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編號
無錫太湖學院
畢業(yè)設計（論文）
題目： 滾筒干燥器設計
信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
學 號： 0923011
學生姓名： 呂春輝
指導教師： 戴寧 （職稱：副教授 ）
（職稱： ）
2013年5月25日
無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 滾筒干燥器設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機械91
學 號： 0923011
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
摘要
預糊化營養(yǎng)米粉具有速溶即食的特點，是最易消化的大米制品。根據(jù)不同消費對象和不同配方又可分為：嬰幼兒營養(yǎng)米粉、老年營養(yǎng)米粉和方便營養(yǎng)米粉。目前，這類食品具有廣闊的市場前景.
滾筒干燥器是通過轉動的圓筒，以熱傳導的方式，將吸附在筒體外壁的液狀物料或帶狀物料，進行干燥的一種連續(xù)操作設備。
其操作過程為：需干燥的處理的料液由高位槽流入滾筒干燥器的受料槽內(nèi)。干燥滾筒在傳動裝置的驅動下，按規(guī)定的轉速轉動。物料由布膜裝置，在滾筒壁面上形成料膜。筒內(nèi)連續(xù)通入供熱介質，加熱筒體，由筒壁傳熱傳熱使料膜的濕分汽化，在通過刮刀將達到干燥要求的物料刮下，經(jīng)過螺旋輸送最后干燥器將成品輸送到儲槽內(nèi)，然后進行包裝。
關鍵詞 ：米粉；干燥；滾筒干燥器
Abstract
Pregelatinization nutrition with instant noodles, ready-to-eat characteristics is the most indigestible parts of rice products. According to different consumer targets and can be divided into different formula : Infant nutrition rice noodles, rice noodles and the elderly nutrition convenient nutrition rice noodles. At present, such food has broad market prospects.
Drum dryer through the rotating cylinder to heat conduction, will be adsorbed on the outer shell of liquid material or herpes materials, a dry continuous operation of equipment.
Its operating process : the need to dry the feed trough flows from the peak of the drum dryer subject within the trough. Drum drying in the driving gear, according to the rotational speed. Materials from cloth membrane device, the cylinder wall to form membrane materials. Tube leads to continuous heating medium, the heating cylinder, heat from Wall heat transfer membrane material made of moisture evaporation, through scraper will reach the requirements of the dry material scraped through the last screw conveyor dryer will be finished sending tanks, then packaged.
Key Words: rice noodles;dry ;drum dryer
目錄
摘要...................................................................................................................................III
ABSTRACT......................................................................................................................IV
目錄...................................................................................................................................V
1 緒論...............................................................................................................................1
1.1本課題研究的內(nèi)容的意義 ...................................................................................1
1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況 ...............................................................................................1
1.3本課題設計的目的.................................................................................................2
1.4本課題設計的要求和思想.....................................................................................2
