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转筒干燥器的总体与结构设计开题报告.doc

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毕业设计(论文)开题报告题目转筒干燥器的总体与结构设计专业名称机械设计制造及其自动化班级学号05802438学生姓名曾传林指导教师张晓荣填表日期2010年03月10日一选题的依据及意义:干燥的操作几乎涉及到国民经济的所有部门,广泛用于生产和生活之中。所谓干燥,一般是指从固体材料中使液体(主要是水份)挥发和分离的操作,也包括从液体或泥浆状的物料中蒸发除去水分,以达到固体中失去水分的操作。其目的是除去某些原料、半成品以及成品中的水分或溶剂,以便于加工、使用、运输、储藏等。干燥是消耗大量热量的操作。

在严格要求节省能源的今天,干燥所使用的热源,若能把利用废气及剩余蒸汽等廉价的热源作为方向,对于干燥机本身来说,即使热效率降低,但对整体而言,还是经济的。另外,在进入干燥工序之前的前处理工序,能采用降低水分的方法是经济的。对于干燥操作来说,干燥器的选择是非常困难而复杂的问题。因被干燥物料的特性、供热的方法和物料—干燥介质系统的流体动力学等必须全部考虑。由于被干燥物料的种类繁多,要求各异,决定了不可能有一个万能的干燥器,只能选用最佳的干燥方法和干燥器形式。在选择干燥器形式时,要考虑下列因素:(1)被干燥物料的性质(a)湿物料的物理特性;(b)干物料的物理特性;(c)腐蚀性;

(d)毒性;(e)可燃性;(f)粒子大小;(g)磨损性。(2)物料的干燥特性(a)湿份的类型;(b)初始和最终湿含量;(c)允许的最高干燥温度;(d)产品的粒度分布;(e)产品的色、光泽、味等。(3)回收问题(a)粉尘回收;(b)溶剂回收。(4)用户安装地点的可行性问题(a)空间是否能布置此干燥系统;(b)可用的加热空气的能源类型及电能;(c)排放的粉尘条件;(d)噪音;(e)干燥前后的衔接工序。转筒干燥器的主体是略带倾斜并能回转的圆筒体。这种装置的工作原理简图如上。湿物料从左端上部加入,经过圆筒内部时,与

干燥后的产品从右端下部收集。在干燥过程中,物料借助于圆筒的缓慢转动,在重力的作用下从较高的一端向较低的一端移动。筒体内壁上装有顺向抄板(或类似的装置),它不断地把物料抛起又洒下,使物料的热接触面表面增加,以提高干燥速率并促进物料向前移动。干燥过程中所用的热载体一般为空气,烟道气或水蒸气等。如果热载体(如热空气、烟道气)直接与物料接触,则经过干燥后,通常用旋风除尘器将气体中所夹带的细粒物料捕集下来,非空气则经旋风除尘器后放空。转筒干燥器是最古老的干燥设备之一,但由于经济实用工作量大,效率较高,目前仍被广泛使用于冶金、建材、化工等领域。二国内外研究概况及发展趋势:转筒干燥器的主体是略带倾斜(也有水平的)并能回转的圆筒体。

湿物料由其一端加入,经过圆筒内部时,与通过筒内的热风或加热壁面有效地接触而被干燥。转筒干燥器是一种既受高温加热又兼输送的设备,在食品、化工、冶金、建材等行业都有广泛的应用。实用干燥器的最小直径为0.5米左右,最大为3米以上。长度短的为2米左右,长的可达50米。随着中国加入WTO以及经济的高速增长,使得这些行业的产品激增,对转筒干燥器也就不可避免地产生更大的需求。长期以来,对转筒干燥器的研究仅限于对干燥过程的试验研究和提出数学模型,这些研究并不能完全揭示转筒干燥器内部物料的运动轨迹和热力学参数的分布信息,常规的测试手段又很难测得,因而,对这种干燥器的运用和发展受到了一定的限制。在很长的时期内。

