臥式離心氣流干燥機的設(shè)計

臥式離心氣流干燥機的設(shè)計,臥式離心氣流干燥機的設(shè)計,臥式,離心,氣流,干燥機,設(shè)計 摘要 氣流干燥機是近年來一種新型物料干燥設(shè)備，傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)不能很好的滿足產(chǎn)品設(shè)計的需要。它具有干燥效果好、體積小、熱效率高、結(jié)構(gòu)簡單等特點，可廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥、建材等行業(yè)的粒狀、粉狀并帶有一定粘性物料的干燥。 在查閱了相關(guān)文獻資料并進行詳細綜述分析的基礎(chǔ)上，介紹了氣流干燥機在現(xiàn)代要求的工業(yè)環(huán)境中的發(fā)展歷史、在各個行業(yè)中的應(yīng)用及我國現(xiàn)在氣流干燥機發(fā)展現(xiàn)狀并討論了今后的發(fā)展現(xiàn)狀。本文主要分析了干燥機的工作原理，確定了干燥機筒體的長度，筒體的直徑以及操作參數(shù)，，對傳動部分進行了電機的選擇，傳動部分各零件的設(shè)計計算及校核。最后用 CAD 進行繪圖，用 Solidworks 對部分典型零件進行了三維建模。 本次設(shè)計的干燥機體積小，工作效率高，而且結(jié)構(gòu)簡單，容易操作，便于維修，適合現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)。 關(guān)鍵詞：離心；干燥機；結(jié)構(gòu)設(shè)計；三維建模 I ABSTRACT Air dryer is in recent years a new item, traditional design methods have been unable to match the needs of product design. It has a good effect on dry, small size, high thermal efficiency, simple structure, and other features, it can be widely applied in the chemical, food, medicine, building materials industries diffluence and somewhat viscous materials dry. First of all, the parametric design is establish by set up a geometric model whose characteristics and sizes are bound. And then, make some of the main parameters of the model as the entrance of driving the model regenerating. Finally, Change these parameters to generate a series of the geometric models associated with the original one. In consulting the relevant documentation and detailed summary of the analysis, describes the drying machines in the modern requirements of industrial development in the context of history, in application of the various industries and our present state-of-the-art air dryer and discusses the development of the future. And analyzes the dryer works, determining the length of the drying cylinder, the diameter of the cylinder and operation parameters, etc. Last part with Solidworks on typical parts are three-dimensional modeling. This design of dryer is small, efficient, and the structure is simple, easy to operate, easy maintenance, suitable for modern industrial production. Key Words：Centrifugal；Drier；Architectural design；3D modeling II 目錄 摘要 ................................................................... I ABSTRACT .............................................................. II 1. 