1.5概述.........................................................................................................................2
1.6原材料供應情況及公用設施要求.........................................................................2
1.7工藝設計.................................................................................................................3
1.8主要設備（年產(chǎn)1000噸生產(chǎn)能力）...................................................................3
2 滾筒干燥器特性原理...................................................................................................6
2.1滾筒干燥器的特點.................................................................................................6
2.2滾筒干燥器的基本原理.........................................................................................6
2.3滾筒干燥器的分類.................................................................................................7
2.4被干燥物料及干燥介質的特性.............................................................................7
2.4.1被干燥物料的特性..........................................................................................7
2.4.2干燥介質的特性..............................................................................................8
2.5干燥過程的節(jié)能................................................................................................... 8
2.6改進干燥設備，強化干燥過程........................................................................... 8
3 滾筒干燥器的計算.....................................................................................................10
3.1滾筒干燥器的條件參數(shù).......................................................................................10
3.2滾筒干燥器結構參數(shù)的計算...............................................................................10
3.2.1物料和熱量衡算 干燥器的生產(chǎn)負荷...................................................... 10
3.2.2滾筒干燥器干燥面積，筒體直徑，長度確定.......................................... 10
3.2.3滾筒干燥器的功率計算................................................................................11
3.2.4傳動裝置設計................................................................................................12
3.2.5滾筒組件的強度和剛度計算........................................................................16
3.2.6密封罩和排氣管的設計................................................................................24
4 設備的安裝和調試.....................................................................................................26
4.1設備的安裝...........................................................................................................26
4.2可能的故障現(xiàn)象和解決方案...............................................................................26
5 設備的維護和保養(yǎng).....................................................................................................27
6 設計小結.....................................................................................................................28
