臥式離心氣流干燥機的設計

臥式離心氣流干燥機的設計,臥式離心氣流干燥機的設計,臥式,離心,氣流,干燥機,設計 大 連 大 學 本科畢業(yè)論文 (設計 )開題報告 論 文 題 目： 臥式離心氣流干燥機的設計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè) 、班 級： 機械設計制造及其自動化（英語） 1 班 學 生 姓 名： 翟中杰 指導 教師（職稱）： 李玉光（教授） 時祖光（講師） 2017 年 12 月 29 日填 1 畢業(yè) 論文（設計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文 （設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據 1.論文（設計）題目及研究領域； 2.論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3.本論文（設計）預期取得的成果。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 2.論 文（設計）進度計劃。 四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通 過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上遞交相 關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1.開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成； 2.開題報告必須經學院教學指導委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設 計）工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5.開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。 2 一、選題依據 1論文（設計）題目 臥式離心氣流干燥機的設計 2 研究領域 機械設計、工程熱力學 3 論文（設計）工作的理論意義和應用價值 理論意義： 干燥機是屬于機械行業(yè)的。根據不同的物料要求選用不同型號規(guī)格的干燥設備， 使物料中的水分活其他液體成分汽化，獲得規(guī)定濕含量的物料。像高效沸騰干燥機適 用于制藥、化工、食品等 行業(yè)顆粒物料的干燥，也是用粉狀和粘性物料及熱敏性物料 的干燥。像 LPG高速離心噴霧干燥機就是用于乳濁液、懸濁液、糊狀物、溶液等液體 干燥的專用設備。不同的設備，用途不同，對應處理物料不同。 干燥機通過加熱使物料中的濕分（一般指水分或其他可揮發(fā)性液體成分）汽化逸 出，以獲得規(guī)定濕含量的固體物料。干燥的目的是為了物料使用或進一步加工的需要。 如木材在制作木模、木器前的干燥可以防止制品變形，陶瓷坯料在煅燒前的干燥可以 防止成品龜裂。另外干燥后的物料也便于運輸和貯存，如將收獲的糧食干燥到一定濕 含量以下，以防霉變。由于自然干燥 遠不能滿足生產發(fā)展的需要，各種機械化干燥機 越來越廣泛地得到應用。 干燥機的作用是除去原料 ,半成品 ,成品中的水分或者溶劑 ,讓物料便于包裝 ,儲 藏 ,運輸 ,便于后續(xù)加工和使用 ,達到改善 ,提高 ,產品質量目的 .n 干燥機種類眾多 , 按照操作狀態(tài)可以分為常壓干燥和真空干燥 ;按照傳熱過程可分為傳導型加熱型和對 流加熱型等等。 應用價值： 氣流干燥是利用流動的熱空氣流使?jié)竦矸蹜腋≡谄渲?， 具有傳熱系數高 ， 傳熱面 積大 ， 干燥時間等特點 。 氣流干燥也稱 “ 閃蒸干燥 ” 是固體流態(tài)化中稀相輸送在干燥 方面的應用 。 該干燥方法是使加熱介質和待干燥固體 顆粒直接接觸 ， 并使待干燥固體 顆粒懸浮于流體中 ， 因而兩相接觸面積大 ， 強化了傳熱傳質過程 ， 提高了傳熱效率與 干燥效率 。 氣流干燥技術廣泛運用于食品 、 飼料 、 化工 、 醫(yī)藥等行業(yè)散狀物料的干燥 。 