3144 馬鈴薯片干燥機的設計

3144 馬鈴薯片干燥機的設計,馬鈴薯,土豆,干燥機,設計 前 言農產品的干燥實質上是將物料中的水分含量降至所要求的程度，做成干制品，其目的是防止成品霉爛變質，能較長時間貯存，減少體積和重量，便于運輸，擴大供應范圍，而干燥機的產生改變了依賴于自然風干的局面，提高了產品質量和生產率，降低了生產成本；本設計旨在設計一個馬鈴薯片干燥機，介紹了干燥機及干燥技術的國內外現狀，考慮多種條件和因素，從不同種類的干燥機內選擇適宜的類型進行設計，闡述了干燥機原理，進行了干燥機設計計算，進行結構上的優(yōu)化，完成馬鈴薯片干燥機設計和計算的整個過程，對干燥設備有了進一步的了解和一些創(chuàng)新。 12 屆畢業(yè)設計馬鈴薯片干燥機的設計設計說明書學生姓名 陳 龍 學 號 8031208216 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 農業(yè)機械化及其自動化 班 級 12-2 指導教師 安 靜 日 期 2012. 6 塔里木大學教務處制目 錄1.緒論 ........................................................................................................................................12. 干燥設備在國內外現狀及分析 ..........................................................................................12.1 國內現狀 .......................................................................................................................................12.2 干燥技術在食品糧食等方面的應用 .............................................................................................13.干燥技術概論 ........................................................................................................................23.1 干燥的定義 ......................................................................................................................................23.2 干燥技術的特點 ..............................................................................................................................23.3 干燥介質 ..........................................................................................................................................23.3.1 空氣的性質 ...........................................................................................................................23.3.2 空氣的濕度 ...........................................................................................................................34.設計目的和主要內容 ............................................................................................................35.干燥機的選擇 ........................................................................................................................35.1 干燥機選擇的原則 ..........................................................................................................................35.2 干燥烘箱簡介 ..................................................................................................................................55.3 主要參數 ..........................................................................................................................................55.4 干燥器的選擇 ..................................................................................................................................55.5 干燥器生產能力的計算 ..................................................................................................................65.6 干燥時間的計算 ..............................................................................................................................65.7 物料平衡 ..........................................................................................................................................65.8 空氣消耗量的計算 ..........................................................................................................................75.9 干燥器的熱消耗量 ..........................................................................................................................86.熱風循環(huán)烘箱的結構設計 ....................................................................................................86.1 烘箱熱風流動方式 ..........................................................................................................................86.2 箱體設計 ..........................................................................................................................................96.3 加熱器設計 .....................................................................................................................................96.3.1 加熱方式選擇 .......................................................................................................................96.3.2 電加熱器原理 .......................................................................................................................96.3.3 電加熱器功率計算 ...............................................................................................................96.3.4 電加熱器的選擇 .................................................................................................................106.4 通風機的選擇 ................................................................................................................................106.5 調風板設計 ...................................................................................................................................116.6 均風板設計 ....................................................................................................................................116.7 控制系統(tǒng) ........................................................................................................................................127.附屬設備設計 ......................................................................................................................127.1 烘盤設計 ........................................................................................................................................127.2 烘車設計 ........................................................................................................................................137.3 烘車導軌設計 ...............................................................................................................................157.4 烘車導臺設計 ...............................................................................................................................158.結論 ......................................................................................................................................16參考文獻 .................................................................................................................................17致 謝 .......................................................................................................................................18塔里木大學畢業(yè)設計11.緒論從上世紀 70 年代起，在全球能源危機的推動下，研究及應用的主要熱點轉向了能源效率的問題上。而研究熱點主要集中在了干燥動力學、干燥器操作機理、能源利用率等方向。隨著全球經濟的發(fā)展，國民消費水平的提高，研究熱點開始轉向提高產品品質的產品質量降解動力學方向，應用領域主要為食品及農產品。馬鈴薯鮮薯可供燒煮作糧食或蔬菜。世界各國十分注意生產馬鈴薯的加工食品，如法式凍炸條、炸片、速溶全粉、淀粉以及花樣繁多的糕點 、蛋卷等，為數達 100 多種。但鮮薯塊莖體積大，含水量高，運輸和長期貯藏有困難。為此，根據我國現今干燥設備的發(fā)展前景考慮, 對馬鈴薯片干燥機的設計，可以滿足馬鈴薯的儲存要求，以及為馬鈴薯的深加工提供有利條件。對產品的生產率提高也能起到決定性作用。 馬鈴薯片干燥機的設計干燥機要求整機結構簡單、體積小、成本低、操作和使用安全方便。采用電加熱方式對馬鈴薯片進行干燥,最終滿足馬鈴薯片的干燥要求。2. 干燥設備在國內外現狀及分析2.1 國內現狀從第一屆全國干燥會議于 1975 年 6 月 23 日至 30 日在南京召開，至今已經三十多年了。30多年來，我國干燥技術研究隊伍不斷壯大。目前我國從事干燥技術研究的大專院校、科研院所、研究單位大約右有 50 多家，領域涉及食品、糧食、化工、醫(yī)藥、染料、輕工、林業(yè)、造紙、硅酸鹽、水產業(yè)、漁業(yè)等行業(yè)，全國共有設備制造廠 600 多家，已形成了一支強有力的干燥科研開發(fā)隊伍，廣泛開展干燥技術的基礎研究、工藝研究及工業(yè)化研究，使我國干燥技術研究正向世界水平邁進，某些技術領域達到了國際先進水平。30 年來，中國對許多干燥技術實現了工業(yè)化。主要有蒸汽回轉干燥，噴霧干燥，流態(tài)化干燥(普通流化床，振動流化床，內加熱流化床、流化床噴霧造粒干燥)，氣流干燥，回轉圓筒干燥，旋轉快速干燥，圓盤干燥，帶式干燥，雙錐回轉真空干燥，槳葉式干燥，冷凍干燥，微波及遠紅外干燥，糧食干燥等等 [1]，常規(guī)干燥設備基本可以滿足生產的需要，并有部分機型達到國際當代水平并出口到國外。干燥單元的重要性不僅在于它對產品生產過程的效率和總能耗有較大的影響，還在于它往往是生產過程的最后工序，操作的好壞直接影響產品質量，從而影響市場競爭能力和經濟效益。我國有許多產品，就純度而言已經達到甚至超過國外產品;然而就是由于干燥技術不如國外技術，堆積密度、粒度、色澤等物性指標上不去.在國際市場競爭中處于劣勢，有的甚至售價僅為國外同種產品的三分之一。目前我國某些大型石化干燥裝備還依賴進口。椐粗略估計，我國生產的干燥設備種類僅為國外 30—40%。因此進行干燥技術研究的任務迫切。2.2 干燥技術在食品糧食等方面的應用由于該設計機械作業(yè)對象為馬鈴薯片，馬鈴薯既屬于蔬菜類，也屬于糧食類，所以以下只對果蔬干燥技術和糧食干燥技術作介紹。(1)果蔬干燥技術果蔬干燥技術是一個非?；钴S的研究方向。果蔬通過脫水干燥，可降低含水率，提高原料可溶性物質的濃度，阻礙微生物繁殖，抑制蔬菜中所含的酶的活性，從而使脫水后的蔬菜能夠在常溫下較久保存，且便于運輸和攜帶。果蔬干燥技術：常壓熱風干燥技術(如網帶式干燥機)、真空冷凍干燥技術、微波干燥技術、遠紅外干燥技術、滲透干燥技術、過熱蒸汽干燥技術。近年來新開發(fā)的干燥設備有噴射泵式真空凍干設備、真空油炸果蔬脆片設備、氮氣干燥器、太陽能成套干燥設備、微波真空干燥機、振動流化床干燥機等。果蔬行業(yè)干燥存在的主要問題是,我國目前生產的主流干燥產品普遍存在干燥速度慢、脫水時間長、能耗大、成本高、復水性能差、品質保存率低等缺陷，由此出現了在國際市場上價格滑坡、國內市場打不開銷路的嚴峻局面。果蔬干燥研究存在的問題是：一是各種脫水果蔬的復水性能缺乏研究，尤其不了解一些改善某些干制品的復原性常用手段;二是選擇合適干制手段的能力較弱。近年來有過分夸大某種干燥方式的優(yōu)點,而忽略其缺點的趨勢。如一味強調凍干產品品質好的優(yōu)點,而忽略其易吸潮、易碎、設備投資和操作費用高等缺點。果蔬干燥研究方向：在保證品質方面,開發(fā)選用不同干制技術以適應不同果蔬的干制特性，從而保障干制品的品質。