致謝.................................................................................................................................29
參考文獻............................................................................................................................30
29
滾筒干燥器設計
1 緒論
1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義
干燥技術的應用，在我國具有十分悠久的歷史，聞名于世的造紙技術就有干燥技術的應用。干燥設備廣泛應用于化工、食品、糧油、飼料等工業(yè)。中國的現(xiàn)代干燥技術是從20 世紀50年代逐漸發(fā)展起來的，迄今對于常用的干燥設備如氣流干燥、噴霧干燥、流化床干燥、旋轉閃蒸干燥、紅外干燥、微波干燥、冷凍干燥等設備，我國均能生產(chǎn)供應市場。對于一些較新型的干燥技術如沖擊干燥、對撞流干燥、過熱干燥、脈動燃燒干燥、熱泵干燥等也都已開發(fā)研究，有的已工業(yè)化應用。我國的現(xiàn)代干燥技術取得的成績是我國相關科研人員和企業(yè)界共同努力的結果，雖然取得了不少可喜的成果，但是企業(yè)間的競爭尚不規(guī)范阻礙了干燥技術的健康發(fā)展，很多成果尚未能轉化為生產(chǎn)力使企業(yè)的產(chǎn)品得不到更新。
1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況
干燥技術的應用，在我國具有十分悠久的歷史。聞名于世的造紙技術，就有干燥技術的應用。干燥設備廣泛應用于化工、食品、糧油、飼料等工業(yè)，中國的現(xiàn)代干燥技術是從20 世紀50年代逐漸發(fā)展起來的，迄今對于常用的干燥設備，如氣流干燥、噴霧干燥、流化床干燥、旋轉閃蒸干燥、紅外干燥、微波干燥、冷凍干燥等設備，我國均能生產(chǎn)供應市場，對于一些較新型的干燥技術如沖擊干燥、對撞流干燥、過熱干燥、脈動燃燒干燥、熱泵干燥等也都已開發(fā)研究，有的已工業(yè)化應用。我國的現(xiàn)代干燥技術取得的成績是我國相關科研人員和企業(yè)界共同努力的結果，雖然取得了不少可喜的成果，但是企業(yè)間的競爭尚不規(guī)范阻礙了干燥技術的健康發(fā)展，很多成果尚未能轉化為生產(chǎn)力，使企業(yè)的產(chǎn)品得不到更新。
干燥技術的研究既要研究不同物料的干燥性能，也要研究各種節(jié)能高效的新型干燥設備，以及一定的物料在某種干燥設備中的合理操作參數(shù)。人們一直希望通過干燥理論的研究建立干燥模型，以期在計算機上取得最佳結果。遺憾的是，直到今天，對于大多數(shù)干燥操作，在無經(jīng)驗的情況下，只能通過試驗取得相關數(shù)據(jù)，來指導生產(chǎn)實踐。干燥技術有三項目標是業(yè)界公認的，即干燥操作要保證產(chǎn)品質量、干燥作業(yè)對環(huán)境不造成污染、干燥的節(jié)能研究。
干燥也是一個能耗較大的單元操作，直接決定著產(chǎn)品的質量，特別是高性能材料的生產(chǎn)，對干燥操作有著更高的要求。針對這些問題，近些年來，干燥技術領域出現(xiàn)了一些創(chuàng)新成果。為了節(jié)能以及生產(chǎn)附加值高的產(chǎn)品、解決干燥過程中出現(xiàn)的問題，需要結合現(xiàn)存的各種有效的干燥技術，或者研究開發(fā)特殊的干燥技術和新型的干燥設備，同時也需要強化干燥過程中的智能化控制。在油脂制取的原料干燥上，目前我國此類干燥設備大部分是采用對流干燥技術,主要使用滾筒烘干機、流化床烘干機和塔式干燥機。
簡而言之，目前干燥技術發(fā)展的總趨勢為：
A. 干燥設備研制上向專業(yè)化、大型化、系列化和自動化發(fā)展；
B. 強化干燥過程；
C. 采用新的干燥方法和組合干燥方法；
D. 降低干燥過程中能量的消耗；
E. 閉路循環(huán)干燥流程的開發(fā)和應用；
F. 消除干燥過程造成的公害問題。
1.3 本課題設計的目的
本次設計的目的是設計出一種單滾筒式干燥器，要求其結構合理，經(jīng)濟適用，操作方便，易于維護，通用性好。 通過本次設計，希望能夠進一步改進和完善現(xiàn)有機型，改善加工機的通用性，并為后來的設計奠定一定基礎。再者，本次設計是綜合教學和實踐的重要環(huán)節(jié)，增強分析和解決機械設計的相關問題，鞏固、加深和拓寬所學的理論知識。通過設計的實踐過程，逐步樹立正確的設計思想，增強創(chuàng)新意識，熟悉掌握機械設計的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。通過設計計算、繪圖以及運用技術標準、規(guī)范、設計手冊等設計資料，進行全面的機械設計基本技能的訓練。
1.4 本課題設計的要求和思想
根據(jù)干燥要求，干燥物料的品種及含水量工藝的不同，應達到如下技術要求(1) 干燥效果好，干燥物料均勻，而且有比較高的干燥率；(2) 通用性好，盡可能的適用于多種物料的干燥；(3) 進出料自動化，工作安全可靠。
功能上產(chǎn)品必須實現(xiàn)的任務或說是產(chǎn)品的用途，因此必須按照干燥器所要求的任務和目標進行設計，其設計原則有：(1) 保證干燥物料的均勻性；(2) 防止附屬功能的遺漏（如自動輸送）；(3) 盡量減少不必要的功能設置；(4) 注意要求達到基本功能的條件，防止其和具體環(huán)境等因素的不協(xié)調。
1.5 概述
速溶營養(yǎng)米粉自八十年代末在我國逐步推廣，已形成一個較成熟的市場在嬰幼兒營養(yǎng)米粉產(chǎn)品中出現(xiàn)了“亨氏”、“未來”等優(yōu)秀品種，市場發(fā)展迅猛另外，在老年營養(yǎng)米粉和方便早餐米粉方面存在潛在的大市場。由于預糊化大米粉是最易消化的大米制品，符合營養(yǎng)、保健、方便及經(jīng)濟的特點，深受消費者歡迎。
預糊化營養(yǎng)米粉具有速溶即食的特點，是最易消化的大米制品。根據(jù)不同消費對象和不同配方又可分為：嬰幼兒營養(yǎng)米粉、老年營養(yǎng)米粉和方便營養(yǎng)米粉。
以下介紹目前世界上最先進的轉鼓干燥方法生產(chǎn)速溶營養(yǎng)米粉工程項目。
1.6 原材料供應情況及公用設施要求：
速溶營養(yǎng)米粉的主原料大米、大豆、面粉，市場供應充足。主要燃料為煤炭或柴油，易供應。供電需50kw三相電源。 需廠房面積≥500m2，普通廠房即可
