈴薯片，而經(jīng)過調(diào)查研究，馬鈴薯既屬于蔬菜類，也屬于糧食類

8、，所以下面只對果蔬干燥技術(shù)和糧食干燥技術(shù)作介紹。（1） 果蔬干燥技術(shù)果蔬干燥技術(shù)是一個(gè)非常熱門的研究方向。果蔬脫水可降低水分含量，增加果蔬中可溶性物質(zhì)的濃度，抑制微生物的繁殖，抑制蔬菜中酶的活性，使脫水蔬菜能正常保存。燙印時(shí)間長，便于攜帶和運(yùn)輸。果蔬干燥技術(shù)：微波干燥技術(shù)、遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)、滲透干燥技術(shù)、常壓熱風(fēng)干燥技術(shù)、真空冷凍干燥技術(shù)和過熱蒸汽干燥技術(shù)。近年來，有許多新型干燥設(shè)備，如真空油炸果蔬片、氮?dú)飧稍锲鳌⑻柲芨稍镌O(shè)備、射流泵真空冷凍干燥設(shè)備、振動流化床干燥器等。果蔬干燥行業(yè)存在的主要問題是我國目前主流的干法產(chǎn)品存在干燥速度慢、能耗高、成本高、脫水時(shí)間長、水回收性能差、保存質(zhì)量低等缺點(diǎn)

9、。是一個(gè)嚴(yán)重的情況，在國際市場的價(jià)格較低，國內(nèi)市場不會花的方式。面條。果蔬干燥方面主要存在的問題是：一是選擇合適的干制方法的能力弱。近年來，我們夸大了某些干燥方法的優(yōu)點(diǎn)和被忽視的缺點(diǎn)。如果一味強(qiáng)調(diào)凍干產(chǎn)品品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)，則很容易忽略它易碎、易吸潮、設(shè)備投資和操作費(fèi)用高的缺點(diǎn)。果蔬干燥的研究方向：在保證品質(zhì)的前提下，應(yīng)選擇不同的干燥技術(shù)來處理不同果蔬的干燥特性，以保證干燥產(chǎn)品的質(zhì)量。例如，真空冷凍干燥和過熱蒸汽干燥適用于熱敏性和過敏性物質(zhì)的干燥。微波加熱的均勻性可避免普通加熱干燥過程中不均勻加熱干燥過程引起的干燥產(chǎn)品質(zhì)量下降，充分保持新鮮蔬菜中原有的營養(yǎng)成分，具有靈敏的反應(yīng)性。n、熱效率高、易控制

10、、無熱量、無污染等。此外，遠(yuǎn)紅外干燥可以大大提高干燥效率和干燥質(zhì)量。連續(xù)凍干是發(fā)展的趨勢。在高效節(jié)能方面，微波干燥、遠(yuǎn)紅外干燥和聲波干燥是三種廣泛應(yīng)用的新型高效節(jié)能干燥技術(shù)。目前國際上的趨勢是將微波或遠(yuǎn)紅外和真空低溫技術(shù)相結(jié)合，避免內(nèi)部加熱失控。熱泵和太陽能干燥是近年來應(yīng)用于果蔬干燥的新節(jié)能技術(shù)，但其缺點(diǎn)是干燥溫度低，干燥時(shí)間長。(2)糧食干燥技術(shù)在國外，谷物干燥機(jī)的分類主要根據(jù)其結(jié)構(gòu)和干燥原理進(jìn)行分類，主要包括橫流式、混流式、逆流式、順流式和內(nèi)循環(huán)式移動式干燥機(jī)。在我國現(xiàn)在使用的干燥機(jī)按其結(jié)構(gòu)和干燥原理來分有：1）塔式干燥機(jī)采用磚-鋼混合結(jié)構(gòu)，處理量大，降雨量不小于 10%。主要用于玉米和小

11、麥的干燥。2）滾筒干燥機(jī)干燥部的筒體為鋼瓶，冷卻段為磚混結(jié)構(gòu)，主要用于干燥稻谷和小麥。3）流化床干燥器結(jié)構(gòu)簡單，主要用于大米、小麥和油菜的干燥。4）網(wǎng)柱干燥機(jī)的谷物干燥器在雙層網(wǎng)板之間流動，顆粒柱和干燥介質(zhì)形成錯(cuò)誤的流動，主要用于玉米、大米和小麥的干燥。5.逆流干燥器內(nèi)的顆粒流動與熱空氣方向相同。干燥均勻，熱效率高。冷風(fēng)和谷物向相反方向移動，干燥后谷物品質(zhì)良好。6）蒸汽干燥器利用一定的蒸汽壓力通過熱交換器間接地干燥顆粒。7)順流式干燥機(jī) 它可以使用較高的風(fēng)溫而不降低糧食品質(zhì)。8）循環(huán)干燥機(jī)屬于間歇式干燥器。在濕顆粒被送入干燥器后，它在機(jī)器中循環(huán)，并通過熱空氣的作用蒸發(fā)水分。在達(dá)到所需的最終水分

