馬鈴薯片干燥機(jī)的設(shè)計(jì)

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謝181.緒論從上世紀(jì)70年代起，在全球能源危機(jī)的推動(dòng)下，研究及應(yīng)用的主要熱點(diǎn)轉(zhuǎn)向了能源效率的問題上。而研究熱點(diǎn)主要集中在了干燥動(dòng)力學(xué)、干燥器操作機(jī)理、能源利用率等方向。隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國民消費(fèi)水平的提高，研究熱點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向提高產(chǎn)品品質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量降解動(dòng)力學(xué)方向，應(yīng)用領(lǐng)域主要為食品及農(nóng)產(chǎn)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(chǎn)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(diǎn) 、蛋卷等，為數(shù)達(dá)100多種。但鮮薯塊莖體積大，含水量高，運(yùn)輸和長期貯藏有困難。為此，根據(jù)我國現(xiàn)今干燥設(shè)備的發(fā)展前景考慮, 對馬鈴薯片干燥機(jī)的設(shè)計(jì)，可以滿足馬鈴薯的儲(chǔ)存要求，以及為馬鈴薯的深加工提供有利條件。對產(chǎn)品的生產(chǎn)率提高也能起到?jīng)Q定性作用。 馬鈴薯片干燥機(jī)的設(shè)計(jì)干燥機(jī)要求整機(jī)結(jié)構(gòu)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(jìn)行干燥,最終滿足馬鈴薯片的干燥要求。2. 干燥設(shè)備在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀從第一屆全國干燥會(huì)議于1975年6月23日至30日在南京召開，至今已經(jīng)三十多年了。30多年來，我國干燥技術(shù)研究隊(duì)伍不斷壯大。目前我國從事干燥技術(shù)研究的大專院校、科研院所、研究單位大約右有50多家，領(lǐng)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(chǎn)業(yè)、漁業(yè)等行業(yè)，全國共有設(shè)備制造廠600多家，已形成了一支強(qiáng)有力的干燥科研開發(fā)隊(duì)伍，廣泛開展干燥技術(shù)的基礎(chǔ)研究、工藝研究及工業(yè)化研究，使我國干燥技術(shù)研究正向世界水平邁進(jìn)，某些技術(shù)領(lǐng)域達(dá)到了國際先進(jìn)水平。30年來，中國對許多干燥技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。主要有蒸汽回轉(zhuǎn)干燥，噴霧干燥，流態(tài)化干燥(普通流化床，振動(dòng)流化床，內(nèi)加熱流化床、流化床噴霧造粒干燥)，氣流干燥，回轉(zhuǎn)圓筒干燥，旋轉(zhuǎn)快速干燥，圓盤干燥，帶式干燥，雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥，槳葉式干燥，冷凍干燥，微波及遠(yuǎn)紅外干燥，糧食干燥等等1，常規(guī)干燥設(shè)備基本可以滿足生產(chǎn)的需要，并有部分機(jī)型達(dá)到國際當(dāng)代水平并出口到國外。干燥單元的重要性不僅在于它對產(chǎn)品生產(chǎn)過程的效率和總能耗有較大的影響，還在于它往往是生產(chǎn)過程的最后工序，操作的好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，從而影響市場競爭能力和經(jīng)濟(jì)效益。我國有許多產(chǎn)品，就純度而言已經(jīng)達(dá)到甚至超過國外產(chǎn)品;然而就是由于干燥技術(shù)不如國外技術(shù)，堆積密度、粒度、色澤等物性指標(biāo)上不去.在國際市場競爭中處于劣勢，有的甚至售價(jià)僅為國外同種產(chǎn)品的三分之一。目前我國某些大型石化干燥裝備還依賴進(jìn)口。椐粗略估計(jì)，我國生產(chǎn)的干燥設(shè)備種類僅為國外3040%。因此進(jìn)行干燥技術(shù)研究的任務(wù)迫切。2.2 干燥技術(shù)在食品糧食等方面的應(yīng)用由于該設(shè)計(jì)機(jī)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(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?；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(zhì)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(yùn)輸和攜帶。果蔬干燥技術(shù)：常壓熱風(fēng)干燥技術(shù)(如網(wǎng)帶式干燥機(jī))、真空冷凍干燥技術(shù)、微波干燥技術(shù)、遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)、滲透干燥技術(shù)、過熱蒸汽干燥技術(shù)。近年來新開發(fā)的干燥設(shè)備有噴射泵式真空凍干設(shè)備、真空油炸果蔬脆片設(shè)備、氮?dú)飧稍锲鳌⑻柲艹商赘稍镌O(shè)備、微波真空干燥機(jī)、振動(dòng)流化床干燥機(jī)等。