氣流干燥機是氣流干燥技術的典型應用 ， 具有以下優(yōu)點 ： 由于氣流速度高 ， 粒子在 氣相中分散良好 ， 可以把粒子全部表面積作為有效的干燥面積 ， 有效干燥面積大大增 加因此氣流干燥機相對體積小 ， 設備投資小 ； 由于干燥時的分散和攪動作用 ， 使氣 3 化表面不斷更新 ， 干燥的傳熱 、 傳質過程強度較大 ， 物料表面溫度低 ， 干燥時間短 ， 對于熱敏性或低熔點物料不會造成過熱或分 解而影響其質量 ， 產品質量好 ； 由于氣 流干燥連進出料運行穩(wěn)定 ， 尾氣與產品水份有一定的相關性 ， 進入系統(tǒng)物料流量 、 進 入 系統(tǒng)的熱量可控， 干燥系統(tǒng)易實現自動化控制。 4目前研究的概況和發(fā)展趨勢 我國的干燥工業(yè)在近 10 年來發(fā)展很快 ， 干燥范圍不斷擴大 ， 干燥新工藝不斷涌 現。在醫(yī)藥化工領域 ， 流態(tài)化技術廣泛應用于粉粒體干燥 ， 如氣流 (脈沖旋風 )干燥器 , 流化床 (振動、臥式多層 )干燥器 ， 為烘干膏狀物料發(fā)展了真空耙式干燥機及流化床 氣流組合干燥器。在谷物干燥方面采用干濕糧混合干燥工藝 ， 降水幅度大 ， 節(jié)能 顯著 ， 微波干燥也得到應用 ,開發(fā)了一些帶式、廂式和滾筒式穿流干燥機 ， 用于片狀、 塊狀顆粒狀物料的干燥 ， 開發(fā)了一些環(huán)式氣流干燥機 ， 用于各種高水分含量的粉狀、 濕粘狀物料的干燥 ;開發(fā)了離心噴霧干燥機用于溶液、乳濁液或漿狀物料的干燥。 但與國外相比 , 我國目前干燥設備產品品種少 ， 技術水平低 ， 產品質量差 ， 成套 性不強 ， 還不能滿足國民經濟發(fā)展的需要 目前 ， 中國國內干燥設備科技含量的提高 ， 正在產生令人欣喜的效果。長期以來，國內干燥設備行業(yè)一直有這樣的特點：生產規(guī) 模小 ， 入門門檻低，整體技術含量不高，全行業(yè)年銷售收入 500萬元以下的企業(yè)約占 60%以上，年 銷售收入過千萬元的廠家僅占 5% 8%，產品檔次普遍偏低、雷同。尚未 形成出口規(guī)模，出口量還不及總量的 5%，且主要銷往東南亞。但如今，高科技含量產 品正在催生干燥設備制造業(yè)骨干企業(yè)的涌現。這很可能是該領域擺脫惡性價格競爭， 改變企業(yè)規(guī)模小而分散的現狀，進行行業(yè)自然整合的信號。通過技術競爭，走強強聯 合、優(yōu)勝劣汰的道路，培育出業(yè)內實力雄厚的領袖型企業(yè)，也許指日可待了。 隨著干燥工藝的發(fā)展 ， 干燥范圍不斷擴大 ， 干燥設備的市場需求越來越大 。 在化 學和建材工業(yè)中 ， 最為廣泛的是干燥顆粒狀物料 ， 特別是結晶物料 ， 它們可能是有機 的 , 也 可能是無機 的。 干燥方法也是多種多樣的 ， 特別要重視新型氣流式、流化床和 噴動床等干燥裝置的研究。在制藥工業(yè)中 ， 干燥在生產過程中所占比例很大 ， 制劑質 量在一定程度上受干燥過程的控制 。 國外采用供熱流化床和脈沖流化床聯合干燥裝 置 , 大大強化了傳熱傳質過程 ， 從根本上 改變了勞動條件。 在建筑陶瓷生產部門 ， 箱 式干燥裝置應用較普遍 。 采用一些新型干燥設備 ， 如噴射式干燥器等 ， 代替一些老式 的干燥器 , 既能保證干燥產品質量 ， 改善勞動條件 ， 也可提高經濟效益。在農業(yè)生產 領域 ， 干燥前景十分廣闊 ， 近年來 ， 農副產品深加工發(fā)展迅速。農副產品深加工 是使 農產品增值 , 解決農村富裕勞動力 , 使農民脫貧致富的重要手段。而干燥是許多農副 4 產品深加工的重要環(huán)節(jié) 。 但由于干燥工藝及設備的落后 ， 致使在收獲季節(jié)大量農副產 品霉爛變質 ， 造成巨大損失。通過干燥 ， 既保證了產品長時間貯藏 ，又提高了產品質 量。 據權威預測，隨著技術發(fā)展，未來幾年內中國出口干燥設備占總產量的比例將 由 5%提升至 10%，外銷市場也將由東南亞拓展到歐美。國內大型干燥設備制造與國際 水平存在較大差距的局面由此可望改善 。 干燥機的未來發(fā)展將在深入研究干燥機理和物料干燥特性，掌握對不同物料的最 優(yōu)操作條件下，開發(fā)和 改進干燥機；另外，大型化、高強度、高經濟性，以及改進對 原料的適應性和產品質量，是干燥機發(fā)展的基本趨勢；同時進一步研究和開發(fā)新型高 效和適應特殊要求的干燥機，如組合式干燥機、微波干燥機和遠紅外干燥機等。 