12、后，顆粒停止并卸載。9）混流干燥機(jī)結(jié)合了干濕顆粒的特性和干燥后的均勻干燥和低水分的特性。干燥過程是一種安全的水。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)和江蘇工業(yè)學(xué)院在干燥機(jī)理和應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面做了大量的研究工作。分別建立了測定糧食熱特性的實(shí)驗(yàn)裝置、水分?jǐn)U散特性和干燥速率。中國農(nóng)大首先開展了谷物干燥計(jì)算機(jī)模擬的研究，從而使國內(nèi)的干燥技術(shù)研究靠近和達(dá)到國際先進(jìn)水平。3 3 干燥技術(shù)概論干燥技術(shù)概論3.13.1 干燥的定義干燥的定義在我們的生活和生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到需要把某一物體去除濕分的情況。這個(gè)物體的狀態(tài)變化很大，固體、液體和氣體。而一般情況下物體所含的濕分是水分，但有時(shí)卻是其他成分，如：無機(jī)酸

13、、有機(jī)溶劑等。這種從物體中除去水分的過程稱為“除濕”，除濕原理分為許多種類。干燥就是其中之一。在我們的生產(chǎn)和生活當(dāng)中經(jīng)常要遇到要去除物體中的濕分，這種物體狀態(tài)多種多樣，可以是固態(tài)，也可以是液態(tài)或者氣態(tài)，在通常情況下所含的濕分是水分，但是也有其他的成分，例如：有機(jī)溶劑、無機(jī)酸等。這種去除物體中水分的過程叫做“去濕”。除濕有很多方法，干燥就是其中之一。一般來說，人們稱之為“干燥”的熱物理方法。它的特點(diǎn)是利用加熱、冷卻、減壓或其他能量傳遞來實(shí)現(xiàn)相變過程，如材料中的蒸發(fā)、冷凝和升華，以及將物體分離成除濕。所以不具備這種特征的去濕方式一般不列入干燥技術(shù)的范圍。3.23.2 干燥技術(shù)的特點(diǎn)干燥技術(shù)的特點(diǎn)燥

14、技術(shù)應(yīng)用廣泛。面對眾多行業(yè)，其理化性質(zhì)不同，產(chǎn)品質(zhì)量要求也不盡相同，因此干燥技術(shù)被稱為交叉學(xué)科、跨行業(yè)、具有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的技術(shù)。在干燥技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展中，一般有三個(gè)方面的知識和技術(shù)。首先，我們需要全面了解干物質(zhì)的理化性質(zhì)及其產(chǎn)品的特性。第二。必須熟悉傳遞工程的原理，如材料、流體力學(xué)、傳熱學(xué)和空氣動力學(xué)。第三要有全面實(shí)施的手段，能夠進(jìn)行干燥、主要設(shè)備這方面的開發(fā)設(shè)計(jì)。但是，這三方面的技術(shù)和知識不在同一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。但在實(shí)踐中，這三個(gè)方面的技術(shù)和知識是必不可少的。3.33.3 干燥介質(zhì)干燥介質(zhì)3.3.1 空氣的性質(zhì) 4在對流干燥過程中，最常見的干燥介質(zhì)是空氣。而從濕物料里面去除的濕分一般是水分，熱空氣既

15、是載熱體，同時(shí)也是載濕體，在自然界，水會發(fā)生氣化，所以空氣中含有一些水蒸氣，但因其含量相對較少，所含的水蒸氣的量變化也不是很大，所以通常不會特殊的注意。但是在整個(gè)干燥的過程當(dāng)中，空氣中所含的水蒸氣的量對干燥過程中的干燥速率、空氣的用量都有很直接的影響，所以對濕空氣的性質(zhì)必須進(jìn)行介紹。干燥空氣是指不含水蒸氣的空氣，而潮濕的空氣含有一定的水分。自然界中的空氣含有少量的水蒸氣，所以它是干空氣和蒸汽的雙組分混合物。而干燥過程中所運(yùn)用的熱空氣一般都取自大自然的大氣，所以，干燥介質(zhì)實(shí)際上含有少量水蒸氣，屬于濕空氣。大氣中水汽的分壓通常很小，通常只有 200300 MP。大多都是過熱的狀態(tài)，所以它的比體積很

16、大，分子間的距離足夠的遠(yuǎn)，從而可以作為理想氣體來處理，而且服從理想氣體定律，按照工程設(shè)計(jì)的要求這種處理同樣足夠精確。稱之為“干燥介質(zhì)”，是因?yàn)樗诟稍锏倪^程中不僅承擔(dān)著載熱的作用，同樣承擔(dān)著載濕的作用，濕空氣將其熱量傳遞給濕物料，從而為其提供足夠的干燥能量；同時(shí)，利用干燥設(shè)備對濕物料的水分進(jìn)行干燥，達(dá)到干燥目的。同時(shí)我們必須了解濕空氣的各種在物理性質(zhì)和狀態(tài)參數(shù)，因?yàn)樵诟稍镞^程中，濕空氣的溫度，水蒸氣含量和焓等性質(zhì)都會發(fā)生變化。3.3.2 空氣的濕度絕對濕度是指濕空氣中水蒸氣的含量多少，也稱濕度，其為空氣中單位質(zhì)量絕干空氣所含有的水蒸氣的質(zhì)量，或者是水蒸氣質(zhì)量和絕干空氣質(zhì)量的比值，用符號表x示，

