干燥机说明书

1、毕业设计说明书摘要关键词目录前言 干燥技术在我国的应用已经有着了十分悠久的历史。近几年，我国干燥工业大多数采用常压热风干燥，原因是这种方式设备成本低廉、操作方法简单，但是其不足是能量利用率低、能耗成本高。而近几年中，热泵冷冻干燥技术发展十分迅速，热泵干燥技术1950年在美国获得了专利权，之后因为起明显的节能优势在工业领域迅速获得了应用，20世纪50年代在日本就有超过百分之十的干燥装置采用热泵干燥技术。采用热泵干燥技术处理的物料也由早期的木材干燥扩展到食品加工、茶叶烘干、蔬菜脱水、鱼类干燥、陶瓷烘焙、药物及生物制品的灭菌与干燥、污泥处理。化工原料及肥料干燥等诸多领域。1而目前，食品工程、生物工程

2、、医学工程和化学工程对冷冻干燥也产生了强烈的依赖，使冷冻干燥成为了使水分蒸发的重要方法之一。2但是单凭冷冻干燥存在干燥时间长，干燥速率低、干燥过程能耗高和干燥设备投资费用大的缺点。所以，为了解决冷冻干燥单位产品能耗高，干燥时间长，干燥速率低、干燥过程能耗高、使得产品市场不能全面展开的缺点，除了对设备和工艺的改进外，还可以通过组合干燥的方法进行改造。本文将冷冻干燥技术和热泵干燥技术进行联合，计划从工艺层面降低冷冻干燥的能耗，同时获得与冷冻干燥接近的产品品质。3通过事前了解和分析苹果的含水量、干燥工艺和干燥特性4，是本次设计的依据。热泵除湿常压冷冻干燥机的干燥原理5：从冷凝器中出来的吸热饱和蒸汽掠

3、过苹果表面，将热量传递给苹果而饱和蒸汽被苹果冷却后吸收水分，湿分由苹果传入空气，并被带走。降低干燥能耗是一项十分重要而有意义的工作，已引起各界人士的高度重视，当今科研工作者们正从不同方面和角度对干燥节能作了许多研究。15目前，国内外对脱水蔬菜的联合干燥技术研究较少，缺少系统深入的理论研究。因此开展联合干燥技术方面的研究，探索“优质低耗”的干燥新方法，对农产品干燥技术的发展有着重要的学术价值和现实意义。毕 业 设 计（ 论 文 ）任 务 书学生姓名薛依涵专业班级食科122指导教师段续课题类型设计设计（论文）题目热泵除湿常压冷冻干燥机的设计主要研究内容（1）对热泵除湿常压冷冻干燥机进行整体设计。（

4、2）对热泵除湿常压冷冻干燥机进行干燥能力的校核。（3）对主要零部件及外购件进行选型计算。主要技 术指标(或研究目标)（1）获得热泵除湿常压冷冻干燥机的装配图。（2）获得热泵除湿常压冷冻干燥机的计算说明书。进度计划第45周：查资料，设计方案论证，撰写开题报告；第6周：翻译外文资料；第7周10周：进行设计计算并编写设计说明书；第1113周：绘制图纸；第14周：教研室审阅设计，14周末答辩；第1517周：根据答辩意见，学生修改、装订论文，上报成绩，资料归档。每周的周二下午为阶段验收时间。主要参考文献1 张海红, 何建国, 王松磊. 脱水蔬菜内循环式热泵干燥设备节能研究J. 农业科学研究,

5、2009, 30(3):52-55.2 朱保利, 张绪坤. 热泵流化床干燥机的研制J. 粮油加工与食品机械, 2006(6):70-73.3赵强, 张志. LYP2000型热泵食品干燥机J. 包装与食品机械, 1999(6):28-29.4陆烝. 穿流式热泵气调干燥机J. 机电技术, 2005, 28(1):61-62.一、设备工作原理冻干机优点：物质在干燥前始终处于低温(冻结状态),同时冰晶均匀分布于物质中,升华过程不会因脱水而发生浓缩现象,避免了由水蒸气产生泡沫、氧化等副作用。干燥物质呈干海绵多孔状，体积基本不变，极易溶于水而恢复原状。在最大程度上防止干燥物质的理化和生物学方面的

6、变性热泵除湿干燥与传统热风干燥的区别在于空气循环方式不同，干燥室空气降湿的方式也不同。热泵干燥时空气在干燥室与热泵干燥机间进行闭式循环，它利用热泵干燥机的制冷系统使来自干燥室的湿空气降温脱湿，当湿空气流经热泵蒸发器时，内部的低压制冷剂吸收空气的热量由液态变为气态，空气因降温而排出其中的大部分凝结水。来自蒸发器的低压制冷蒸汽由压缩机升压后送至冷凝器。当脱湿后的干冷空气流经冷凝器时，内部的高压制冷剂因冷凝而放出热量，外部的空气则被加热为热风又回到干燥室继续干燥木材。从冷凝器流出的高压制冷液经膨胀阀降压后流入蒸发器继续下一个循环1、蒸汽压缩式热泵的系统部件：（1）基本部件：包括压缩机、冷凝器、节流阀