转筒干燥器已经没有真正意义上的技术创新。在1996年,日本东京的YamatoSankyo制造公司申请了一个新型转筒干燥器的专利,其新颖之处在于干燥空气从中心管穿过多条分支管而喷射到旋转的筒壁上,它不仅热质传递速率几乎是原来的两倍,而且,具有尺寸小、结构简单、成本低等优点,这是这些年来,在转筒干燥器领域的主要创新。转筒干燥与其他干燥设备相比,生产能力大,可连续操作;结构简单,操作方便;故障少,维修费用低;适用范围广,流体阻力小,可以用它干燥颗料状物料,对于那些附着性大的物料也很有利;操作弹性大,生产上允许产品的流量有较大波动范围,不会影响产品的质量;清扫容易。缺点是:设备庞大,一次性投资多;

安装、拆卸困难;热损失较大,热效率低(蒸汽管式转筒干燥器热效率高);物料在干燥器内停留时间长,物料颗料之间的停留时间差异较大。1转筒干燥器的国内外现状目前,国内使用的转筒干燥器与国外的型式基本相同。为了提高干燥性能,国内外新型设备研制动向亦大体相似,即通过组合设置不同几何形状的抄板,发展具有联合装置的转筒干燥器。按照被干燥物料的加热方式,可将目前的转筒干燥器分为五种类型,即直接加热式干燥器、间接加热式干燥器、复合加热式干燥器、蒸汽煅烧干燥器、喷浆造粒干燥器。(1)直接加热式转筒干燥器此种干燥器内载热体直接与被干燥物料接触,主要靠对流传热,使用最广泛。分为常规直接加热转筒干燥器、叶片式穿流转筒干燥器和通气管式转筒干燥器三种。

常规直接加热转筒干燥器中被干燥的物料与热风直接接触,以对流传热的方式进行干燥。按照热风与物料之间的流动方向,分为并流式和逆流式。干燥器的空气出口温度在并流式中一般应高于物料出口温度10~20℃,在逆流式中空气出口温度没有明确规定,但设计时采用100℃作为出口温度比较合理。筒体直径一般为0.4~3m,筒体长度与筒体直径之比一般为4~10。干燥器的圆周速度为0.4~0.6m/s,空气速度在1.5~2.5m/s范围内。按照热风的吹入方式可将叶片式穿流转筒干燥器分为端面吹入型和侧面吹入型两种。端面吹入型的筒体水平安装,沿筒体内壁圆周方向等距离装有许多从端部入口侧向出口侧倾斜的叶片,热风从端部进入转筒底部。

仅从下部有料层的部分叶片间隙吹入筒内,因此能有效地保证干燥在热风与物料的充分接触下进行,不会出现短路现象。物料则在倾斜的叶片和筒体的回转作用下,由入口侧向出口侧移动,其滞留时间可用出口调节隔板调节。侧面吹入型与端面吹入型不同的是:筒体略带倾斜安装,大部分热风从开有许多小孔的筒体外吹入筒内,其方向与筒内物料的移动方向成直角,再穿过三角形叶片的百叶窗孔进入料层。在回转筒体外壁四周装有箱型壳体,并沿回转筒体长度方向分成3~4个独立的室。每个室都有独立的鼓风机、空气加热器以及进气口和排气口,热风温度以及循环风量、排气量均能自行调节。这种干燥器体积传热系数大,约为349~1745W/m3℃,干燥时间短,

约为10~30min,物料的填充率较大,约为20%~30%。装置容积相对较小,料层阻力为98~588Pa,通过风速一般为0.5~1.5m/s,筒体的转速约为常规直接加热转筒干燥器的1/2左右,使用的热风温度为100~300℃。常用这种干燥器干燥粒状、块状或片状物料,例如压扁大豆、砂糖等物料。通气管式转筒干燥器转筒的设计和安装与常规式相同,不同的是转筒内没有安装抄板,物料自进口端向出口端移动的过程中,始终处于转筒底部的空间中,形成一个稳定的料层。热空气从端部进入不随筒体转动的中心管后,高速地从埋在料层内的分支管小孔中喷出,与物料强烈接触。由于分支管是沿着中心管长度方向均匀分布,而沿着圆周方向则主要集中于中心管下部分布。