果蔬行業(yè)干燥存在的主要問題是,我國目前生產(chǎn)的主流干燥產(chǎn)品普遍存在干燥速度慢、脫水時(shí)間長、能耗大、成本高、復(fù)水性能差、品質(zhì)保存率低等缺陷，由此出現(xiàn)了在國際市場上價(jià)格滑坡、國內(nèi)市場打不開銷路的嚴(yán)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(fù)水性能缺乏研究，尤其不了解一些改善某些干制品的復(fù)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(diǎn),而忽略其缺點(diǎn)的趨勢。如一味強(qiáng)調(diào)凍干產(chǎn)品品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn),而忽略其易吸潮、易碎、設(shè)備投資和操作費(fèi)用高等缺點(diǎn)。果蔬干燥研究方向：在保證品質(zhì)方面,開發(fā)選用不同干制技術(shù)以適應(yīng)不同果蔬的干制特性，從而保障干制品的品質(zhì)。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(nèi)外加熱不勻而引起的品質(zhì)下降，充分保持了新鮮蔬菜內(nèi)原有的營養(yǎng)成分，并具有反應(yīng)靈敏、便于控制、熱效率高、無余熱、無污染等顯著特點(diǎn);遠(yuǎn)紅外干燥可以使干燥效率和干燥質(zhì)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(yuǎn)紅外干燥和聲波干燥是國際上應(yīng)用較為普及的三種高效節(jié)能新技術(shù)。目前國際上的趨勢是將微波或遠(yuǎn)紅外與真空低溫技術(shù)結(jié)合，避免內(nèi)部升溫失控。熱泵和太陽能干燥是近年來才應(yīng)用到果蔬干燥中的節(jié)能新技術(shù)，但干制溫度較低，干燥時(shí)間較長。(2)糧食干燥技術(shù)國外現(xiàn)在使用的糧食干燥機(jī)按其結(jié)構(gòu)及干燥原理來分主要有順流式、橫流式、混流式、逆流式和內(nèi)循環(huán)移動(dòng)式干燥機(jī)。我國現(xiàn)在使用的干燥機(jī)按其結(jié)構(gòu)及干燥原理2來分主要有：1)塔式干燥機(jī) 塔體采用磚鋼混合結(jié)構(gòu)，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(jī) 干燥段的筒體為鋼筒，緩蘇、冷卻段為磚混結(jié)構(gòu)，主要用于水稻、小麥的烘干。3)流化床干燥機(jī) 結(jié)構(gòu)簡單，主要用于水稻、小麥和油菜籽的烘干。4)網(wǎng)柱式干燥機(jī) 糧食在雙層網(wǎng)狀板間流動(dòng)，形成的糧柱與干燥介質(zhì)成錯(cuò)流運(yùn)動(dòng)，主要用于玉米、水稻、小麥的烘干。5)順逆流干燥機(jī) 糧食與熱風(fēng)同方向運(yùn)動(dòng)，干燥均勻，熱效率較高，冷風(fēng)與糧食反方向運(yùn)動(dòng)，干燥后糧食品質(zhì)好。6)蒸汽干燥機(jī) 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(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)式干燥機(jī) 屬批式干燥機(jī)，濕糧喂入干燥機(jī)后，在機(jī)內(nèi)循環(huán)同時(shí)受熱風(fēng)的作用使水分蒸發(fā)，達(dá)到要求的終水分后，停機(jī)卸糧。9)順混流式干燥機(jī) 綜合了順逆干燥適合濕糧的特點(diǎn)和混流干燥均勻及干后水分低的特點(diǎn)。一次干燥流程即達(dá)到安全水分。在干燥機(jī)理、應(yīng)用基礎(chǔ)研究放方面中國農(nóng)大、東北農(nóng)大、華南農(nóng)大、江蘇理工大學(xué)作了大量的研究工作，分別建立了谷物熱特性、水分?jǐn)U散特性、干燥速率等實(shí)驗(yàn)測定裝置。中國農(nóng)大率先開展了谷物干燥計(jì)算機(jī)模擬的研究，使國內(nèi)的干燥技術(shù)研究接近和達(dá)到國際先進(jìn)水平。3.干燥技術(shù)概論3.1干燥的定義在人類的生產(chǎn)和生活中經(jīng)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(shù)的情況下物體所含的濕分是水分，有時(shí)卻是其他的成分，例如無機(jī)酸、有機(jī)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(chǎn)生揮發(fā)、冷凝、升華等相變過程與物體分離以達(dá)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(shù)的范疇。3.2干燥技術(shù)的特點(diǎn)干燥技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。面對眾多的產(chǎn)業(yè)、理化性質(zhì)各不相同的物料、產(chǎn)品質(zhì)量以及其他千差萬別的要求，干燥技術(shù)稱為一門跨行業(yè)、跨學(xué)科，具有實(shí)驗(yàn)科學(xué)性質(zhì)的技術(shù)。通常，在干燥技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用中需要具備三個(gè)方面的知識(shí)和技術(shù)。第一需要了解被干燥物料的理化性質(zhì)和產(chǎn)品的使用特點(diǎn)；第二是要熟悉傳遞工程的原理，即物質(zhì)、傳熱、流體力學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)等能量傳遞的原理；第三要有實(shí)施的手段，即能夠進(jìn)行干燥流程、主要設(shè)備等方面的設(shè)計(jì)。顯然，這三個(gè)方面的知識(shí)和技術(shù)不屬于一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。而在實(shí)踐中，這三個(gè)方面的知識(shí)和技術(shù)又缺一不可。