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燃气直热与微波辅助玉米干燥装置的设计
2011-01-28 13:38:28 来源: 作者: 【 】 浏览:1967次 评论:0
摘要:利用天然气燃烧产生的气体作为热介质,在恒速干燥最后阶段,加入微波辅助加热,利用微波加热的特点,加快内部水分向外部扩散的速率,这样可以大大缩短降速干燥阶段时间。
关键词:燃气直热;微波辅助;干燥装置

        0  引言
        我国是世界上最大的发展中国家,国民经济快速发展,人民生活水平不断提高,与此同时,干燥技术的应用在市场需求的刺激下也出现了迅猛增长的势头。我国的干燥技术应用经历了引进、消化吸收及自制等阶段,是世界上拥有干燥设备制造厂数量最多的国家,但我国大部分的农产品仍没有条件获得先进干燥技术的处理。据有关统计,由于得不到及时的干燥处理,我国平常年景损失的粮食达50亿Kg。至于干燥技术对粮食河南论文发表   产品外形和口味的影响尚无力顾及,今后与进口粮食产品全面竞争的局面迟早要出现,届时,这方面的缺陷将削弱我国产品的竞争力。
        干燥能源通常使用煤、电、油、气等,而且随着世界煤炭、石油等能源的枯竭,使用成本愈来愈高,太阳能、微波能、远红外、生物质能等新能源的开发及应用愈发受到重视。本文介绍的是利用天然气燃烧产生的气体作为热介质,利用微波进行辅助加热的一种组合干燥机,具有绿色、无污染,温度易控制,热利用率高的特点,另外微波还具有杀菌的作用。
        就北方的玉米干燥而言,降速干燥阶段时间占整个干燥时间的2/3,蒸发掉的水分却不足全部水分的1/3,本发明设想在传统干燥的恒速干燥最后阶段,在进入降速干燥之前,加入微波辅助加热,加快内部水分向外部扩散的速率,这样可以大大缩短降速干燥阶段时间,也使整个干燥时间缩短,从而达到高效节能的目的。
        1  总体结构
        烘干机由四部分组成:带式干燥机及配风系统、天然气燃烧系统、微波辅助加热系统、控制系统。
        带式干燥机由机箱、带传动系统组成,带速可无级调节。配风系统包括进、出风管、循环风机、排潮风机及控风门。
        微波辅助加热系统包括微波加热腔、微波源、微波源外罩及进、出料微波抑制器。
        控制系统控制传送带开/停及变频调速;循环风机、排潮风机开/停;微波源分组开启/关闭及状态显示;料温显示及报警;风温显示及报警。
        2  烘干机主要参数的确定
        通过干燥过程的物料衡算和热量衡算,确定主要参数,包括计算水分蒸发量、空气耗量、天然气用量及微波能耗。
        在干燥过程中,新鲜空气(其状态为环境温度t0,湿度H0,热焓I0,干空气量L)进入空气加热器,加热后(其状态为t1, H1=H0, I1, L)进入干燥器,在加热器中物料被干燥,由含水率m1降至m2,物料温度由tm1升至tm2后排出干燥器;而干燥空气温度下降、湿度增加后排出干燥器(其状态为t2, H2, I2, L)。
        (1)原料玉米的质量流量G1(kg/h):根据要求G1=1000kg/h。
        (2)产品玉米的质量流量G2:G2= G1 *(1-m1)/(1-m2)
        式中:G2为产品玉米的质量流量,kg/h;G1为原料玉米的质量流量,kg/h;m1为原料玉米的湿基水分,28%;m2为产品玉米的湿基水分,14%。带入数值,计算得到:G2=837kg/h。
        (3)玉米中去除水分的质量流量mw:每小时去除的水分质量流量mw,由如下公式计算:mw=G1*(m1-m2)/(1-m2)
        式中:mw为每小时去除的水分质量流量,kg/h;带入各值,计算得到:mw=163kg/h
        (4)干燥介质进入干燥室时的湿含量H1:因H1=H0,当温度为t0=-20℃,相对湿度为35%,查表得H1=0.001
        (5)干燥介质离开干燥室时的湿含量H2:温度为t2=35℃,相对湿度为80%,查表得H2=0.029
        (6)干燥介质湿比容υ(m3/Kg):
        υ=(0.773+1.244* H1)(273+t1)/273=1.002(m3/Kg)式中:t1=70℃
        (7)干燥介质流量L(Kg/h):L=mw /(H2-H1)=5821.4(Kg/h)(8)干燥介质体积流量V(m3/h):V=L*υ=5833(m3/h)
        (9)干燥介质离开干燥室时的焓值I2:I2=1.01t2+H2(2501+1.86t2)=35.35+0.029*2566.1=109.8(KJ/Kg)
        (10)干燥介质进入加热室时的焓值I0:I0=1.01t0+H1(2501+1.86t0)=-20.2+0.01*(2501-37.2)=4.44(KJ/Kg)式中:t0=-20℃
        (11)加热器加入的热量QH(KJ/h):系统输入热量:1)湿物料G1带入的热量:因为G1=G2+mw,所以湿物料G1带入的热量为G2Cmtm1+ mwCtm1 2)空气带入的热量LI0 3)加热器加入的热量QH
        系统输出热量:1)产品G2带走的热量:G2Cmtm2 2)废气带走的热量:LI2 3)干燥器散热损失QL 取QL=10%QH
        综合以上:G2Cmtm1+mwCwtm1+LI0+QH=G2Cmtm2+LI2+10%QH
        得:90%QH=G2Cm(tm2-tm1)+L(I2-I0)-mw Cwtm1 论文发表核心期刊
        式中:Cw为水的比热容,4.187KJ/(Kg·℃);tm1为原料玉米的温度,-20℃;tm2为产品玉米的温度,60℃;Cm为产品玉米的比热,2.01 KJ/(Kg·℃)
        最后QH=846202(KJ/h)=202150 Kcal/ h
        (12)天然气燃烧热为8000Kcal/m3,则天然气用量为25.3m3/h。
        (13)微波功率P(Kw):假设降速干燥开始时,玉米中应去除的水分还剩1/3(54Kg),此时的质量流量(包含水分在内)为Mj,含水率wj=(54+1000×14%)/Mj=21%,设经微波加热后,含水率为20%,粮食温度由T1(60℃)变为T2(70℃),加热效率η1(80%),微波转换效率η2(70%),在标准大气压力下,水的气化热539Kcal/Kg,产品干燥时,所需要的热量为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)
        则微波功率P=0.07Q/η1η2=21(Kw)
        3  总结
        玉米是我国主要的粮食资源,研制烘干玉米的关键技术和装备,已成为节能减排、建设玉米绿色供应链的关键,且众多生产领域还没有采用先进的干燥技术和装备,更有巨大的市场还有待于开发。
        使用可燃气,主要成份为甲烷,燃烧生成二氧化碳和水,属于清洁能源,采用微波干燥,速度快、加热均匀,同时具有杀菌、减少污染的作用,结合热风干燥,能达到节能的目的,目前在粮食烘干领域还未见应用,但经广大科技人员的研究与推广,我国的粮食干燥技术及装备必将取得更多成果。
参考文献
[1]金国淼等.干燥设备[M],化学工业出版社,2002. 投稿信箱:xslww365@126.com
[2]郝立群,白岩,董梅.玉米干燥中的能耗[J].粮食加工,2005,(2).
[3]于才渊,王宝和,王喜忠编著.干燥装置设计手册[M].化学工业出版社, 2005.
[4]徐帮学主编.最新干燥技术工艺与干燥设备造型及标准规范实施手册[M].安徽文化音像出版社,2003.
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