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。
Abstract: Combustion gas produced by natural gas as heating medium, microwave was applied to heat in the final stage of constant rate drying in this machine design. Microwave heating can rapidly improve the diffusive rate of water from inside to outside materials. Therefore, this device can greatly reduce the drying time in the falling rate stage.
关键词:燃气直热;微波辅助;干燥装置
Key words: gas-heating;microwave-assisted;drying device
中图分类号:TS210.3 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)11-0122-02
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
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。
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