1.7 工藝設計：
工藝流程：
圖1.1 工藝流程圖
生產(chǎn)流程：
圖1.2 生產(chǎn)流程圖
1.8 主要設備（年產(chǎn)1000噸生產(chǎn)能力）
表1-1 主要設備
1.1-2噸鍋爐及管道
1臺
20萬元
2.水處理
1臺套
4萬元
3.磨漿機
1臺
0.3萬元
4.攪拌機
1臺
2.8萬元
5.膠體磨
1臺
1.55萬元
6.儲罐
1臺
2.0萬元
7.濃漿泵
4臺
1.8萬元
8.預煮裝置及配套設施
1套
6.2萬元
9.滾筒干燥機
1臺
49.5萬元
10.造粒過篩機
1臺
1.8萬元
11.包裝機
4臺
10萬元
12.各種控制臺、電線、橋架、管道
10萬元
?總 合 計 ：
109.95萬元
主要設備介紹：
1水處理設備
國家"瓶裝飲用純凈水衛(wèi)生標準"和"生活飲用水水質標準"的某些指標如下表中所示。我國生活飲用水標準是用于檢測自來水經(jīng)預處理、除鹽、滅菌、消毒后才能制得合格 的飲用純凈水。用水處理設備使生產(chǎn)使用水最少達到生活用水的標準。
2 膠體磨
膠體磨是流體超微粉碎機械，兼?zhèn)浞鬯?、乳化、分散、均質、攪拌等功能可以代替石磨、砂磨機、球磨機、組織搗碎機等。
膠體磨主要用途、適用范圍：
食品行業(yè)：果茶、豆奶、冰淇淋、月餅餡、豆制品、飲料、果汁、果醬。
建筑行業(yè)：內(nèi)外墻涂料、冷瓷涂料、多彩涂料、防腐防水涂料、阻燃涂料。
文化用品行業(yè)：墨水、油墨、鉛筆芯、廣告色、油畫色。
化工行業(yè)：潤滑脂、油漆、乳化瀝青、膠粘劑、洗滌劑、皮革染料。
醫(yī)藥行業(yè)：生物制品、疫苗、藥膏、各種口服液。
日用化工行業(yè)：洗發(fā)精、牙膏、鞋油、夾克油、化妝品。
此外、膠體磨還應用于塑料工業(yè)、紡織工業(yè)、造紙工業(yè)等方面。
膠體磨的特點：
(1) 膠體磨的工作是靠一對錐形的轉齒與定齒作相對運動，物料通過定轉齒之間的間隙受到剪切力、摩擦力、離心力和高頻振動、而達到粉碎、乳化、均質、分散的目的。
（2）膠體磨接觸物部分均采用不銹鋼材料制成，耐腐蝕性好、對醫(yī)藥、食品及化工原料無污染。磨齒采用高硬度耐腐蝕合金制成，硬度可達HRC55左右，可粉碎較硬物料。
3 濃漿泵
單桿濃漿螺桿泵（又名螺桿泵），適應高粘度介質的特殊輸送，尤其在
化工、釀造廠、食品廠、造紙廠、罐頭廠、藥廠、酒廠等單位使用廣泛。
4 造粒過篩機
工作原理：物料由料斗經(jīng)螺旋輸送器進入粉碎室，被高速旋轉的刀片剪切粉碎，粉體越過導向圈進入分級室，因分級輪是旋轉的，流入葉道內(nèi)的粉體同時受到空氣動力和離心力的作用。粉體中大于臨界直徑（分級粒徑）的顆粒因質量大，被甩回粉碎室繼續(xù)粉碎，小于臨界直徑的顆粒通過負壓風運的方法經(jīng)出料管進入旋風分離器、袋式除塵器，排出物料達到產(chǎn)品的要求
由主機、輔機、電控箱三個部分組成，具有風選式、無篩、無網(wǎng)、出料粒度大小均勻等多種性能，生產(chǎn)過程連續(xù)進行，能處理如化學制品、食品、藥品、藥劑、化妝品、塑料、染料、樹脂、顏料、谷物等物料的粉碎。
5 滾筒干燥機
用途：廣泛應用于米粉，麥片，淀粉，馬鈴薯全粉等食品的干燥，也用于化工，環(huán)保，醫(yī)藥飼料中粘稠物料干燥，成品可做成片狀，粉狀，顆粒狀。
工作原理：在滾筒中通入飽和水蒸汽或導熱油，物料以不同方式涂布在滾筒表面，對其進行加熱，熟化及制皮。特制的刮刀將其刮下后送到后續(xù)工序進行成品處理。
特點：產(chǎn)品的干燥質量穩(wěn)定。滾筒共熱方式便于控制，筒內(nèi)溫度和間壁的傳熱速率能保持相對穩(wěn)定，使料膜能處于穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下干燥。適用范圍廣，采用滾筒干燥的液相物料，必須具有流動性，黏附性和對熱的穩(wěn)定性。物料的形態(tài)可分為溶液 非勻相的懸濁液，乳濁液，溶膠等。道氣供熱介質簡單，常用飽和水蒸氣。
2 滾筒干燥器特性原理
2.1 滾筒干燥器的特點
1 熱效率高。筒內(nèi)供給的熱量，除少數(shù)熱輻射和筒體的端蓋部分散熱損失外，大部分熱量用于濕分的汽化，熱效率可高達70%-80%。
2 干燥速率大。筒壁上濕料膜的傳熱與傳質過程，由里到外，方向一致，溫度梯度較大，使料膜表面保持較高的蒸發(fā)強度
3 產(chǎn)品的干燥質量穩(wěn)定。滾筒共熱方式便于控制，筒內(nèi)溫度和間壁的傳熱速率能保持相對穩(wěn)定，使料膜能處于穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下干燥。
4 適用范圍廣。采用滾筒干燥的液相物料，必須具有流動性，黏附性和對熱的穩(wěn)定性。物料的形態(tài)可分為溶液 非勻相的懸濁液，乳濁液，溶膠等。
5 單機的生產(chǎn)能力，受到筒體尺寸的限制。一般滾筒干燥器的干燥面積不宜過大，單筒的干燥面積很少超過12。同一規(guī)格的設備，其處理料液的能力，還受到料液的性質，濕含量控制，料膜厚度，滾筒轉速的影響，變化范圍較大。
6 道氣供熱介質簡單。常用飽和水蒸氣，壓力范圍為 0.2-0.6 MPa.對于某些要求在低溫下干燥的物料，可采取熱水做為媒介；一般不采用過熱蒸汽和煙。
7 刮刀容易磨損，使用周期短。筒體受到料液腐蝕和刮刀切削狀態(tài)下的磨損后，難以修補，必須從新更換。
2.2 滾筒干燥器的基本原理
膜料的行成和干燥時間：液相物料在筒壁上成膜的厚度和干燥特性，對干燥產(chǎn)品的產(chǎn)率和質量有直接的影響。形成膜的厚度，與物料的性質，滾筒的線速度，筒壁溫度，筒壁材料，以及布膜的方式的因素有關。
料液的表面張力是同分類液體分子之間的引力，黏附力則是液體與金屬筒壁之間不同分子的引力。只有黏附力大于表面張力時，才能行成膜。表面張力接近于水的物料，在干燥中可獲得較高的產(chǎn)率。料液的黏度是液體流動時的內(nèi)摩擦力，與料液的流動性成反比。流動性好，便于輸送和布膜，因此對于黏度過大的料液，應提高溫度，以降低黏度。此外，由于筒壁材料的表面吸附力不同，對附料也有影響，筒壁溫度低比高容易附料，筒體轉速快，線速度高的也容易附料。在實際生產(chǎn)中，滾筒干燥器的料膜形成，常借助與布膜器或膜厚控制器，使之成膜進行干燥。附在筒壁上料膜的干燥特性，與料液物性有關。勻相物液的干燥，是在溶劑被汽化后，溶質結晶于筒壁上而行成固態(tài)膜。非勻相的懸濁液，乳濁液的干燥，則利用粒子的分散度和粒子表面的自由能較大而具有聚集的特性，在溶劑汽化或破乳脫水時，使粒子聚集沉積于筒壁面，形成固態(tài)膜。料液在筒壁上形成膜和干燥的過程中，料膜的厚度，是隨濕分汽化而不斷的收縮變化。
