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烘干机(干燥机)新闻
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发布时间：2010年03月16
摘要：根据真空干燥箱在实际使用中存在传热效率低、干燥缓慢、能耗大的缺点提出改进方案。论文将干燥过程分析归纳为三个阶段，对每一阶段提出不同的改进方案。
关键词：真空干燥箱 传热
0 综述
原有真空干燥箱型号为FZG15，为蒸汽加热，水环真空泵（2BV5121 0KC00-7P 最大排气量280m3/h 7.5kW）抽真空，真空度维持在0.06～0.08MPa之间。干燥的物料主要是浓缩后的中药浸膏，含水率40％～60％。根据了解，干燥一批浸膏（32盘 80kg左右），需要三天四夜左右，既费时又耗能。
1 问题
真空干燥箱干燥过程中，由于在真空状态下，对流传热严重削弱，传热主要靠热传导，以及盘管和箱壁对物料的热辐射。但因为温度低，辐射传热占的比重不大。热传导占的比重较大，但物料盘和盘管的接触面积小，传热效果不好。
另一个原因，随着物料的干燥，底面干燥硬化，形成热阻层，降低了盘管和物料盘的传热量；上表面板结，致使内部产生的蒸汽不易排出，影响了干燥速度，并且当气泡压力足够大，冲破板结层时，物料崩出盘外，造成浪费。
2 原因分析
2.1 传热效率低
传热主要靠热传导，辐射传热很少，对流传热严重削弱。物料盘和盘管的接触面积小，传热效果不好。根据传热学理论，热传导和热辐射几乎不受真空影响，而对流传热随着真空度的增加而减少，各种传热方式和真空度的关系近似曲线如下图所示。
2.2 物料上下两层板结层影响干燥速度
非金属固体材料导热系数不足纯铁导热系数的十分之一，板结层对传热的影响很大，上层的板结层影响水分蒸发的速度。
3 干燥过程的分析
3.1 根据实际情况将物料干燥过程大致分为三个阶段：
第一阶段：水分快速蒸发阶段 物料状态从粘稠到极粘稠。在真空状态下，物料内部对流传热强烈，水分快速蒸发，在这一阶段，蒸发掉一半以上的水分，而耗时很少。
第二阶段：从液态到固态 物料状态从极粘稠到全部固化。在这一阶段，物料内部对流传热逐渐减弱，过程缓慢，较早出现的上下两层板结层，很大程度上影响了干燥速度。
第三阶段：物料固态干燥的过程 物料慢慢脱水至含水率达标的块状物。这一阶段蒸发的水分很少，干燥的速度比第二阶段稍快一些。
3.2 各个阶段和真空度的关系：
第一阶段，换热过程比较理想，真空度越高，水分蒸发越快；
第二阶段，随着对流的减弱，以及热阻的增大，含水量越来越少，如果还维持真空泵功率不变，真空度越来越大，对流越来越弱，干燥效率越来越低。假如使用波动的真空度，合理调配真空度和对流传热至最佳结合点，可能效率要高。
第三阶段，由于含水率很小，真空度小一些可能更合适。如果使用干燥的热空气加热，干燥过程更快。
4 解决方案
4.1 改善对流换热
根据各阶段的特点，调整每一阶段的真空度，尽可能的增大传热量。示意图如下所示。
4.2 改善热传导
由于物料盘难于避免物理撞击，盘底有很多突起，如果在盘管上铺一块平的薄钢板，接触面积不会很大。建议使用多孔金属板，改善热传导。如下图所示。
4.3 破坏板结面
物料板结面的形成对热量的传递和水分的蒸发影响最大，解决这个问题是重中之重。方法有：人工破坏，机械振动，超声波。
实验时，可以先使用人工的方法测试多大的振动合适，实际生产中需要在干燥箱内设计相应的构件，达到这一目的。
5 小批样实验
5.1 实验装置及系统图
现有真空干燥箱箱内尺寸为1500×1400×1220mm，烘盘32个，尺寸为460×640×45mm，八层，每层四个。