緒論 ................................................................ 1 1.1 干燥機的發(fā)展 .................................................. 1 1.2 干燥機的應(yīng)用領(lǐng)域 .............................................. 2 1.3 我國干燥機的現(xiàn)狀和發(fā)展方向 .................................... 2 1.4 本次設(shè)計的主要內(nèi)容 ............................................ 4 2. 氣流干燥機的工作原理和經(jīng)濟環(huán)境性分析 ............................... 5 2.1 氣流干燥機的工作原理 .......................................... 5 2.2 經(jīng)濟環(huán)境性分析 ................................................ 7 3. 筒體部分的設(shè)計和計算 ............................................... 9 3.1 氣流干燥設(shè)計計算的基本原理和物料參數(shù)的給定 .................... 9 3.2 氣流干燥機操作參數(shù)的確定 ..................................... 14 3.3 干燥機圓筒直徑的設(shè)計 ......................................... 15 3.4 干燥機長度的計算 ............................................. 17 3.5 阻力損失的分析計算 ........................................... 20 3.6 本章小結(jié) ..................................................... 22 4. 傳動部分的設(shè)計計算 ................................................ 23 4.1 電機的選擇 ................................................... 23 4.2 聯(lián)軸器的選擇 ................................................. 23 4.3 減速器的選擇 ................................................. 24 4.4 皮帶輪的設(shè)計計算 ............................................. 26 4.5 軸的設(shè)計和校核 ............................................... 30 4.6 滾動軸承的壽命計算 ........................................... 32 4.7 本章小結(jié) ..................................................... 33 5. 總結(jié)與展望 ........................................................ 34 參考文獻 .............................................................. 35 致謝 .................................................................. 36 III 1. 緒論 干燥的目的是為了物料使用或進一步加工的需要。如木材在制作木模、木器前的干燥可以防止制品變形，陶瓷坯料在煅燒前的干燥可以防止成品龜裂。另外干燥后的物料也便于運輸和貯存，如將收獲的糧食干燥到一定濕含量以下，以防霉變。隨著現(xiàn)代工業(yè)，如冶金、建材、化工、陶瓷、造紙等行業(yè)迅速發(fā)展，由于自然干燥遠不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，各種機械化干燥器越來越廣泛地得到應(yīng)用。 1.1 干燥機的發(fā)展 遠古以來，人類就習慣于用天然熱源和自然通風來干燥物料，完全受自然條件制約，生產(chǎn)能力低下。