本科毕业设计开题报告范例1.docx
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本科毕业设计开题报告范例1
本科毕业设计开题报告
课题名称ZL15×75振动流化床干燥机结构设计
学号20042179
姓名
专业机械设计及理论
指导教师
评阅教师
开题时间2008年3月4日
东北大学机械工程与自动化学院
一、立论依据
1.本课题的目的和意义
目前,化工产品干燥的设备种类繁多,特点各异,对干燥的效果要求也越来越高。
干燥设备研制向专业化方向发展,干燥设备应用极广,遍及国民经济各部门,振动流化床作为一种成功的改型流化床,在近30年时间里获得了突飞猛进的发展。
振动流化床干燥机是在普通流化床干燥机上施加振动而成的,即是普通流化床干燥机的一种改进形式。
在普通振动流化床干燥机中,物料的流化床完全是靠气流来实现的,而在振动流化床干燥机中,物料的流态化和输送主要是靠振动来完成的,由于振动的加入,降低了物料的最小流化速度,使流态化现象提早出现,特别是靠近气体分布板的底层颗粒物料首先开始流化,有利于消除壁效应,改善了流态化质量,进入干燥器的热风主要用于干燥过程的传热传质,因此,风量大为降低,一般为普通流化床干燥机气量的20%-30%,而且细粉夹带现象减轻,细粉回收系统负荷降。
工作原理:
普通流化床干燥机在干燥颗粒物料时,可能会存在以下问题:
当颗粒粒度较小时形成沟流或死区;颗粒分布范围大时夹带会相当严重;由于颗粒的返混,物料在机内直流时间不同,干燥后的颗粒含湿量不均;物料湿度稍大是会产生团聚和结块现象,而使流化恶化等。
为了克服上述问题,出现了数种改型流化床,其中振动流化床就是一种较为成功的改型流化床。
振动流化床干燥机工作是由振动电机或其他方式提供激振力,使物料在空气分布板上跳跃前进,同时于分布板下方送入的热风接触,进行热、质传递。
下箱体为床层提供了一个稳定的具有一定压力的风室。
交接引风机,使上箱体中床层物料上部保持微负压,维持良好的干燥环境并防止粉尘外泄。
空气分布板支撑物料并使热风分布均匀。
物料经给料器均匀连续的加到振动流化床中,同时,空气经过滤后,被加热到一定温度,由给风口进入干燥机风室中。
物料落到分布板上后,在振动力和经空气分布板均风的热气流双重作用下,呈悬浮状态与热气流均匀接触。
调整好给料量、振动参数及风压、风速后,物料床层形成均匀的流化状态。
物料粒子与热介质之间进行着激烈的湍动,使传热和传质过程得以强化,干燥后的产品由排料口排除,蒸发掉的水分和废弃经旋风分离器回收粉尘后,排入大气。
与普通流化床干燥机相比,由于机械振动的加入,使振动流化床干燥机具有以下特点:
1、 与固定流化床相比,因为有两台高频振动电机的作用,使得产生物料流化所需气流速度大大降低,从而减小了空气流量和动力消耗,特别是流化状态更稳定,不会产生固定床存在的沟流和腾涌现象;
2、 物料颗粒在热气流中处于悬浮状态,得到充分混合和高度分散,颗粒的所有表面都参与热质交换,故气固两相间的传热传质系数高;
3、 气固两相传热速率高,使物料床层温度均匀性很容易调节,保证了物料干燥的均匀性;
4、 物料在床层内停留时间一般在数分钟至数小时之间可任意调节,对难于干燥或干燥产品含水率要求低的物料特别适合;
5、 结构简单,操作方便。
振动干燥机在很多部门得到广泛的应用,在中国已有数百套装置在运行中,这种干燥机通常也与喷雾干燥、气流干燥等组合,成为第二级干燥(或冷却)器。
振动干燥机适用于化工、制药、食品、脱水蔬菜、粮食、矿产等行业的粉状、颗粒状物料的干燥、冷却等作业。
如:
味精、复合肥、萝卜丝、豆粕、酒糟、种子、矿渣、砂糖等。
振动流化床干燥装置工作系统示意图