確定物料停留干燥時間，可在實驗或生產(chǎn)裝置中，通過調節(jié)各種影響干燥效果的操作條件，取得較好的綜合經(jīng)濟效益時的滾筒實際轉速，做為設計依據(jù)。
滾筒干燥過程中的傳熱與傳質：筒壁表面上料膜干燥的基本原理是基于筒體與料膜傳熱間壁的熱阻，形成溫度梯度，筒內(nèi)的熱量傳到料膜，并按索萊效應，引起料膜內(nèi)濕分向外轉移，當料膜外表面的蒸汽壓力超過環(huán)境空氣中的蒸汽分壓時，產(chǎn)生蒸發(fā)和擴散的作用。料膜干燥的過程可分為，預熱，等速和降速3個階段。筒壁浸于料液中的成膜區(qū)域是預熱，蒸發(fā)作用還不明顯。在料膜脫離料液主體后，干燥作用開始，膜表面汽化，并維持恒定的汽化速度。當膜內(nèi)擴散速度小于表面汽化速度時，則進入降速階段的干燥歲隨著料膜內(nèi)濕含量降低，汽化速度大幅度下降。降速段的干燥時間，占總停留時間的80%-98%。
2.3 滾筒干燥器的分類
按結構形式分為：單滾筒干燥器、雙筒型干燥器、多筒型干燥器，另外也可按操作壓力分為常壓和減壓兩種形式。 (1) 單滾筒干燥器，用于溶液或稀漿狀是浮液的物料干燥。布膜方式常為浸液式或噴濺式，筒體用鑄鐵或鋼板焊制，筒內(nèi)供熱介質的進出，采用填料函密封形式的進氣頭結構，筒內(nèi)凝液，采取虹吸管并利用筒內(nèi)蒸汽的壓力與疏水閥之間的壓差，使之連續(xù)地熱排出筒外。 (2) 雙筒型干燥器，雙筒型干燥器由同一套減速傳動裝置，經(jīng)相同模數(shù)和齒數(shù)的一對齒輪嚙合，使兩組相同直徑的滾筒相對轉動，根據(jù)布膜位置的不同，分為對滾式和同槽式兩類。 (3) 多筒型干燥器，多筒型干燥器應用于帶狀物料的干燥，進、出料的方式與液相物料干燥完全不同，帶狀物料的干燥，除控制濕含量外，還需控制外形的改變，故滾筒采用滾動軸承，以減小阻力，壁面在輸送過程中拉伸而變形。
2.4 被干燥物料及干燥介質的特性
2.4.1 被干燥物料的特性
(1) 物料的狀態(tài)
A. 溶液及泥漿狀物料，如工程廢液及鹽類溶液等。
B. 凍結物料，如食品、醫(yī)藥制品等。
C. 膏糊狀物料，如活性污泥及壓濾機濾餅等。
D. 粉粒狀物料，如硫酸銨及樹脂粉末等。
E. 塊狀物料，如焦炭及礦石等。
F. 棒狀物料，如木材等。
G .短纖維狀物料，如人造纖維等。
H. 不規(guī)則形狀的物料，如陶瓷制品等。
I. 連續(xù)的薄片狀物料，如帶狀織物、紙張等。
J. 零件及設備的涂層，如機械產(chǎn)品的涂層等。
(2) 物料的物理化學性質與被干燥物料的物理化學性質是決定干燥介質種類、干燥方法和干燥設備的重要因素，因此，干燥器的設計者要了解。
A . 物料的化學性質。如組成、熱敏性（軟化點、熔點或分解點），物料的毒性,可燃性，氧化性和酸堿性（度）、摩擦帶電性、吸水性等。
B. 物料的熱物理性質。如物料含水率、假密度、真密度、比熱容、熱導率及粒度和粒度分布等。對于原料液還應當知道濃度、粘度及表面張力等。
C. 其他性質，如膏糊狀物料的粘附性、觸變性（即膏糊狀物料在振動場中或在攪動條件下，物料可從塑性狀態(tài)，過渡到具有一定流動性的性質），這些性質在設計干燥器及加料器時可加以利用。
(3) 物料與水分結合的性質固體與水分結合的方式是多種多樣的，它可以是物料表面附著的，也可以是多孔性物料孔隙中滯留的水分，也可以是物料所帶的結晶水分及透入物料細胞內(nèi)的溶脹水分等。物料與水結合方式不同，除去的方法也不盡相同。例如物料表面附著的水分和大毛細管中的水分，是干燥可以除去的；化學結合水，不屬于干 燥的范圍，經(jīng)干燥后，它仍殘存在物料中。
2.4.2 干燥介質的特性
大多數(shù)工業(yè)干燥過程均采用預熱后的空氣作為干燥介質。
環(huán)境空氣是含有少量水蒸 氣的氣汽混合物，所以又稱為濕空氣。干燥理論中之所以稱其為“干燥介質”是因為它在干燥過程中承擔著熱濕載體的作用。它將熱量傳遞給濕物料，為其提供干燥能量；同時，又把濕物料中的濕分（通常是水分）攜帶出干燥器，從而達到了干燥的目的。
2.5 干燥過程的節(jié)能
干燥是能量消耗較大的單元之一。因為不論是干燥液體物料、漿狀物料，還是含濕的固體物料，都要將液態(tài)水變成氣態(tài)，所以需要供給較大的汽化潛熱。通常把干燥過 程中蒸發(fā)1㎏水分所消耗的能量稱為單位能耗。
2.6 改進干燥設備，強化干燥過程
近年來，常用的干燥設備（噴霧、流態(tài)化、氣流干燥等），仍在原有的基礎上改進和發(fā)展。
(1) 改善設備內(nèi)物料的流動狀況（或干燥介質的流體力學狀況），強化和改善干燥過程。例如氣流干燥器，從直管氣流干燥，改成脈沖氣流，使被干燥粒子在脈沖氣流的作用下多次的加速，強化傳熱傳質過程。又如，改進噴霧干燥器的進風裝置，達到控制霧滴的運動狀況等。
(2) 增添附屬裝置，改善干燥器的操作，擴大干燥設備的使用范圍。在氣流干燥器的流程中，增添分散器，使氣流干燥器用于分散性差的濕物料的干燥；增添破碎機，使氣流干燥器用于塊狀物料的干燥；增添混合器，使氣流干燥器用于含水量很高的物料；增添分級機，以解決產(chǎn)品粒度的均勻化等。
在噴霧干燥方面，研制了高粘度物料的霧化器；研制各種噴霧干燥器的進氣分布裝置，使干燥塔中心與塔壁的氣速基本一致，減少噴霧干燥的粘壁；安裝電磁自動振動裝置，防止物料粘壁等。
在流化床干燥器中，增添附屬裝置，改善其操作性能。例如在單層圓筒形流化床中，添加旋轉分隔板，分隔板從流化床中部開始旋轉分隔直至出料口。濕物料從流化床中部加入,在旋轉隔板的控制下，物料從進口至出口一邊流化一邊運動，而不會“短路” ，因此，物料在流化床中的停留時間均勻。在雙層流化床中的上層，增添擺動的物料松動器，當流化床操作時，松動器不停擺動，松動物料，避免形成死床層，以改善流化床的特性。在臥式多室流化床中的第一室，增添攪拌裝置，使凝聚的濕物料分散，同時排除不能流化的大顆粒。此外，在臥式多室流化床，把固定隔板改成懸掛在回轉鏈上的運動隔板，在運動隔板的作用下，物料從加料端均勻地移到出料端,實現(xiàn)了物料的“活塞流” ，可使被干燥物料停留時間均勻，產(chǎn)品含水率均勻。
3 滾筒干燥器的計算
3.1 滾筒干燥器的條件參數(shù)
產(chǎn)量1000t/a, 操作方式全年全天。
物料性質和工藝操作條件：料液濕含量1=70%，密度1=1.2/cm, 漿狀，流動性好，沉淀物不多。
干燥產(chǎn)品為粉末狀，刮料點處的濕含量2=5%，堆積密度=0.8/cm，安息角40。
度比熱容c2=1.674KJ/(kgC)。
進料料液溫度t1=95度，進料刮點處料溫t2=85度。
供熱介質為P=0.39MPa飽和水蒸汽，最高操作壓力P<= 0.49MPa.
