一种小型干燥设备的研制与选用

1、在此处键入公式。一种小型干燥设备的研制与选用1.1 引言大白菜被誉为“菜中之王”，常食大白菜可防癌、清热解毒。大白菜含有丰富的粗纤维不但能起到润肠，促出排毒的作用，有刺激肠胃蠕动，促进大便排泄、帮助消化的功能。白菜含有丰富的维生素C，维生素E，多吃白菜可以起到很好的护肤养颜效果，而且美国纽约激素研究所的科学家发现，白菜中含有一些微量元素，它们能帮助分解乳腺癌相联系的雌性激素。白菜的种植基地在我国全国各地都有，而西安作为白菜种植基地主要产区之一，并且西安属于暖温带季风气候，四季分明，阳光充足，年日照在2000小时以上，是中国日照数较多的省区之一。就目前来看，大白菜的干燥方式几乎都为风吹日晒干燥方

2、法，但这种处理方式明显干燥周期长，且易受外界气候虫害干扰，故对白菜的干燥方式进行升级处理迫在眉睫。恰好西安地区的自然气候条件具备太阳能干燥设备装置干燥白菜以及其他农产品的条件，为了实现节省能源，充分利用固有的自然条件，我们设计了太阳能干燥装备。1.2太阳能干燥装置的选择 在上述介绍的太阳能干燥概述和研究现以及在对大白菜的干燥特性研究的基础上，从集中太阳能干燥器类型中，本实验选用了集热器温室型干燥器，主要考虑以下两点：1. 通过对物料干燥曲线的研究，了解到大白菜中水较难除去，需要较高温度且干燥周期长，而集热器温室型干燥器可提供较高干燥温度。2. 在干燥初期，物料脱水很快，较高的风速和风温有利于干

3、燥。1.3装置设备的主要结构组成 设计的太阳能大白菜干燥装置主要由鼓风机、集热器、相变墙、温湿度控制器、干燥室、辅助能源等组成。其工作时大体为太阳能集热器吸收热量，加热鼓风机送入的空气，将加热的空气通过蛇形管道送至干燥室的底部，热空气再从干燥室的底部传到每层物料层，干燥室的湿空气通过风机带出处再送回集热器入口处，当干燥室的温度过高时，温度控制阀自动关闭，从而阻止对干燥室进行加热，与此同时干燥室会对相变材料储能。当温度降低后，自动阀打开，继续加热干燥室，同理当干燥室的湿度达到设定值时，湿度控制阀打开，排出废弃空气。1.3.1太阳能集热器的设计 太阳能集热器是太阳能干燥装置的主要部件，由集热板，玻

4、璃盖板，保温层和外壳组成。太阳能的辐射能转换成热能主要集中在热板上进行，所以对集热板的材料必须有要求，故而我们选取铝板，同时将铝板折弯成V型集热板，并在其上面涂有黑漆，黑漆中加入少许碳粉，为了更加充分的吸收热量，并在折弯处凿很小的孔，为了使空气受热均匀，V型板集热器应与水平成24度夹角。中间一个集热板不会画热风通道保温层集热板玻璃盖板 1.3.2 集热器的工作效率计算 集热器工作效率计算公式为：c=F（Ta）-FUL(Tf-Ta)I式中： c为集热器效率，Tf 为集热器内空气平均温度（0C ） Ta为环境平均温度 （0C ），F为集热器效率因子 UL为空气集热器热损系数，F=0.94， UL=

5、9.5W/(m2K) I为太阳辐射强度1.3.3 集热器中有效太阳能的计算 Qc=AcHtnc =LI1-I0 式中： L为干燥过程绝干空气消耗量，Kg I1为预热湿空气比焓 KJ/Kg; I0为入口湿空气比焓 KJ/Kg; 1.4干燥室设计 干燥室采用保温保温材料制作，顶面、正面和两侧面透光设计，拥有多层物料层，可以最大限度的利用太阳辐射能，升温快，并且顶层物料可以直接吸收太阳辐射能，改变了一般干燥顶层物料处于低温高湿干燥状况。在干燥过程中，热风由干燥室底部鼓入，使得物料受热均匀且物料在干燥过程中呈梯形放置，薄铺多层摆放，这样能最大程度利用太阳能。（插入干燥室的图，）规格待定干燥室中有效太阳

6、能的计算： Qs=W(1.88T2+2492)-CxTm1+GcCm2（Tm2- Tm1） 式中: Qs为干燥室提供能量，KJ; W为温室干燥排湿量，Kg；u Tm1为温室物料进口温度，（0C ）u Tm2为温室物料出口温度，（0C ）u Gc为物料干物质重量，kgCm2为温室物料出口比热，KJ/(Kgk) Cx为相变材料比热工作效率计算： s= Qs3.6ItAs式中: s为干燥室工作效率 As为干燥室面积t为温室干燥时间1.5相变墙设计随着全球能源形势的日益紧张，节能与环保受到世界各国越来越多的重视。尤其是在不需要热时，却有大量的热产生，有时候供应的热却有很大一部分作为余热被被损失掉，这都

7、需要一种类似储水池储水一样的物质把热量储存起来，需要时在释放出来，这样的物质就是蓄热材料。相变材料是指随温度变化而改变物理性质并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。目前市场上蓄热材料种类繁多，就针对本实验而言，我们选用结晶水合盐，CaCl26H2O,具体做法是在干燥室的墙壁内侧放置由蓄热材料组成的蓄热管，用塑料管将相变材料装起来，用盖子盖住，并用胶封好，外用石膏板封堵。1.6太阳能干燥室工作原理图（插入简易太阳能图，线条勾画出来）设备白天工作:(干燥室和相变墙)温湿度控制空气 V型集热板 干燥室 排空鼓风机空气 V型集热板 相变墙设备夜间工作：温