如真空冷凍干燥、過熱蒸汽干燥分別適用于熱敏性和過敏性物料的干燥;微波加熱均勻，可以避免一般加熱干燥過程由于內外加熱不勻而引起的品質下降，充分保持了新鮮塔里木大學畢業(yè)設計2蔬菜內原有的營養(yǎng)成分，并具有反應靈敏、便于控制、熱效率高、無余熱、無污染等顯著特點;遠紅外干燥可以使干燥效率和干燥質量得到極大的提高;連續(xù)冷凍干燥是發(fā)展趨勢。 在高效節(jié)能方面，微波干燥、遠紅外干燥和聲波干燥是國際上應用較為普及的三種高效節(jié)能新技術。目前國際上的趨勢是將微波或遠紅外與真空低溫技術結合，避免內部升溫失控。熱泵和太陽能干燥是近年來才應用到果蔬干燥中的節(jié)能新技術，但干制溫度較低，干燥時間較長。(2)糧食干燥技術國外現在使用的糧食干燥機按其結構及干燥原理來分主要有順流式、橫流式、混流式、逆流式和內循環(huán)移動式干燥機。我國現在使用的干燥機按其結構及干燥原理 [2]來分主要有：1)塔式干燥機 塔體采用磚鋼混合結構，處理量大，一次降水不低于 10%，主要用于玉米、小麥的烘干。2)滾筒式干燥機 干燥段的筒體為鋼筒，緩蘇、冷卻段為磚混結構，主要用于水稻、小麥的烘干。3)流化床干燥機 結構簡單，主要用于水稻、小麥和油菜籽的烘干。4)網柱式干燥機 糧食在雙層網狀板間流動，形成的糧柱與干燥介質成錯流運動，主要用于玉米、水稻、小麥的烘干。5)順逆流干燥機 糧食與熱風同方向運動，干燥均勻，熱效率較高，冷風與糧食反方向運動，干燥后糧食品質好。6)蒸汽干燥機 利用一定壓力的蒸汽，通過換熱器間接烘干糧食。7)順流式干燥機 它可以使用較高的風溫而不降低糧食品質。8)循環(huán)式干燥機 屬批式干燥機，濕糧喂入干燥機后，在機內循環(huán)同時受熱風的作用使水分蒸發(fā)，達到要求的終水分后，停機卸糧。9)順混流式干燥機 綜合了順逆干燥適合濕糧的特點和混流干燥均勻及干后水分低的特點。一次干燥流程即達到安全水分。在干燥機理、應用基礎研究放方面中國農大、東北農大、華南農大、江蘇理工大學作了大量的研究工作，分別建立了谷物熱特性、水分擴散特性、干燥速率等實驗測定裝置。中國農大率先開展了谷物干燥計算機模擬的研究，使國內的干燥技術研究接近和達到國際先進水平。3.干燥技術概論3.1 干燥的定義在人類的生產和生活中經常遇到需要把某一種物體除去濕分的情況。這種物體可以是固態(tài)，也可以是液態(tài)或者氣態(tài)。在大多數的情況下物體所含的濕分是水分，有時卻是其他的成分，例如無機酸、有機溶劑等。這一出去物體中濕分的過程被稱為“去濕” 。人們將去濕的方法一句工作原理不同分為若干類，干燥是其中的一種。通常，人們把采用熱物理方法去濕的過程稱為“干燥” 。其特征是采用加熱、降溫、減壓或其他能量傳遞的方式使物料中的濕分產生揮發(fā)、冷凝、升華等相變過程與物體分離以達到去濕目的。不具備這一特征的去濕方法通常不列入干燥技術的范疇。3.2 干燥技術的特點干燥技術的應用領域廣闊。面對眾多的產業(yè)、理化性質各不相同的物料、產品質量以及其他千差萬別的要求，干燥技術稱為一門跨行業(yè)、跨學科，具有實驗科學性質的技術。通常，在干燥技術的開發(fā)及應用中需要具備三個方面的知識和技術。第一需要了解被干燥物料的理化性質和產品的使用特點；第二是要熟悉傳遞工程的原理，即物質、傳熱、流體力學和空氣動力學等能量傳遞的原理；第三要有實施的手段，即能夠進行干燥流程、主要設備等方面的設計。顯然，這三個方面的知識和技術不屬于一個學科領域。而在實踐中，這三個方面的知識和技術又缺一不可。3.3 干燥介質3.3.1 空氣的性質在對流干燥操作中，最常用的干燥介質是空氣。從濕物料中除去的濕分通常是水分，熱空氣既是載熱體，又是載濕體，在自然界中，水會氣化，所以空氣中總含有一些水蒸氣，因其含量較少，所含的量變化也不大，故通常不予特殊的注意。但在干燥過程中，空氣中所含有的水蒸氣的量對于干燥速率、空氣用量都有直接影響，所以有必要對濕空氣的性質進行介紹。塔里木大學畢業(yè)設計3不含有水蒸氣的空氣稱為干空氣，含有一定水分的空氣則稱為濕空氣。自然界中的空氣都會含有少量的水蒸氣，是干空氣和水蒸氣的二元混合體。干燥操作所用的熱空氣通常取自自然界中的大氣，因此，干燥介質實際上是含有少量水蒸氣的濕空氣。通常大氣中水蒸氣的分壓總是很小的，一般只有 200 到 300mpa.s。大都處于過熱狀態(tài)，所以它的比體積很大，分子間的距離足夠遠，可以作為理想氣體處理，并服從理想氣體定律，按工程設計的要求這樣處理仍然足夠精確。稱其為“干燥介質” ，是因為它在干燥過程中承擔著載熱，載濕的作用。濕空氣將熱量傳遞給濕物料，為其提供干燥能量；同時，又把濕物料中的濕分（通常是水分）攜帶出干燥設備，從而達到干燥的目的。在干燥過程中，濕空氣的溫度，水蒸氣含量和焓等性質都會發(fā)生變化，所以，必須了解濕空氣的各種在物理性質和狀態(tài)參數。3.3.2 空氣的濕度濕 度 表 明 濕 空 氣 中 水 蒸 氣 含 量 的 多 少 ， 又 稱 絕 對 濕 度 ， 其 為 空 氣 中 單 位 質 量 絕 干 空 氣 所 含有 的 水 蒸 氣 的 質 量 ， 或 水 蒸 氣 質 量 與 絕 干 空 氣 質 量 的 比 值 ， 用 符 號 表 示 ， 其 單 位 為x， 簡 寫 為 ， 含 濕 量 表 示 濕 空 氣 中 水 蒸 氣 等 絕 干 空 氣 的 相 對 質(kgk水 蒸 氣 )/（ 絕 干 空 氣 ） kg/量 組 成 和 質 量 比 [3]。 設 計 內 容 中 新 鮮 空 氣 的 初 始 溫 度 取 室 溫 ， 初 始 濕 度 。20tC??03%??4.設計目的和主要內容本課題設計一個能對馬鈴薯片進行干燥的電加熱型熱風循環(huán)烘箱，學習如何綜合應用本專業(yè)的知識進行資料的查閱、方案的擬定和設備的具體設計，熟悉機械圖樣的測繪方法，熟練掌握計算機繪圖技能。通過此次設計，提高分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)熱真、踏實、嚴謹的工作作風。主要的設計內容：設計一個電加熱型熱風循環(huán)烘箱，完成風機、電加熱部分裝置，排濕裝置，烘盤、烘車部分裝置，機箱及附屬設備的設計，繪圖。5.干燥機的選擇干燥過程中處理的物料種類極其繁多，物料特性千差萬別，為了適應不同物料的干燥特性，干燥設備的類型就必然是多樣性的。