17、其單位為，簡寫為，含濕量表示濕空氣中水蒸氣等(kgkg水蒸氣)/ （絕干空氣）kg kg/絕干空氣的相對質(zhì)量組成和質(zhì)量比。設(shè)計(jì)內(nèi)容中新鮮空氣的初始溫度取室溫，20tC初始濕度。030%4 4 設(shè)計(jì)目的和主要內(nèi)容設(shè)計(jì)目的和主要內(nèi)容本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)能對馬鈴薯片進(jìn)行干燥的電加熱型熱風(fēng)循環(huán)烘箱，同時(shí)學(xué)校如何綜合應(yīng)用本專業(yè)的知識進(jìn)行資料的查詢、方案的擬定和設(shè)備的具體設(shè)計(jì)，此外熟悉機(jī)械圖樣的測繪方法，全面熟練掌握計(jì)算機(jī)的繪圖技能，通過此次設(shè)計(jì)，提高分析能力，解決問題的能力，培養(yǎng)認(rèn)真，務(wù)實(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)電加熱型熱風(fēng)循環(huán)烘箱，完成風(fēng)機(jī)、電加熱部分裝置，排濕裝置、烘盤、烘車部分裝置、機(jī)

18、箱及附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)和繪圖。5 5 干燥機(jī)的選擇干燥機(jī)的選擇在干燥過程中，材料種類繁多，材料特性不同。為了適應(yīng)不同材料的干燥特性，必須改變干燥設(shè)備的類型。由于干燥裝置的組成單元不同，加熱方法的差異以及干燥器中空氣和物料運(yùn)動的差異，確定了干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。到目前為止，還沒有統(tǒng)一的干燥機(jī)分類方法。干燥機(jī)的干燥目的是：（1）根據(jù)物料的特性選擇干燥器的類型。（2）根據(jù)干燥機(jī)的類型，易于進(jìn)行干燥器的工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（3）從分類中可以看出，同一種材料的干燥可以用幾種不同的干燥器來完成。據(jù)此，可以比較該方案，并可以選擇最佳的干燥形式。5.15.1 干燥機(jī)選擇的原則干燥機(jī)選擇的原則干燥器的選擇是干燥操

19、作中一個(gè)非常困難和復(fù)雜的問題，因?yàn)楦稍镂锪系奶匦?、加熱方法和物料干燥介質(zhì)系統(tǒng)的流體動力學(xué)都必須加以考慮。由于干燥材料的種類繁多，要求不同，不可能有通用的干燥機(jī)，只有合適的干燥方法和干燥機(jī)形式。（1）選擇干燥機(jī)要考慮的因素在選擇干燥機(jī)形式時(shí)，要考慮下列因素:被干燥物料的性質(zhì)a濕物料的物理特性；b干物料的物理特性；c腐蝕性；d毒性；e可燃性；f粒子大??；物料的干燥特性a初始和最終濕含量；b允許的最高干燥溫度；（2）干燥機(jī)選擇的步驟干燥器選擇的出發(fā)點(diǎn)是確定或確定干燥物料的特性，確定干燥能力和轉(zhuǎn)移特性，計(jì)算干燥成本，最后確定干燥機(jī)形式?？偨Y(jié)以上述步驟，可用框圖來表示如圖 5-1 所示：圖 5-1 干燥

20、機(jī)選擇步驟圖下面列出各種干燥機(jī)適合干燥的物料形態(tài)，為干燥機(jī)的選擇提供依據(jù)，見表 5-1所示：表 5-1 各種干燥機(jī)適宜物料形態(tài)干燥機(jī)類型適合干燥的物料形態(tài)攪拌式液體 泥漿 糊狀 顆粒流化床預(yù)成型 顆粒 纖維狀帶式泥漿 糊狀噴霧液體 泥漿 糊狀滾筒液體 泥漿 糊狀 顆粒箱式片狀 纖維狀 預(yù)成型 顆粒 糊狀干燥過程的原理主要涉及濕物料和干燥介質(zhì)在熱干燥過程的熱力學(xué)和物理特性；濕物料與干燥介質(zhì)之間的傳熱和傳質(zhì)機(jī)理；干燥過程動力學(xué)原理；干燥過程模型、仿真等內(nèi)容。一般數(shù)據(jù)：生產(chǎn)能力環(huán)境條件干燥方法和干燥設(shè)備的選擇干燥物料特性物料的分類干燥設(shè)備分類方案的選擇初步選擇干燥機(jī) 干燥成本最終選擇干燥機(jī)簡單地講，