1.空气过滤器 2.鼓风机 3.加热器 4.振动流化床干燥器 5.除尘器 6.袋滤器 7.引风机
振动流化床干燥器是该工艺流程中的主体部分。
下图即振动流化床干燥机工作原理图
1.振动给料机2.空气过滤器3.送风机4.加热器5.集尘器6.引风机
二、文献综述
1.国内外研究现状、发展动态
干燥设备研制向专业化方向发展,干燥设备应用极广,遍及国民经济各部门,而且需要量也很大,因此为干燥设备向专业化方向发展的基础。
干燥设备的大型化、系列化和自动化从干燥技术经济的观点来看,大型化的装置,具有原材料消耗低、能量消耗少、自动化水平高、生产成本低的特点。
设备系列化,可对不同生产规模的工厂及时提供成套设备和部件,具有投产快和维修容易的特点。
振动流化床干燥机,由于其优异的性能,目前已广泛应用于国民经济各行各业。
自60年代以来,原苏联学者已发表了对振动流化床的报道,此后,东欧、加拿大等国学者做了大量探索。
但在理论研究方面,1986年在上海召开的全国第二次干燥技术交流会开始,国内才陆续有振动流化床研究的论文发表。
随后,有许多单位建起了初具规模的小型或已接近工业振动流化床的试验装置,对该技术的各个方面开展了系统的研究和探讨。
铁岭精工(集团)股份有限公司率先于1983年建起了第一套用于试验目的的小型工业试验装置,并随后开发了系列工业用振动流化床干燥机,几乎所有的高等院校及科研单位,如天津轻工业学院、上海化工研究所、中国农业大学等,也分别安装了形式各异的试验装置,对振动流化床的各种参数及其对于干燥速率的影响进行了试验研究并开发了各具特色的工业用振动流化床干燥机。
振动流化床作为一种成功的改型流化床,在近30年时间里获得了突飞猛进的发展。
国外,如丹麦、瑞士、日本、法国等,均每年向工业界提供大批这种干燥设备,应用在乳品、糖精、盐、化肥、聚酯、饲料、化工产品等各个领域。
装置逐渐向专业化及大型化发展。
针对具体物料的振动流化床技术日趋成熟,如丹麦的NIRO公司用在乳品干燥上,瑞士SULZER公司用在化肥和精盐上,这都是很成功的例子。
为追求更大的单机生产率和综合经济技术指标。
法国高梅萨公司开发了分布板面积26㎡的振动流化床,大型化的发展势必会进一步推动研究,我国自70年代起,也开始了振动流化床工业应用的研究,如上海第六制药厂于1976年试制于用于糖精钠的振动流化床干燥器,节约厂房3000㎡,劳动力2-3人,生产能力提高7-8倍,同时期,广州广利糖厂和黑龙江乳品研究所也试制了不同结构的振动流化床。
到了80年代,我国振动流化床的生产与应用进入了高速发展阶段,相继出现了一些专业化大规模生产振动流化床的工厂。
从1982年开始至今,平均每年向社会推出约200台这种干燥机。
应用的行业也开始由制药,乳品等行业发展到轻工、化工、饮料、食品、矿冶、饲料、化肥、种籽等行业。
振动流化床干燥机工作是由振动电机或其他方式提供激振力,使物料在空气分布板上跳跃前进,同时于分布板下方送入的热风接触,进行热、质传递。
下箱体为创曾提供了一个稳定的具有一定压力的风室。
交接引风机,使上箱体中床层物料上部保持微负压,维持良好的干燥环境并防止粉尘外泄。
空气分布板支撑物料并使热风分布均匀。
物料经给料器均匀连续的加到振动流化床中,同时,空气经过滤后,被加热到一定温度,由给风口进入干燥机风室中。
物料落到分布板上后,在振动力和经空气分布板均风的热气流双重作用下,呈悬浮状态与热气流均匀接触。
调整好给料量、振动参数及风压、风速后,物料床层形成均匀的流化状态。
物料粒子与热介质之间进行着激烈的湍动,使传热和传质过程得以强化,干燥后的产品由排料口排除,蒸发掉的水分和废弃经旋风分离器回收粉尘后,排入大气。
工业应用中已经出现了许多不同结构形势的振动流化床,有对流型、传导型、辐射型。