实验用干燥箱，尺寸500×450×300mm，一层，每层放两个烘盘。烘盘尺寸为100×150×40mm，真空泵一台，2BV2061－0NC02-1P，功率1.45kW，排气量50m3/h，热源为蒸汽，人工振动方法破坏板结面。实验的系统图如下所示。
5.2 实验目的
5.2.1 实验总结每一阶段的特性
5.2.2 实验得到每一阶段最佳的真空度
5.2.3 实验得到第二阶段最合适的振动强度，如振动法不合适，实验其他方法
5.2.4 改进前后，干燥同量物量所耗时间的差异，要求不低于25%
5.3 实验设计
5.3.1 将物料装入两个盘内，放入箱内加热，每半个小时观察一次物料的干燥状况，观察物料慢慢变稠的过程，注意观察板结面的出现，记录这一时间。板结后，因为难以观察第二阶段的结束，每次观察时，敲击干燥箱，观察物料液面是否晃动，不动时记录这一时间。重复三次，记录起始、每阶段、结束时间，蒸汽的压力、温度、流量，物量干燥前后的重量。
5.3.2 每次装一个盘，记录真空度在0.04MPa，0.05MPa，0.06MPa，0.07MPa，0.08MPa，0.09MPa时，每一阶段完成的时间、耗汽量。总结得出每一阶段耗汽最少时对应的真空度。对于第二阶段的最佳真空度，在±0.01MPa内，使用PLC控制，分别设半小时、一小时为一个波长，使真空度波动，记录完成的时间、耗汽量。
5.3.3 第一阶段结束时，手持金属物品，使用不同的力度敲击物料盘的侧壁。如果效果明显，设计机械振动机构，记录第二阶段的耗时和蒸汽耗量。
5.3.4 比较没有真空度变化，没有振动，和变化真空度，增加振动的耗时和蒸汽耗量。
6 可能出现的难点
6.1 不同的物料，不同的含水率，不同的装料量都会影响实验的结果，实验条件尽可能相同。
6.2 板结面的破坏方法 由于物料的粘度较大，可能难以找到一种最合适的方法。
6.3 实验结果的推广 实验得到的结果与实际应用的相似性相差较大，需要结合实际，得出最终结论。
6.4 每个阶段的区分不很明显。
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原有真空干燥箱型号为FZG15，为蒸汽加热，水环真空泵（2BV5121 0KC00-7P 最大排气量280m3/h 7.5kW）抽真空，真空度维持在0.06～0.08MPa之间。干燥的物料主要是浓缩后的中药浸膏，含水率40％～60％。根据了解，干燥一批浸膏（32盘 80kg左右），需要三天四夜左右，既费时又耗能。
1 问题
真空干燥箱干燥过程中，由于在真空状态下，对流传热严重削弱，传热主要靠热传导，以及盘管和箱壁对物料的热辐射。但因为温度低，辐射传热占的比重不大。热传导占的比重较大，但物料盘和盘管的接触面积小，传热效果不好。
另一个原因，随着物料的干燥，底面干燥硬化，形成热阻层，降低了盘管和物料盘的传热量；上表面板结，致使内部产生的蒸汽不易排出，影响了干燥速度，并且当气泡压力足够大，冲破板结层时，物料崩出盘外，造成浪费。
2 原因分析
2.1 传热效率低
传热主要靠热传导，辐射传热很少，对流传热严重削弱。物料盘和盘管的接触面积小，传热效果不好。根据传热学理论，热传导和热辐射几乎不受真空影响，而对流传热随着真空度的增加而减少，各种传热方式和真空度的关系近似曲线如下图所示。
2.2 物料上下两层板结层影响干燥速度
非金属固体材料导热系数不足纯铁导热系数的十分之一，板结层对传热的影响很大，上层的板结层影响水分蒸发的速度。
3 干燥过程的分析
3.1 根据实际情况将物料干燥过程大致分为三个阶段：
第一阶段：水分快速蒸发阶段 物料状态从粘稠到极粘稠。在真空状态下，物料内部对流传热强烈，水分快速蒸发，在这一阶段，蒸发掉一半以上的水分，而耗时很少。