21、濕物料在熱力干燥時(shí)時(shí)常會先后經(jīng)歷以下兩個(gè)主要階段： 在第一階段，能量(主要是熱)從周圍環(huán)境轉(zhuǎn)移到鈍表面，從而蒸發(fā)表面蒸發(fā)。液體以大致恒定的速率從材料表面蒸發(fā)，而材料溫度繼續(xù)圍繞濕球溫度。干燥過程的干燥速率主要取決于溫度、顯度、速度、表面積和壓力等外界條件。這個(gè)過程被稱為外部條件控制過程，也稱為恒速干燥過程。 在第二階段，隨著熱量和質(zhì)量的傳遞，當(dāng)材料表面不再有足夠的水蒸發(fā)時(shí)，多余的熱量通過熱傳材料內(nèi)部，使材料溫度升高并形成內(nèi)部溫度梯度。它。水分從內(nèi)部轉(zhuǎn)移到表面,并被材料表面的不飽和干燥介質(zhì)帶走。顯然，此時(shí)的干燥速率將低于恒速干燥階段的干燥速率。濕物料的傳熱傳質(zhì)速率主要取決于物料的性質(zhì)和自身的溫度

22、和水分含量。這個(gè)過程被稱為內(nèi)部條件控制過程,也稱為干燥過程。干燥過程中物料平衡和熱平衡的計(jì)算主要包括水的蒸發(fā)計(jì)算、使用空氣量的計(jì)算以及干燥過程中向干燥介質(zhì)提供的熱量的計(jì)算。如圖所示，新鮮空氣（其狀態(tài)為環(huán)境溫度，濕度，熱焓，0t00 x干空氣量）進(jìn)入電加熱器，加熱后（其狀態(tài)為 ，）進(jìn)入干燥器，在干L1t11xL燥器中物料被干燥，由含水率降至，物料溫度由 升至后排出干燥器；而干燥121t2t空氣溫度下降，濕度增加后排除干燥器（其狀態(tài)為，）。2t22xL新鮮空氣電加熱器干燥空氣進(jìn)口狀態(tài)濕物料干燥器干物料W排出空氣出口狀態(tài)圖 5-2 干燥原理圖5.25.2 干燥烘箱簡介干燥烘箱簡介干燥爐屬于間歇干燥設(shè)

23、備，根據(jù)物料的需要可制造成各種形式。干燥爐結(jié)構(gòu)簡單，廣泛用于干燥。依據(jù)被干燥物料的性質(zhì)，可使用不銹鋼或普通碳鋼制成。在一般的使用中，常用不銹鋼作殼體，干燥烘箱的外層為保溫絕濕層。無論室內(nèi)或者室外放置均可要求有良好的保溫效果，力求減少熱量損失，提高熱效率。如圖 5-3 為一熱風(fēng)循環(huán)干燥箱，干燥箱內(nèi)放置盛有濕物料的烘盤，這些烘盤可置于箱內(nèi)預(yù)先焊制好的烘盤小車上，也就是烘車。每個(gè)烘車可盛放數(shù)十個(gè)烘盤，連同小車一同推入干燥箱內(nèi)，烘盤可由不銹鋼板壓制成型，以對流和傳導(dǎo)熱方式為主。新鮮空氣由風(fēng)機(jī)送入，經(jīng)加熱器預(yù)熱后均勻地在物料上方掠過而起干燥作用，部分尾氣經(jīng)排出管排出，余下的循環(huán)使用，以提高利用率。 氣流

24、方向12345678圖 5-3 電加熱型熱風(fēng)循環(huán)烘箱示意圖1.調(diào)風(fēng)板 2.保溫層 3.烘車 4.風(fēng)機(jī)電動機(jī) 5.均風(fēng)板 6.排氣管 7.電加熱管 8.烘車門5.35.3 主要參數(shù)主要參數(shù)物料含水率：180%產(chǎn)品含水率：28.5%5.45.4 干燥器的選擇干燥器的選擇物料最初的狀態(tài)：片狀除去的液體：水分物料所能經(jīng)受的最高溫度：100產(chǎn)量：次1120/Gkg5.55.5 干燥器生產(chǎn)能力的計(jì)算干燥器生產(chǎn)能力的計(jì)算該物料料厚：h=20mm臨界含水率：20%c平衡含水率：8%e加熱干燥時(shí)間：T=3h假設(shè)裝料時(shí)間為 1.75h，卸料時(shí)間為 0.5h則每一次干燥的總時(shí)間為：（3+1.75+0.5）h=5.2