由于干燥裝置組成單元的差別、供熱方法的差別、干燥機內空氣與物料的運動狀態(tài)的差別等，又決定了干燥設備結構的復雜性，因此到目前為止，干燥機還沒有統(tǒng)一的分類方法。將干燥機進行公類的目的在于：（1）便于根據物料的特性選擇干燥機類型；（2）根據干燥機類型，便于進行干燥機的工藝計算和結構設計；（3）從分類中還可以看到,干燥同一種物料，可用不同的幾種干燥機來完成，據此可以進行方案比較，選擇最佳的干燥形式。5.1 干燥機選擇的原則對于干燥操作來說，干燥機的選擇是非常困難而又復雜的問題，因被干燥物料的特性、供熱的方法和物料-干燥介質系統(tǒng)的流體動力學等必須全部考慮。由于被干燥物料種類繁多，要求各異，決定了不可能有一個萬能的干燥機，只能選用一個適宜的干燥方式和干燥機形式。（1）選擇干燥機要考慮的因素在選擇干燥機形式時，要考慮下列因素:①被干燥物料的性質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．粒子大小；②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）干燥機選擇的步驟干燥機選擇的起始點是確定或測定被干燥物料的特性，確定干燥動力和傳遞特性，進行干燥成本核算，最后確定干燥機形式。概括上述步驟，可用方框圖表示如圖 5-1 所示：塔里木大學畢業(yè)設計4圖 5-1 干燥機選擇步驟圖下面列出各種干燥機適合干燥的物料形態(tài)，為干燥機的選擇提供依據，見表 5-1 所示：表 5-1 各種干燥機適宜物料形態(tài) [4]干燥機類型 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 預成型 顆粒 糊狀干燥過程原理主要涉及濕物料和干燥介質在熱力干燥過程中所表現的熱力學及物理學特性和其變化規(guī)律；濕物料內部以及與干燥介質間的熱量和質量傳遞過程機理；干燥過程動力學原理；干燥過程的模型、模擬等內容。簡單地講，濕物料在熱力干燥時時常會先后經歷以下兩個主要階段：第一階段，能量（主要為熱量）從周圍環(huán)境傳遞至無聊表面使其表面濕分蒸發(fā)。液體以近似不變的速率從物料表面氣化，而物料溫度則持續(xù)在濕球溫度左右。此過程的干燥速率主要取決于干燥介質的溫度、濕度、流速、作用表面積以及壓力等外部條件。此過程稱外部條件控制過程，也稱恒速干燥過程。第二階段，隨著熱質傳遞的進行，當物料表面不再有充足的水分供表面蒸發(fā)后，多余的熱量會通過熱傳導傳遞至濕物料內部，使物料溫度上升，并在其內部形成溫度梯度。而濕份則由內部向表面轉移，至物料表面后被不飽和的干燥介質帶走，顯然此時的干燥速率會低于恒速干燥階段。濕物料內部熱量和質量的傳遞速率主要取決于物料性質以及其自身的溫度和含濕量等因素。此過程稱內部條件控制過程，也稱降速干燥過程。干燥過程的物料衡算和熱量衡算主要包括水分蒸發(fā)量的計算、所用空氣量的計算以及干燥過程中熱源提供給干燥介質的熱量計算。如圖所示，新鮮空氣（其狀態(tài)為環(huán)境溫度 ，濕度 ，熱焓 ，干空氣量 ）進入電加熱器，加熱后（其狀態(tài)0t0?0xL為 ， ， ， ）進入干燥器，在干燥器中物料被干燥，由含水率 降至 ，物料溫度由1t?1xL 1?2一般數據：生產能力環(huán)境條件干燥方法和干燥設備的選擇干燥物料特性物料的分類 干燥設備分類方案的選擇初步選擇干燥機 干燥成本最終選擇干燥機塔里木大學畢業(yè)設計5升至 后排出干燥器；而干燥空氣溫度下降，濕度增加后排除干燥器（其狀態(tài)為 ， ， ，1t2 2t?2x） 。L新鮮空氣電加熱器干燥空氣進口狀態(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5.2 干燥烘箱簡介干燥烘箱屬于間歇干燥設備，根據物料的需要可制造成各種形式。干燥烘箱結構簡單，在干燥中使用較為廣泛。依據被干燥物料的性質，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 為一熱風循環(huán)干燥箱，干燥箱內放置盛有濕物料的烘盤，這些烘盤可置于箱內預先焊制好的烘盤小車上，也就是烘車。每個烘車可盛放數十個烘盤，連同小車一同推入干燥箱內，烘盤可由不銹鋼板壓制成型，以對流和傳導熱方式為主。新鮮空氣由風機送入，經加熱器預熱后均勻地在物料上方掠過而起干燥作用，部分尾氣經排出管排出，余下的循環(huán)使用，以提高利用率?！妗妗妗?2 3 4 5 6 7 8圖 5-3 電加熱型熱風循環(huán)烘箱示意圖1.調風板 2.保溫層 3.烘車 4.風機電動機 5.均風板 6.排氣管 7.電加熱管 8.烘車門5.3 主要參數物料含水率： 180%??塔里木大學畢業(yè)設計6產品含水率： 28.5%??5.4 干燥器的選擇物料最初的狀態(tài)：片狀除去的液體：水分物料所能經受的最高溫度：≤100℃產量： 次120/Gkg?5.5 干燥器生產能力的計算該物料料厚：h=20mm臨界含水率： %c?平衡含水率： 8e加熱干燥時間：T=3h假設裝料時間為 1.75h，卸料時間為 0.5h則每一次干燥的總時間為：（3+1.75+0.5）h=5.25h每天能操作次數為 24/5.25=4.57 次若按全天工作，則一天能干燥物料 4.57×120kg=548.57kg5.6 干燥時間的計算換算成干基含水率，如式（5-1）所示：（5-1）1C???物料含水率 ，即相當于：180%??1180%4/kg臨界含水率 ，即：2c 2.5/0cC????產品含水率 ，即：28.5??28..93/1%kg平衡含水率 ，即：%e 0.7/8eC????已知加熱干燥時間為 3h，（5-2）12(ln)cceeCT???40.5.087328793.??l求得： =8.77?求得了 以后，再求恒速干燥階段的干燥時間：（5-3）11()ceCT???則： 140.25().68.787h塔里木大學畢業(yè)設計7降速干燥階段的干燥時間為： 2132.60.38Thh???5.7 物料平衡在每一次干燥中所要出去的水分為： 1120()()95.WGkg??其中恒速階段應出去的水分為： 11 08()()02c????