带式干燥器设计-大学设计.doc
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带式干燥器设计
BELTDRYERDESIGN
专业:
过程装备与控制工程
摘要
本次设计的任务是设计带式干燥器,干燥器的处理量为2000kg/h,物料初始含水率为20%,初始温度为15℃,干燥到含水率0.4%的带式干燥机,设计包括带式干燥机,确定工艺流程,干燥气体,工艺计算,干燥器的结构计算和设计,配套设备的选择。
在本设计中,干燥器是适合大规模生产的连续式干燥设备,干燥带通风好,适合含水较高的蔬菜,中药饮片和其他类型的水分含量高,干燥热敏性的物料尤为合适。
设计的干燥机具有蒸发强度高,干燥速度快和产品质量好等特点。
网带具有透气性能好,停留时间可以调节,不会出现剧烈运动,不破碎,在良好的干燥条件下,提高干燥强度,循环风机用于循环结构,热风均匀,偏干的现象并不存在。
分为三层,有效地节省了面积,提高了空间利用率。
关键词:
干燥器;中草药干燥;网带;循环风机;三层
Ⅰ
ABSTRACT
Thetaskistodesignabeltdryerfordryingherbs,drymaterialhandlingcapacityof2000kg/h,aninitialconcentrationof20%,theinitialtemperatureof15°Canddriedto0.4%,thedesignincludesbeltdryertodeterminetheprocessflow,drygas,processcalculation,dryerstructuralcalculationanddesign,ancillaryequipmentselection.Inthisdesign,thebeltdryerwithmassproductionofcontinuousdryingequipmentfordryingventilationsheet,stripandgranularmaterialsisbetter.Dehydratedvegetables,ChineseHerbalMedicineandothertypesofhighmoisturecontent,dryheatsensitivematerialsareparticularlyappropriate.Theseriesdryerhashighdryingrate,highevaporationstrength,andgoodproductquality.Networkwithbreathableperformance,theresidencetimecanbeadjusted,materialnon-strenuousexercise,notbroken,moredryarea,moredrystrength,loopstructureofthecirculatingfan,hotairevenly,dryphenomenondoesnotexist.Dividedintothreelayersiseffectivelysavingthearea,toimprovethespaceutilization.
Keywords:
Dryer;Herbaldrying;Meshbelt;Circulatingfan;Threelayers.
Ⅱ
目录
第一章带式干燥器的设计概论 1
第一节干燥概述 1
第二节带式干燥器概述 3
第三节设计题目和要求 4
第四节物料特性和基本参数 5
第二章带式干燥器的设计计算 6
第一节工艺计算 6
第二节干燥器结构计算 9
第三节工艺流程图 11
第三章带式干燥器的结构设计 12
第一节干燥器的基础结构设计 12
第二节干燥器基础结构的选择 17
第三节干燥器接管设计和法兰选择 24
第四节干燥器壳体和连结结构设计 26
第五节传送带支撑装置的设计 30
第六节耳座的设计 32
第七节人孔的设计 33
第八节干燥器壳体和结构强度校核 33
第四章带式干燥器的附属设备的选择 34
第一节电动机的选择 34
第二节减速器的选择 35
第三节除尘器的选择 36
第四节空气过滤器的选取 38
参考文献:
39
致谢 40
第一章带式干燥器的设计概论