隨生產(chǎn)的發(fā)展，它們逐漸為人工可控制的熱源和機械通風除濕手段所代替。 近代干燥器開始使用的是間歇操作的固定床式干燥器。19 世紀中葉，洞道式干燥器的使用，標志著干燥器由間歇操作向連續(xù)操作方向的發(fā)展?；剞D(zhuǎn)圓筒干燥器則較好地實現(xiàn)了顆粒物料的攪動，干燥能力和強度得以提高。一些行業(yè)則分別發(fā)展了適應(yīng)本行業(yè)要求的連續(xù)操作干燥器，如紡織、造紙行業(yè)的滾筒干燥器。 20 世紀初期，乳品生產(chǎn)開始應(yīng)用噴霧干燥器，為大規(guī)模干燥液態(tài)物料提供了有 力的工具。40 年代開始，隨著流化技術(shù)的發(fā)展，高強度、高生產(chǎn)率的沸騰床和氣流式干燥器相繼出現(xiàn)。而冷凍升華、輻射和介電式干燥器則為滿足特殊要求提供了新的手 段。60 年代開始發(fā)展了遠紅外和微波干燥器。 干燥設(shè)備的科技含量初顯出主導作用。2004 年以來，受全國化工發(fā)展形勢持續(xù)向好帶動，干燥設(shè)備市場形勢穩(wěn)中看好，生產(chǎn)企業(yè)普遍獲得了較好的經(jīng)營業(yè)績。目前干燥設(shè)備服務(wù)化工行業(yè)的顯著特點是技術(shù)含量的作用日益突出。這與過去銷售產(chǎn)品主要靠價格競爭已有很大不同。其中，一些干燥設(shè)備技術(shù)含量高，注重發(fā)展新品的廠家，效益日漸提升；相反，一些產(chǎn)品技術(shù)含量低，新品和新技術(shù)開發(fā)能力弱的企業(yè)，效益開始下滑。 市場反應(yīng)顯示，化工行業(yè)期待干燥設(shè)備制造業(yè)按照高品質(zhì)、低能耗、環(huán)保型的要求調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進一步加強基礎(chǔ)研究，夯實應(yīng)用研發(fā)的基礎(chǔ)。在技術(shù)方面，加強自動化、測試、制造工藝和材料材質(zhì)外觀設(shè)計等方面的研究。在應(yīng)用研發(fā)方面，既要注重國際間的交流與合作，又要注重知識產(chǎn)權(quán)的保護；既要注重新技術(shù)、新應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)，又要注重傳統(tǒng)工藝和傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的革新和創(chuàng)新。 1 1.2 干燥機的應(yīng)用領(lǐng)域 隨著干燥技術(shù)的日益成熟與完善，他已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于個工業(yè)領(lǐng)域，并占據(jù)著越來越重要的地位，因此也受到我國各界的極大重視。目前國內(nèi)市場的常規(guī)干燥設(shè)備，以及主要的國際市場干燥設(shè)備，基本都在中國制造，這表明，在中國干燥設(shè)備進口為 導向的歷史已經(jīng)結(jié)束。預計“十五”期間，中國干燥設(shè)備在國內(nèi)市場占有率將達到 90%。 以下列舉了干燥設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域。 干燥設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域: 石油及化學工業(yè)：聚合、縮合、蒸餾、熔融、脫水、強制保溫。油脂工業(yè)：脂肪酸蒸餾、油脂分解、濃縮、酯化、真空脫臭。合成纖維工業(yè)：聚合、熔融、紡絲、延伸、干燥。 紡織印染工作：熱定型、烘干、熱容染色。非織造工業(yè)：無紡布。 飼料工業(yè)：烘干。 塑料及橡膠工業(yè)：熱壓、壓延、擠壓、硫化成型。造紙工業(yè)：干燥、波紋紙加工。 木材工業(yè)：多合板、纖維板加壓成型、木材干燥。 建材工作：石膏板烘干、瀝青加熱、混凝土構(gòu)件養(yǎng)護。機械工業(yè)：噴漆、印花烘干。 食品工業(yè)：烘烤、加熱。 空調(diào)工業(yè)：工業(yè)廠房及民用建筑采暖。筑路工業(yè)：瀝青熔化、保溫。 制藥工業(yè)：烘干。 輕工業(yè)：生產(chǎn)油墨、洗衣粉。 1.3 我國干燥機的現(xiàn)狀和發(fā)展方向 1.3.1 我國干燥機的現(xiàn)狀 我國的干燥工業(yè)在近 10 年來發(fā)展很快，干燥范圍不斷擴大，干燥新工藝不斷涌現(xiàn)。在醫(yī)藥化工領(lǐng)域，流態(tài)化技術(shù)廣泛應(yīng)用于粉粒體干燥，如氣流(脈沖旋風)干燥器, 流化床(振動、臥式多層)干燥器，為烘干膏狀物料發(fā)展了真空耙式干燥機及流化床— ——氣流組合干燥器。在谷物干燥方面采用干濕糧混合干燥工藝，降水幅度大，節(jié)能 顯著，微波干燥也得到應(yīng)用,開發(fā)了一些帶式、廂式和滾筒式穿流干燥機，用于片狀、 2 塊狀顆粒狀物料的干燥，開發(fā)了一些環(huán)式氣流干燥機，用于各種高水分含量的粉狀、濕粘狀物料的干燥;開發(fā)了離心噴霧干燥機用于溶液、乳濁液或漿狀物料的干燥。 