第二阶段：从液态到固态 物料状态从极粘稠到全部固化。在这一阶段，物料内部对流传热逐渐减弱，过程缓慢，较早出现的上下两层板结层，很大程度上影响了干燥速度。
第三阶段：物料固态干燥的过程 物料慢慢脱水至含水率达标的块状物。这一阶段蒸发的水分很少，干燥的速度比第二阶段稍快一些。
3.2 各个阶段和真空度的关系：
第一阶段，换热过程比较理想，真空度越高，水分蒸发越快；
第二阶段，随着对流的减弱，以及热阻的增大，含水量越来越少，如果还维持真空泵功率不变，真空度越来越大，对流越来越弱，干燥效率越来越低。假如使用波动的真空度，合理调配真空度和对流传热至最佳结合点，可能效率要高。
第三阶段，由于含水率很小，真空度小一些可能更合适。如果使用干燥的热空气加热，干燥过程更快。
4 解决方案
4.1 改善对流换热
根据各阶段的特点，调整每一阶段的真空度，尽可能的增大传热量。示意图如下所示。
4.2 改善热传导
由于物料盘难于避免物理撞击，盘底有很多突起，如果在盘管上铺一块平的薄钢板，接触面积不会很大。建议使用多孔金属板，改善热传导。如下图所示。
4.3 破坏板结面
物料板结面的形成对热量的传递和水分的蒸发影响最大，解决这个问题是重中之重。方法有：人工破坏，机械振动，超声波。
实验时，可以先使用人工的方法测试多大的振动合适，实际生产中需要在干燥箱内设计相应的构件，达到这一目的。
5 小批样实验
5.1 实验装置及系统图
现有真空干燥箱箱内尺寸为1500×1400×1220mm，烘盘32个，尺寸为460×640×45mm，八层，每层四个。
实验用干燥箱，尺寸500×450×300mm，一层，每层放两个烘盘。烘盘尺寸为100×150×40mm，真空泵一台，2BV2061－0NC02-1P，功率1.45kW，排气量50m3/h，热源为蒸汽，人工振动方法破坏板结面。实验的系统图如下所示。
5.2 实验目的
5.2.1 实验总结每一阶段的特性
5.2.2 实验得到每一阶段最佳的真空度
5.2.3 实验得到第二阶段最合适的振动强度，如振动法不合适，实验其他方法
5.2.4 改进前后，干燥同量物量所耗时间的差异，要求不低于25%
5.3 实验设计
5.3.1 将物料装入两个盘内，放入箱内加热，每半个小时观察一次物料的干燥状况，观察物料慢慢变稠的过程，注意观察板结面的出现，记录这一时间。板结后，因为难以观察第二阶段的结束，每次观察时，敲击干燥箱，观察物料液面是否晃动，不动时记录这一时间。重复三次，记录起始、每阶段、结束时间，蒸汽的压力、温度、流量，物量干燥前后的重量。
5.3.2 每次装一个盘，记录真空度在0.04MPa，0.05MPa，0.06MPa，0.07MPa，0.08MPa，0.09MPa时，每一阶段完成的时间、耗汽量。总结得出每一阶段耗汽最少时对应的真空度。对于第二阶段的最佳真空度，在±0.01MPa内，使用PLC控制，分别设半小时、一小时为一个波长，使真空度波动，记录完成的时间、耗汽量。
5.3.3 第一阶段结束时，手持金属物品，使用不同的力度敲击物料盘的侧壁。如果效果明显，设计机械振动机构，记录第二阶段的耗时和蒸汽耗量。
5.3.4 比较没有真空度变化，没有振动，和变化真空度，增加振动的耗时和蒸汽耗量。
6 可能出现的难点
6.1 不同的物料，不同的含水率，不同的装料量都会影响实验的结果，实验条件尽可能相同。
6.2 板结面的破坏方法 由于物料的粘度较大，可能难以找到一种最合适的方法。
6.3 实验结果的推广 实验得到的结果与实际应用的相似性相差较大，需要结合实际，得出最终结论。
6.4 每个阶段的区分不很明显。
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