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        一種新型干燥消毒機(jī)的研究

        2018-10-08 06:16:46楊寶平
        浙江化工 2018年9期
        關(guān)鍵詞:升角螺旋管干燥機(jī)

        楊寶平

        (上海尚篩機(jī)械制造有限公司, 上海 201401)

        隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,國(guó)民對(duì)食品的質(zhì)量要求也不斷提高,食品工業(yè)越來(lái)越得到國(guó)家和企業(yè)的重視。干燥和消毒作為食品領(lǐng)域的一個(gè)重要單元操作,得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。干燥技術(shù)和消毒技術(shù)的發(fā)展也呈現(xiàn)出多樣化。借鑒其它領(lǐng)域的干燥技術(shù),是發(fā)展干燥機(jī)的主要手段之一。立式振動(dòng)輸送機(jī)目前已經(jīng)是較為成熟的技術(shù),它在許多行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。立式振動(dòng)干燥機(jī)就是在這一思路下產(chǎn)生的。它有著其它干燥機(jī)無(wú)法比擬的特點(diǎn):占地面積??;輸送距離長(zhǎng)。但是目前所見(jiàn)的立式振動(dòng)干燥機(jī)基本上是敞口或半敞口結(jié)構(gòu),不是很密閉的空間,輸送的距離還不夠長(zhǎng),加熱的溫度不高,不符合目前食品生產(chǎn)的技術(shù)要求。還有市場(chǎng)上的消毒機(jī)以間歇操作為主,這樣很多食品無(wú)法進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn),這也是需要改進(jìn)的地方 。應(yīng)上海一家食品膠體生產(chǎn)公司的要求,我公司開(kāi)發(fā)一種密閉管道式,輸送時(shí)間在8 min左右,流量在1~1.5 t左右的兼顧干燥和消毒的新型設(shè)備。經(jīng)過(guò)將近4個(gè)月左右的設(shè)計(jì)改進(jìn),設(shè)備終于面市了。期間經(jīng)過(guò)生產(chǎn)上的驗(yàn)證,基本符合食品廠的要求。本文就此設(shè)備的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究探討。

        1 原理與結(jié)構(gòu)

        如圖1所示,立式管道輸送機(jī)主要由螺旋管道、振動(dòng)八角筒、電機(jī)底座、振動(dòng)電機(jī)、隔振彈簧、外加低壓高頻加熱管道系統(tǒng)、輔助蒸汽加熱系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等組成。兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)交叉布置,電機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生垂直方向的激振力和繞垂直軸線的激振扭矩,從而使螺旋管道沿鉛垂方向作上下直線振動(dòng)和繞大筒體鉛垂中心線作扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的合成。這個(gè)動(dòng)作使物料產(chǎn)生螺旋運(yùn)動(dòng)并沿管道底面向上作拋擲運(yùn)動(dòng),達(dá)到輸送物料的目的。期間螺旋管道的高溫電加熱(100℃左右),管道外的蒸汽輔助加熱(130℃左右),從而既達(dá)到了干燥目的,又達(dá)到消毒目的。還有將物料提升了高度,為后續(xù)設(shè)備的安裝提供了方便,又節(jié)約了能源。

        2 運(yùn)動(dòng)分析

        干燥機(jī)效果體現(xiàn)在物料干燥的均勻性和熱效率,它又是評(píng)價(jià)干燥機(jī)優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。在干燥條件相同的情況下,決定干燥均勻性的重要因素是物料在干燥機(jī)中停留的時(shí)間是否相等,即物料運(yùn)動(dòng)的速度相同,管道中不能有殘余。所以我們必須對(duì)立式振動(dòng)輸送機(jī)和管道內(nèi)物料的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究。

        2.1 立式振動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析

        立式振動(dòng)輸送機(jī)的運(yùn)動(dòng)是垂直振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的合成,振動(dòng)位移的表達(dá)式為:

        圖1 立式管道輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)

        其速度表達(dá)式為(根據(jù)微積分運(yùn)算):

        其加速度表達(dá)式(根據(jù)微積分運(yùn)算):

        其中A——垂直方向最大振幅;

        ψ——最大扭轉(zhuǎn)角度;

        ω——振動(dòng)角速度;

        根據(jù)數(shù)學(xué)公式,其扭轉(zhuǎn)位移A2=R*ψ。

        其中:R——螺旋管路半徑;