但與國外相比, 我國目前干燥設(shè)備產(chǎn)品品種少，技術(shù)水平低，產(chǎn)品質(zhì)量差，成套性不強，還不能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要目前，中國國內(nèi)干燥設(shè)備科技含量的提高，正在產(chǎn)生令人欣喜的效果。長期以來，國內(nèi)干燥設(shè)備行業(yè)一直有這樣的特點：生產(chǎn)規(guī)模小，入門門檻低，整體技術(shù)含量不高，全行業(yè)年銷售收入 500 萬元以下的企業(yè)約占 60%以上，年銷售收入過千萬元的廠家僅占 5%～8%，產(chǎn)品檔次普遍偏低、雷同。尚未 形成出口規(guī)模，出口量還不及總量的 5%，且主要銷往東南亞。 1.3.2 我國干燥機的發(fā)展方向 隨著干燥工藝的發(fā)展，干燥范圍不斷擴大，干燥設(shè)備的市場需求越來越大。在化學和建材工業(yè)中，最為廣泛的是干燥顆粒狀物料，特別是結(jié)晶物料，它們可能是有機的, 也可能是無機的。干燥方法也是多種多樣的，特別要重視新型氣流式、流化床和噴動床等干燥裝置的研究。在制藥工業(yè)中，干燥在生產(chǎn)過程中所占比例很大，制劑質(zhì)量在一定程度上受干燥過程的控制。國外采用供熱流化床和脈沖流化床聯(lián)合干燥裝置, 大大強化了傳熱傳質(zhì)過程，從根本上改變了勞動條件。在建筑陶瓷生產(chǎn)部門，箱式干燥裝置應(yīng)用較普遍。采用一些新型干燥設(shè)備，如噴射式干燥器等，代替一些老式 的干燥器, 既能保證干燥產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，也可提高經(jīng)濟效益。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，干燥前景十分廣闊，近年來，農(nóng)副產(chǎn)品深加工發(fā)展迅速。農(nóng)副產(chǎn)品深加工是使農(nóng)產(chǎn)品增值, 解決農(nóng)村富裕勞動力, 使農(nóng)民脫貧致富的重要手段。而干燥是許多農(nóng)副產(chǎn)品深加工的重要環(huán)節(jié)。但由于干燥工藝及設(shè)備的落后，致使在收獲季節(jié)大量農(nóng)副產(chǎn)品霉爛變質(zhì)，造成巨大損失。通過干燥，既保證了產(chǎn)品長時間貯藏，又提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 據(jù)權(quán)威預測，隨著技術(shù)發(fā)展，未來幾年內(nèi)中國出口干燥設(shè)備占總產(chǎn)量的比例將由 5%提升至 10%，外銷市場也將由東南亞拓展到歐美。國內(nèi)大型干燥設(shè)備制造與國際水平存在較大差距的局面由此可望改善。 干燥機的未來發(fā)展將在深入研究干燥機理和物料干燥特性，掌握對不同物料的最優(yōu)操作條件下，開發(fā)和改進干燥機；另外，大型化、高強度、高經(jīng)濟性，以及改進對原料的適應(yīng)性和產(chǎn)品質(zhì)量，是干燥機發(fā)展的基本趨勢；同時進一步研究和開發(fā)新型高效和適應(yīng)特殊要求的干燥機，如組合式干燥機、微波干燥機和遠紅外干燥機等。 干燥機的發(fā)展還要重視節(jié)能和能量綜合利用，如采用各種聯(lián)合加熱方式，移植熱泵和熱管技術(shù)，開發(fā)太陽能干燥機等；還要發(fā)展干燥機的自動控制技術(shù)、以保證最優(yōu)操作條件的實現(xiàn)；另外，隨著人類對環(huán)保的重視，改進干燥機的環(huán)境保護措施以減少粉塵和廢氣的外泄等，也將是需要深入研究的方向。 3 臥式離心氣流干燥機的設(shè)計 1.4 本次設(shè)計的主要內(nèi)容 本次設(shè)計主要是要設(shè)計出一種體積小，結(jié)果簡單，干燥效果好的氣流干燥機本文主要完成干燥機筒體的設(shè)計計算以及傳動部分的設(shè)計計算。 寫作思路： （1）通過比對如今市場通用的氣流干燥機，設(shè)計出臥式離心氣流干燥機的結(jié)構(gòu)以及工作原理； （2）通過給定一定的物料參數(shù)，設(shè)計出臥式離心氣流干燥機的主要筒體的結(jié) 構(gòu)； （3）根據(jù)筒體的結(jié)構(gòu)再設(shè)計出傳動部分的重要零件零件；（4）分析臥式離心氣流干燥機的環(huán)保性。 4 2. 的工作原理和經(jīng)濟環(huán)境性分析 2.1 氣流干燥機的工作原理 氣流干燥適合對顆粒狀物料進行干燥。濕淀粉懸浮在高速流動的熱氣流中，在流動的氣流中達到干燥。具有以下特點：導熱系數(shù)高，導熱面積廣，干燥用時短。