干燥機的發(fā)展還要重視節(jié)能和能量綜合利用，如采用各種聯合加熱方式，移植熱 泵和熱管技術，開發(fā)太陽能干燥機等；還要發(fā)展干燥機的自動控制技術、以保證最優(yōu) 操作條件的實現；另外，隨著人類對環(huán)保的重視，改進干燥機的環(huán)境保護措施以減少 粉塵和廢氣的外泄等，也將是需要深入研究的方向。 5 二、 論文（設計）研究的內容 1. 重點解 決的問題 （ 1） 臥式離心氣流干燥機的 結構的 設計 計算 和壓力計算 。 （ 2） 熟練掌握 SolidWorks 的建模。 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （ 1） 構思出氣流干燥機的工作機理； （ 2） 了解氣流干燥設計計算的基本原理； （ 3） 給定一定參數，對干燥機圓筒直徑及干燥機長度 進行設計計 算 ； （ 4） 對壓力損失進行 計算 ； （ 5） 用 CAD 繪制出立體的結構圖、零件圖及裝配圖； （ 6） 用 SolidWorks對典型零件 進行三維建模 。 3. 本論文（設計）預期取得的成果 （ 1） 設計出一套比較完整的氣流干燥機結構； （ 2） 繪制出 相關 的 CAD 圖紙 （ A0 1張， A2 4張， A3 10張） ； （ 3） 對典型零件進行三維建模 （ 4） 給出詳細的設計說明書。 6 三、論文（設計）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； （ 1） 根據 實際的工作情況構思出工作原理 ； （ 2） 參考、查閱機械手冊，確定準確的參數 ， 熱風入 口氣體溫度 1t =300C 、 熱風 出口 氣體溫度 2t =85C 、 產品 溫 度 m2t =65C ，對零部件進行系統(tǒng)分析和具體的計 算； （ 3） 選擇具體的零部件用 CAD 制圖軟件繪制出各個部分 結構； （ 4） 對典型零件進行三維建模。 2. 論文（設計）進度計劃 第 1 周： 熟悉設計題目，規(guī)劃設計內容 ； 第 2 周：查閱相關中英文文獻，做好英文文獻的翻譯工作； 第 3 周： 撰 寫開題報告 ， 進一步完善開題報告內容； 第 4 周：完成開題報告，進行開題報告答辯 ； 第 5 周： 了解氣流干燥機的主要類型， 掌握氣流干燥機的工作機理 ； 第 6 周： 了解氣流干燥機設計計算的基本原理 ， 對物料工藝參數進行給定 ； 第 7 周： 根據設計參數對干燥機圓筒直徑及長度進行設計 ； 第 8 周： 對壓力損失進行分析計算 ； 第 9 周： 分析臥式離心 氣流干燥機的經濟環(huán)保性 ； 第 10 周： 整理前期工作，進行中期答辯； 第 11 周： 用 CAD 軟件完成裝配圖和零件圖 ； 第 12 周： 用 CAD 軟件完成裝配圖和零件圖 ， 用 SolidWorks對零件 進行三維建模 ； 第 13 周： 書寫設計說明書 ； 第 14 周： 制作 ppt，進一步修改說明書， 準備 畢業(yè)答辯 ； 7 三、 需要閱讀的參考文獻 1劉廣文干燥設備設計手冊 M， 北京：機械工業(yè)出版社， 2009 2劉相東 常用工業(yè)干燥設備及應用 M， 北京：化學工業(yè)出版社， 2005 3曹恒武 干燥技術及其工業(yè)應用 M，北京：中國石化出版社， 2004 4孫志禮，冷興聚，魏延剛等機械設計 M，沈陽：東北大學出版社， 2004 5常寨成 . 氣流干燥機的幾種形式及應用 J, 糧油裝備與自動控制 ， 2017（ 3）： 24-36. 6Coggan, G. C, 1971. Innovation following computer studies in the design of drying plantJ. J. Chem. Eng,(2):5562. 7 David. R. and E. Richard, 1985. Particle velocities in pneumatic conveying dryersM. In: Toei. R. (eds), Drying85156-161. Hemishere Pub. Corp. Washington. 8 Matsumoto, S. and D. C. T. Pei, 1984. A mathematic analysis of pneumatic drying of grains-i, Constant dryingrateM. Int. J, Heut and Mass Transfer, 27(6)1843-849. 