所以这种设计不仅保证了热风与物料的有效接触,强化了传热传质过程,而且与叶片式穿流转筒干燥器相比,气体在干燥器长度上的分布则更加均匀。通气管式干燥器的体积传热系数约是常规式的两倍。转筒的圆周速度约是常规式的1/2。在相同的生产能力下,干燥筒体的长度仅是常规式的1/2。(2)间接加热式转筒干燥器其载热体不直接与被干燥的物料接触,而干燥所需的全部热量都是经过传热壁传给被干燥物料的。间接加热转筒干燥器根据热载体的不同,分为常规式和蒸汽管式两种。常规间接加热转筒干燥器的转筒砌在炉内,用烟道气加热外壳。此外,在转筒内设置一个同心圆筒。烟道气进入外壳和炉壁之间的环状空间后,穿过连接管进入干燥筒内的中心管。

烟道气的另一种走向是首先进入中心管,然后折返到外壳和炉壁的环状空间,被干燥的物料则在外壳和中心管之间的环状空间通过。为了及时排除从物料中汽化出的水分,可以用风机向干燥筒中引入适量的空气,但所需的空气量比直接加热式要小得多。由于风速很小(一般为0.3~0.7m/s),所以废气夹带粉尘量很少,几乎不需气固分离设备。在许多场合下,也可以不用排风机而直接采用自然通风除去汽化出的水分。蒸汽管间接加热转筒干燥器的干燥筒内以同心圆方式排列1~3圈加热管,其一端安装在干燥器出口处集管箱的排水分离室上,另一端用可热膨胀的结构安装在通气头的管板上。蒸汽、热水等热载体则由蒸汽轴颈管加入,通过集管箱分配给各加热管,而冷凝水则借干燥器的倾斜度汇集至集管箱内,由蒸汽轴颈管排出。

物料在干燥器内受到加热管的升举和搅拌作用而被干燥,并借助干燥器的倾斜度从较高一侧向较低一侧移动,从设在端部的排料斗排出。它的单位容积干燥能力是常规直接加热式转筒干燥器的3倍左右,传热系数约为每平方米加热面积40~120W/(m2℃),热效率高达80%~90%,物料的填充率为0.1~0.2。(3)复合加热式转筒干燥器其一部分热量是由干燥介质经过传热壁传给被干燥物料,另一部分热量则由载热体直接与物料接触而传递的,是热传导和对流传热两种形式的组合,热利用率较高。主要由转筒和中央内管组成,热风进入内筒,由物料出口端折入外筒后,由原料供给端排出。物料则沿着外壳壁和中央内筒的环状空间移动。干燥所需

一部分由热空气经过内筒传热壁面,以热传导的方式传给物料;另一部分通过热风与物料在外壳壁与中央内筒的环状空间中逆流接触,以对流传热的方式传给物料。(4)蒸汽煅烧干燥器在蒸汽煅烧干燥器内,一方面进行煅烧,一方面进行干燥。并设有自身返料装置。热量是通过设在回转筒内的翅片管蒸汽加热而获得的。传热系数高,热效率可达到75%,蒸发强度为150kg/m3(水)。(5)喷浆造粒干燥器它将产品干燥和造粒在一个回转圆筒中完成。料浆由喷嘴喷射到筒内,筒体内部设有返料螺旋抄板,使成品自身返料而减少返料倍数,简化流程,降低设备负荷,提高设备生产强度。(6)应用实例日本生产的Φ5.423m大型转筒干燥器。

是一种具有联合装置的转筒干燥器,主要特点是内部分段设置羽状扬料板,普形扬料板和铁链环,物料水份可由12%降到4%。芬兰生产的新型转筒干燥器规格为Φ2.424m,首段设直板形扬料板,中段设结构密集的套索板,其后为空筒段,尾部在筒壁上开设有Φ20mm的小孔,用以分离粉料和块状物料,物料水份可从8%降至1%。由原民主德国和苏联合作设计一种干燥器,主要特点是共设有四种结构形式的扬料装置,并呈多段、交叉布置。美国生产的新型干燥器的结构特点是设置了五种结构形式的扬料板和阻料圈,扬料板呈不同高度,进料端较高,向出料端逐渐降低。在筒体断面上装有可调整位置的环形挡板,构成阻料圈,从而可延长物料在干燥器内的停留时间。

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