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干燥機(jī)的研制及新型微粉箱式干燥機(jī)工業(yè)應(yīng)用
干燥是我國(guó)傳統(tǒng)的食品加工和保藏方式之一，應(yīng)用廣泛，但目前食品干燥存在干燥時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量較難控制、效率低等問(wèn)題。這除了與干燥的工藝條件有關(guān)外還與干燥設(shè)備的可控參數(shù)、性能相關(guān)。為解決干制品生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，促使干制品的發(fā)展，提高干制品的品質(zhì)，食品大分子結(jié)構(gòu)與功能特性研究室設(shè)計(jì)了一款全自動(dòng)食品干燥機(jī)，研制出基于PC機(jī)及PLC的干燥箱自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度、濕度、風(fēng)速、重量和除霜的自動(dòng)控制，并開(kāi)發(fā)了一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)，繪制干燥曲線，基本實(shí)現(xiàn)人工智能化干燥手段。
新型微粉箱式干燥機(jī)的研制及工業(yè)應(yīng)用
1 工作原理
微粉干燥機(jī)的工作原理與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)基本相同，都是利用旋轉(zhuǎn)氣流與物料顆粒間產(chǎn)生很大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)的原理來(lái)完成物料的干燥。所不同的是：微粉干燥機(jī)具有更強(qiáng)的破碎和分散能力，非常適合于超細(xì)物料的干燥；微粉干燥機(jī)具有可調(diào)式分好的器，可以方便地控制產(chǎn)品的粒徑；微粉干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)更加先進(jìn)，檢修維護(hù)更加方便。微粉干燥機(jī)是集干燥、破碎和分好的為一體的多功能干燥機(jī)。
2 設(shè)備結(jié)構(gòu)
微粉干燥機(jī)主要由喂料機(jī)、攪拌器、分好的器、傳動(dòng)裝置和干燥室等組成。具體介紹如下。
2.1喂料機(jī)
微粉干燥機(jī)的進(jìn)料一般采用螺旋輸送機(jī)。對(duì)于膏狀粘性物料，需對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)以防止物料堵塞和架橋。對(duì)于漿狀物料，進(jìn)料可以采用容積泵進(jìn)行加料。
2.2 攪拌器
攪拌器的作用是將團(tuán)狀的物料打散，在熱風(fēng)的共同作用下將物料流化。針對(duì)如膏狀、粘性和散狀等不同物料，可以設(shè)計(jì)不同形式的攪拌器。與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)不同的是，微粉干燥機(jī)的攪拌器可以設(shè)計(jì)成立式或臥式結(jié)構(gòu)，分別適用于不同的場(chǎng)合。采用臥式結(jié)構(gòu)可以大大降低設(shè)備高度，且便于維護(hù)和檢修。
2.3 分好的器
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)一般用于對(duì)于產(chǎn)品粒度沒(méi)有嚴(yán)格要求的物料，其分好的結(jié)構(gòu)為干燥機(jī)頂部的固定式淘析環(huán)。微粉干燥機(jī)的頂部設(shè)有分好的輪，其轉(zhuǎn)速可調(diào)，適用于超細(xì)和納米好的等粒徑有嚴(yán)格要求的物料。對(duì)于粒徑范圍要求非常嚴(yán)格的物料(如d90≥2μm)，必要時(shí)可以采用多個(gè)分好的輪。
2.4 傳動(dòng)裝置
旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)一般采用皮帶立式傳動(dòng)，電機(jī)一般固定在筒體底部的機(jī)架上以增加設(shè)備的穩(wěn)定性。微粉干燥機(jī)的傳動(dòng)裝置固定在整體型的機(jī)架上，幾乎沒(méi)有振動(dòng)。相應(yīng)于立式和臥式攪拌器，傳動(dòng)裝置也有立式和臥式兩種形式。
傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性影響很大。蘭化公司采用的國(guó)內(nèi)某廠家生產(chǎn)的10型旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)，由于傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)不合理，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)非常大。
2.5干燥室
微粉干燥機(jī)和旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的干燥室基本相同。不同點(diǎn)在于由于進(jìn)風(fēng)方式不同，所以筒體的進(jìn)風(fēng)段不同。微粉干燥機(jī)不需要復(fù)雜的進(jìn)風(fēng)蝸殼和分配器。
3 設(shè)計(jì)計(jì)算
微粉干燥機(jī)的工藝流程與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)相似。筒體直徑一般參照旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的計(jì)算方法來(lái)確定。這里主要介紹攪拌器和分好的器的設(shè)計(jì)方法。
3.1攪拌器的設(shè)計(jì)
攪拌器的形式和結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)干燥過(guò)程的影響很大。旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的攪拌器都采用立式結(jié)構(gòu)如錨式、槳式和旋轉(zhuǎn)葉片式等)，其結(jié)構(gòu)為多層形式以保證對(duì)物料的分散度。
