果肉烘干技術(shù)策略及技術(shù)運(yùn)用研究

王 輝，劉超山，羅 慶，李向陽(yáng),劉澤國(guó)，白 震

（蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

烘干機(jī)是通過(guò)熱空氣與物料充分接觸，通過(guò)熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射等方式將物料中水分蒸發(fā)的設(shè)備。烘干機(jī)可分為工業(yè)與民用兩種，工業(yè)烘干機(jī)又叫干燥機(jī)，民用干燥機(jī)一般用于各種生產(chǎn)生活物料除水。烘干機(jī)一般由滾筒、進(jìn)料裝置、出料裝置、引風(fēng)裝置、排氣管道、傳動(dòng)裝置和電控設(shè)備組成。

烘干機(jī)設(shè)備行業(yè)顯著特點(diǎn)技術(shù)含量作用日益凸顯。烘干設(shè)備制造業(yè)按照高品質(zhì)、低能耗、環(huán)保型的要求調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)研究。國(guó)內(nèi)烘干機(jī)普遍生產(chǎn)規(guī)模小，種類(lèi)少，整體技術(shù)含量不高。全行業(yè)年銷(xiāo)售收入500 萬(wàn)以下的企業(yè)約占60%，年銷(xiāo)售收入過(guò)千萬(wàn)的廠(chǎng)家僅占5%。目前烘干機(jī)主要存在外排氣體散熱和機(jī)殼散熱能量浪費(fèi)大，蒸汽壓力波動(dòng)對(duì)能耗影響大，物料烘干都難把握和原料著火等問(wèn)題。

1 整體方案設(shè)計(jì)

果肉烘干機(jī)采用蒸發(fā)原理，蒸發(fā)與溫度、濕度、液體表面積和液體表面空氣流動(dòng)速度四個(gè)因素有關(guān)。本設(shè)計(jì)果肉烘干機(jī)綜合考慮以上因素，使烘干效率最大化。

采用臥式滾筒旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)使果肉受到不斷攪拌，增加果肉與熱空氣接觸面積，加快果肉表面空氣流動(dòng)速度，并使受熱均勻，防止局部果肉受熱嚴(yán)重二著火。杏子成熟季節(jié)，太陽(yáng)光照時(shí)間長(zhǎng)，光強(qiáng)度高，采用太陽(yáng)能、電能兩種模式供能，在光照充足情況下，可降電能源消。光照條件不好采用電能供熱，對(duì)太陽(yáng)能供熱形成補(bǔ)充。采用循環(huán)送風(fēng)和最烘干機(jī)滾筒做隔熱處理，增加果肉表面空氣流動(dòng)速度，降低設(shè)備能量損耗。采用機(jī)械除濕裝置，降低系統(tǒng)濕度，加速果肉蒸發(fā)速度。該設(shè)計(jì)果肉烘干機(jī)三維設(shè)計(jì)圖如圖1 所示。

圖1 臥式太陽(yáng)能循環(huán)送風(fēng)果肉烘干機(jī)三維設(shè)計(jì)圖

2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)果肉烘干機(jī)電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)臥式滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)果肉翻動(dòng)，與熱空氣流充分接觸，同時(shí)使受熱均勻。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2 所示。為方便家庭使用，本機(jī)構(gòu)采用單相電機(jī)。設(shè)計(jì)每次投入果肉100Kg，滾筒外徑1m，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度不超過(guò)15r/min。則所需電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速如下：

圖2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維設(shè)計(jì)圖

α—滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量分布系數(shù)，臥式滾筒α 取1/3；

m—果肉質(zhì)量，Kg；

g—重力加速度，m/s2。

V=πDn=0.785m/s

V——滾筒齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)線(xiàn)速度m/s；

D——滾筒外徑，m；

n——滾筒轉(zhuǎn)速，r/min。

P=Fv=250W

P——滾筒功率，W。

P——滾筒外徑，m；

η——滾筒轉(zhuǎn)速，r/min。

單相電機(jī)皮帶輪與圓柱齒輪皮帶輪之間：

D1——單相電機(jī)皮帶輪外徑；

D2——圓柱齒輪皮帶輪外徑。

圓柱齒輪與滾筒齒輪之間：

Z1——圓柱齒輪齒數(shù)；

Z2——滾筒齒輪齒數(shù)。

綜上選擇玉豹機(jī)電有限公司的71M2-4 電機(jī)，參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 71M2-4 電機(jī)參數(shù)表

