燃氣直熱與微波輔助玉米干燥裝置的設計

時間：2024-08-07 09:02:36 工程力學畢業論文我要投稿

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燃氣直熱與微波輔助玉米干燥裝置的設計

　　我國是世界上擁有干燥設備制造廠數量最多的國家，下面是小編搜集的一篇關于燃氣直熱與微波輔助玉米干燥裝置設計探討的論文范文，供大家閱讀了解。

燃氣直熱與微波輔助玉米干燥裝置的設計

　　摘要：利用天然氣燃燒產生的氣體作為熱介質，在恒速干燥最后階段，加入微波輔助加熱，利用微波加熱的特點，加快內部水分向外部擴散的速率，這樣可以大大縮短降速干燥階段時間。

　　關鍵詞：燃氣直熱;微波輔助;干燥裝置

　　引言

　　我國是世界上最大的發展中國家，國民經濟快速發展，人民生活水平不斷提高，與此同時，干燥技術的應用在市場需求的刺激下也出現了迅猛增長的勢頭。我國的干燥技術應用經歷了引進、消化吸收及自制等階段，是世界上擁有干燥設備制造廠數量最多的國家，但我國大部分的農產品仍沒有條件獲得先進干燥技術的處理。據有關統計，由于得不到及時的干燥處理，我國平常年景損失的糧食達50億Kg。至于干燥技術對糧食產品外形和口味的影響尚無力顧及，今后與進口糧食產品全面競爭的局面遲早要出現，屆時，這方面的缺陷將削弱我國產品的競爭力。

　　干燥能源通常使用煤、電、油、氣等，而且隨著世界煤炭、石油等能源的枯竭，使用成本愈來愈高，太陽能、微波能、遠紅外、生物質能等新能源的開發及應用愈發受到重視。本文介紹的是利用天然氣燃燒產生的氣體作為熱介質，利用微波進行輔助加熱的一種組合干燥機，具有綠色、無污染，溫度易控制，熱利用率高的特點，另外微波還具有殺菌的作用。

　　就北方的玉米干燥而言，降速干燥階段時間占整個干燥時間的2/3，蒸發掉的水分卻不足全部水分的1/3，本發明設想在傳統干燥的恒速干燥最后階段，在進入降速干燥之前，加入微波輔助加熱，加快內部水分向外部擴散的速率，這樣可以大大縮短降速干燥階段時間，也使整個干燥時間縮短，從而達到高效節能的目的。

　　1、總體結構

　　烘干機由四部分組成：帶式干燥機及配風系統、天然氣燃燒系統、微波輔助加熱系統、控制系統。

　　帶式干燥機由機箱、帶傳動系統組成，帶速可無級調節。配風系統包括進、出風管、循環風機、排潮風機及控風門。

　　微波輔助加熱系統包括微波加熱腔、微波源、微波源外罩及進、出料微波抑制器。

　　控制系統控制傳送帶開/停及變頻調速;循環風機、排潮風機開/停;微波源分組開啟/關閉及狀態顯示;料溫顯示及報警;風溫顯示及報警。

　　2、烘干機主要參數的確定

　　通過干燥過程的物料衡算和熱量衡算，確定主要參數，包括計算水分蒸發量、空氣耗量、天然氣用量及微波能耗。

　　在干燥過程中，新鮮空氣(其狀態為環境溫度t0，濕度H0，熱焓I0，干空氣量L)進入空氣加熱器，加熱后(其狀態為t1， H1=H0， I1， L)進入干燥器，在加熱器中物料被干燥，由含水率m1降至m2，物料溫度由tm1升至tm2后排出干燥器;而干燥空氣溫度下降、濕度增加后排出干燥器(其狀態為t2， H2， I2， L)。

　　(1)原料玉米的質量流量G1(kg/h)：根據要求G1=1000kg/h。

　　(2)產品玉米的質量流量G2：G2= G1 *(1-m1)/(1-m2)

　　式中：G2為產品玉米的質量流量，kg/h;G1為原料玉米的質量流量，kg/h;m1為原料玉米的濕基水分，28%;m2為產品玉米的濕基水分，14%。帶入數值，計算得到：G2=837kg/h。

　　(3)玉米中去除水分的質量流量mw：每小時去除的水分質量流量mw，由如下公式計算：mw=G1*(m1-m2)/(1-m2)