        結(jié)論:在振動(dòng)頻率一定的情況下,最大振幅與振動(dòng)力的大小,螺旋管路的直徑大小有關(guān)系。

        2.2 物料的運(yùn)動(dòng)

        立式振動(dòng)輸送中,決定物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)主要有電機(jī)振動(dòng)方向角,螺旋管路的升角,物料的拋擲指數(shù),還有振動(dòng)頻率。

        2.2.1 振動(dòng)方向角β

        該角度為合成振動(dòng)方向與螺旋管路底面的夾角。其大小與兩電機(jī)的夾角有關(guān)系,一般來(lái)說(shuō),兩電機(jī)角度為90度。如圖2所示。

        圖2 振動(dòng)方向角

        2.2.2 螺旋升角α

        螺旋管路升角與螺紋升角類(lèi)似,是能否輸送物料的重要因素。升角太大,物料輸送的速度太慢,需要更大的振動(dòng)力,設(shè)備的成本加大。一般選擇升角在3~5度左右,保證保溫層安裝空間和加工精度。螺旋管路的各處螺距相同,各處螺旋升角是不一樣的,計(jì)算公式如下:

        式中:P——管路螺距

        r——管路的半徑

        由公式(4)可看出,螺距是不變的,而半徑r是變化的,所以管路螺旋升角不是固定的,而是變化的。由于管子的直徑相對(duì)于管路直徑太小,物料運(yùn)動(dòng)時(shí)的相互補(bǔ)償作用,所以這里可以認(rèn)為螺旋升角是不變的。

        2.2.3 拋擲指數(shù)D

        D是指垂直于管底方向的重力加速度與重力加速度的比值。

        從上面式子可以得出,振動(dòng)輸送機(jī)的電機(jī)一旦選定后,拋擲指數(shù)與物料的位置無(wú)關(guān),而只與螺旋管路的螺距有關(guān)。也可以得出,管路上任何一點(diǎn)都同步拋起。因此,拋擲指數(shù)可以以下面的方程表示:

        2.2.4 輸送速度V

        參考公式:

        由此可知,當(dāng)設(shè)備的振動(dòng)電機(jī)選定后,若要保證物料每圈管路中停留的時(shí)間相同,必須保證每圈管路的螺距相等,這樣才能保證出來(lái)的產(chǎn)品受熱均勻,產(chǎn)品的質(zhì)量才能保證。這也說(shuō)明,在制造設(shè)備時(shí),一定要保證制造的工藝,確保螺距相同。

        通過(guò)對(duì)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)分析,在配置一定的情況下,螺距是唯一影響干燥機(jī)內(nèi)物料停留時(shí)間的因素。如果螺距一定的條件下,相應(yīng)地調(diào)整電機(jī)振動(dòng)力的大小就可以了,這對(duì)制造設(shè)備是大有益處的。

        3 機(jī)械力學(xué)角度分析

        3.1 計(jì)算振幅

        其中:r——振幅;M——參振部分質(zhì)量,包括電機(jī)、管路、物料,筒體等;F——電機(jī)振動(dòng)力。

        3.2 物料運(yùn)動(dòng)速度

        根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)得出,與式(9)原理相同。

        其中:

        Ca——傾角對(duì)速度的影響速度

        Ch——物料厚度影響系數(shù)

        Cm——物料形狀系數(shù)

        Cw——滑行運(yùn)動(dòng)影響系數(shù)

        β——振動(dòng)方向角

        通過(guò)式(14)和產(chǎn)量計(jì)算出物料在管道內(nèi)的厚度,控制在管子總高度的1/3左右。

        4 熱力計(jì)算

        4.1 總熱負(fù)荷

        Q=Q1+Q2+Q3

        Q1——物料從常溫加熱到90℃~100℃的所需熱量

        Q2——物料內(nèi)失去的水分加熱到90℃~100℃的所需熱量及相應(yīng)汽化熱

        Q3——損失熱量

        4.2 提供熱源部分

        低壓高頻加熱系統(tǒng)(在管道上的溫度控制在100℃),輔助蒸汽加熱系統(tǒng)。

        5 結(jié)論

        該系統(tǒng)具有全密閉連續(xù)干燥和消毒的作用,大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。通過(guò)調(diào)整振動(dòng)電機(jī)的激振力的大小,可以調(diào)節(jié)物料的流速,適應(yīng)不同批次物料的操作。另外該款干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)特殊性,可以在管道中增加輔料入口,做到一機(jī)多用。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在工廠使用,取得了良好的效果,提高了生產(chǎn)效率。

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