3.3干燥介質(zhì)3.3.1空氣的性質(zhì)在對流干燥操作中，最常用的干燥介質(zhì)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(huì)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(zhì)進(jìn)行介紹。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(huì)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(zhì)實(shí)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(yuǎn)，可以作為理想氣體處理，并服從理想氣體定律，按工程設(shè)計(jì)的要求這樣處理仍然足夠精確。稱其為“干燥介質(zhì)”，是因?yàn)樗诟稍镞^程中承擔(dān)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(shí)，又把濕物料中的濕分（通常是水分）攜帶出干燥設(shè)備，從而達(dá)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(zhì)都會(huì)發(fā)生變化，所以，必須了解濕空氣的各種在物理性質(zhì)和狀態(tài)參數(shù)。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(zhì)量絕干空氣所含有的水蒸氣的質(zhì)量，或水蒸氣質(zhì)量與絕干空氣質(zhì)量的比值，用符號(hào)表示，其單位為，簡寫為，含濕量表示濕空氣中水蒸氣等絕干空氣的相對質(zhì)量組成和質(zhì)量比3。設(shè)計(jì)內(nèi)容中新鮮空氣的初始溫度取室溫，初始濕度。4.設(shè)計(jì)目的和主要內(nèi)容本課題設(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，學(xué)習(xí)如何綜合應(yīng)用本專業(yè)的知識(shí)進(jìn)行資料的查閱、方案的擬定和設(shè)備的具體設(shè)計(jì)，熟悉機(jī)械圖樣的測繪方法，熟練掌握計(jì)算機(jī)繪圖技能。通過此次設(shè)計(jì)，提高分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)熱真、踏實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。主要的設(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)箱及附屬設(shè)備的設(shè)計(jì)，繪圖。5.干燥機(jī)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(yīng)不同物料的干燥特性，干燥設(shè)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(jī)內(nèi)空氣與物料的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的差別等，又決定了干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因此到目前為止，干燥機(jī)還沒有統(tǒng)一的分類方法。將干燥機(jī)進(jìn)行公類的目的在于：（1）便于根據(jù)物料的特性選擇干燥機(jī)類型；（2）根據(jù)干燥機(jī)類型，便于進(jìn)行干燥機(jī)的工藝計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（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(jī)來完成，據(jù)此可以進(jìn)行方案比較，選擇最佳的干燥形式。5.1干燥機(jī)選擇的原則對于干燥操作來說，干燥機(jī)的選擇是非常困難而又復(fù)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(zhì)系統(tǒng)的流體動(dòng)力學(xué)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(gè)萬能的干燥機(jī)，只能選用一個(gè)適宜的干燥方式和干燥機(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?。晃锪系母稍锾匦詀初始和最終濕含量；b允許的最高干燥溫度；（2）干燥機(jī)選擇的步驟干燥機(jī)選擇的起始點(diǎn)是確定或測定被干燥物料的特性，確定干燥動(dòng)力和傳遞特性，進(jìn)行干燥成本核算，最后確定干燥機(jī)形式。概括上述步驟，可用方框圖表示如圖5-1所示：一般數(shù)據(jù)：生產(chǎn)能力環(huán)境條件干燥物料特性干燥設(shè)備分類物料的分類干燥方法和干燥設(shè)備的選擇方案的選擇 干燥成本初步選擇干燥機(jī)最終選擇干燥機(jī)圖5-1 干燥機(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)4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 糊狀干燥過程原理主要涉及濕物料和干燥介質(zhì)在熱力干燥過程中所表現(xiàn)的熱力學(xué)及物理學(xué)特性和其變化規(guī)律；濕物料內(nèi)部以及與干燥介質(zhì)間的熱量和質(zhì)量傳遞過程機(jī)理；干燥過程動(dòng)力學(xué)原理；干燥過程的模型、模擬等內(nèi)容。簡單地講，濕物料在熱力干燥時(shí)時(shí)常會(huì)先后經(jīng)歷以下兩個(gè)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(zhì)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(zhì)傳遞的進(jìn)行，當(dāng)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(huì)通過熱傳導(dǎo)傳遞至濕物料內(nèi)部，使物料溫度上升，并在其內(nèi)部形成溫度梯度。