干燥過程中加熱介質(zhì)與需要干燥的物料在高速流動的熱氣流中充分接觸，兩者接觸范圍大，增強了傳熱效果，從而在短時間內(nèi)揮發(fā)干燥。 旋風分離器將干燥過的物品排出，由旋風除塵器或布袋除塵器殼得到小部分可回收利用的飛粉。 熱敏物料特別適合用具有分散作用的風機來進行干燥。風機葉輪的快速旋轉(zhuǎn)可以將濕的或者已經(jīng)結(jié)塊的物料打散，同時在此過程中混合攪拌，之后物料與氣流平行流動。此種干燥機，適用于對結(jié)塊的，但還只是表面含有水分的物料，含濕量 ≤40%。當物料含濕量超過 40%，小于 60%時，加入物料就會比較麻煩，這時應(yīng)當使 用混料器，在濕物料中加入干物料來減小進料的含水量。不過，采用這種方法干燥設(shè)備的總產(chǎn)量就會大幅度下降，從經(jīng)濟方面考慮這事不劃算掉的。所以，用戶應(yīng)當先使用一些常規(guī)的機械辦法，比如說離心脫水和壓濾，來大幅度的減少進料的含水量，保證干燥過程可以正確完成。 本次設(shè)計的干燥機是臥式離心氣流干燥機，它含有電機、圓形干燥筒和機架，干燥筒上有進料口和出料口，干燥筒體放置于機架上，其特點在于通過筒體兩端的軸承座在干燥筒體內(nèi)安裝了一個與筒體軸線重合的軸，在該軸上設(shè)有旋轉(zhuǎn)葉片。筒體一端設(shè)有該筒體切線方向上布置的進料口，且進料口與輸料管相連，輸料管另一端與鼓風機相連，輸料管側(cè)壁的上方設(shè)有進料斗。筒體另一端設(shè)有與該筒體橫斷面相連的出料口，其形狀呈錐狀體，并在該出料口上通過引料管連接旋風分離器。軸 一端通過傳動機構(gòu)與電機相連。旋轉(zhuǎn)軸上的葉片與軸線成 20°，葉片末端均設(shè)有刮板，且旋轉(zhuǎn)葉片間距從進料口至出料口方向依次加大。當裝有旋轉(zhuǎn)葉片的軸轉(zhuǎn)動 時，因每排旋轉(zhuǎn)葉片與軸線方向呈一傾角 α 設(shè)置，每排旋轉(zhuǎn)葉片相互垂直，旋轉(zhuǎn)葉片在轉(zhuǎn)動過程中即可使物料破碎，使之干燥均勻，又可以協(xié)助熱風推動物料沿筒壁螺旋前進，因此可以是幾十米的干燥距離，變成螺旋線的距離，使干燥機體積減小。每排旋轉(zhuǎn)葉片間距從進料口至出料口方向依次加大，因此物料干燥距離也逐漸增大，使物料干燥質(zhì)量更好。熱風與物料同時沿圓筒切線方向設(shè)的進料口，進入圓形干燥筒，沿筒壁進行離心旋轉(zhuǎn)，同時向前運動，形成螺旋狀離心氣流，并進行熱交換，能使物料充分干燥。 5 臥式離心氣流干燥機的設(shè)計 按照圖 2.1(a)電機 1 采用可變速電機，該電機通過傳動機構(gòu) 2，傳動機構(gòu)可采用皮帶或齒輪，帶動軸 7 轉(zhuǎn)動，軸上設(shè)旋轉(zhuǎn)葉片 3，每排旋轉(zhuǎn)葉片之間呈十字形設(shè)置，旋轉(zhuǎn)葉片與軸線成 20°，該傾角可因各種不同物料，選擇不同角度。葉片外端 設(shè)有刮板 4，以防止物料粘結(jié)筒壁，軸的兩端設(shè)有一對軸承座 9，其中靠近進料口處的軸承座，通過筒體端部的墻板固定與筒體上，而靠近出料口處的軸承座通過輻條 固定于筒體上，被干燥物料從進料口 5 進入設(shè)在機架 8 上的圓形干燥筒 6，隨熱風進行螺旋運動，同時進行熱交換，物料在旋轉(zhuǎn)葉片作用下邊破碎，邊干燥，邊前 進；干燥后的物料從與圓形干燥筒體橫斷面相連的呈錐狀體的出料口10 經(jīng)引料管 11 進入旋風分離器 12，已干燥物料從旋風分離器下部排出，殘氣通過引風機 13 排入大氣中。 按照圖 2.1(b)所示，進料口與輸料管相連，輸料管另一端與鼓風機相連，輸料管側(cè)壁的上方設(shè)有進料斗。物料從進料斗 15，在螺旋定量進給器 16 的作用下進入 輸料管 17，此管為熱風與進料共用，鼓風機 14 把熱風鼓入輸料管內(nèi)，并把被干燥的物料從進料口 5 吹入干燥筒 6，然后物料按上述路徑繼續(xù)運行，完成物料干燥過程。 本課題所設(shè)計的臥式離心氣流干燥機具有以下幾個優(yōu)點：體積小，比市場上相 同產(chǎn)量的干燥機體積小大約 6 倍；結(jié)構(gòu)簡單；生產(chǎn)量為相同體積干燥機的 2.5 倍；工作原理先進，變直線氣流為旋轉(zhuǎn)氣流；干燥質(zhì)量好?？蓮V泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥、建材等行業(yè)中粒狀、粉狀物料的干燥，而且非常適宜于水分大的酒糟渣、淀粉渣、糖渣、醋渣等帶有黏性物料的干燥。 6 臥式離心氣流干燥機的設(shè)計 圖 2.1(a) 臥式離心氣流干燥機結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2.1(b) 臥式離心氣流干燥機進料口處橫斷面剖示圖 1-電機 2-傳動機構(gòu) 3-旋轉(zhuǎn)葉片 4-刮板 5-進料口 6-筒體 7-旋轉(zhuǎn)軸 8-機架 9-軸承座 10-出料口 11-引料管 12-旋風分離器 13-引風機 14-鼓風機 16-螺旋定量進基給器 17-輸料管 通過這一章的介紹，了解了氣流干燥機的工作原理和設(shè)計思路。