3 產(chǎn)熱裝置設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)果肉烘干機(jī)采用太陽(yáng)能、電能兩種模式為設(shè)備供能。杏子成熟季節(jié)，太陽(yáng)光照時(shí)間長(zhǎng)，光強(qiáng)度高，在光照充足情況下，太陽(yáng)能產(chǎn)熱裝置將光能轉(zhuǎn)化為熱能，，可降電能消耗。光照條件不好采用電能供熱，對(duì)太陽(yáng)能供熱形成補(bǔ)充。產(chǎn)熱裝置設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3 產(chǎn)熱裝置三維設(shè)計(jì)圖

保溫棉、太陽(yáng)能散熱管和電阻絲散熱管固定于固定罩之上，使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)不受其影響。保溫棉包裹減少機(jī)殼熱量散失。

4 循環(huán)送風(fēng)裝置設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)果肉烘干機(jī)采用循環(huán)送風(fēng)裝置，消除外排空氣能量散失。增加果肉表面空氣流動(dòng)速度，加速蒸發(fā)速度。循環(huán)送風(fēng)裝置設(shè)計(jì)如圖4 所示。

圖4 循環(huán)送風(fēng)裝置三維設(shè)計(jì)圖

采用散風(fēng)片使風(fēng)扇所形成熱空氣流沿滾筒壁流動(dòng)，增加熱空氣流與熱空氣接觸面積。同時(shí)風(fēng)扇及散風(fēng)片安裝于滾筒尾部，由于滾筒內(nèi)部的斜擋板使果肉向尾部翻滾，可增大風(fēng)扇排風(fēng)量，將果肉吹到中心位置，加速果肉水分蒸發(fā)速度。

5 壓縮除濕機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)果肉烘干機(jī)采用滾筒齒輪作為動(dòng)力，通過(guò)圓錐齒輪副將轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變?yōu)檠貪L筒軸線(xiàn)方向，通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)使除濕壓蓋滾筒軸線(xiàn)方向運(yùn)動(dòng)，周期壓縮除濕海綿，使海綿中水分排出，恢復(fù)除濕能力。壓縮除濕機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5 所示。

圖5 壓縮除濕機(jī)構(gòu)三維設(shè)計(jì)圖

該機(jī)構(gòu)減少了動(dòng)力源使用量，同時(shí)又可以達(dá)到壓縮除濕海綿中水分的效果。

6 結(jié)論

1）本設(shè)計(jì)果肉烘干機(jī)電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)臥式滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)果肉翻動(dòng)，與熱空氣流充分接觸，同時(shí)使受熱均勻。

2）本設(shè)計(jì)果肉烘干機(jī)采用太陽(yáng)能、電能兩種模式為設(shè)備供能。杏子成熟季節(jié)，太陽(yáng)光照時(shí)間長(zhǎng)，光強(qiáng)度高，在光照充足情況下，可降電能源消。光照條件不好采用電能供熱，對(duì)太陽(yáng)能供熱形成補(bǔ)充。

3）本設(shè)計(jì)果肉烘干機(jī)采用循環(huán)送風(fēng)裝置，消除外排空氣能量散失。增加果肉表面空氣流動(dòng)速度，加速蒸發(fā)速度。

4）本設(shè)計(jì)果肉烘干機(jī)采用滾筒齒輪作為動(dòng)力，通過(guò)圓錐齒輪副將轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變?yōu)檠貪L筒軸線(xiàn)方向，通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)使除濕壓蓋滾筒軸線(xiàn)方向運(yùn)動(dòng)，周期壓縮除濕海綿，使海綿中水分排出，恢復(fù)除濕能力。

綜上，通過(guò)設(shè)計(jì)臥式太陽(yáng)能循環(huán)送風(fēng)果肉烘干機(jī)，可以達(dá)到提高設(shè)備烘干速度，減少能量損失，減少能源需求效果。對(duì)豐富烘干機(jī)種類(lèi)，提升烘干機(jī)品質(zhì)具有一定指導(dǎo)意義。