25、5h每天能操作次數(shù)為 24/5.25=4.57 次若按全天工作，則一天能干燥物料 4.57120kg=548.57kg5.65.6 干燥時(shí)間的計(jì)算干燥時(shí)間的計(jì)算換算成干基含水率，如式（5-1）所示： （5-1）1C物料含水率，即相當(dāng)于：180%11180%4/11 80%Ckg kg臨界含水率，即：20%c20%0.25/11 20%cccCkg kg產(chǎn)品含水率，即：28.5%2228.5%0.093/11 8.5%Ckg kg平衡含水率，即：8%e8%0.087/11 8%eeeCkg kg已知加熱干燥時(shí)間為 3h， （5-2）121(ln)cceceeCCCCTCCCC140.250.25

26、0.0873(ln)0.250.0870.0930.087323ln27求得：=8.77求得了以后，再求恒速干燥階段的干燥時(shí)間： （5-3）111()cceCCTCC則：1140.25()2.628.77 0.250.087Th降速干燥階段的干燥時(shí)間為：2132.620.38TTThhh5.75.7 物料平衡物料平衡在每一次干燥中所要出去的水分為：11210010080(1)120(1)95.51001008WGkg其中恒速階段應(yīng)出去的水分為：11110010080(1)120(1)9010010020cWGkg因第一階段需要 2.62h，故在此階段內(nèi)所蒸發(fā)的水分為90/34.35/2.62k

27、g hkg h降速階段所需出去的水分為：95.5905.5kg第二階段的干燥時(shí)間為 0.38h，因此，在此階段內(nèi)每小時(shí)蒸發(fā)的水分為5.5/14.47/0.38kg hkg h5.85.8 空氣消耗量的計(jì)算空氣消耗量的計(jì)算計(jì)算空氣的消耗量，需要知道空氣在不同溫度、濕度狀態(tài)下的焓。以 1kg 干空氣為基準(zhǔn)，其（焓-濕）圖如 5-4 所示：hx圖 5-4 空氣圖hx為方便計(jì)算，將需要用于計(jì)算的值列于表 5-2：表 5-2 部分空氣表hx 30 60 /t (kJ/kg)h (kg/kg)x (kJ/kg)h (kg/kg)x 20 31 0.0042 43 0.00891 65 199 0.0510

28、8 357 0.115設(shè)新鮮空氣為，則。當(dāng)空氣遠(yuǎn)離干燥室時(shí)，030%020tC00.00442/xkg kg排氣狀態(tài)為：，則。在操作中采用中間加熱及尾260%265tC20.115/xkg kg氣循環(huán)的流程，并設(shè)空氣經(jīng)加熱器后的溫度為。今將所有狀態(tài)變化標(biāo)于圖上。80 Chx由過程終點(diǎn)（，）引一平行于等焓線的直線一直與等溫線260%265tC相交，所求得的一點(diǎn)為濕空氣離開干燥器第二區(qū)域的狀態(tài)。依次坐下去直到265tC點(diǎn)。此點(diǎn)狀態(tài)為 ，如圖 5-5 所示。但必須注意，此種作C10.093/xkg kg265tC圖僅適合于理論操作，即操作進(jìn)行時(shí)沒有熱量損失，并且不計(jì)物料帶出的熱量。因此混合氣體的濕度

29、是，新鮮空氣的濕度為；尾氣的濕0.093/cxkg kg00.00442/xkg kg度為。20.115/xkg kg txt12t =0.0930.10 0.108 0.1150.0044218380t65100%AMCBBBCCC 圖 5-5 溫濕圖故其循環(huán)氣體的份數(shù)值為：n020.0930.004424.0260.1150.093ccxxnxx即每千克的新鮮空氣應(yīng)該加入 4.44kg 的尾氣。算出循環(huán)的混合氣體的性質(zhì)以后，就可以計(jì)算空氣的消耗量為：234.351561.36/0.1150.093acWLkg hxx式中 34.35 為第一階段內(nèi)每小時(shí)應(yīng)出去的水分，或者蒸發(fā) 1kg 水分的

30、空氣消耗量為：1561.36/45.45/(34.35lkg kgkg kg（水）水）5.95.9 干燥器的熱消耗量干燥器的熱消耗量利用圖查出，；?；旌衔锏臒犰蕿椋篽x031/hkJ kg2357/hkJ kg02314.026 357292.14/114.026chnhhkJ kgn所以，理論熱消耗量為：a2=)1561.36 (357292.14)101269.81/cQL hhkJ h理（或者：22357292.14/(=2948.18/(0.1150.093cchhqkJ kgkJ kgxx水）水）設(shè)電加熱器的機(jī)械效率為 95%，則損失熱消耗量為：=0.05=0.05 101269.8

31、1kJ/h=5063.49kJ/hQQ理損或?yàn)椋?063.49/(3.243/1561.36kJ kgkJ kg干空氣）（干空氣）這部分熱量損失由兩個(gè)加熱器負(fù)擔(dān)，故每個(gè)加熱器的熱損失為1.6215/kJ kg。（干空氣）因此，在干燥器內(nèi)實(shí)際消耗的熱量，包括熱量損失在內(nèi)為：=1.05=1.05 101269.81/106333.3/QQkJ hkJ h理總6 6 熱風(fēng)循環(huán)烘箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)熱風(fēng)循環(huán)烘箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.16.1 烘箱熱風(fēng)流動方式烘箱熱風(fēng)流動方式（1）上下通風(fēng)方式 上下通風(fēng)方式適合于被干燥物料間有一定間隙，或比較疏松的大件產(chǎn)品干燥。這種干燥方式是熱風(fēng)從兩側(cè)到干燥箱底，然后逐漸干燥到上部。在