7、、冷凝器。（2）辅助部件：包括油分离器、汽液分离器、电磁阀、干燥过滤器、储液器、管道泵、风机、特定系统专用部件及压力表、温度计、高低压控制器、温控器等部件。（3）其他 如循环工质、润滑油、隔热材料等。一、设备总体设计1、工作介质的选择热泵工质的选择，会对热泵的工作效率和经济消耗产生直接的影响。目前热泵工质可分为三类李国新.中高温热泵工质的优选及试验研究J.制冷,1993(3):26-29，详见表2-1。表2-1 三类热泵工质及各自特点Tab.2-1 Three heat-pump work medium and their character类 型工质举例特 点高温型R142b干燥温度高，速度

8、快，可以显著缩短干燥周期，应用范围较广中温型R12/R134a最高温度可达65低温型R22工作温度只有2030，应用最普遍，主要用于水产品的干燥，可以显著提高产品的质量根据生产实际，蔬菜的干燥温度往往会超过60 ，如甘蓝菜的传统对流干燥的最高温度甚至达到了80 ，较高的温度也可以使干燥周期大大缩短。为了使本文中的蔬菜热泵干燥设备在较宽的温度范围内工作，本设备选用高温型工质R142b作为热泵工质。一、假设参数如下：干燥介质为空气 被干燥的湿物料为苹果 一次性干燥5kg 10h完成物料的含水量=85% 产品含水量=7%二、干燥系统物料恒算：1、进入干燥室前：湿基湿含量1=0.85干基含水量X1=1

9、/1-1=0.85/1-0.85=5.66672、 出干燥室：湿基湿含量2=0.07干基含水量X2=2/1-2=0.07/1-0.07=0.0753、 干燥产品量G2 若不计损失G2=G1（1-1）/1-2=5-（1-0.85）/1-0.07=0.814、 水分蒸发量W=G1-G2=5-0.81=4.195、 空气消耗量LL=W/H2-H1式中，H1、H2分别表示空气进入干燥室前后的湿度，由于进入干燥室前的温度为t1=-10，相对湿度1=10%,查附表1见制冷原理及设备附表17得水蒸气分压Ps1=0.26。出干燥室的温度为t2=-25，相对湿度2=90%，查附表1得水蒸气分压Ps1=0.06.

10、。由公式H=0.622×Ps/(P0Ps)得H1=0.622×Ps1/(P0Ps1)=0.622×0.26/101.30.26=1.6x10水分/kg绝干气H2=0.622×Ps2/(P0Ps2)=0.622×0.06/101.30.06=3.3x10水分/kg绝干气因此的L=W/H2-H1=0.419/3.3x101.6x10=2470.58干空气/小时而新空气的体积流量为：q=Lv=2470,58X0.73=1803.5m/ht式中v为湿比体积，平均进入干燥箱空气的温度和除干燥箱的温度为t=-17，查表1的v=0.73。6. 干燥系统的热量

11、消耗Q： 假设散热面积A=1m2，共四层，箱体壁由两层不锈钢板，中间夹泡沫塑料。不锈钢板厚度b1=0.008m，传热系数1=45w/m·k；泡沫塑料为聚氨脂和聚苯乙烯混合料，厚b2=0.14m，2=0.07w/m·k。设环境温度25。根据多层平壁稳定传导公式：式中：t为箱体壁内外的温差t=35，计算得出箱体热损失Q=8.75W单位时间干燥系统的热力消耗量Q=Lx（H2H1）+vxr+Q根据湿空气比焓公式：I=(1.01+1.88H)t+2490H得:I=(1.01+1.88H1)t+2490H=(1.01+1.88x1.6x10)t+2490x1.6x10=-9.7kJ/k

12、g绝干气I=(1.01+1.88H2)t+2490H2=(1.01+1.88x3.3x10)t+2490x3.3x10=-24.4kJ/kg绝干气则Q=Lx（H2H1）+vxr+Q=2470.58X（-24.4+9.7）+0.419x2490+8.75=9.8kw二、单级蒸汽压缩式制冷热力计算本设计的干燥系统以蒸发器吸收低温气体的余热，以冷凝器实现对干燥介质的干燥。假定干燥温度为T1=-10 ，传热温差为5 ，估计制冷剂冷凝温度为tk=-5 。本次设计的空气循环干燥设备采用封闭式空气循环除湿技术，假设从冷凝器出来进入干燥室的空气温度T1=-10 ，热空气在干燥室内充分与湿物料接触，进行传热传质

13、，带走物料中的水分。气体出口的状态对于干燥过程的能耗有很大影响。出口温度越低，所需空气量和供热量就越少，而热效率越高。但是出口气体温度过低，会因散热而在设备出口处降至露点，使物料返潮。因此，保证气体在离开设备前不降至露点，是选择气体状态必须满足的限制条件。设从干燥室出来进入蒸发器的空气温度T2=-25，空气相对湿度2=90%，由公式H=0.622×Ps/(P0Ps)计算得出绝对湿含量H2=3.3x10水分/kg绝干气，查饱和水蒸汽压表，计算得露点温度Td2=-28，空气经降温结露，再降温至T0=-40，则取制冷剂蒸发温度t0=-40。本设计选用R22氟利昂低温制冷剂，过冷温度根据经验