在第三章中，將對干燥機的主要參數(shù)做初步計算，然后對一些主要部件進行強度校核。 2.2 經(jīng)濟環(huán)境性分析 隨著中國社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境問題日益明顯，已變?yōu)橹萍s經(jīng)濟增長的難題。傳統(tǒng)觀念覺得，經(jīng)濟增長肯定會導致環(huán)境污染，經(jīng)濟增長與環(huán)境保護是相對的，要增長經(jīng)濟一定要面對環(huán)境污染所帶來的問題。許多發(fā)達國家的經(jīng)歷似乎也證明了這一點，大多都采用了先增長經(jīng)濟，接著治理污染的做法。但這并不能作為發(fā)展中國家借鑒的模板。眼下，全球經(jīng)濟通過上百年的發(fā)展，資源的缺乏問題更加明顯。所以，先破壞環(huán)境后修復的方法已不行了，不珍惜資源，經(jīng)濟就不會達到增長。 現(xiàn)代觀念認為，經(jīng)濟增長與環(huán)境保護兩者可以達到共同發(fā)展?？梢园循h(huán)保歸到經(jīng)濟發(fā)展體制之中，將兩者一起策劃，使商人可以從中獲益，與其利益最多化的目的相符合，這樣可以環(huán)保將會變?yōu)槿藗內(nèi)粘５幕顒?，實現(xiàn)環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展從矛盾到共同發(fā)展的轉(zhuǎn)變，最終達到雙贏。 (1) 從經(jīng)濟效益考慮 7 臥式離心氣流干燥機的設(shè)計 ① 現(xiàn)有的各種氣流干燥機都為長管型，要么十幾米，甚至有的多達二、三十米， 并配有龐大的鼓風或引風設(shè)備，而臥式離心氣流干燥機干燥部分僅需 2 米，結(jié)構(gòu)簡單，這樣一來減少了基建投資，大大減低了設(shè)計研發(fā)成本； ② 臥式離心氣流干燥機質(zhì)量好，干燥效率高，大大降低了能源的消耗，并且対 黏性結(jié)塊物料也有較好的干燥作用，這是一般機器很難做到的。 (2) 從環(huán)保角度考慮 ① 臥式離心氣流干燥機結(jié)構(gòu)簡單、體積較小，所占用空間較??； ② 臥式離心氣流干燥機工作效率高，節(jié)約了能源，并且噪音低、振動小。 臥式離心氣流干燥機生產(chǎn)成本低，資源消耗少，有利于可持續(xù)發(fā)展，因此其具有良好的經(jīng)濟性與環(huán)境性，有廣闊的發(fā)展前景。 8 3. 筒體部分的設(shè)計和計算 作為一項被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)的設(shè)備，干燥機的安全性與經(jīng)濟性是十分重要的，如果設(shè)計不當，不僅會帶來經(jīng)濟損失，甚至會對工作人員造成身體上的傷害。因此合理的設(shè)計計算是必不可少的，這樣干燥機才可以安全平穩(wěn)的工作。 本章主要設(shè)計筒體的直徑和長度。 3.1 氣流干燥設(shè)計計算的基本原理和物料參數(shù)的給定 3.1.1 氣流干燥設(shè)計計算的基本原理 氣流干燥的本質(zhì)主要是氣力輸送和傳熱傳質(zhì)的問題。為了介紹顆粒在氣流中的運 動行為，以單一顆粒為研究對象。顆粒在氣流中運動分兩個階段，第一階段為加速運 動階段，第二階段為等速運動階段，兩個階段的受力狀態(tài)不同。（1） 單一顆粒在加速運動階段的基本方程 為了簡化推導，現(xiàn)以球形顆粒為例，單一顆粒在加速運動時，受到以下幾個力的 作用，如圖 3.1 圖 3.1 顆粒在氣流管中的受力狀態(tài) ① 氣流對顆粒的阻力  F Ra FRa 在數(shù)值上等于顆粒對氣流的阻力，但其方向與氣流方向相反。 FRa = eAd ra (u a - u m )2 (3.1) 2 式中 ra —— 氣體的密度； 9 臥式離心氣流干燥機的設(shè)計 Ad —— 顆粒垂直與氣流方向的最大投影面積，對于球形顆粒 = pd 2 A d 4 d —— 顆粒直徑； u a —— 氣體速度； um —— 顆粒的速度； e —— 顆粒與氣體的阻力系數(shù)，是 Re 的函數(shù)，見下表 3.1 表 3.1 Re 與e 關(guān)系 Re e  0~1 24 Re  1~100 18.5 Re 0.6  500~1500 0.44 顆粒的阻力 F g Fg = Vrm g (3.2) 式中 r m —— 顆粒的密度； V —— 顆粒的體積；球形顆粒V = pd 2 。 4 ② 氣流對顆粒的浮力𝐹? Fb = Vra g (3.3) 當顆粒加速時，合力 F = F Ra - (F - F ) m g b 即 Fm = eAd ra (u a - u ) 2 - Vg (rm - ra ) m (3.4) 2 因為 r m 遠大于 r ，浮力 F 可以忽略。