目前工业上流行的振动流化床,长度一般在3-8m,为了保证整个床层均匀流态化,分段给风的区间应越小越好,但综合考虑技术与经济因素,目前一般按机长不同分为2-5段,每段采用不同的工艺参数,以取得满意的流化效果。
进料端的0.5-2.0m范围内,或从时间上看,在最初的2-3min内,料层含湿量仍较高,透气性较差,增大床层压降,提高风速均不能有效地
使床层处于完全流化状态,此时的床层,依含水量和粒度不同,可风别处于纯振动输送或预流化状态。
在振动流化床中,前段床层处于恒速干燥段,提供给床层的热量几乎全部用于蒸发水分,提高该段进风温度,可显著提高传热推动力。
干燥后段,物料表面变干,温度开始上升,此时再提高风温,干燥速率提高很有限,但排料排风温度却会大幅度提高,热效率降低。
并且,在各大工厂、企业创造利益的同时,都十分重视在工作过程中的环保措施、降低噪音的措施和防止粉尘污染的措施。
这些方法也正在逐步完善,向成熟化,专业化迈进。
振动流化床干燥机的干燥原理与流化床干燥机相似,处于流化状态的物料与热空气(干燥介质)进行充分的热量和质量传递,逐渐被干燥;而区别在于由安装在主机两侧的振动电机提供振力,电机的安装角度及其上的偏心距离均可调节,从而可方便地改变垂直方向的振动幅度和水平方向的运料速度,振动频率根据需要可由配置的定速交流电机或变频调节器进行传递或调节。
在振动流化床干燥器中,物料在机械振动和穿孔气流的双重作用下流化,并在振动作用下向前运动。
其特点是:
①在低气速下即可获得均匀的流化,使传热、传质系数提高很多,从而大大降低能耗,比一般干燥装置节能30%~60%,颗粒间的磨损和粉尘夹带量小;②物料的停留时间分布比较均匀,接近于“柱塞流”,且停留时间易于调节和控制,因此可获得干燥均匀、质量稳定的产品;③可以处理形状不规则的物料(如:
颗粒、晶粒、粉末、球状、絮状、片状、条状、膏状等),对物料的适应面宽。
适用于要求晶形完整、晶体光亮、物料粒径分布较宽的场合,如柠檬酸、硫脲等,也能胜任易粘结成块的物料如硝铵、白炭黑、洗衣粉、淀粉等的干燥。
实践中到选型计算应注意以下几点:
①振动参数的选择一般要留有调节余地。
例如,对辽宁精工干燥公司的设备,选择振幅在2.5mm左右,调试时可依据情况适当变化;但不可使振幅过小,以致K值过低,起不到应有的作用。
激振角以接近90°较好,可增加物料的停留时间。
对于特别易干燥的物料,激振角可适当减小。
②风机的能力要配套,要保证干燥器中处于微负压操作,以避免过多的粉尘飞扬。
③风量适宜使物料能形成良好的流化状态。
从观察窗上应看到物料上层界限清楚,机内可见度良好。
必要时改变振动参数,获得良好的流化状态。
④给料要尽可能连续、均匀地布满床面。
⑤在大型干燥器出口设置冷风段,有利于产品及时包装,一定要采取措施,避免串流现象严重而降低热效率。
⑥重视设备调试工作,优化操作条件,以弥补设计计算不完善带来的误差。
2.所阅文献的查阅范围及手段
通过相关书籍、图书馆电子资源、国内外专利、中华干燥网等资源,充分了解了振动流化床干燥机的结构以及应用情况等。
文献来源:
(1)、中文数据库:
中国学术期刊全文数据库、重庆维普全文数据库、万方数据库、中国学位论文数据库;
(2)、外文数据库:
WorldSciNet电子期刊数据库、WileyInterScience期刊数据库;
(3)、中华干燥网;
(4)、干燥设备设计类书籍。
参考文献
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三、研究内容
1.课题的构想与思路
第一步,根据实地对振动流化床干燥机的考察,以及对多种振动流化床干燥机的工作过程和机构的分析,结合各个结构的工作特点,设计ZL15×75振动流化床干燥机结构的设计。