32、這種通風(fēng)方式中，烘盤底應(yīng)采用網(wǎng)狀的。否則，產(chǎn)品可能部分干燥或者要增加干燥的時(shí)（2）左右通風(fēng)方式 左右通風(fēng)方式為箱體兩側(cè)的熱通風(fēng)，采用中央通風(fēng)方式。在干燥箱內(nèi)的兩側(cè)面上沖制了許多直徑為 20mm 左右的通風(fēng)孔，熱風(fēng)均勻地從通風(fēng)孔噴出于干燥產(chǎn)品表面。這種通風(fēng)方式的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于兩側(cè)面上孔的相互間距，從而達(dá)到上下出風(fēng)量的一致，減少干燥箱內(nèi)的上下溫差。干燥烘車烘盤底可用網(wǎng)狀形、孔狀形，也可用不開孔的盤形這種通風(fēng)方式可以以制成水平氣流和穿流復(fù)合形式。（3）水平通風(fēng)方式 水平通風(fēng)方式是指熱風(fēng)從箱內(nèi)一側(cè)出風(fēng)，經(jīng)過產(chǎn)品表面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)后，從另一側(cè)面吸入的循環(huán)通風(fēng)方式。它主要特點(diǎn)是層與層干燥時(shí)相對獨(dú)立，尤其適合干燥時(shí)

33、產(chǎn)品某部位上有液體流淌下來，而下層產(chǎn)品某些部位又不能沾到該液體的產(chǎn)品干燥，也較適合片狀、粉狀的干燥。在這一點(diǎn)上，烤箱底部不能網(wǎng)狀。此類通風(fēng)中還可以設(shè)中間加熱器，目前這類箱式干燥器用途較為廣泛。這種干燥器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵是上下盤之間的間距，一般上下盤之間的通風(fēng)高度是 4060mm。這種對流傳熱方式有利于熱能的再利用，因?yàn)槲锪蠈又袣饬鞒释牧鳡顟B(tài)，可以較大程度彌補(bǔ)因空氣濕度增加而減少傳質(zhì)推動力的損失，盡可能使較高溫度的熱空氣繼續(xù)吸收水分節(jié)約能量。綜合上述，本次設(shè)計(jì)選用水平通風(fēng)方式。6.26.2 箱體設(shè)計(jì)箱體設(shè)計(jì)箱體一般由角鋼和槽鋼構(gòu)成框架，內(nèi)外層用金屬板密封，中間填充絕熱材料保溫。保溫層材料應(yīng)均勻，無

34、孔隙，避免熱量散失。如果箱內(nèi)干燥氣體對鋼板有腐蝕，則所有箱內(nèi)與氣體接觸的材料都應(yīng)用不銹鋼板或鍍鋅板制成。箱頂上部需設(shè)置一至兩只尾氣排出管，在管內(nèi)還應(yīng)有調(diào)節(jié)閥門。干燥箱門需要平直，通常用折板機(jī)折四邊，以增加門的剛度。中間填充保溫材料，保溫材料主要是硅酸鋁巖棉，需要注意的是根據(jù)烘箱的大小，保溫層的厚度需要選擇適宜，以保證良好的保溫性和隔熱性本次設(shè)計(jì)采用100mm 硅酸鋁巖棉保溫層。再用金屬板封內(nèi)層。在門四周的壓邊上應(yīng)加密封條，通常采用彈性好且耐 200一下溫度的硅橡膠條；另一種是柔性較好的氈條。因?yàn)橛袕椥缘拿芊鈼l能防止更多的冷風(fēng)從門四周進(jìn)入干燥箱。6.36.3 加熱器設(shè)計(jì)加熱器設(shè)計(jì)6.3.1 加熱

35、方式選擇熱風(fēng)循環(huán)爐的加熱器主要有蒸汽加熱器和電加熱器兩種類型組成。蒸汽加熱器一般安裝在進(jìn)風(fēng)口的氣體加熱腔內(nèi)，有若干根翹片焊接在兩端分別設(shè)有蒸汽分配室和集液管上，冷凝水通過疏水器排出。電加熱器盡可能用不銹鋼管制作，為了進(jìn)一步提高加熱器的使用壽命和熱效率，應(yīng)在電加熱器表面纏繞不銹鋼散熱片。電加熱器的電熱棒可根據(jù)位置和空間設(shè)計(jì)成不同形狀：U 形、W 形、I 形等。電加熱棒兩端的的發(fā)熱管長度和干燥箱保溫層厚度應(yīng)相等。電加熱棒兩端的電源接線柱應(yīng)盡量在箱體外，這樣能大大提高電熱棒的使用壽命。采用純銅翹片繞帶式電加熱器，可以使傳熱效果較好，且體積較小，適應(yīng)在沒有加熱蒸汽的場合。對于一般物料加熱時(shí)間在 5 小