所以 a b pd 2 (ua - um ) 2 pd 3 Fm = e ra - rm g 4 2 6 (3.5) 10 臥式離心氣流干燥機的設(shè)計 根據(jù)牛頓第二定律： F = ma m m = pd 3 r m 為顆粒的質(zhì)量： 6 m m du m = F - (F - F ) d Ra g b t 相對于其他兩個力， F 很小，如果忽略 F 后 b b dum pd 2 (u a - um ) 2 pd 3 = e ra - rm g dt 4 2m 6m 代入式 m = p d 3 r 并簡化，得 6 m du 3er (u - u ) = 2 - g m a a m dt 4dr m  (3.6) (3.7) (3.8) (3.9) （2） 單一顆粒在減速運動階段的基本方程 單一顆粒在減速運動中的受力， Fg 、 Fb 的計算方式和方向與加速段相同。由于 在減速運動中  u ＜u m a  ，氣流對顆粒的作用力  F Ra  的方向應(yīng)向下，其力的平衡關(guān)系 Fm = FRa + (Fg - Fb ) - m dum = F + (F - F ) (3.10) dt Ra g b 帶入相關(guān)量后 du 3er (u - u ) - = 2 + g m a a m dt 4dr m （3） 統(tǒng)一基本方程的歸納 當規(guī)定相對速度 u r 的值必須為正值，則 加速運動時， ur = ua - um 微分得， dur = -dum 減速運動時， ur = um - ua 微分得， dur = dum 將式(3.11)帶入(3.7)，式(3.12)代入方程(3.10)，并將其歸納為統(tǒng)一方程得 - m dutm = FRa (Fg - Fb ) d 11  (3.11) (3.12) (3.13) 臥式離心氣流干燥機的設(shè)計 式(3.12)中“-”號表示顆粒被加速，“+”號表示顆粒被減速。將式(3.1)、式(3.2)、式 (3.3)以及相關(guān)參數(shù)分別代入式(3.13)，并經(jīng)化簡可得 令 Re  r  = dur ra m a  du 3er u 2 r = a r g dt 4dr m ，代入式(3.14)并化簡整理得  (3.14) 4r d dRe 3 (r - r ) - ′ = eRe 2 4gd m r r m a 3m dt 3m 2 a a 式(3.15)即為氣流干燥顆粒加速及減速運動的統(tǒng)一基本方程。 （4） 單一顆粒在等速運動段的基本方程 當顆粒等速運動時，合力 F = 0 ，即 F + F - F = 0 也可以寫作 m Ra b g F = F Ra + F ，即 g b pd 3 r g = e pd 2 r u 2 t 6 m 4 a 2 u = 4dρ g m t 3ρ ε a 式中 ut —— 顆粒的沉降速度  (3.15) (3.16) (3.17) （5） 顆粒群在氣流干燥機中的運動氣流干燥的具體過程中，固態(tài)顆粒是通過粒子群的狀態(tài)完成運動。但因為顆粒之 間會有互相作用，導致顆粒的形狀和大小會發(fā)生變化，所以需要對單個顆粒運動做一定的校正。 ① 對顆粒形狀的校正 非球狀顆粒的直徑可用球狀的當量直徑來表示。當量直徑是取這種物料的百分率 為 50%的直徑與這一點的顆粒沉降速率為 umc = 8aV d P rm g (3.18) pera ② 對顆粒群的校正 物料倒進干燥器時，顆粒的密度很大，同時阻力系數(shù)e 也比較大，阻力系數(shù)約為單一球狀物體的 2.5 倍。顆粒進入干燥機后開始會進行加速運動，達到一定速度后進行勻速運動，速度不斷變大，阻力系數(shù)就會減小直至達到球體的程度。顆粒群的加速 度過程圍繞在進料口 3~4mm 處，大約會加速 85%以上，之后即達到勻速運動。 12 臥式離心氣流干燥機的設(shè)計 ③ 對顆粒直徑和密度的校正 在干燥進行中顆粒的直徑和密度會發(fā)生變化，在含水率小時不明顯，在含水率較大時需要糾改。對于非結(jié)合水有下列關(guān)系： pd 3 p P r (1 + c) = (d 3 r Pl ) ml 6 m 6 式中 c —— 物料干基含濕量； d Pl , d p —— 干燥前后的顆粒直徑； rml , rm —— 干燥前后的顆粒密度； ④ 對氣速的校正。  (3.19) 在干燥過程中，因為氣體的溫度會慢慢變小，所以氣體的體積也在慢慢減小，這樣導致干燥器內(nèi)氣流的速度也會慢慢變小。在設(shè)計計算時，可分段計算，取各段兩邊 的速度均值 u a 為定量，并計算出顆粒的速度 3.2 所示為顆粒進入干燥器后速度沿長度的 u1 u2 氣流速度  u m  ，對氣流干燥機長度 u3 u3  L  作圖，如下圖 L1 L2 L3 L4 氣流管長度 圖 3.2 顆粒進入氣流干燥器后氣流速度沿長度的變化 3.1.2 物料工藝參數(shù)的給定本次干燥機的設(shè)計是根據(jù)以下物料的的工藝參數(shù)進行設(shè)計的。 