真空干燥箱应用中存在问题及解决设想

中国教育装备采购网2014-09-25 10:50围观1062次我要分享

  根据真空干燥箱在实际使用中存在传热效率低、干燥缓慢、能耗大的缺点提出改进方案。论文将干燥过程分析归纳为三个阶段,对每一阶段提出不同的改进方案。

  关键词:真空干燥箱 传热

  0 综述

  原有真空干燥箱型号为FZG15,为蒸汽加热,水环真空泵(2BV5121 0KC00-7P 最大排气量280m3/h 7.5kW)抽真空,真空度维持在0.06~0.08MPa之间。干燥的物料主要是浓缩后的中药浸膏,含水率40%~60%。根据了解,干燥一批浸膏(32盘 80kg左右),需要三天四夜左右,既费时又耗能。

  1 问题

  真空干燥箱干燥过程中,由于在真空状态下,对流传热严重削弱,传热主要靠热传导,以及盘管和箱壁对物料的热辐射。但因为温度低,辐射传热占的比重不大。热传导占的比重较大,但物料盘和盘管的接触面积小,传热效果不好。

  另一个原因,随着物料的干燥,底面干燥硬化,形成热阻层,降低了盘管和物料盘的传热量;上表面板结,致使内部产生的蒸汽不易排出,影响了干燥速度,并且当气泡压力足够大,冲破板结层时,物料崩出盘外,造成浪费。

  2 原因分析

  2.1 传热效率低

  传热主要靠热传导,辐射传热很少,对流传热严重削弱。物料盘和盘管的接触面积小,传热效果不好。根据传热学理论,热传导和热辐射几乎不受真空影响,而对流传热随着真空度的增加而减少。

  2.2 物料上下两层板结层影响干燥速度

  非金属固体材料导热系数不足纯铁导热系数的十分之一,板结层对传热的影响很大,上层的板结层影响水分蒸发的速度。

  3 干燥过程的分析

  3.1 根据实际情况将物料干燥过程大致分为三个阶段:

  第一阶段:水分快速蒸发阶段 物料状态从粘稠到极粘稠。在真空状态下,物料内部对流传热强烈,水分快速蒸发,在这一阶段,蒸发掉一半以上的水分,而耗时很少。

  第二阶段:从液态到固态 物料状态从极粘稠到全部固化。在这一阶段,物料内部对流传热逐渐减弱,过程缓慢,较早出现的上下两层板结层,很大程度上影响了干燥速度。

  第三阶段:物料固态干燥的过程 物料慢慢脱水至含水率达标的块状物。这一阶段蒸发的水分很少,干燥的速度比第二阶段稍快一些。

  3.2 各个阶段和真空度的关系:

  第一阶段,换热过程比较理想,真空度越高,水分蒸发越快;

  第二阶段,随着对流的减弱,以及热阻的增大,含水量越来越少,如果还维持真空泵功率不变,真空度越来越大,对流越来越弱,干燥效率越来越低。假如使用波动的真空度,合理调配真空度和对流传热至最佳结合点,可能效率要高。

  第三阶段,由于含水率很小,真空度小一些可能更合适。如果使用干燥的热空气加热,干燥过程更快。

  4 解决方案

  4.1 改善对流换热

  根据各阶段的特点,调整每一阶段的真空度,尽可能的增大传热量。示意图如下所示。

  4.2 改善热传导

  由于物料盘难于避免物理撞击,盘底有很多突起,如果在盘管上铺一块平的薄钢板,接触面积不会很大。建议使用多孔金属板,改善热传导。如下图所示。

  4.3 破坏板结面

  物料板结面的形成对热量的传递和水分的蒸发影响最大,解决这个问题是重中之重。方法有:人工破坏,机械振动,超声波。

  实验时,可以先使用人工的方法测试多大的振动合适,实际生产中需要在干燥箱内设计相应的构件,达到这一目的。

  5 小批样实验

  5.1 实验装置及系统图

  现有真空干燥箱箱内尺寸为1500×1400×1220mm,烘盘32个,尺寸为460×640×45mm,八层,每层四个。

  实验用干燥箱,尺寸500×450×300mm,一层,每层放两个烘盘。烘盘尺寸为100×150×40mm,真空泵一台,2BV2061-0NC02-1P,功率1.45kW,排气量50m3/h,热源为蒸汽,人工振动方法破坏板结面。

  5.2 实验目的

  5.2.1 实验总结每一阶段的特性

  5.2.2 实验得到每一阶段最佳的真空度

  5.2.3 实验得到第二阶段最合适的振动强度,如振动法不合适,实验其他方法

  5.2.4 改进前后,干燥同量物量所耗时间的差异,要求不低于25%

  5.3 实验设计

  5.3.1 将物料装入两个盘内,放入箱内加热,每半个小时观察一次物料的干燥状况,观察物料慢慢变稠的过程,注意观察板结面的出现,记录这一时间。板结后,因为难以观察第二阶段的结束,每次观察时,敲击干燥箱,观察物料液面是否晃动,不动时记录这一时间。重复三次,记录起始、每阶段、结束时间,蒸汽的压力、温度、流量,物量干燥前后的重量。

  5.3.2 每次装一个盘,记录真空度在0.04MPa,0.05MPa,0.06MPa,0.07MPa,0.08MPa,0.09MPa时,每一阶段完成的时间、耗汽量。总结得出每一阶段耗汽最少时对应的真空度。对于第二阶段的最佳真空度,在±0.01MPa内,使用PLC控制,分别设半小时、一小时为一个波长,使真空度波动,记录完成的时间、耗汽量。

  5.3.3 第一阶段结束时,手持金属物品,使用不同的力度敲击物料盘的侧壁。如果效果明显,设计机械振动机构,记录第二阶段的耗时和蒸汽耗量。

  5.3.4 比较没有真空度变化,没有振动,和变化真空度,增加振动的耗时和蒸汽耗量。

  6 可能出现的难点

  6.1 不同的物料,不同的含水率,不同的装料量都会影响实验的结果,实验条件尽可能相同。

  6.2 板结面的破坏方法 由于物料的粘度较大,可能难以找到一种最合适的方法。

  6.3 实验结果的推广 实验得到的结果与实际应用的相似性相差较大,需要结合实际,得出最终结论。

  6.4 每个阶段的区分不很明显。

来源:上海环竞试验设备厂作者:上海环竞试验设备厂

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