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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(jiǎn)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(lái)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(jiǎn)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?jī)啥溯S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(zhǎng)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(wú)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(lái)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(guó)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(lái)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(lái),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(jiǎn)化的完全混合情況下，床身內(nèi)無(wú)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(lái)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(jiǎn)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(jiǎn)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。 污泥烘干機(jī)具有熱利用率高、運(yùn)行成本低、控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但是，你知道這是由什么原因?qū)е碌膯幔肯旅妫秃托【幰黄饋?lái)詳細(xì)了解一下吧。
熱利用率高、運(yùn)行成本低的原因：
1、由于裝置結(jié)構(gòu)緊湊，輔助設(shè)備數(shù)量少，熱損失也減少。
2、干燥所需要的熱量不是由熱體提供的，這減少了 閃蒸干燥機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中常用的連續(xù)性高含水型粉體粒子的大型干燥設(shè)備。其連續(xù)性的生產(chǎn)能力已經(jīng)得到廣泛的實(shí)踐驗(yàn)證，一般情況下，閃蒸干燥機(jī)能將初水60%-80%的物料直接一次干燥到1%水分以下。 閃蒸干燥機(jī)憑借著其良好的干燥效率和高產(chǎn)出而廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)，那么有哪? 污泥烘干機(jī)的污泥烘干存在有哪些問題？隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，國(guó)民環(huán)保意識(shí)的提高，城市污水處理行業(yè)得到迅速發(fā)展，城市污泥的產(chǎn)量與日俱增，污泥的處置和開發(fā)利用問題日益為人們所關(guān)注。污泥烘干機(jī)適用于城市污泥干化。污泥的干化處理，使污泥農(nóng)用、作為燃料使用、焚燒乃至為減少填埋場(chǎng)地等處理方法成為可能。? 我們有一系列高質(zhì)量的閃蒸干燥機(jī)，專門用于濕顆粒的快速干燥，以實(shí)現(xiàn)固體流化。這些干燥機(jī)謹(jǐn)慎地結(jié)合了先進(jìn)的技術(shù)，用于對(duì)來(lái)自離心的表面水進(jìn)行快速干燥，其中產(chǎn)品可以通過干燥機(jī)中存在的良好空氣速度進(jìn)行解散。由于濕氣從顆粒表面快速蒸發(fā)而產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)，濕顆粒在空氣中的湍流擴(kuò)散和混合同樣適應(yīng)入口干燥空氣的高溫。 從干燥的產(chǎn)品質(zhì)量看，高速攪拌干燥機(jī)****，其次為旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)和管束式干燥機(jī)。
從干燥產(chǎn)品的成本上看，管束干燥機(jī)的成本最低,其次為高速攪拌干燥機(jī)和旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)。
味精菌體蛋白干燥是干燥技術(shù)研究的熱點(diǎn)問題，主要是由于其高粘度高濕度的特性，工程實(shí)踐中使用的設(shè)備很多，國(guó)內(nèi)味精菌體蛋白干 |
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