蒸發(fā)強度Rm =30kg/(h)，干燥停留時間1=20s,轉速n4=2/min。
要求滾筒干燥器為帶有水平輸送的螺旋式最終干燥器，輸送的有效距離Ls=4m，停留時間2>= 240s ，并采取全封閉罩，強制引風。
3.2 滾筒干燥器結構參數(shù)的計算
3.2.1 物料和熱量衡算 干燥器的生產(chǎn)負荷：
G2==114.2kg/h。
蒸發(fā)水量：W=G2==249kg/h。
料液處理能力：G1=W+G2=249+115=364kg/h。
干燥器的有效平均熱負荷：
Qm=0.278(W+G2C2t-G2C2t1-WCt1)=1.172W。
干燥器的總熱負荷，取滾筒干燥器的熱效率m=0.75。Qh=W。飽和水蒸汽的消耗量查P=0.39MPa蒸汽的tL= 151.1C度，iH=2746kl/kg ,Cl=4.18kl/kgC。
取蒸汽利用系數(shù)=0.85。GW==313kg/h
3.2.2 滾筒干燥器干燥面積，筒體直徑，長度確定:
干燥面積：根據(jù)蒸發(fā)強度可以計算===8.3滾筒長度和直徑的計算：保證滾筒料膜有效干燥弧面角，設取筒體的長徑比為1,1.5,2
D=分別帶入數(shù)據(jù)得當1.5時 D=1.510m,L=2.265m,
設1.5時D=1500mm,L=2300mm
3.2.3 滾筒干燥器的功率計算:
滾筒驅動狀態(tài)下的功率消耗，由刮刀，進氣頭軸封，支撐阻力和螺旋輸送干燥器的功率等4部分組成。
(1) 刮刀作用力矩M4的確定 考慮筒體較長，設計分成4組刮刀，刮刀頂緊力取q1=3N/mm(最大為5N/mm);刮刀接觸桶體總長度LD=。染料固態(tài)膜剝離筒壁的作用力取q2=2N/mm ,刮刀材料設計取Q235c 筒體材料取Q235A刮刀與筒體之間的摩擦系數(shù)f1=0.15 .計算滾筒的阻力矩M4=（Pf1+Pd）R=
M4max=
(2) 進氣頭填料函的組里矩計算 蒸汽進氣管內(nèi)外徑確定
蒸汽體積流量 設計取正常操作壓力下的蒸汽狀態(tài)計，P=大氣壓，t1=151.1, 為飽和蒸汽壓密度=2. 619kg/Vh ==3.319 冷凝液排除管取252.5無縫鋼管，ds=2.5cm。取飽和蒸汽在進氣頭出處的流速WH=20m/s。
蒸汽管內(nèi)徑：Dh==0.0532m取無縫鋼管。填料函的結構尺寸確定：選用的優(yōu)質石棉填料。填料室外徑D=60+=80mm.填料室軸向長度H=mm.摩擦阻力矩M0=1.233=4.735,。
(3) 螺旋輸送干燥器功率消耗Ns ：
采取由滾筒主動端軸的鏈傳動輸出功率。物料輸送量Q=G2=115kg/h 水平輸送距離，LS=4m 物料屬性按照無磨蝕性粉狀物計，取阻力系數(shù)=1.2備用系數(shù)取K=1.2 按照標準螺旋輸送器的軸功率計算公式==KW
(4) 設備自重和刮刀作用力共同作用下在滾筒兩端軸處的摩擦阻力矩M3在未確定滾筒壁厚等參數(shù)之前，取滾筒阻力矩的5%計算。
(5) 綜上，干燥器的驅動軸功率可計算N1=滾筒轉速：正常下為2r/min ,考慮可調范圍為3r/min。鏈傳動效率：=0 .93
根據(jù)滾筒直徑，長度和轉速估算驅動軸功率的范圍：
（m=1）=0.15_0.35 N1=Kw
在n=2r/min時：N1==
（0．761_1.755Kw）
在n=3時N1=（1.142_2.633）kW 設計取N1=1.773 Kw
(6) 電動機功率和型號的確定
電動機的功率確定：
干燥器減速傳動裝置。設取分為3及，
其傳動效率：第一級：三角皮帶傳動=0.92-0.96
第二級：采用減速機= 0.94-0 .98
第三級：直齒圓弧齒輪傳動=0.92-0.96
傳動總功率取底值：==0.796 取儲備系數(shù)K=1.5
電動機功率：Nd===3.34 kW 電動機選擇設計取Y132M1-6電動機，技術性能參數(shù)：n1=960r/min ND=4 kW
3.2.4 傳動裝置設計
(1) 總傳動比 ===480
(2) 減速裝置傳動比分配：
第一級：取名義傳動比i1=2
第二級：i2=40.17
第三級：名義傳動比i3==5.975
(3) 三角皮帶傳送的實際傳動比：
根據(jù)電動機的功率 ，查取機械設計手冊。確定選用A型三角皮帶，并選取小皮帶輪直徑D1=125mm, 大皮帶輪直徑D2=D1 i1==250mm。由于三角皮帶滑動系數(shù)=0.02,應做轉速和傳動比的校正：大皮帶輪的實際轉速：
實際傳動比：
i1=
(4) 齒輪傳動部分的結構參數(shù)確定：
A設計基準：
減速機的出軸的傳動最大功率：
齒輪結構選型：采用開式傳動漸開線圓柱直齒輪
齒輪材料：大小齒輪都采用QT600球墨鑄鐵；HB=190-270。