9 王世富 .強化氣流干燥機的設計 J,農藥， 2008（ 60） ： 47-48 10 張亞晶 ,楊薇康乃馨熱風干燥特性研究 J食品與機械， 2012， 28(1)： 51-54. 11Debrand. S, 1974. Heat transfer during a flash drying processM. Ind. Eng. Chem. Process Des. Develop. 13(4):396404. 12聞邦 椿 機械設計手冊 M，北京：機械工業(yè)出版社， 2010 13 江威 ,馮志斌 ,李煥威 . 實驗型氣流干燥機的應用評價 J,食品與機械， 2012（ 7） 28-30. 14Jewell, J. N, and D, O. Harper, 1980, Pneumatic conveying drying of cut tobaccoJ. In: Mujumdar, A. S.(eds)Drying80, 174-179. Hemishere Pub. Corp, Washington. 15Kemp, I. C. and R. E. Bahu, 1991. Modelling pneumatic vertical conveying dryersJ. In: Mujumdar, A. S.(eds)Drying91, 217-227. Elsevier Science Publishers, Amsterdam. 附：文獻綜述或報告 8 文獻綜述 本次設計的臥式離心氣流干燥機的創(chuàng)新之處在與在筒體內設置了旋轉葉片，可使 物料在熱風推 動下沿筒壁螺旋前進 ，使幾十米的干燥距離，變成螺旋線的距離，使 干燥機體積減小。因此它具有干燥效果好、體積小、熱效率高、結構簡單等特點，可 廣泛應用于化工、食品、醫(yī)藥、建材等行業(yè)的粒狀、粉狀并帶有一定粘性物料的干燥。 氣流干燥機是一種改進形式的管式干燥機，采用了氣動噴口和脈沖結構等技術措 施，利用幾個環(huán)節(jié)強化干燥過程，其干燥原理優(yōu)于管式干燥機。氣流干燥機利用氣流 強制物料擴散并懸浮在熱氣流中，提高氣、固相間的 相對速度，獲得較高的對流熱 交換效果，有效地提高了設備的熱效率和處理能力。在氣流干燥機的干燥過程中，物 料和熱 介質并流運行，起始溫差大，具有較大的傳熱動力，物料進入干燥管便被熱氣 流強制擴散，并懸浮 在氣流中，即使是水分較大或具有一定粘性的物料也會獲得很 好的擴散效 果，這樣物料在干燥機內大大增加了其表面積，為傳熱傳質過程創(chuàng)造了 一 個有利條件；在干燥管內物料相對于熱煙氣作逆流或順流方向的復合運 動，不斷 增加氣、固相間的相對速度，使其干燥效果大大提高。 遠古以來，人類就習慣于用天然熱源和自然通風來干燥物料，完全受自然條件制 約，生產能力低下。隨生產的發(fā)展，它們逐漸為人工可控制的熱源和機械通風除濕手 段所代替。 近代干燥器開始 使用的是間歇操作的固定床式干燥器。 19 世紀中葉，洞道式干燥 器的使用，標志著干燥器由間歇操作向連續(xù)操作方向的發(fā)展?；剞D圓筒干燥器則較好 地實現了顆粒物料的攪動，干燥能力和強度得以提高。一些行業(yè)則分別發(fā)展了適應本 行業(yè)要求的連續(xù)操作干燥器，如紡織、造紙行業(yè)的滾筒干燥器。 20 世紀初期，乳品生產開始應用噴霧干燥器，為大規(guī)模干燥液態(tài)物料提供了有力 的工具。 40 年代開始，隨著流化技術的發(fā)展，高強度、高生產率的沸騰床和氣流式干 燥器相繼出現。而冷凍升華、輻射和介電式干燥器則為滿足特殊要求提供了新的手段。 60 年代開始發(fā)展了遠紅外 和微波干燥器。 干燥設備的科技含量初顯出主導作用。 2004 年以來，受全國化工發(fā)展形勢持續(xù)向 好帶動，干燥設備市場形勢穩(wěn)中看好，生產企業(yè)普遍獲得了較好的經營業(yè)績。目前干 燥設備服務化工行業(yè)的顯著特點是技術含量的作用日益突出。這與過去銷售產品主要 9 靠價格競爭已有很大不同。其中，一些干燥設備技術含量高，注重發(fā)展新品的廠家， 效益日漸提升；相反，一些產品技術含量低，新品和新技術開發(fā)能力弱的企業(yè)，效益 開始下滑。 市場反應顯示，化工行業(yè)期待干燥設備制造業(yè)按照高品質、低能耗、環(huán)保型的要 求調整產品結構，進一步加強基礎研究，夯實應用 研發(fā)的基礎。