第二步,根据前期的大量文献、资料,确定设计结构的最优参数。
第三步,根据以上的参数选择合理的标准件。
设计必要的减振、减噪音,防污染的设备。
第四步,用CAXA制作机构的整体总装图以及主要部件图。
第五步,选择出合理的工作电机设备等。
2.主要设计内容
1、振动流化床干燥机的设计;
2、制作工艺流程的二维图;
3、计算说明书10000字以上;
4、翻译的汉字4000字以上;
5、结构设计中的总装图,主要的部件图以A0图纸4张以上输出。
3.拟解决的关键技术
由于指导老师及其研究生已经在这个项目上完成了大量的工作。
目前主要是参考前人的设计思路,进行一些系列化工作。
图纸完成后,主要对振动电机的连接螺栓进行校核。
通过对整个机构的设计,学习通用机械结构的设计方法。
4.总体设计方案
物料经给料器均匀连续的加到振动流化床中,同时,空气经过滤后,被加热到一定温度,由给风口进入干燥机风室中。
物料落到分布板上后,在振动力和经空气分布板均风的热气流双重作用下,呈悬浮状态与热气流均匀接触。
调整好给料量、振动参数及风压、风速后,物料床层形成均匀的流化状态。
物料粒子与热介质之间进行着激烈的湍动,使传热和传质过程得以强化,干燥后的产品由排料口排除,蒸发掉的水分和废弃经旋风分离器回收粉尘后,排入大气。
调整个有关参数,可在一定范围内方便的改变系统的处理能力。
另外,驱使机构工作能源方面主要考虑采用强制型振动电机。
上箱体将干燥区同大气分隔开,防止粉尘外逸污染环境,通常与床层同宽,几何形状选择顶部为曲面型,刚度较好,内部易于打磨抛光处理,光洁度好,不黏附粉尘,适合卫生条件要求严格的物料。
为防止侧壁产生过大弹性弯曲振动,焊装加强筋是必须的。
下箱体也是薄壁结构,并设计为箱式框架结构,以承受全部参振质体的动负荷。
气体分布板,降低开孔率,使分布板是有足够压降。
在保证获得的合格干燥产品的前提下,把简化生产工艺、降低生产成本作为设计的宗旨。
在众多资料、实验记录的基础上,确定工艺流程的最优参数。
然后利用CAXA制作机构的二维图,最后对整个过程进行整理、总结。
结构设计
振动方式选择:
可分为强制振动型和固有振动型。
对于通气型振动流化床,可适应多种物料,应选强制型。
强制型利用安装在机体两侧的振动电机产生直线振动,振动电机安装角度决定振动方向角,改变固有偏向块和可动偏心块之间夹角即可调节激振力大小。
由于振频
通常高于固有频率,启动和停车过共振区时,机体产生较大的振幅,尤其在停车时,剧烈的摇晃会产生很大冲击力,采用适当措施可减轻此现象。
振动电机位置:
电机居中,电机座板可在180°范围内任意调整,使激振角可按需要调节。
同时由于电机位置接近质心,易于调整机体前后平衡,从而保证振动流化床进料端与排料端振幅相同。
上下箱体:
A.上箱体:
上箱体将干燥区同大气分隔开,防止粉尘外逸污染环境,通常与床层同宽,几何形状选择顶部为曲面型,刚度较好,内部易于打磨抛光处理,光洁度好,不粘附粉尘,适合卫生条件要求严格的物料,但加工难度也相对大些。
基于必须尽量降低参振质量的目的,上箱体通常被设计为薄壁结果,壁厚2-4mm,为防止侧壁产生过大弹性弯曲振动,焊装加强筋是必须的。
B.下箱体:
其基本功能是机体和完全分配室,它和分布板共同将热风均匀送入床层。
它也是薄壁结构,并设计为箱式框架结构,以承受全部参振质体动负荷。
气体分布板:
用来支撑物料,并将气体均匀分布于料层中,由于下箱体及进风口面积通常是有限的,气体入口动压不能随意调整,正对进风口区域动压会较高,,而且压降波动也会影响分布板布气均匀性,为克服以上不利因素,降低开孔率,使分布板是有足够压降。