齒輪傳動比i3==5.855
B齒輪傳動中心距A的確定：
參照機械設計手冊，按接觸強度計算：
A=
設計取圓整后中心距A=864mm。 式中U——齒數(shù)比 K——綜合系數(shù) ——齒輪傳遞的最大轉矩=，對中心距的齒寬系數(shù)= （設計取=03）。為分度圓直徑的吃寬系數(shù)=0.1 齒輪的接觸疲勞極限。本設計按球墨鑄鐵HB=250時的MQ級要求，查取=570N/
C 齒輪模數(shù)和主要的幾何尺寸確定：
模數(shù)：按照結構設計的要求，模數(shù)參數(shù)選擇范圍為 m=(0.007-0.2)A。本設計取0,014 A=12.096 mm 根據(jù)GB1357-87標準的第一系列取m=12mm 。
大小齒輪的主要幾何尺寸及參數(shù)，按機械設計手冊有關計算
表3-1 開式傳動圓柱直齒輪幾何尺寸及參數(shù)
項目
符號
關系式
單位
小齒輪
大齒輪
模數(shù)
m
m=0.014A
mm
12
12
中心距
A
見前計算
mm
864
實際齒數(shù)比
u
5．857
分度圓螺旋角
度
0
分度圓直徑
d
mm
252
1476
齒寬系數(shù)
見前計算
0．3
工作齒寬
b
b=A
mm
260
齒行角
標準值
度
20
齒頂高系數(shù)
標準值
1．0
頂隙系數(shù)
標準值
0．25
變位系數(shù)
x
按本設計條件下
0
齒數(shù)
Z
見前計算
21
123
（5）螺旋輸送裝置和鏈傳動的結構參數(shù)確定：
設取螺旋漿轉速n5=2n4(即i4=),
當滾筒轉速n4=2r/min時，螺旋漿螺距s=.
當滾筒轉速n4=3r/min時
s= 設計考慮以滿足物料在最終干燥器上的停留時間為基準，取螺距s=0.15,則當滾筒轉速n4=2r/min 操作條件下停留時可達：=400s
n4=3r/min操作條件下停留時可達：=266.7s
螺旋漿直徑D 取裝料系數(shù)，水平輸送時，c=1.0
物料輸送量G0==0.88kg/轉 物料堆積密度=0.8g/=800kg/
D=
設計取D=0.15m 。
傳動鏈輪參數(shù)及幾何尺寸的確定：用與螺旋干燥器的傳動，設計采取單排鏈輪傳動。其主動大鏈輪安裝于干燥器的主動軸端上，其轉速即為滾筒轉速；小鏈輪安裝在螺旋干燥器的主動端上，因此該傳動為增速傳動。按設計要求的螺旋干燥器停留的時間確定的螺旋漿轉速為滾筒轉速的2倍，則鏈傳動比i4=2,參照機械設計手冊有關鏈傳動的計算關系，計算參數(shù)和幾何尺寸。鏈傳動的參數(shù)及幾何尺寸如下表所示。
表3-2 鏈傳動參數(shù)及主要幾何尺寸
項目
符號
關系式
單位
小鏈輪
大鏈輪
齒數(shù)
Z
Z1=29-2i
Z2=iZ1 i=2
Z1=25
Z2=50
鏈條節(jié)距
t
按結構要求確定
mm
25.4
鏈條節(jié)數(shù)
Lp
Lp=
118
計算中心距
ac
ac =
mm
1016
實際中心距
a
a = ac-
mm
1012
鏈條速度
U
U=
m/s
0．043
分度圓直徑
d
mm
253．5
404．5
齒頂圓直徑
da
mm
269．3
261．4
420．4
413．2
齒根圓直徑
dt
mm
237．6
388．7
齒寬
b
B=0.95b1
mm
15．34
鏈條材料
鋼45
3.2.5 滾筒組件的強度和剛度計算
圖3.1 單滾筒軸向和截面徑向尺寸布置
(1) 滾筒組件承受外力的作用位置的確定 根據(jù)以上計算的筒體長度和直徑 傳動件的外行尺寸，填料函的深度刮刀作用位置和減速傳動裝置，可以先進行滾筒組件受力的軸向和徑向位置的布置設計 見上圖。
(2) 作用力計算 確定滾筒組件的受力參數(shù)時，應按實際的配置的電動機的功率做為依據(jù)。
A 傳動大齒輪對主動端的作用力，按配置的電機，
允許的最大功率：
大齒輪傳遞的最大扭矩：
=
節(jié)圓處的最大圓周力
作用于軸上的徑向力：
徑向水平分力：
徑向垂直分力：
B 螺旋輸送干燥器鏈傳動對主動軸端的作用力
輸出功率：
傳遞的扭矩：
鏈條工作拉力：
徑向作用力：
水平徑向分力：
垂直徑向分力：
C 滾筒組件自重的估算 為確定滾筒支座反力，可預先估算滾筒組件的自重力。筒體部分：
S1——估算的筒體壁厚
端蓋部分：設取筒體自重的30%并兩側一致。設中心位于筒體兩端端部 G2=
D 按實際配置的電動機功率計算允許刮刀對對筒體的作用力 按配置電動機的最大輸入功率，除去消耗于填料函，支撐軸承的阻力以及輸出到螺旋干燥器的功率外，則均可作為刮刀對筒體摩擦阻力的消耗。
M0 填料函的阻力矩,M0=
M1 大鏈輪輸出的扭矩, M1=8452
M3A M3B 支撐軸承處的摩擦阻力矩,設M3A+ M3B=0.05M2max..