因第一階段需要 2.62h，故在此階段內所蒸發(fā)的水分為 9/34.5/.6kghkgh降速階段所需出去的水分為： 95..kg第二階段的干燥時間為 0.38h，因此，在此階段內每小時蒸發(fā)的水分為5./14.7/038kghkgh?5.8 空氣消耗量的計算計算空氣的消耗量，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，其（焓-濕）圖如 5-4 所示：x?圖 5-4 空氣 圖 [5]hx?為方便計算，將需要用于計算的值列于表 5-2：表 5-2 部分空氣 表? 30 60/℃t (kJ/kg)h (kg/kg)x (kJ/kg) (kg/kg)x20 31 0.0042 43 0.0089165 199 0.05108 357 0.115設新鮮空氣為 ， ，則 ?？諝怆x開干燥室時尾氣狀態(tài)03%?02tC?0.42/kg?為： ， ，則 。在操作中采用中間加熱及尾氣循環(huán)的流程，26?25t?.15/xkg并設空氣經加熱器后的溫度為 。今將所有狀態(tài)變化標于 圖上。由過程終點（8hx?塔里木大學畢業(yè)設計8， ）引一平行于等焓線的直線一直與等溫線 相交，所求得的一點260%??25tC? 265tC??為濕空氣離開干燥器第二區(qū)域的狀態(tài)。依次坐下去直到點 。此點狀態(tài)為 ，' 10.93/xkg，如圖 5-5 所示。但必須注意，此種作圖僅適合于理論操作，即操作進行時沒有熱量2t?損失，并且不計物料帶出的熱量。于是混合氣體的濕度 ，而新鮮空氣的濕度為0.93/cxkg；尾氣的濕度為 。0.4/xkg?20.15/xkg?txt12't ===0.093 0.100.1080.1150.004421 83℃80℃t 65℃ 100%A MCB BBC' C' C'' '' '圖 5-5 溫濕圖故其循環(huán)氣體的份數 值為：n02..42.615093cx???即每千克的新鮮空氣應該加入 4.44kg 的尾氣。算出循環(huán)的混合氣體的性質以后，就可以計算空氣的消耗量為： 2.1./acWLkghx?式中 34.35 為第一階段內每小時應出去的水分，或者蒸發(fā) 1kg 水分的空氣消耗量為：156.3/45./(4lkg??（ 水 ） 水 ）5.9 干燥器的熱消耗量利用 圖查出， ； ?；旌衔锏臒犰蕿椋篽x?0/hJ27/hJkg.06329.1/14cnkJg??所以，理論熱消耗量為： a2=)5.(.)06.8/cQL h????理 （或者： 23792/=294.1/(0.1.chqkJgkJgx水 ） 水 ）設電加熱器的機械效率為 95%，則損失熱消耗量為：=56.8/h5063./h?理損或為： 5063.49/(3.24/1kJgkJg?干 空 氣 ） （ 干 空 氣 ）塔里木大學畢業(yè)設計9這部分熱量損失由兩個加熱器負擔，故每個加熱器的熱損失為 。1.625/kJg（ 干 空 氣 ）因此，在干燥器內實際消耗的熱量，包括熱量損失在內為： =1.05.10269.8/03QkJhh??理總6.熱風循環(huán)烘箱的結構設計6.1 烘箱熱風流動方式（1）上下通風方式 上下通風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品干燥。這種干燥方式是熱風從兩側到干燥箱底，再逐漸向上部干燥。在這種通風方式中，烘盤底應采用網狀的。不然，產品有可能局部未干燥或者干燥時間需要增加。（2）左右通風方式 左右通風方式是箱內兩側面上噴出熱風，再由頂部中央吸入循環(huán)通風方式。在干燥箱內的兩側面上沖制了許多直徑為 20mm 左右的通風孔，熱風均勻地從通風孔噴出于干燥產品表面。這種通風方式的設計關鍵在于兩側面上孔的相互間距，從而達到上下出風量的一致，減少干燥箱內的上下溫差。干燥烘車烘盤底可用網狀形、孔狀形，也可用不開孔的盤形這種通風方式可以以制成水平氣流和穿流復合形式。（3）水平通風方式 水平通風方式是指熱風從箱內一側出風，經過產品表面?zhèn)鳠醾髻|后，從另一側面吸入的循環(huán)通風方式。它主要特點是層與層干燥時相對獨立，尤其適合干燥時產品某部位上有液體流淌下來，而下層產品某些部位又不能沾到該液體的產品干燥，也較適合片狀、粉狀的干燥。此時烘盤底不能用網狀的。此類通風中還可以設中間加熱器，目前這類箱式干燥器用途較為廣泛。這種干燥器的結構設計關鍵是上下盤之間的間距，一般上下盤之間的通風高度是40～60mm。這種對流傳熱方式有利于熱能的再利用，因為物料層中氣流呈湍流狀態(tài)，可以較大程度彌補因空氣濕度增加而減少傳質推動力的損失，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，本次設計選用水平通風方式。6.2 箱體設計箱體一般由角鋼和槽鋼構成框架，內外層用金屬板密封，中間填充絕熱材料保溫。保溫層材料應均勻，無孔隙，以免熱量散失。如果箱內干燥氣體對鋼板有腐蝕，則所有箱內與氣體接觸的材料都應用不銹鋼板或鍍鋅板制成 [6]。箱頂上部需設置一至兩只尾氣排出管，在管內還應有調節(jié)閥門。干燥箱門需要平直，通常用折板機折四邊，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計采用 100mm 硅酸鋁巖棉保溫層。再用金屬板封內層。在門四周的壓邊上應加密封條，通常采用彈性好且耐 200℃一下溫度的硅橡膠條；另一種采用柔性較好的氈條。因為有彈性的密封條能防止更多的冷風從門四周進入干燥箱。6.3 加熱器設計6.3.1 加熱方式選擇熱風循環(huán)烘箱的加熱器主要有蒸汽加熱器和電加熱器兩種。蒸汽加熱器一般安裝在進風口的氣體加熱腔內，有若干根翹片焊接在兩端分別設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，為了進一步提高加熱器的使用壽命和熱效率，應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位置和空間設計成不同形狀：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相等。