而濕份則由內(nèi)部向表面轉(zhuǎn)移，至物料表面后被不飽和的干燥介質(zhì)帶走，顯然此時(shí)的干燥速率會(huì)低于恒速干燥階段。濕物料內(nèi)部熱量和質(zhì)量的傳遞速率主要取決于物料性質(zhì)以及其自身的溫度和含濕量等因素。此過程稱內(nèi)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(jì)算、所用空氣量的計(jì)算以及干燥過程中熱源提供給干燥介質(zhì)的熱量計(jì)算。如圖所示，新鮮空氣（其狀態(tài)為環(huán)境溫度，濕度，熱焓，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；而干燥空氣溫度下降，濕度增加后排除干燥器（其狀態(tài)為，）。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5.2干燥烘箱簡介干燥烘箱屬于間歇干燥設(shè)備，根據(jù)物料的需要可制造成各種形式。干燥烘箱結(jié)構(gòu)簡單，在干燥中使用較為廣泛。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。 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(dòng)機(jī) 5.均風(fēng)板 6.排氣管 7.電加熱管 8.烘車門5.3主要參數(shù)物料含水率：產(chǎn)品含水率：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(jīng)受的最高溫度：100產(chǎn)量：次5.5干燥器生產(chǎn)能力的計(jì)算該物料料厚：h=20mm臨界含水率：平衡含水率：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=5.25h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=548.57kg5.6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）物料含水率，即相當(dāng)于：臨界含水率，即：產(chǎn)品含水率，即：平衡含水率，即：已知加熱干燥時(shí)間為3h， （5-2）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）則：降速干燥階段的干燥時(shí)間為：5.7物料平衡在每一次干燥中所要出去的水分為：其中恒速階段應(yīng)出去的水分為：因第一階段需要2.62h，故在此階段內(nèi)所蒸發(fā)的水分為降速階段所需出去的水分為：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5.8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：圖5-4 空氣圖5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 30 60 / (kJ/kg) (kg/kg) (kJ/kg) (kg/kg) 20 31 0.0042 43 0.00891 65 199 0.05108 357 0.115設(shè)新鮮空氣為，則?？諝怆x開干燥室時(shí)尾氣狀態(tài)為：，則。在操作中采用中間加熱及尾氣循環(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。由過程終點(diǎn)（，）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(diǎn)為濕空氣離開干燥器第二區(qū)域的狀態(tài)。依次坐下去直到點(diǎn)。此點(diǎn)狀態(tài)為 ，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(jìn)行時(shí)沒有熱量損失，并且不計(jì)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；尾氣的濕度為。 圖5-5 溫濕圖故其循環(huán)氣體的份數(shù)值為：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：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水分的空氣消耗量為：5.9干燥器的熱消耗量利用圖查出，；。混合物的熱焓為：所以，理論熱消耗量為：或者：設(shè)電加熱器的機(jī)械效率為95%，則損失熱消耗量為：或?yàn)椋哼@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。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：6.熱風(fēng)循環(huán)烘箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6.1烘箱熱風(fēng)流動(dòng)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，再逐漸向上部干燥。在這種通風(fēng)方式中，烘盤底應(yīng)采用網(wǎng)狀的。不然，產(chǎn)品有可能局部未干燥或者干燥時(shí)間需要增加。（2）左右通風(fēng)方式 左右通風(fēng)方式是箱內(nèi)兩側(cè)面上噴出熱風(fēng)，再由頂部中央吸入循環(huán)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)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。此時(shí)烘盤底不能用網(wǎng)狀的。