微粉干燥機(jī)的攪拌器已由較初的立式結(jié)構(gòu)發(fā)展到臥式。其轉(zhuǎn)子多參照粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，破碎和分散能力很強(qiáng)。攪拌器的轉(zhuǎn)速可以在1000~4500rpm之間，具體數(shù)值根據(jù)干燥室的直徑和物性確定。干燥室直徑大時(shí)取小值，直徑大時(shí)取小值。攪拌器外緣的圓周速度約在50~80m/s之間。由于微粉干燥機(jī)的攪拌器轉(zhuǎn)速很高，加工后必須進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。轉(zhuǎn)子的受力情況比較復(fù)雜，目前其所需功率主要憑經(jīng)驗(yàn)選取。
3.2分好的器的設(shè)計(jì)
微粉干燥機(jī)的分好的器為離心式氣流分好的器，它依靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力和氣流的向心力之間的作用把細(xì)粉與粗粉分開(kāi)。分好的器的轉(zhuǎn)速可以在1000~2000rpm之間，葉輪外緣的圓周速度約在20~30m/s之間。 進(jìn)行分好的器設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)干燥所需的風(fēng)量，確定筒體直徑對(duì)應(yīng)的葉輪直徑和較大允許的葉輪轉(zhuǎn)速，以保證較大分好的能力。在生產(chǎn)過(guò)程中，可以對(duì)葉輪轉(zhuǎn)速和風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足成品粉塵的粒徑要求。
4 應(yīng)用情況
天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院經(jīng)過(guò)多年的研制，于2000年開(kāi)發(fā)成功φ350型和立式φ1100型立式微粉干燥機(jī)。2003年開(kāi)發(fā)成功φ800型臥式和φ1100型臥式微粉干燥機(jī)。該干燥機(jī)已獲專(zhuān)利并成功應(yīng)用于工業(yè)裝置。 微粉干燥機(jī)非常適合于膏狀粘性物料的干燥。在用于干燥高濕含量的粘性物料時(shí)，若較終產(chǎn)品的濕含量要求很低，則單單采用微粉干燥機(jī)時(shí)產(chǎn)量小且能耗很大，這時(shí)采用兩好的干燥很有優(yōu)勢(shì)。
對(duì)于散狀或粘性不大的物料，凡是可以用旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的物料都可以采用微粉干燥機(jī)干燥。而且微粉干燥機(jī)應(yīng)用于這些物料時(shí)效果更好。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的改造，微粉干燥機(jī)可以應(yīng)用于有機(jī)物如丁腈橡膠等的干燥。 納米物料在潮濕狀態(tài)下，由于強(qiáng)大的表面結(jié)合力使得物料具有好的大的粘性，導(dǎo)致物料結(jié)團(tuán)，流動(dòng)性差，輸送困難，給干燥帶來(lái)困難。在干燥過(guò)程中，這種結(jié)合力引起物料團(tuán)聚，影響產(chǎn)品性能。因此干燥過(guò)程中應(yīng)防止物料架橋，對(duì)團(tuán)聚物料有效打散。另外，納米物料中一般都含有改性劑，無(wú)論是有機(jī)的還是無(wú)機(jī)的，受熱都易分解。因此，納米物料干燥時(shí)需考慮物料的熱敏性。
微粉干燥機(jī)的攪拌器具有很強(qiáng)的破碎能力和分散能力，可以將團(tuán)聚的物料打散，再經(jīng)分好的器分好的，完全能夠滿足粒度要求。同時(shí)，物料在微粉干燥機(jī)中的停留時(shí)間很短，物料不會(huì)變質(zhì)。天華院開(kāi)發(fā)的微粉干燥機(jī)已經(jīng)成功應(yīng)用于納米碳酸鈣、納米氫氧化鋁、微粉好的氫氧化鋁和納米氫氧化鎂等物料的干燥。
內(nèi)蒙古某廠的納米碳酸鈣生產(chǎn)線由于使用了旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)，導(dǎo)致產(chǎn)品中有超標(biāo)大顆粒，無(wú)法滿足要求。2002年1月，該廠家與我院聯(lián)系進(jìn)行改造。后來(lái)，該廠家采用了我院研制的微粉干燥機(jī)，產(chǎn)品性能大大改善，完全滿足了廠家的要求。這充分說(shuō)明微粉干燥機(jī)的優(yōu)越性。
另外，微粉干燥機(jī)還可以直接干燥對(duì)漿狀物料如分子篩等進(jìn)行干燥。
5 結(jié)束語(yǔ)
微粉干燥機(jī)是在旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種新型干燥機(jī)。但微粉干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)型式更加先進(jìn)，性能更優(yōu)越，尤其適合于超細(xì)物料的干燥。微粉干燥機(jī)的制造費(fèi)用與旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機(jī)相比增加不多。在納米技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，微粉干燥機(jī)的應(yīng)用范圍將會(huì)越來(lái)越廣闊。
干燥機(jī)占用空間小，結(jié)構(gòu)緊湊，可對(duì)干燥過(guò)程中多參數(shù)進(jìn)行控制，自動(dòng)化程度高；采用的多種濕度調(diào)節(jié)相結(jié)合的方法和多段式干燥模型，縮短了干燥時(shí)間，提高了干制品品質(zhì)，并節(jié)約能耗。為科學(xué)研究提供了方便的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使干制品的工業(yè)化生產(chǎn)有了設(shè)備保障，并且具有廣闊的市場(chǎng)前景和較好的經(jīng)濟(jì)效益。
鑒定委員專(zhuān)家認(rèn)真聽(tīng)取了研究工作匯報(bào)，審閱了鑒定材料，經(jīng)過(guò)質(zhì)詢、討論，一致認(rèn)為“全自動(dòng)食品干燥機(jī)的研制及應(yīng)用”成果達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平