　　式中：mw為每小時去除的水分質量流量，kg/h;帶入各值，計算得到：mw=163kg/h

　　(4)干燥介質進入干燥室時的濕含量H1：因H1=H0，當溫度為t0=-20℃，相對濕度為35%，查表得H1=0.001

　　(5)干燥介質離開干燥室時的濕含量H2：溫度為t2=35℃，相對濕度為80%，查表得H2=0.029

　　(6)干燥介質濕比容υ(m3/Kg)：

　　υ=(0.773+1.244* H1)(273+t1)/273=1.002(m3/Kg)式中：t1=70℃

　　(7)干燥介質流量L(Kg/h)：L=mw /(H2-H1)=5821.4(Kg/h)

　　(8)干燥介質體積流量V(m3/h)：V=L*υ=5833(m3/h)

　　(9)干燥介質離開干燥室時的焓值I2：I2=1.01t2+H2(2501+1.86t2)=35.35+0.029*2566.1=109.8(KJ/Kg)

　　(10)干燥介質進入加熱室時的焓值I0：I0=1.01t0+H1(2501+1.86t0)=-20.2+0.01*(2501-37.2)=4.44(KJ/Kg)式中：t0=-20℃

　　(11)加熱器加入的熱量QH(KJ/h)：系統輸入熱量：1)濕物料G1帶入的熱量：因為G1=G2+mw，所以濕物料G1帶入的熱量為G2Cmtm1+ mwCtm1 2)空氣帶入的熱量LI0 3)加熱器加入的熱量QH

　　系統輸出熱量：1)產品G2帶走的熱量：G2Cmtm2 2)廢氣帶走的熱量：LI2 3)干燥器散熱損失QL 取QL=10%QH

　　綜合以上：G2Cmtm1+mwCwtm1+LI0+QH=G2Cmtm2+LI2+10%QH

　　得：90%QH=G2Cm(tm2-tm1)+L(I2-I0)-mw Cwtm1

　　式中：Cw為水的比熱容，4.187KJ/(Kg·℃);tm1為原料玉米的溫度，-20℃;tm2為產品玉米的溫度，60℃;Cm為產品玉米的比熱，2.01 KJ/(Kg·℃)

　　最后QH=846202(KJ/h)=202150 Kcal/ h

　　(12)天然氣燃燒熱為8000Kcal/m3，則天然氣用量為25.3m3/h。

　　(13)微波功率P(Kw)：假設降速干燥開始時，玉米中應去除的水分還剩1/3(54Kg)，此時的質量流量(包含水分在內)為Mj，含水率wj=(54+1000×14%)/Mj=21%，設經微波加熱后，含水率為20%，糧食溫度由T1(60℃)變為T2(70℃)，加熱效率η1(80%)，微波轉換效率η2(70%)，在標準大氣壓力下，水的氣化熱539Kcal/Kg，產品干燥時，所需要的熱量為Q，可得：

　　Mj=1000×(1-28%)+54+1000×14%=914Kg/h=15.23 Kg/min

　　Q=Mj×〔W1(T2-T1)×1+C(1-W1)(T2-T1)+539(W1-W2)〕=171.8(Kcal/min)

　　則微波功率P=0.07Q/η1η2=21(Kw)

　　3、總結

　　玉米是我國主要的糧食資源，研制烘干玉米的關鍵技術和裝備，已成為節能減排、建設玉米綠色供應鏈的關鍵，且眾多生產領域還沒有采用先進的干燥技術和裝備，更有巨大的市場還有待于開發。

　　使用可燃氣，主要成份為甲烷，燃燒生成二氧化碳和水，屬于清潔能源，采用微波干燥，速度快、加熱均勻，同時具有殺菌、減少污染的作用，結合熱風干燥，能達到節能的目的，目前在糧食烘干領域還未見應用，但經廣大科技人員的研究與推廣，我國的糧食干燥技術及裝備必將取得更多成果。

　　參考文獻：

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　　[3]于才淵,王寶和,王喜忠編著.干燥裝置設計手冊[M].化學工業出版社， 2005.

　　[4]徐幫學主編.最新干燥技術工藝與干燥設備造型及標準規范實施手冊[M].安徽文化音像出版社，2003.

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