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(dòng)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。6.2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，無孔隙，以免熱量散失。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6。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；另一種采用柔性較好的氈條。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。6.3 加熱器設(shè)計(jì)6.3.1加熱方式選擇熱風(fēng)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(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(dǎo)熱性和絕緣性的結(jié)晶氧化鎂粉，再經(jīng)其他工藝處理而制成。具有結(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(dòng)化等特點(diǎn)。用于加熱相對濕度不大于95%、無爆炸性、無腐蝕性氣體。6.3.3電加熱器功率計(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）式中電加熱器總功率（）；水蒸氣的比熱容；空氣質(zhì)量流量；熱功當(dāng)量，； 空氣環(huán)境濕度； 空氣環(huán)境溫度； 熱空氣溫度；絕干空氣比熱容； 電加熱器熱效率，取其中：=；=；根據(jù)已知條件，求得：選用兩個(gè)加熱器， 則每個(gè)電加熱器所承載的功率為；6.3.4電加熱器的選擇電加熱器的形狀如圖6-1所示：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7 型號(hào)外形尺寸/mm風(fēng)道尺寸/mm法蘭尺寸/mm地腳尺寸/mm總功率/kWABCMNEFGD SRK2-46522403962603462843701604004.20 SRK2-86522705364003464243701904007.92 SRK2-1068027071658034660437019040010.56 SRK2-1570835978665034667437022040015.006.4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=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8機(jī)號(hào) 轉(zhuǎn)速/(r/min)葉片角度/() 風(fēng)量/(m/h)需要功率 /kW配用電動(dòng)機(jī) 型號(hào)功率/kW2.829001512240.068 YSF-45220.122017420.1 YSF-56320.182522600.147 YSF-56320.183024950.168 YSF-63220.353527780.224 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(dòng)機(jī)型號(hào)為YSF-5632。6.5 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)構(gòu)示意圖如圖6-3所示： 圖6-3 調(diào)風(fēng)板結(jié)構(gòu)示意圖6.6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(huì)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3042B不銹鋼板沖孔壓制而成，其結(jié)構(gòu)如圖6-4所示： 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6.7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(shí)，均采用溫度自動(dòng)控制，即PID自適應(yīng)控制模式9。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），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(dòng)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(dòng)切斷或報(bào)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(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(tái)。7.1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10，即64046045mm，厚度=2mm。其外形尺寸圖如圖7-1所示： 圖7-1 烘盤7.2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(jié)構(gòu)如圖7-3所示，定向輪（GB/T 14687-1993），其結(jié)構(gòu)如圖7-4所示。 圖7-3 萬向輪 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，前后間距與烘盤長度保持一致，取640mm。已知馬鈴薯片的密度為1150kg/m，則一個(gè)烘盤所盛物料質(zhì)量，烘車所需要的托盤架層數(shù)層，取8層。烘車的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7-5所示： 圖7-5 烘車結(jié)構(gòu)示意圖則烘車左右總尺寸為254+460=560mm，烘車前后總尺寸為252+640=690mm，烘車高度為507+258+125+100=775mm，其中100mm為設(shè)計(jì)烘車上部與下部可調(diào)空間值。