36、時(shí)以內(nèi)，較難干燥的無聊也只需 10 小時(shí)左右，使用方便。氣流調(diào)節(jié)閥設(shè)置在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口及烘箱進(jìn)風(fēng)口三處，可以在需要的范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)物料層中氣流的風(fēng)速和風(fēng)機(jī)吸排氣量。本設(shè)計(jì)加熱器選擇電加熱方式。6.3.2 電加熱器原理電加熱器是電能轉(zhuǎn)換成熱能，與空氣進(jìn)行輻射和對流傳熱的加熱設(shè)備，用于加熱空氣的電加熱器是多根管狀電加熱元件組成結(jié)構(gòu)如圖。管狀電加熱元件是通過將電阻絲至于金屬管中，在間隙部分填充具體良好耐熱性、導(dǎo)熱性和絕緣性的結(jié)晶鎂粉，然后通過其它加工工藝制成。本設(shè)計(jì)擁有結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)械強(qiáng)度高、熱效率高、安全可靠、安裝方便、易實(shí)現(xiàn)溫控自動化等優(yōu)點(diǎn)，用于加熱不超過 95%的相對濕度、無爆炸性、無腐蝕性

37、的氣體。6.3.3 電加熱器功率計(jì)算電加熱器已有定型產(chǎn)品，應(yīng)按下式確定所需要的功率如式（6-1）所示： （6-1）010()()3600agaCC xttPL式中電加熱器總功率（）；PkW水蒸氣的比熱容；gC/(kJkg C ）空氣質(zhì)量流量；aL(/ )kg h熱功當(dāng)量，；360013600/kW hkJ h 空氣環(huán)境濕度；0 x(/)kg kg 空氣環(huán)境溫度；0t()C 熱空氣溫度；1t()C絕干空氣比熱容；aC/(kJkg C ） 電加熱器熱效率，取0.95其中：=；=；gC1.85/(kJkg C ）aL1561.36/kg h00.00442/xkg kg020tC；180tC1.00

38、5/()aCkJkg C 0.95根據(jù)已知條件，求得：(8020)(1.005 1.85 0.00442)1561.3627.753600 0.95PkW選用兩個(gè)加熱器， 則每個(gè)電加熱器所承載的功率為；27.7513.8752kW6.3.4 電加熱器的選擇電加熱器的形狀如圖 6-1 所示：電加熱管加熱管支架加熱管護(hù)板圖 6-1 SRK2 型電加熱器外形圖電加熱器的主要技術(shù)參數(shù)、尺寸外形尺寸圖如表 6-1 所示：表 6-1 SRK2 型電加熱器外形尺寸表外形尺寸/mm風(fēng)道尺寸/mm法蘭尺寸/mm地腳尺寸/mm 型號ABCMNEFGD總功率總功率/kW/kW SRK2-46522403962603

39、462843701604004.20 SRK2-86522705364003464243701904007.92 SRK2-1068027071658034660437019040010.56 SRK2-1570835978665034667437022040015.006.46.4 通風(fēng)機(jī)的選擇通風(fēng)機(jī)的選擇用于電加熱型熱風(fēng)循環(huán)烘箱的風(fēng)機(jī)一般采用軸流風(fēng)機(jī)，其主要外形形狀如圖 6-2所示： 圖 6-2 軸流風(fēng)機(jī)外形形狀圖根據(jù)前期計(jì)算，得氣體消耗量為=aL1561.36/kg h軸流通風(fēng)機(jī)性能表 6-2 所示：表 6-2 部分軸流風(fēng)機(jī)性能表表 6-2 部分軸流風(fēng)機(jī)性能表配用電動機(jī)配用電動機(jī)機(jī)號 轉(zhuǎn)

40、速/(r/min)葉片角度/() 風(fēng)量/(m/h)需要功率 /kW 型號功率/kW1512240.068 YSF-45220.122017420.1 YSF-56320.182522600.147 YSF-56320.183024950.168 YSF-63220.352.829003527780.224 YSF-63320.37根據(jù)據(jù)算，選用 T35-2.8 型軸流風(fēng)機(jī)，配用電動機(jī)型號為 YSF-5632。6.56.5 調(diào)風(fēng)板設(shè)計(jì)調(diào)風(fēng)板設(shè)計(jì)軸流風(fēng)機(jī)送入烘箱內(nèi)部的空氣需要經(jīng)過調(diào)風(fēng)板的作用。氣流才能更好的進(jìn)入電加熱器進(jìn)行加熱，制作調(diào)風(fēng)板的材料主要采用 3042B 不銹鋼制作，焊接于箱體內(nèi)壁，其結(jié)