在技術方面，加強自 動化、測試、制造工藝和材料材質外觀設計等方面的研究。在應用研發(fā)方面，既要注 重國際間的交流與合作，又要注重知識產權的保護；既要注重新技術、新應用領域的 開發(fā)，又要注重傳統(tǒng)工藝和傳統(tǒng)應用領域的革新和創(chuàng)新。 隨著干燥技術的日益成熟與完善， 它 已經被廣泛應用于個工業(yè)領域，并占據著越 來越重要的地位 ， 干燥設備的市場需求 也 越來越大。 在化學和建材工業(yè)中，最為廣泛的是干燥顆粒狀物料，特別是結晶物料，它們可 能是有機的，也可能是無機的。干燥方法也是多種多樣的，特別要重視新型氣流式、 流化床和噴動床等干燥 裝置的研究。 在制藥工業(yè)中，干燥在生產過程中所占比例很大，制劑質量在一定程度上受干燥 過程的控制。國外采用供熱流化床和脈沖流化床聯合干燥裝置 , 大大強化了傳熱傳質 過程，從根本上改變了勞動條件。 在建筑陶瓷生產部門，箱式干燥裝置應用較普遍。采用一些新型干燥設備，如噴 射式干燥器等，代替一些老式的干燥器，既能保證干燥產品質量，改善勞動條件，也 可提高經濟效益。 在農業(yè)生產領域，干燥前景十分廣闊，近年來，農副產品深加工發(fā)展迅速。農副 產品深加工是使農產品增值，解決農村富裕勞動力，使農民脫貧致富的重要手段。而 干燥是許多農副 產品深加工的重要環(huán)節(jié)。但由于干燥工藝及設備的落后，致使在收獲 季節(jié)大量農副產品霉爛變質，造成巨大損失。據統(tǒng)計，每年因霉變而損失的谷物達數 十億公斤，約占全國每年糧食產量的 1% 3%，通過干燥，既保證了產品長時間貯 藏，又提高了產品質量。 我國的干燥工業(yè)在近 10 年來發(fā)展很快 ， 干燥范圍不斷擴大 ， 干燥新工藝不斷涌 現。在醫(yī)藥化工領域 ， 流態(tài)化技術廣泛應用于粉粒體干燥 ， 如氣流 (脈沖旋風 )干燥器 , 流化床 (振動、臥式多層 )干燥器 ， 為烘干膏狀物料發(fā)展了真空耙式干燥機及流化床 氣流組合干燥器 。 在谷物干燥方面采用干濕糧混合 干燥工藝 ， 降水幅度大 ， 節(jié)能 顯著 ， 微波干燥也得到應用 ， 開發(fā)了一些帶式、廂式和滾筒式穿流干燥機 ， 用于片狀、 塊狀顆粒狀物料的干燥 ； 開發(fā)了一些環(huán)式氣流干燥機 ， 用于各種高水分含量的粉狀、 10 濕粘狀物料的干燥 ； 開發(fā)了離心噴霧干燥機用于溶液、乳濁液或漿狀物料的干燥。但 與國外相比 ， 我國目前干燥設備產品品種少 ， 技術水平低 ， 產品質量差 ， 成套性不強 ， 還不能滿足國民經濟發(fā)展的需要。 綜上所述，干燥機在我國有著很大的市場需求，雖然我國干燥機行業(yè)發(fā)展迅速， 但和發(fā)達國家相比仍有著很大的差距干燥機在我們市場有著很大 的發(fā)展?jié)摿?。所以?一個適應我 國市場的干燥機顯得尤為重要。這就是我們要設計的內容，氣流干燥機的 工作原理、環(huán)保與經濟性分析，進行 氣流干燥機 的結構設計、工作參數的選擇，設計 中主要零部件的計算及校核。其主要工作如下： 對 氣流干燥機的工作原理進行分析。 對 氣流干燥機設計計算的基本原理進行了解 。 對 氣流干燥機 的零、部件進行計算，并對其中的重要零、部件進行校核計算。確 保 氣流干燥機 在工作中安全、可靠。 對所設計的 氣流干燥機 進行環(huán)保性和經濟性的分析。確保所設計的設備對環(huán)境產 生較少的污染危害，以較少的投入得到較大的收益。 CAD繪圖 （ A0 1張， A2 4張， A3 10張）。 SolidWorks三維建模 。 總結： 本文初步運用 機械原理和機械設計等相關知識，完成氣流干燥機的設計。 氣流干 燥機由具有干燥質量好，熱效率高，結構簡單，噪音低，振動小等特點在現代機械工 業(yè)中的作用已越來越重要，對他的研究和開發(fā)對生產效率的提高民族工業(yè)的發(fā)展有深 遠影響。 我所設計的臥式離心氣流干燥機在參考了近些年相關領域所取得的成果的基 礎上，結合了國內外與氣流干燥機的革新相關的研究論文并進行了綜合的分析、思考 優(yōu)化后設計的。 11 審 核 意 見 指導教師評閱意見 （對選題情 況、研究內容、工作安排、文獻綜述等方面進行評 閱） 簽字： 年 月 日 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日 公章：