8、湿度控制空气 相变墙 干燥室 排空鼓风机阴雨天工作时：温湿度控制空气 辅助能源 干燥室 排空鼓风机在干燥过程中，空气从集热板底部进入，经集热板加热由鼓风机鼓入干燥室，废热空气经顶部排风口排出，气流进出口高度差，提高了气流流动的压差与气流流速，热空气垂直穿透物料，有利于提高传热效果。1.7太阳能装置的物料衡算 1.7.1干燥主要参数 项目说明被干物料名称被干物料形式被干物料尺寸单位面积摆放量物料初始含水率有利物料的干燥温度干燥时间物料最终含水率1.7.2干燥系统参数及实验参数参数描述值I太阳辐射强度N平均昼长Tm1物料进口温度Tm2物料出口温度As干燥室采光面积P风机风机功率v空气流速Gc物料干

9、物质质量W1物料初始湿基湿含量W2物料目标湿基湿含量W干燥排湿量0入口空气相对湿度2出口空气相对湿度1预热空气相对湿度T1预热后空气温度I0入口湿空气比焓I2出口湿空气比焓t干燥时间Ac集热板面积C0入口湿空气比热Cx相变热Ta环境平均温度T0入口空气温度T2出口空气温度Tf集热器内空气平均温度D0入口空气含湿量D2出口空气含湿量c集热器效率1.7.3湿物料中水分 水和物料的结合有多种形式，在干燥工艺过程中，水和物料的结合形式起着很重要的作用，不同的结合形式其结合能是不同的。根据物料所含的水分可以分为结合水和非结合水水两类。 非结合水也称为自由水，它与物料主要是一机械方式结合，其结合强度较弱，

10、物料中非结合水所产生的蒸汽等于同温度下纯水的饱和蒸汽压，此类水分比较容易除去。 结合水主要包括物理结合水和化学结合水，这种水分与物料的结合能力较强，它产生的蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，使水蒸气的扩散的推动力降低，因而比较难以除去。1.7.4物料含水率的表示方法湿基含水率w是以湿物料重量为基准表示的，即 w=WW+Gc100%（湿基）式中： w为湿基含水率， W为湿物料中所含水分量，KgGc为湿物料中绝干物料量，Kg 干基含水率x是以绝干物料量为基准表示的，即 x= WGc100% (干基)式中： X为干基含水率W为湿物料中所含水分量，KgGc为湿物料中绝干物料量，Kg 由此推算可得干湿

11、基之间的关系; x= w1-w100% w=x1+x100%通常情况下工业生产中都用湿基含水率来表示，因为它比较方便直观。1.7.5除湿量的计算 假设干燥过程前后物料中绝干物料量不变，则 G=G1(100-w1)100=G2(100-w2)100 式中： G1为干燥前湿物料质量，KgG2为干燥后湿物料质量，Kg w1为干燥前物料湿基含水率，w2为干燥后物料湿基含水率由此可得干燥后物料质量：G2=G1100- w1100- w2 （Kg）显然，在干燥过程中被排除的水分质量W应为物料干燥前后的质量之差： W=G1-G2（Kg）已知物料干燥前后的含水率和物料干燥前后的质量，干燥过程排除的水分质量可用

12、下式计算： W=G1w1- w2100- w2 （Kg）1.8干燥过程空气消耗量干燥过程重量那个一方面热量用于将物料中水分汽化，一方面将汽化的水分带走，因此可得干燥过程的绝干空气消耗量：L=WD2-D1 式中：D2为出口空气含湿量D1为预热空气含湿量D2=G1 w1100- w1100-100 w1D1=G1w2 100- w1100-100 w21.8太阳能干燥装置能量分析1.8.1总能量平衡 Qx Qi QiossQp预热 L，I0 L，I1 L,I2 Qc Qs 图1图1为干燥过程系统能量平衡关系图，根据热力学第一定律得： LI0+Qs+Qc+Qw+Qi=Qp+LI2+Qioss式中：L

13、为干燥过程绝干空气消耗量，kg I1为预热湿空气比焓， KJ/Kg I0为入口湿空气比焓， KJ/Kg I2为出口湿空气比焓， KJ/Kg Qs为干燥室有效太阳辐射能,KJ Qc为空气集热器有效太阳辐射能，KJ Qx相变墙存储热量 KJ Qi为干燥系统总电能 Qp物料内能变化KJ Qioss为干燥系统的热损失KJ1.8.2物料内能变化和排湿消耗能量 物料内能变化和排湿消耗能计算公式： Qp=W(1.88T2+2492)-CwTm1+GcCm2（Tm2-Tm1）其中Cm2=（1-w2）Cs+w2CwQv=L(I2-I0)=L(T2-T0)=LC0(T2-T1)式中：C0为入口湿空气比焓，KJ/(KgK) Cv为水汽的比热容，数值=1.88 KJ/(KgK) r0为0度时水的汽化潜热，r0=2492KJ/Kg Qv为废气回收能量 Cm2为出口物料比热 Tm1为物料进口温度 Tm2为物料出口温度1.8.3干燥系统总耗电能Qi=P风机t式中：Qi为总耗电能，KJP风机为鼓风机功率， W