第一节干燥概述
在化工行业中,干燥工程是使物料中的水分(或溶剂)汽化,使含水物料中水分的含量蒸发减少的过程。
干燥固体时,水(或溶剂)从固体表面扩散,然后从固体表面蒸发。
在日常生活中,湿料被放置在阳光照射下,就是简单地干燥。
为了除去水分,工业常用石灰和浓硫酸吸收水,以除去过量的水。
干燥技术,广泛应用于化工,食品,纺织,轻工,农业,林业产品加工,煤炭和建材行业,几乎所有的行业都涉及到干燥过程。
干燥技术,对化工生产的效率有很大的影响。
干燥是很重要的工业过程,它直接影响产品的形状,质量,工艺,生产能力。
干燥技术不仅涉及复杂的传热传质机理,而且还与物料的性能和干燥器的处理能力有密切的关系,并且最终反映在干燥机械各种各样的结构和流程上。
干燥的目的是把使用的材料干燥或把材料干燥后作进一步的处理。
木材在制造木板,木制品前都是要被干燥的,为了防止变形;一般陶瓷毛坯煅烧前也要干燥,为了防止产品开裂。
干燥的材料也是为了容易运输和储存,将收获的食品和药物干燥到目标湿含量或更低,以防止霉变和保证疗效。
由于自然条件下的干燥,现在就不能满足发展的需求,所以各种机械化干燥机被生产出来,越来越得到广泛的应用。
干燥过程中会消耗大量的能量,为了节约能源,一些水分含量高的材料,通过机械脱水,然后在干燥器中干燥,得到干燥的固体。
在干燥的过程中,热量要在干燥器内完成传递,同时水分(湿分)也要在干燥器内传递,在干燥的过程中,一定还要确保物料的蒸汽分压要比外部蒸汽的分压高,同时还要求物料温度低于干燥介质的温度。
干燥的全过程可分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段。
在恒速干燥阶段,在液滴的表面上水分发生蒸发,周围的空气的温度和液滴的温度差来驱动,蒸汽通过气膜的扩散速度决定了蒸发的速率,温度差越大,会使蒸发的速率更快,颗粒之间的水分扩散率一般大于蒸发率。
水分在固体物料中的扩散的速度减小了,干燥一段时间之后,蒸发的速度就会开始减慢,蒸汽分压不能再维持水分表面的饱和,此时降速干燥过程开始,进入降速干燥阶段。
在降速干燥阶段,物料温度开始上升,结束干燥过程,但此时的材料的温度将接近到周围的空气温度。
在我们日常生活中,干燥分布在各个行业,如农业,食品,化工,陶瓷,医药,矿产加工,木材加工,纸浆和造纸,我们的生活和干燥技术是分不开的,所以,所有行业基本上涉及干燥。
在食品工业中,我们离不开干燥,如常见的干燥,烘焙食品制成的食品,如面包,饼干,葡萄干,果肉,苹果干,干果,牛奶和其他食品,干燥后大大延长食品保质期,口味改变,干燥后有一个新的味道,口感更加丰富多彩,生活中也有很多选择的乐趣,另一个例子是,我们生病的药物也离不开干燥技术,药物便携式存储和运输,以及以确保药物的疗效。
从上面可以看出,干燥的目的是去除材料中部分的水分(或溶剂),从而使材料变得容易包装,贮存和运输,随后的处理和使用更方便。
因此,干燥技术的发展,使我们的日常生活更方便。
一、干燥原理
在一定的温度,湿材料中的任何水的蒸汽压大于环境的蒸汽压压力,气体中的水蒸汽压大时,水会蒸发。
从周围的空气或其它热源的热辐射提供蒸发所需的热量,也有以热传导的方式提供热量的方法。
含水的物料中水的蒸汽压与物料中水的存在方式有关。
物质中所含的水,通常分为自由水和结合水。
连接到固体表面和未结合的孔隙中的水称作自由水,固体的结合水通过物理或化学力结合,蒸发,不仅克服水分子之间的力,还要克服物料与水分子之间的结合力,为了克服水分子和固体之间的结合力,要吸收更多的能量。
一定温度下,对物料含水率与水蒸汽压力PX(绝对干燥的材料中包含的千克每千克水)之间的关系的曲线称为平衡蒸汽压曲线,由实验确定。
当湿物料接触具有相同温度的空气,物料的含水量和蒸汽压力下降时,基本相同的材料所含的水蒸汽压力基本达到了一个平衡保持不变,物料的水分含量对应于X*被称为平衡水分。
平衡含水率依赖于材料,结构,特性,和在接触的气体的温度和湿度。
固体颗粒与结合水具有较高的平衡,干燥过程中能被除去水即为自由水。
二、干燥器工作原理
干燥过程中会消耗大量的能量,为了节约能源,一些具有较高的水含量的材料,一般由机械脱水,或通过加热固体物质的悬浮液或溶液蒸发,然后在干燥器中干燥得到干燥的固体。