7.3 烘車導(dǎo)軌設(shè)計(jì)烘車導(dǎo)軌的主要作用在于使得烘車平順進(jìn)入烘箱內(nèi)，且起到定位的作用。導(dǎo)軌的寬度和深度需要滿足不阻礙烘車車輪滾動(dòng)。根據(jù)前期設(shè)計(jì)綜合考慮，采用5020153mm的冷彎外卷邊槽鋼打孔制作成導(dǎo)軌條件適宜。既滿足導(dǎo)軌的順利導(dǎo)向作用，且適應(yīng)烘箱內(nèi)部空間。打孔作用在于導(dǎo)軌的安裝定位。其結(jié)構(gòu)圖如圖7-6 所示。 圖 7-6 烘車導(dǎo)軌7.4 烘車導(dǎo)臺(tái)設(shè)計(jì)考慮到烘箱保溫層的厚度，底面與烘箱內(nèi)壁底部有一定高度，需要一個(gè)傾斜式的導(dǎo)臺(tái)，方可使烘車方便進(jìn)入烘箱內(nèi)部，以減少勞動(dòng)力，縮短干燥周期。烘車導(dǎo)臺(tái)高度與烘箱保溫層厚度相等，即高度應(yīng)為100mm，寬度應(yīng)略寬于烘車寬度，即寬度應(yīng)略大于560mm，取600mm。設(shè)計(jì)導(dǎo)臺(tái)斜面角度為30，使得人更容易講烘車推入烘箱，即導(dǎo)臺(tái)斜面長度應(yīng)為mm，導(dǎo)臺(tái)底面長度應(yīng)為=173.2mm。導(dǎo)臺(tái)上需要設(shè)有與烘箱導(dǎo)向槽對應(yīng)的導(dǎo)軌，則導(dǎo)向槽深度取20mm，寬度取60mm，為保證導(dǎo)臺(tái)的固定性，選用Q235鑄造制成。其外形尺寸圖如圖7-6所示： 圖 7-7 烘車導(dǎo)臺(tái)8.結(jié)論設(shè)計(jì)的電加熱型熱風(fēng)循環(huán)烘箱在保證能對馬鈴薯片進(jìn)行干燥的條件下，箱體內(nèi)部布置更為緊湊，外形尺寸為150012001400mm，比較傳統(tǒng)的烘箱，體積得到了縮減，便于搬運(yùn)，減少了占地空間。同時(shí)，此干燥機(jī)不僅僅能對馬鈴薯片進(jìn)行干燥，還能適應(yīng)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(diǎn)，適用于小批量多品種干燥生產(chǎn)。參考文獻(xiàn)1劉廣文.干燥設(shè)備設(shè)計(jì)手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2009：3341.2付興利,陸顯斌.糧食干燥工藝及主要干燥設(shè)備介紹J.農(nóng)業(yè)裝備技術(shù),2011：5559.3于才淵,王寶和.干燥裝置設(shè)計(jì)手冊M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:1927.4嚴(yán)培德.干燥器選型和設(shè)計(jì)方向J.化學(xué)裝備技術(shù),1984:6573.5郭健琪.通氣式烘箱研究J.化工裝備技術(shù),1997:2327.6蔣文俊.淺談箱式干燥器的設(shè)計(jì)與制作J.江蘇陶瓷,2000:3335.7袁松范.干燥設(shè)備最佳設(shè)計(jì)J.醫(yī)藥工程設(shè)計(jì),1996(2):69.8昌澤舟.軸流式通風(fēng)機(jī)使用技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005:179188.9劉廣文.我國最新研制的干燥設(shè)備J.遼寧化工,1992(6):5155.10中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).熱風(fēng)循環(huán)烘箱S.YY 0026-90.11成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004:132138.12成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004:2630.致 謝本次設(shè)計(jì)能順利完成，首先要感謝安靜老師的悉心指導(dǎo)，從選題到設(shè)計(jì)的完成的整個(gè)過程中，遇到了很多問題，安靜老師都能及時(shí)給予細(xì)心及準(zhǔn)確的指導(dǎo)，在設(shè)計(jì)思路出現(xiàn)混淆或錯(cuò)誤時(shí)，用淺顯易懂的知識(shí)深度剖析，使我的設(shè)計(jì)思路清晰明朗，以免在設(shè)計(jì)過程中迷失方向，出現(xiàn)大的偏差。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，老師都能一如既往的表現(xiàn)出高度負(fù)責(zé)的工作態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)，這些都是我所應(yīng)該學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，使我的知識(shí)水平和認(rèn)知能力得以提高，同時(shí)為我們提供了良好的學(xué)習(xí)條件，在設(shè)計(jì)過程中難免會(huì)遇到課程中沒有學(xué)習(xí)到的知識(shí)點(diǎn)，這時(shí)，到塔里木大學(xué)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(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和老師們給予的幫助與關(guān)懷，感謝與我共同學(xué)習(xí)和生活了多年的同學(xué)們對我的關(guān)心與支持！大學(xué)四年已接近尾聲，大學(xué)生活中的每一個(gè)細(xì)節(jié)都使我終生難忘，以“艱苦奮斗、自強(qiáng)不息”這八個(gè)字我將銘記于心，在以后的人生道路中將躬身踐行。最后，祝愿母校日益昌盛，祝愿老師們、同學(xué)們身體健康、事事順利！18