電加熱棒兩端的電源接線柱應盡量在箱體外，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，適應在沒有加熱蒸汽的場合。對于一般物料加熱時間在 5 小時以內，較難干燥的無聊也只需 10 小時左右，使用方便。氣流調節(jié)閥設置在風機進風口、排風口及烘箱進風口三處，可以在需要的范圍內自由調節(jié)物料層中氣流的風速和風機吸排氣量。本設計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換成熱能，與空氣進行輻射和對流傳熱的加熱設備，用于加熱空氣的電加熱器是多根管狀電加熱元件組成結構如圖。管狀電加熱元件是在金屬管中放入電阻絲，并在空隙部分緊密填充有良好耐熱性、導熱性和絕緣性的結晶氧化鎂粉，再經其他工藝處理而制成。具有結構簡單、機械強度高、熱效率高、安全可靠、安裝方便、易實現溫控自動化等特點。用于加熱塔里木大學畢業(yè)設計10相對濕度不大于 95%、無爆炸性、無腐蝕性氣體。6.3.3 電加熱器功率計算電加熱器已有定型產品，應按下式確定所需要的功率如式（6-1）所示：（6-1）01()(36agaCxtPL????式中 ——電加熱器總功率（ ） ；PkW——水蒸氣的比熱容 ；gC[/(Jg?A） ]——空氣質量流量 ；aL)h——熱功當量， ；3601360/h?——空氣環(huán)境濕度 ；x(/k——空氣環(huán)境溫度 ；t )C?——熱空氣溫度 ；1——絕干空氣比熱容 ；aC[/(JgA） ]——電加熱器熱效率，取?0.95其中： = ； = ； ； ；g.85/k?） aL16.3/kgh0.42/xkg?02tC??； ； ；10t??1()aC??根據已知條件，求得： 82(..85)156.37.59P kW???選用兩個加熱器， 則每個電加熱器所承載的功率為 ；27.8k?6.3.4 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 板圖 6-1 SRK2 型電加熱器外形圖電加熱器的主要技術參數、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 [7]外形尺寸/mm 風道尺寸/mm 法蘭尺寸/mm地腳尺寸/mm 型號A B C M N E F G D總功率/kWSRK2-4 652 240 396 260 346 284 370 160 400 4.20SRK2-8 652 270 536 400 346 424 370 190 400 7.92SRK2-10 680 270 716 580 346 604 370 190 400 10.56SRK2-15 708 359 786 650 346 674 370 220 400 15.00塔里木大學畢業(yè)設計116.4 通風機的選擇用于電加熱型熱風循環(huán)烘箱的風機一般采用軸流風機，其主要外形形狀如圖 6-2 所示：圖 6-2 軸流風機外形形狀圖根據前期計算，得氣體消耗量為 =aL156.3/kgh軸流通風機性能表 6-2 所示：表 6-2 部分軸流風機性能表 [8]配用電動機機號 轉速/(r/min)葉片角度/(°)風量/(m3/h)需要功率/kW 型號 功率/kW15 1224 0.068 YSF-4522 0.1220 1742 0.1 YSF-5632 0.1825 2260 0.147 YSF-5632 0.1830 2495 0.168 YSF-6322 0.352.8 290035 2778 0.224 YSF-6332 0.37根據據算，選用 T35-2.8 型軸流風機，配用電動機型號為 YSF-5632。6.5 調風板設計軸流風機送入烘箱內部的空氣需要經過調風板的作用，氣流才能更好的進入電加熱器進行加熱，制作調風板的材料主要采用 3042B 不銹鋼制作，焊接于箱體內壁，其結構示意圖如圖 6-3 所示：塔里木大學畢業(yè)設計12℃℃℃ ℃℃℃圖 6-3 調風板結構示意圖6.6 均風板設計均風板通常用不銹鋼板制成，也可用鍍鋅鋼板制成。通風板有兩種形式：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方式所用，開孔為第二和第三種通風方式所用。空的排列應由上向下逐漸加密。因在干燥過程中，自葉輪出口向下運送熱風，通過側面板出風以干燥烘盤上的物料，然后到達葉輪吸風口。因熱風從側面板上部出風到風機吸口的距離最短，如板上部孔數量與下部相等，會造成大量熱風不能到達下部，而直接從上部進入風機吸口而短路，從而降低了產品的干燥效果，延長了干燥周期。設計中均風板材料采用 3042B 不銹鋼板沖孔壓制而成，其結構如圖 6-4 所示：℃℃℃℃℃℃圖 6-4 均風板均風板與烘箱內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板安裝孔同位置。所以，設計的安裝腳板采用 20×20×3mm 的熱軋等邊角鋼制作，其示意圖如 6-5 所示：塔里木大學畢業(yè)設計13圖 6-5 均分板安裝腳板6.7 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，均采用溫度自動控制，即 PID 自適應控制模式 [9]。箱內干燥溫度從常溫到 200℃之間的熱河溫度都能控制，且控制溫差在±2℃之間。測溫器通常設置一對（分左右布置） ，安裝位置要與加熱器保持一定的距離。另外，還需設置自動超溫報警裝置。超溫范圍一般認為比正常干燥溫度高 5～10℃，超過此值，主電源應自動切斷或報警?？刂葡到y(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.附屬設備設計為滿足整個干燥過程的順利進行，附屬設備在整個干燥系統(tǒng)中是不可缺少的一部分，附屬設備主要包括烘盤，烘車，烘車導軌和烘車導臺。7.1 烘盤設計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，保證產品質量。