为完成此干燥过程中的传热和传质(湿气),以确保材料表面的水分的分压(浓度)高于外部空间中的蒸汽压力,以确保热源温度高于物料温度,用各种方式的热源的热量传递到湿料,从而使物料中的水分蒸发到表面上溢出,在该材料的内表面的水分含量的差异越大,内表面的水蒸气扩散越快,并不断降低物质的水分含量,并且在干燥步骤完成后,物料被送出干燥器。
材料干燥速度的快慢取决于蒸发速率,水的蒸发速率由上表面和内部的扩散速率决定。
一般而言,干燥器的干燥速度主要由水分表面的汽化速率决定,而在干燥器条件保持不变的情况下,干燥的干燥速率保持不变,同时物料表面的温度也保持稳定,这一干燥阶段就叫做恒速干燥阶段;材料的水分含量降低到一定程度上,内表面的水的扩散速率较低,但在这个时候的蒸发速度低于表面,干燥速率主要取决于内部的扩散速率和与物料的含水率,干燥速率并继续下降,这个阶段称为降速干燥阶段。
第二节带式干燥器概述
一、带式干燥器的特点
带式干燥机的干燥装置是最有效的干燥装置之一,因为它有一个连续的干燥特性,干燥效率高,在不同的干燥室,干燥时间可以被精确地设置,还有干燥速度,以适应干燥过程中的空气湿度的变化,最适当的材料要求,这种干燥的模型可以被广泛应用于化工,制药,食品等行业稠糊状的面粉和干制品。
带式干燥机有可靠的操作环境,干燥介质的流量或温度可以随时进行调节,用以适应物料的进料量的波动,以便完成干燥要求。
可以调整传送带的速度,如果必要,进行皮带停止运转,从而使物料在干燥机中停留一段时间,把干燥物料干燥到满足要求的最终含水量。
连续作业条件较好,因为他的湿物料在干燥过程中,处于完全密封室内,因此避免了粉尘飞扬和泄漏,产品不被污染,操作环境变得更加舒适。
连续的干燥过程使带式干燥机具有很大的工作量,他可以完成含水量比较高且具有热敏性的物料。
清洁高效的特点是它在干燥食物和药物方面具有更好的作用。
该系列干燥机具有干燥速度快,蒸发强度高,产品质量好等优点。
网带具有透气性能好,停留时间可以调节,没有剧烈运动的优点,不易破碎,干燥的地方,干燥强度,采用双循环结构,热风均匀,干燥的现象不存在气体分布不均的问题,分为几个单位,每个单元可以单独控制循环回路,以及其它的优点。
二、带式干燥器的工作原理
在负压条件下,料斗送物料到进料器,湿的料被涂布在传送带上,输送带将物料输入干燥器中的第1加热节段,通过蒸汽加热,迅速蒸发在物料中所含的水分,在机器末端设置剪切机构,剪切过的干燥物料,经破碎机破碎,破碎后,经自动控制的传输机制传送到干燥器外部,物料进行下一个环节的加工制作。
三、带式干燥器的主要部件
(一)输送带
通常情况下,输送带是由不锈钢薄板制成,钢板冲压具有长孔,开孔率6%-45%,输送带通常是由不锈钢网制成。
网格主要材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢,在摄氏500-700度可以长期的工作。
输送带的开口率根据干燥物料的颗粒尺寸,是否易于粘着等确定。
料层厚度通常是数十到数百毫米,由于物料不同也有几毫米到一米以上的,负荷一般不超过600kg/m2,干燥介质传流流速为0.25-2.5m/s,通常取1.25-1.5m/s。
通过输送带和物料层的总阻力不超过250-500Pa。
输送带宽度通常为1.0-4.5m,长度相应为3-60m。
国内有1.2,1.6,2.0m的系列产品。
(二)加料装置
输送带上若料层薄厚不均,将引起干燥介质短路,使薄料层过干燥,而厚料层干燥不足,影响产品质量。
最简单的加料装置是加料漏斗,漏斗下料口的宽带等于输送带的有效宽带,下料口装有闸板调节加料量。
与此类相似的一类加料装置是漏斗下装有一端可来回摆动的溜槽或小输送带,物料由漏斗经此均匀分布到输送带上。
此类加料装置使用于颗粒状、块状等有流动性的固体料,如果实、药丸、切碎的蔬菜等。
(三)循环风机和尾气排风机
根据循环风量和系统阻力选择循环风机,通常选用后弯叶片轮型中压或高压离心式通风机。
这种类型风机的优点是效率较高和运行时噪声较小。
尾气排风机也采用后弯叶片轮型离心式风机。
通常每2.5-4m2输送带面积设计一台循环风机。
尾气排风机只设置一台,负责排送干燥器的全部尾气。
(四)干燥介质加热装置
干燥介质在150摄氏度左右的,常采用翅片蒸汽加热器。
国内有SRZ型和SRL型的三十多个系列产品。