经验表明,开孔率越大,流化质量越不易保证,漏料也会越严重,但开孔率过小会使阻力加大,动力消耗提高,现代振动流化床开孔率一般取1%-5%,其下限一般用于颗粒较细,密度较小的物料。
本项目采用直孔,可冲制也可钻制,加工简单,但由于平板刚度较小,板厚不能大小常取2-6mm。
设计中的环保措施
隔振设计:
振动导入振动流化床对干燥有利,但对周围环境却十分有害,工程上常采用弹簧隔振或平衡的方式吸收部分振动能量,使传给地基的动载荷降到安全程度,而强制振动流化床一般采用隔振方式。
降低噪声措施:
国家环保法规定工业机器的噪声不能大于85dB,为此振动流化床必须充分考虑到降低噪音的技术措施。
以下为:
合理选择振频,一方面尽量避开共振区,另一方面还要满足振动强度在合理范围内,通常认为工作振频是机器自振频率的2-4倍是合理的;设法提高上、下箱体及分布板在振动方向上的刚度,以避免产生弹性弯曲振动使噪音加大;适当选择保温材料及施工方法,可提高弹性振动阻尼,降低噪音。
防止粉尘污染:
振动流化床干燥机系统中一般要有气固分离设备,使系统排出的气体符合环保规定,一般采取提高上箱体分离段高度,使细粒级物料有足够时间沉降下来,将上箱体设计成有过度圆弧的结构,使排气口附近气速明显降低,有利于粉尘沉降等措施来解决。
参数的选择:
振动参数的选择
振动参数是指振频f和振幅λ。
如果振动强度δ=f×f×λ/g(g为重力加速度)来衡量振动的强度强弱,则δ与床层孔隙率存在一定的对应关系,可知,δ>1.4时,振幅不变,ε随振频f增大而减小,当振频不变时ε随λ增大而增大,但总的规律是ε随λ增大而增大。
而振动强度和有效传热系数之间(振频固定情况下振幅和有效传热系数之间)又有一定的关系,更加接近于正比例直线,因此,提高振幅对提高传热系数有利。
但振动强度的提高会给结构设计带来困难。
风速的选择
风速是决定流态化好坏的重要参数,风速过高振动床变成普通床,振动不起作用;风速过低床层平均孔隙率降低,传给床层的热量降低,干燥速度下降。
适宜的风速应是在选择的振动参数下使形成的流化床中物料均匀前进。
床层上物料表面有均匀的沸腾现象,料层的孔隙率大,料层高度一般比静态高10-20mm。
四、工作计划
序号
阶段及内容
工作量估计
(时数)
起止日期
阶段成果形式
1
查阅资料
10天×9
3.5至3.15
拟定论文开题报告
2
资料与数据收集、整理与分析,毕业实习与调研
12天×9
3.10至3.22
完成整体结构图
3
根据文献资料,确定结构参数
8天×9
3.23至3.31
确定结构参数
4
完成论文初稿,2D图纸
并请导师修改
30天×9
4.1至5.1
完成总体与部件图、论文初稿
5
完成论文二稿,修改2D图纸并请导师修改
30天×9
5.2至5.31
完成设备的二维图纸
6
论文定稿
10天×9
6.1至6.10
完成论文
7
后期总结、整理
5天×9
6.10至6.15
完成毕业设计
合计工作量:
105×9=945h
五、评审意见
指导教师对本课题的评价
课题结合实际生产需要,结构设计部分图纸工作量和设计计算部分适合毕业设计要求。
通过完成本课题可提高学生结构设计能力,同时学会整个非标设计的过程。
指导教师签名
2008年4月2日
评阅教师对本课题的评价
本课题通过对国、内外现状研究的基础上及现场参观,对ZL15×75振动流化床干燥机结构设计进行了研究。
通过ZL15×75振动流化床干燥机结构设计,掌握具体的机械设计方法。
通过对相关的技术参数的设计和计算,将所学的专业知识和理论应用到实践中。
本课题工作量饱满,符合毕业设计要求。
评阅教师签名
08年4月3日
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