其在干燥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，而它又與通風方式有關。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)標準制作 [10]，即 640×460×45mm，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 烘盤塔里木大學畢業(yè)設計147.2 烘車設計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。車上堆放產品的烘盤上下層距離由左均風板的開孔位置決定，以保證物料能順利干燥，電加熱型熱風循環(huán)烘箱的左均風板開孔的上下間距 80～50mm，所以，烘車的上下層距離保持一致。用作烘車機架的材料選用結構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 [11]烘車板用 3042B 不銹鋼制成，厚度 mm，下部安裝的萬向輪（GB/T 14688-1993） ，結構1.5??如圖 7-3 所示，定向輪（GB/T 14687-1993） ，其結構如圖 7-4 所示。滾 輪 安 裝 頂 盤圖 7-3 萬向輪滾 輪圖 7-4 定向輪 [12]烘車托盤架上下層間距取 50mm，左右間距與烘盤寬度保持一致，取 460mm，前后間距與烘盤塔里木大學畢業(yè)設計15長度保持一致，取 640mm。已知馬鈴薯片的密度為 1150kg/m3，則一個烘盤所盛物料質量，烘車所需要的托盤架層數層 ，150.640.51.24mv kg????1207.85.4n?取 8 層。烘車的結構示意圖如圖 7-5 所示：℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃℃ ℃℃圖 7-5 烘車結構示意圖則烘車左右總尺寸為 25×4+460=560mm，烘車前后總尺寸為 25×2+640=690mm，烘車高度為50×7+25×8+125+100=775mm，其中 100mm 為設計烘車上部與下部可調空間值。7.3 烘車導軌設計烘車導軌的主要作用在于使得烘車平順進入烘箱內，且起到定位的作用。導軌的寬度和深度需要滿足不阻礙烘車車輪滾動。根據前期設計綜合考慮，采用 50×20×15×3mm 的冷彎外卷邊槽鋼打孔制作成導軌條件適宜。既滿足導軌的順利導向作用，且適應烘箱內部空間。打孔作用在于導軌的安裝定位。其結構圖如圖 7-6 所示。15m20m50m1000m℃ ℃ ℃℃ ℃ ℃圖 7-6 烘車導軌7.4 烘車導臺設計考慮到烘箱保溫層的厚度，底面與烘箱內壁底部有一定高度，需要一個傾斜式的導臺，方可使烘車方便進入烘箱內部，以減少勞動力，縮短干燥周期。烘車導臺高度與烘箱保溫層厚度相等，即高度應為 100mm，寬度應略寬于烘車寬度，即寬度應略大于 560mm，取 600mm。設計導臺斜面角塔里木大學畢業(yè)設計16度為 30°，使得人更容易講烘車推入烘箱，即導臺斜面長度應為 mm，導臺底面長度應為10sin3?=173.2mm。導臺上需要設有與烘箱導向槽對應的導軌，則導向槽深度取 20mm，寬度20cos3??取 60mm，為保證導臺的固定性，選用 Q235 鑄造制成。其外形尺寸圖如圖 7-6 所示：30°℃℃℃圖 7-7 烘車導臺8.結論設計的電加熱型熱風循環(huán)烘箱在保證能對馬鈴薯片進行干燥的條件下，箱體內部布置更為緊湊，外形尺寸為 1500×1200×1400mm，比較傳統(tǒng)的烘箱，體積得到了縮減，便于搬運，減少了占地空間。同時，此干燥機不僅僅能對馬鈴薯片進行干燥，還能適應于其他的片狀物料和條狀物料。具備成本低廉，便于維修等特點，適用于小批量多品種干燥生產。塔里木大學畢業(yè)設計17參考文獻[1]劉廣文.干燥設備設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社,2009：33～41.[2]付興利,陸顯斌.糧食干燥工藝及主要干燥設備介紹[J].農業(yè)裝備技術,2011：55～59.[3]于才淵,王寶和.干燥裝置設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005:19～27.[4]嚴培德.干燥器選型和設計方向[J].化學裝備技術,1984:65～73.[5]郭健琪.通氣式烘箱研究[J].化工裝備技術,1997:23～27.[6]蔣文俊.淺談箱式干燥器的設計與制作[J].江蘇陶瓷,2000:33～35.[7]袁松范.干燥設備最佳設計[J].醫(yī)藥工程設計,1996(2):6～9.[8]昌澤舟.軸流式通風機使用技術[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005:179～188.[9]劉廣文.我國最新研制的干燥設備[J].遼寧化工,1992(6):51～55.[10]中華人民共和國行業(yè)標準.熱風循環(huán)烘箱[S].YY 0026-90.[11]成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004:132～138.[12]成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004:26～30.塔里木大學畢業(yè)設計18致 謝本次設計能順利完成，首先要感謝安靜老師的悉心指導，從選題到設計的完成的整個過程中，遇到了很多問題，安靜老師都能及時給予細心及準確的指導，在設計思路出現混淆或錯誤時，用淺顯易懂的知識深度剖析，使我的設計思路清晰明朗，以免在設計過程中迷失方向，出現大的偏差。在整個設計過程中，老師都能一如既往的表現出高度負責的工作態(tài)度和精益求精的工作作風，這些都是我所應該學習的。在此，對安靜老師表示誠摯的感謝！感謝母校為我提供了學習機會，使我的知識水平和認知能力得以提高，同時為我們提供了良好的學習條件，在設計過程中難免會遇到課程中沒有學習到的知識點，這時，到塔里木大學圖書館便能找到想要的資料。感謝老師四年來對我的精心栽培，感謝學校領導和老師們給予的幫助與關懷，感謝與我共同學習