翅片间距为5-8mm,传热性能良好,阻力不大。
但长期运行后须清洗翅片间结垢。
翅片加热器和循环风机安装在干燥器箱体内,翅片蒸汽加热器的管程通入饱和蒸汽,蒸汽冷凝传热系数很大,因此总传热系数由管外空气侧控制。
总传热系数通常取50-150W/(m2*K)。
第三节设计题目和要求
一、设计题目
带式干燥器
二、设计要求
设计满足处理量为=2000kg/h、物料初始含水率、物料产品含水率的带式干燥器。
本次设计包括满足工艺要求的带式干燥器的设计,两万字设计说明书(电子版)以及三张零号图纸的绘图量,其中一张要求手绘。
第四节物料特性和基本参数
一、干燥物料的特性
干燥物料具有吸湿、多糖、对温度敏感等特性。
所以干燥器内物料温度不宜过高。
采用真空干燥,保证中草药的药性不被高温破坏。
二、基本参数
中草药的平均颗粒密度:
;
物料密度:
;
堆积密度:
;
空气温度:
100℃;
重力加速度:
g=9.81m/;
空气运动黏度:
;
空气比热容:
Ca=1.009KJ/(kg.℃);
空气密度:
;
中草药比热:
Ca=0.5-0.7KJ/(kg.℃);
静止床高:
。
第二章带式干燥器的设计计算
第一节工艺计算
一、物料衡算
1、干燥的水分蒸发量
对总物料做衡算得
=2000kg/h
对绝对干物料做衡算得
=1600kg/h
干燥器中被蒸发的水分为
=393.6kg/h
kg/kg
kg/kg
—离开干燥器的物料质量;
—干燥前物料的含水率,湿基;
—进干燥器时物料含水率,干基;
—出干燥器时物料含水率,干基。
2、空气用量的计算
通过干燥器的干空气质量流量不变,对水分做衡算得
取进入预热器的空气为15,湿度,大气压为p=101,查表得=1705.16。
则=0.0053kg/kg
=6277.51kg干空气/h
令,成为比空气用量,表示从湿物料中汽化一千克水所需的干空气量。
=15.94kg水/h
-进入预热器的空气湿度;
—进干燥器的空气湿度;
—出干燥器的空气湿度。
二、热量衡算
,
即
1、输入的热量
湿物料带入的热量
=99.38kJ
空气带入的热量
=454.54kJ
预热器内加入的热量
=1381.99kJ
干燥器内加入的热量
=0kJ/kg
由得
=28.5kJ/kg
=115.2kJ/kg
—干燥后物料的比热容;
—绝对干物料的比热容;
—水的比热容;
—进干燥器的物料温度;
—空气进预热室的含;
—空气出预热室的含;
2、输出的热量
干后物料带走的热量
=146.34kJ
随空气带走的热量
=1584.4kJ
损失与周围的热量为
=1935.97-1730.7=205.13kJ
一般要求废气的出口温度比进干燥器的湿球温度高20-50,
进干燥器的湿球温度为28,所以先设出口温度为60。
算得=0.023kg/kg,则
=99.4kJ/kg
—出干燥器物料的温度;
—出干燥器空气的含。
输入的热量之和等于输出的热量之和,故
即
=1381.99kJ
总热量=
计算热损失百分比σ:
=
得到计算的热量损失为14.8%。
第二节干燥器结构计算
一、恒速干燥阶段
在恒速干燥阶段,辐射给物料的热量等于物料中湿分汽化所需的热量,即
—料层面积;
—被干燥物料密度;
—物料比表面积;
—总传热系数;
—空气温度;
—空气湿球温度;
—空气流量;
—湿球温度时的气化潜热;
—物料湿含量;
—干燥时间。
其中:
T=100,Tw=84,
总传热系数,
体积总传热系数,
,,
。
故有
=0.237h=14.22min
恒速干燥阶段的干燥速度RC为
=2.98kg/(m2*h)
恒速干燥阶段的干燥带长度为
=14.75m
其中w取1.2m。
二、降速干燥阶段
降速干燥阶段中,传递到物料的热量等于物料湿分的气化潜热和加热物料所需热量之和。
假定物料内部无热量梯度,则有
—物料表面温度;
表面温度时水的汽化潜热;
物料的临界湿含量;
物料的平衡湿含量。
而,于是有
[1]P139式8-20
在工程计算中通常假设干燥速度与物料中自由湿分成正比,即
其中比例常数
于是得干燥速度
=25.68*(x-0.004)kg/(m2*h)
积分上式得
=0.229h=13.74min
降速干燥阶段的传送带长度为
=14.26m
所以干燥器传送带的总长度
=29.01m
第三节工艺流程图
工艺流程如图2-1所示