物料平均粒徑：  d p =150μm 產(chǎn)量：  G2 = 2000kg/h 物料含水率：w1 = 20% 13 臥式離心氣流干燥機的設(shè)計 產(chǎn)品含水率：w = 2% 2 熱風入口溫度： t1 = 300°C 熱風出口溫度： t2 =85°C 熱風入口濕度：  x1 = 0.015kg/kg 熱風出口濕度：  x 2 = 0.084kg/kg 熱風傳給空氣的總熱量： Q = 645798kj/h 干燥機內(nèi)熱風平均流速為： ua = 3.5 m/s 物料溫度： t m1 = 20°C 產(chǎn)品溫度： t m2 = 65°C 物料全壓：?𝑡 = 23.46??/?2 絕干物料比熱容：  c s  = 1.672kj/（ kg×°C） 干燥機容積給熱系數(shù)：  h = 4176kj/(m 3 × h×°C) a 在后面的設(shè)計計算中均采用上述物料工藝參數(shù)進行設(shè)計計算。 3.2 氣流干燥機操作參數(shù)的確定 氣流干燥機的參數(shù)確定是與三個溫度有關(guān)的，分別是熱風入口氣體溫度 出口氣體溫度 t2 、產(chǎn)品溫度 tm2 。下面來說一下這三個溫度的選定與計算。 (1) 熱風入口氣體溫度 t1 的選定：  t 1  、熱風 氣流干燥是并流操作，而且干燥用時短，因此可選用溫度比較高的氣體。入口氣 體溫度  t 1  越大，熱效率和干燥質(zhì)量越好，對特殊物料來說甚至可稍大于最大溫度。 根據(jù) 3.1.2 中的物料參數(shù)，這里 t1 取 300°C。 (2) 熱風出口氣體溫度  t 2  的選定： 此溫度低對熱量的利用是有利的，但是其下限應(yīng)比出口氣體的絕熱飽和溫度高 20℃~25℃，以避免在旋風分離器和除塵器上析出水珠。根據(jù) 3.1.2 中的物料參數(shù)，這 里 t2 取 85°C。 (3) 產(chǎn)品溫度 tm2 的計算： 14 臥式離心氣流干燥機的設(shè)計 當成品的含水量比臨界含水量大時，物料的溫度將會恒定保持在濕球溫度。如 果成品含水量低于臨界含水量，依照 3.20 產(chǎn)品溫度估算公式計算： c - c g (c -c ) w 2 ce γ (c - c ) - c (t - t )( 2 e c (t -t ) w2 w2 ) s 2 w2 t - t 2 e s 2 c - c = 2 m2 2 w2 t - t w2 γ w2 (c - c ) - (t - t w2 ) 2 2 e 2 式中 t 2 —— 熱風出口氣體溫度； t m2 —— 產(chǎn)品溫度； t w2 —— 出口氣體濕球溫度； γw2 —— 溫度為 tw2 時水的汽化熱； cs —— 絕干物料比熱容； ce —— 物料平衡含水量； c2 —— 干燥后產(chǎn)品含水量； c 2 —— 物料臨界含水量。 W 根據(jù) 3.1.2 中的物料參數(shù)，這里直接給出產(chǎn)品溫度 t m2 為 65°C。  (3.20) 3.3 干燥機圓筒直徑的設(shè)計 干燥機的直徑是由氣流速度決定的，可分為兩種設(shè)計方法，分別為等直徑的設(shè)計和變直徑的設(shè)計 （1） 等直徑管的設(shè)計： 從氣體輸送的角度，只要大于最大顆的下落速度，就代表能把全部物料輸送出去。 但出于對安全問題的考慮，選擇氣流出口的速度是最大顆粒物料下落速度的 2 倍。但是如果按照這個速度的話，物料在干燥機中的分散性和運動程度會相對來說較差，會 影響干燥的效果，所以我們一般選擇 20m/s 的速率當作氣體速度的均值。直徑按下式 (3.21)計算; D = 1 Va (3.21) 30 pua 式中 Va —— 氣體的平均體積流量； u a —— 氣體速度。 15 臥式離心氣流干燥機的設(shè)計 （2） 變直徑管的設(shè)計： 因為顆粒在勻速運動段和加速運動段的給熱參數(shù)和氣流的運動速度不同，在勻速運動后，氣流與顆粒間的相對速率與離子的沉降速率相同，所以給熱參數(shù)與氣流速度的絕對值相關(guān)。而在加速段，由于氣流速度不斷快，平均給熱參數(shù)也變得更高。所以， 可以將干燥機以進料口氣流速度為 30m/s 范圍設(shè)計加速段管徑，而勻速段以能輸送最大物料顆粒的基礎(chǔ)確定出口的氣體速度，這樣，完整的干燥過程分粗細兩部分進行。 加速段管徑 D 1 V = a（入） 加 30 pu a（入）  (3.22) 式中  V a（入）  —— 入口氣量； u a（入）  —— 入口氣流速度。 勻速段直徑 D = 1 V a（出） 等 30 pu a（出） 式中 Va（出） —— 出口氣量  (3.23) ua（出） —— 出口氣流速度。 在本次設(shè)計中我們選用等直徑管的設(shè)計方法來設(shè)計干燥筒的直徑。根據(jù)物料參數(shù)可知： 干燥前物料含水量 ? = 𝜔1 = 20% = 0.25??/?? 1 1?𝜔1 1?20% 干燥后產(chǎn)品含水量 ? = 𝜔2 = 2% = 0.0204??/?? 2 1?𝜔2 1?2% 干燥應(yīng)出去的水分 ? = 𝐺2 = 2000 = 459??/h 0.25?0.0204 ? ?? 1 2 取此時水的汽化熱為 g