14、取10。R22的压-焓图由R22的压-焓图得,查处处于饱和线上个点的有关数据：在R22的压-焓图上找到点P1的等压线与饱和蒸汽压线交于点1，由1点做等熵线与Pk交于点2，该点即为压缩机的出口状态，可求得各点的压焓值。t1=t0=-40, t2=20, v1=0.12 v2=0.06h1=385kJ/kg, h2=425kJ/kg, h3=h4=198kJ/kgP1=p4=0.11Mpa p2=p3=0.45Mpa 1、单位制冷压缩量q0=h1-h4=385-198=187 kJ/kg 2、单位容积制冷量q=q0/q1=187/0.12=890.48kJ/m3、 制冷剂质量流量q=/q0=9.8

15、/187=0.052kg/s4、 理论比功=h2-h1=40kJ/kg5、 压缩机消耗的理论功率P0=q=0.052x40=2.08kw6、 压缩机吸入的容积流量q=qv1=0.052x0.12=6.23x10m/s7、 性能系数COP=q0/=187/40=4.688、 冷凝器单位热负荷q=h2-h3=425-198=227kJ/kg9、 冷凝器热负荷=qq=0.052x227=11.804kw10、 蒸发器单位时间吸热量q=L×(H2H1)+Vt×rQ损=2470.58X（-24.4+9.7）+0.419x2490-8.75=9.8kw3、 蒸发器的设计计算本次所设计的

16、内循环式热泵冷冻干燥机的蒸发器选用冷却空气式干式蒸发器，在这种蒸发器中，制冷工质冷却和凝结放出的热量会直接被空气带走。这类蒸发器广泛用于冰箱、冷藏柜、空调和冷库中。结构为蛇管式，制冷剂在管内蒸发，空气在管外流过带走热量。为加强空气侧的换热，在蒸发器的管外加有翅片。为保证良好的传热，蒸发器设计为蛇形管为双列并流式，气流由蒸发室的上部进入，通过气流导向板，均匀从蛇管的表面流过，充分换热后由底部流出。蒸发器的蒸发面积由蒸发器的热负荷、传热对数平均温度差、蒸发器的传热系数决定。蒸发器冷凝除湿过程，是伴有相变的对流传热过程。在传热过程中，流体(水蒸汽)的变化要放出大量的潜热，并在壁面上冷凝成液体。这些液

17、体会在壁面上形成液膜，之后气体的冷凝就只能在液膜的表面上进行，即水蒸气冷凝时放出的潜热，必须通过液膜后才能传给冷壁面，这层液膜成为传热主要的热阻。若冷凝液膜在重力下沿壁面向下流动，则所形成的液膜愈往下愈厚，整个壁面的平均对流传热系数也就越小，影响了除湿效率。为了使蒸发器内外气体的热交换充分提高，采取在蒸发器的顶部加设12 V直流电风扇的方法，这样可加大冷凝器壁外的气体流速，增强流体湍动程度，防止液膜的形成，减小传热边界层内滞流内层的厚度，以提高对流传热系数。Fz=q/（K×tm）式中Fz-蒸发器面积；Qz-蒸发器热负荷；K-蒸发器传热系数tm-蒸发器中制冷剂与冷却介质的对数平均传热温

18、差=-10+10/lg(-10+40）/（-25+40）=27.78温差太大式中t1载冷剂进入蒸发器的温度(-10) t2载冷剂出蒸发器的温度(-15) t0制冷剂的蒸发温度(-25)取k=25W/m·K计算Fz=9.8/(25x27.78)=0.014m四、空气冷却式冷凝器的设计与计算本次设计的干燥设备的冷凝器是空气冷却式冷凝器，在这种冷凝器中，制热工质冷却和凝结放出的热量直接被空气带走。它的结构为蛇管式，为强化传热，在这种冷凝器的管外有翅片。制热工质的蒸汽在管内冷凝，空气在管外由风机强迫掠过蛇形盘管，使得干燥热空气进入干燥室。在安装的时候，考虑设备外形结构，冷凝器安装在干燥室入口

19、处，而蒸发器位于干燥室下面。进入冷凝器的气流通过强制对流的方式由下向上流动，温度逐渐提高，最后进入强化加热蛇形管（该蛇形管直接接压缩机高压输气端），充分加热后，流入干燥室。冷凝器的冷凝面积由冷凝器的热负荷、传热对数平均温度差、冷凝器的传热系数决定。Fk=q/（K×tm）=11.804式中：Fk-冷凝器面积；q-冷凝器热负荷；K-冷凝器传热系数，取K=24 W/m2·k。=取冷凝温度tk=-5，T1=-10，T0=-40，计算得出tm=15.78，得出Fk=15.78m2。五、压缩机选型 在设计时，我以苹果作为试验对象。每批原料为5kg，初始含水率为85 %，终了含水率为7 %。假设10 h完成干燥。在进行单级蒸汽压缩式制冷热力计算时，已经确定了循环工作参数，即确