图2-1工艺流程图
第三章带式干燥器的结构设计
第一节干燥器的基础结构设计
一、输送带的设计
(1)带长设计
一般,输送带是用不锈钢薄板制成的,板上都冲有长条孔,开孔率6%-45%,输送带一般也有不锈钢丝网制成的。
丝网的主要材质为1Cr18Ni9Ti,可在500-700摄氏度下长期工作。
而输送带上的开口率,根据物料的颗粒尺寸确定。
料层厚度一般都是数十到数百毫米不等,由于物料不同,也会有几毫米到一米以上的,负荷通常不要超过600kg/m2,干燥介质传流流速通常为0.25-2.5m/s,一般取1.25-1.5m/s。
通过输送带和物料层的总阻力不超过250-500Pa。
输送带宽度通常为1.0-4.5m,长度相应为3-60m。
国内有1.2,1.6,2.0m的系列产品。
由以上计算得L=29.01m,传送带式分五层,每层取加料传送带长度=0.5m,进料、出料传送带长度=1m,则
,
如图3-1所示
图3-1输送带的排布
输送带的结构以第一层为例:
总长度L=11m,W=1.2m,则输送带面积为A=13.2m2,
物料高度H0=0.1m,则
输送带上物料的质量为
输送带上的总重量N=gm=1108.8*9.81=10.87kN
(2)传动装置选择
输送带选择装配式的,节距为200mm的传送链连结,并且在每个节点上装有加强筋,防止传送链因受力而产生弯曲。
组装件由特殊设计的滚珠式链条上的部分所支撑。
支撑部件外部有随输送带一起运动的保护罩。
在整个输送带上两侧装有弹性耐磨的金属密封罩。
其中,滚子链传动是应用最广泛的一种链传动。
链传动一般由链条主、从动链轮组成,链条连结和传动动力,链轮固定住轴上,见图3-2。
图3-2链轮和链条的结构
为了形成链节首尾相接的环形链条,要用接头加以连接。
链的接头形式见图3-3。
当链节数为奇数时,则必须加一个过渡链节。
过渡链节的链板在工作时受有附加弯矩,故应尽量避免采用奇数链节。
图3-3链条的结构
链条的链节距就是相邻中心的距离,用p表示,节距是他的主要参数。
滚子链已标准化,分为A、B两种系列。
A系列用于重载、高速或重要传动;B系列用于一般传动。
表3-1列出了部分滚子链的基本参数和尺寸。
表3-1滚子链的基本参数和尺寸
所以可以使用使用P200-6输送链条,节距p=200mm,链条需整链链节数为
节,所以取122节。
图3.4为几种常用的链轮结构。
不同的尺寸选择不同的链轮结构。
图3-4链轮结构
链轮的材料要经过特殊的处理。
常用材料见表3-2。
表3-2链轮材料硬度表
查标准GB/T 8350-1987得,选齿数为11的链轮则:
输送带链轮直径为。
链轮材料选择20号钢。
第二层长度为L=10.5m,
须整链链节数为
所以取117节。
第三层长度为L=11.5m,
须整链链节数为
所以取127节。
图3-5输送带结构示意图
二、加料装置设计
输送带上的加料装置很重要,要是物料不均,就会让干燥气体穿过薄的地方,厚的地方无气体通过,影响产品的质量。
加料漏斗是最简单的加料装置,一般漏斗下料口的宽带等于输送带的有效宽度,下料口一般装有闸板调节加料的量。
与之相似的加料装置是漏斗下装有一端可来回摆动的溜槽或小输送带,物料就经由漏斗均匀分布在输送带上。
此类加料装置使用于颗粒状、块状等有流动性的固体料,如果实、药丸、切碎的蔬菜等。
因物料能够使用加料漏斗加料,所以设计结构如下:
进料量,干燥器长度L=30m,干燥时间T=60min,则:
干燥带速度,
因为,
所以=60mm
即取200mm足够,加料装置尺寸如图3-6所示
图3-6加料装置尺寸
第二节干燥器基础结构的选择
一、循环风机和尾气排风机选择
根据循环空气流动和系统阻力选择循环风机,通常会选择后者的弯曲或高压离心风机的叶轮式。
这种类型的风扇的优点是更加高效和低噪音操作。
尾气排风机也采用后弯叶片轮型离心式风机。
通常每2.5-4m2输送带面积设计一台循环风机。
尾气排风机只设置一台,负责排送干燥器的全部尾气。
离心风机一般采用单级单吸或单级双吸叶轮,且机组呈卧式布置。
如图3-7所示为4-13.2(工程单位制为4-73)—11№16D型高效风机。
风扇向后弯曲的翼型叶片,最高效率可达
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