41、構(gòu)示意圖如圖 6-3 所示： 調(diào)風(fēng)板連接桿圖 6-3 調(diào)風(fēng)板結(jié)構(gòu)示意圖6.66.6 均風(fēng)板設(shè)計(jì)均風(fēng)板設(shè)計(jì)均風(fēng)板通常用不銹鋼板制成，也可用鍍鋅鋼板制成。通風(fēng)板有兩種形式：一種為沖制了直徑為 20mm 的孔板，另一種則不開孔。不開孔的為第一種通風(fēng)方式所用，開孔為第二和第三種通風(fēng)方式所用?？盏呐帕袘?yīng)由上向下逐漸加密。因在干燥過程中，自葉輪出口向下運(yùn)送熱風(fēng)，通過側(cè)面板出風(fēng)以干燥烘盤上的物料，然后到達(dá)葉輪吸風(fēng)口。因熱風(fēng)從側(cè)面板上部出風(fēng)到風(fēng)機(jī)吸口的距離最短，如板上部孔數(shù)量與下部相等，會造成大量熱風(fēng)不能到達(dá)下部，而直接從上部進(jìn)入風(fēng)機(jī)吸口而短路，從而降低了產(chǎn)品的干燥效果，延長了干燥周期。設(shè)計(jì)中均風(fēng)板材料采用

42、3042B 不銹鋼板沖孔壓制而成，其結(jié)構(gòu)如圖 6-4 所示： 安裝孔通風(fēng)孔圖 6-4 均風(fēng)板均風(fēng)板與烘箱內(nèi)壁的連接需要安裝腳板，安裝腳板可通過熱軋等邊角鋼（GB/T9787-1988）鉆孔制成，鉆孔位置需要與均風(fēng)板安裝孔同位置。所以，設(shè)計(jì)的安裝腳板采用 20203mm 的熱軋等邊角鋼制作，其示意圖如 6-5 所示： 圖 6-5 均分板安裝腳板6.76.7 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)主要包括溫控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，控制方式分自控和手控。在一般狀態(tài)使用時(shí)，均采用溫度自動控制，即 PID 自適應(yīng)控制模式。箱內(nèi)干燥溫度從常溫到 200之間的熱河溫度都能控制，且控制溫差在2之間。測溫器通常設(shè)置一對（分左右布置

43、），安裝位置要與加熱器保持一定的距離。另外，還需設(shè)置自動超溫報(bào)警裝置。超溫范圍一般認(rèn)為比正常干燥溫度高 510，超過此值，主電源應(yīng)自動切斷或報(bào)警。控制系統(tǒng)選用的控制單元主要有：WRP2-120 鉑熱電阻，3TB4137 交流接觸器，3TH82-44 中間繼電器和 3UA591.6A-2.5A 熱繼電器。安裝在控制柜中。7 附屬設(shè)備設(shè)計(jì)附屬設(shè)備設(shè)計(jì)為滿足整個(gè)干燥過程的順利進(jìn)行，附屬設(shè)備在整個(gè)干燥系統(tǒng)中是不可缺少的一部分，附屬設(shè)備主要包括烘盤，烘車，烘車導(dǎo)軌和烘車導(dǎo)臺。7.17.1 烘盤設(shè)計(jì)烘盤設(shè)計(jì)烘盤作用用于干燥過程中物料的盛放，使得物料有較好的干燥條件，保證物料不受污染，保證產(chǎn)品質(zhì)量。其在干燥

44、過程中靜置于烘車上。烘盤要求表面光滑，對馬鈴薯片無損傷，在干燥過程中，烘盤處于溫度較高的環(huán)境中，同時(shí)有物料帶入的水分和新鮮空氣帶入的水蒸氣，這也使得烘盤需要有較高的抗氧化性和耐腐蝕性，烘盤形式的區(qū)別主要是烘盤底盤是否開孔，而它又與通風(fēng)方式有關(guān)。所以，用作烘盤的材料選擇 3042B 不銹鋼，打孔沖壓成型，其外形尺寸按照 RXH-14-C 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制作，即64046045mm，厚度=2mm。其外形尺寸圖如圖 7-1 所示： 460mm45mm640mm溢水孔載盤翼圖 7-1 烘盤7.27.2 烘車設(shè)計(jì)烘車設(shè)計(jì)干燥物料烘車的車體用角鋼或方剛焊制，下部安裝 2 只萬向輪和 2 只定向輪。車上堆放產(chǎn)品的烘盤上下層距離由左均風(fēng)板的開孔位置決定，以保證物料能順利干燥，電加熱型熱風(fēng)循環(huán)烘箱的左均風(fēng)板開孔的上下間距 8050mm，所以，烘車的上下層距離保持一致。用作烘車機(jī)架的材料選用結(jié)構(gòu)用冷彎方形空心型鋼（GB/T 6728-1986），其外形尺寸如圖 7-2 所示。 圖 7-2 冷彎方形空心型鋼烘車板用 3042B 不銹鋼制成，厚度mm，下部安裝的萬向輪（GB/T 1