刮刀對對筒體最大的允許阻力矩:
M4max=
可估算刮刀對筒體允許的頂緊力:
在次種狀態(tài)下,筒體單位長度的頂緊力為:
相當于設計確定的操作條件q1=3N/mm的15.5倍.
筒體承受的最大徑向力:按照筒體允許的最大阻力矩狀況下計算,最大徑向力為:
徑向水平分力:
徑向垂直分力:
(3) 支座反力計算 見滾筒組件布置圖
Y軸方向（垂直）
圖3.2 Y軸方向受力分布圖
X軸方向（水平）
圖3.3 X軸方向受力分布圖
A 主動端軸的支座反力和作用力方向:
支座反力: y為垂直分力.
RAx為水平分力
主動端最大的支座反力:
作用力方向:
B 從動軸端的支座反力和作用力方向:
支座反力: RB= RB 從動側支座的垂直分力
RBx 從動側支座的水平分力,
從動端最大的支座反力:
RB=
作用力方向:
按配置電動機的功率所計算的支座反力,可以做為設計軸承時的最大負荷,從動端比主動端大些,可以異由此為依據(jù).根據(jù)受力方向,設計可以選擇滑動軸承.
(4) 滾筒危險斷面的彎矩.扭矩和當量彎矩計算 根據(jù)單滾筒受力分析,應計算危險斷面在主動端軸的大齒輪安裝中心的斷面,主動端軸承中心斷面處以及筒體與端蓋連接部位附近的斷面,其余部位可免計算.
彎矩 ：Y方向
圖3.4 Y方向彎矩圖
2點處彎矩（圓柱齒輪安裝中心）
3點處彎矩（支座A的中心）
4點處彎矩（A端端蓋中心）
5點處彎矩（B端端蓋中心）
X軸方向
圖3.5 X方向彎矩圖
各點受力總彎矩
圖3.6 總彎擠圖
A 大齒輪安裝處的軸斷面 彎矩：
=14425
扭矩：
當量彎矩：
B 主動端軸承處的軸斷面：彎矩
=
扭矩：
（式中，Mk1=M0+M1）
當量彎矩：
C 筒體的主動側斷面：彎矩
式中 筒體危險斷面的垂直方向彎矩
筒體危險斷面的水平方向彎矩
則
扭矩（式中為B支撐的阻力矩）
根據(jù)支座阻力矩可以取
Mk5=
當量彎矩：
(5) 滾筒組件各危險斷面的壁厚和直徑的確定
A 滾筒壁厚：滿足強度需要的筒體基本壁厚，
S0=
式中Sp 筒體承受內(nèi)壓P時應具有的壁厚
SP=mm
P 筒內(nèi)共熱介質設計壓力，取1.05倍最大工作壓力；
P=1.05P=1.050.49=0.5145Mp;
筒體采用Q235A鋼板，在時許用應力為113MPa;
焊縫系數(shù)，設計取單面焊局部探傷=0.8;
D 筒體外徑，D=1500 mm;
SM 筒體承受當量彎矩時應具有的壁厚；
基本壁厚：
筒體的設計壁厚：
設計取14mm。
B 從動端軸安裝支撐軸承的軸徑 考慮滿足剛度要求，設軸承支撐斷面的軸徑d1=0.12D=180mm,滿足強度需要時，危險斷面的計算內(nèi)徑，危險斷面的計算內(nèi)徑
d端蓋的厚度確定 設計采用端蓋端軸整體鑄造，材質為HT250鑄鐵，端蓋部分的結構，，結合筒體結構計算設計
考慮澆鑄質量的影響和環(huán)境腐蝕的因數(shù)，設計確定最小壁厚
S2=25mm
圖3.7 端蓋
3.2.6 密封罩和排氣管的設計
（1）設計依據(jù)：
干燥器蒸發(fā)器蒸發(fā)水量W=249kg/h 全年平均氣溫t1=
雨季最大的相對濕度。
干燥器密封罩內(nèi)濕空氣溫度50——。取相對濕度。如考慮采取引風機強制