热泵干燥实验装置设计Word格式.docx
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技术参数：
回风与新风比可调。
研究步骤：
1.干燥热负荷的计算；
2.湿负荷的计算；
3.热泵系统方案的确定；
4.干燥热风系统的设计；
设计要求：
（一）按毕业设计任务书，编写毕业设计说明书。
毕业设计说明书字数不少于2万字（包括计算及图表），计算机打印，按学校规定的统一格式。
（二）绘制系统布置图纸1号图纸4张，总计零号图纸2张。
（三）设计说明书应包括以下内容并装订成册：
1.封面：
按规定的统一格式。
2.设计任务书：
按统一格式。
3.答辩成绩：
4.开题报告：
5.摘要：
简介设计课题、设计内容，提出本人见解和结论，并有中英文对照。
6.目录：
按设计成册后编目、页次编号。
7.前言。
8.设计说明。
9.设计计算及其结论列表汇总。
10.主要技术经济指标汇总。
11.参考文献目录-按标准列出。
附录及不少于4000字的有关技术资料的译文
二、毕业设计（论文）进度计划及检查情况记录表
序号
起止日期
计划完成内容
实际完成内容
检查日期
检查人签名
1
2011.11.23~
2011.12.031
收集毕业设计资料
2
2012.3.05~
2012.3.19
毕业实习
3
2012.3.19~
2012.3.31
熟悉设计内容，查询相关资料，翻译英文
4
2012.4.01~
2012.4.15
进行热负荷计算
5
2012.4.15~
2012.4.20
系统方案论证
6
2012.4.20~
2012.4.30
进行系统计算及布置，并进行经济分析
7
2012.5.01~
2012.5.20
进行论文撰写，进行图纸绘制
8
2012.5.20~
2012.5.31
完成论文撰写以及图纸绘制
9
2012.6.01~
2012.6.08
准备毕业设计答辩，完成答辩
注：
（1）表中“实际完成内容”、“检查人签名”栏目要求用笔填写，其余各项均要求打印。
（2）毕业设计（论文）任务书一式二份，一份学院系留存，一份发给学生，任务完成后装订在毕业设计说明书（毕业论文）内。
天津理工大学本科毕业设计开题报告
届：
2012学院：
自动化学院专业：
热能与动力工程2012年2月24日
毕业设计题目
学生姓名
刘凡
学号
20080809
指导教师
焦士龙
职称
副教授
一、课题的意义：
干燥传统的方法都是燃煤干燥，电热干燥等方式，污染和能耗都比较大。
热泵干燥作为一种高效节能产品，与传统干燥相比，节能效果显著，干燥物料的干燥品质保持得更好，尤其适用于干燥敏感性及挥发性产品，提高了物料的品质。
同时整个热泵干燥过程采用智能控制技术，内置多种干燥工艺曲线，大量节省了人力成本，省时，省工。
二.毕业设计内容及要求：
三.技术参数：
四．研究步骤：
1、干燥热负荷的计算；
2、湿负荷的计算；
3、热泵系统方案的确定；
4、干燥热风系统的设计；
五.参考书目：
1.中华人民共和国国行业标准，采暖通风与空气调节设计规范，GB50019-2003。
2.中华人民共和国国行业标准，办公建筑设计规范，JGJ67-1989
3.赵荣义，范存养，薛殿华等.空气调节.北京：
指导教师意见
签字：
年月日
天津理工大学教务处制表
摘要
热泵干燥装置具有节约能源、环境友好、可低温干燥等特点，近年得到了较快的发展。
本文分别介绍了干燥技术和热泵系统，并对照不同种类的热泵干燥装置，选择并设计了一套适合实验室的热泵干燥装置。
各部分的具体内容如下：
详细分析了开式、半开式、封闭式三大类架构型式的不同使用场合及各自的优缺点。
应用理想循环放法作为对不同结构的热泵干燥装置进行分析比较的基准，对常用的封闭式热泵干燥装置两种典型结构进行了详细地介绍，给出了相关评价。
介绍了干燥技术和热泵技术，以及他们的发展情况。
并且建立了符合实验室要求的带有辅助加热的干燥系统。
热泵技术应用于干燥过程不但可以减少能量消耗，而且可以提高干燥产品质量，在各行业都有广泛的应用和发展。
关键词：
干燥技术热泵干燥节能环保
Designoftheheathumpdryingexperimentdevice
ABSTRCT
Heatpumpdryertechnologyhasdevelopedrapidlyintheseyearswithitsadvantagesofenergysaving,environmentfriendly，dryinginlowtemperature,etc.Thispaperdescribesthedryingandheatpumpsystems，andcontroldifferenttypesofheatpumpdryingdevice，selectionanddesignofaHeatpumpdryingdeviceforlaboratory.Thespecificcontentofeachsectionwasasfollows:
Analyzetheapplicationcharacteristicsplaceandvirtuesanddefectsofthreedifferentkindsofheatpumpdryers-openedloopheatpumpdryers,semi-openedloopheatpumpdryersandclosedloopheatpumpdryers.Twotypicalwidelyusedclosedloopheatpumpdryerswereintroducedingreatdetailandalsowereevaluatedbasedonidealcyclemethod.Introduceddryingtechnologyandheatpumptechnology,andtheirdevelopment.Andtheestablishmentofadryingsystemtomeetlaboratoryrequirementswithauxiliaryheating.Heatpumptechnologyappliedindryingprocedurecannotonlydecreasetheenergyconsumption,butalsoimprovethequalityofdryingmaterials，Havewideapplicationsanddevelopmentinvariousindustries.
Keywords:
DryingtechnologyHeatpumpdryingEnergysavingandenvironmentalprotection
第一章绪论
1.1干燥技术
1.1.1干燥的概述
目的：
除去某些原料、半成品中的水分或溶剂，以便于物料的包装、运输、贮藏、加工和使用
本质：
水分从物料表面向气相转移的过程。
干燥过程是传质和传热相结合的过程（热、质反向传递），干燥速率同时由传热速率和传质速率所支配。
去湿的方法：
（1）机械去湿，即通过压榨、过滤、离心分离等方法去湿，这是一种低能耗的去湿方法，但这种方法湿分的除去不完全。
（2）热能去湿，即借热能使物料的湿分汽化，并将汽化产生的蒸汽由惰性气体带走或用真空抽吸而除去的方法，这种方法简称为干燥。
物理法：
浓硫酸吸收,分子筛吸附
化学法：
利用化学反应脱除湿分（CaO）
图1.1干燥的传热过程传质过程
Fig.1.1DryheattransferprocessTransfermaterialprocess
干燥介质：
载热体、载湿体
干燥过程：
物料的去湿过程、介质的降温增湿过程
1.1.2干燥的分类
根据热能传递方式的不同分成以下四类[11][12]：
1.传导干燥
能通过传热壁面以传导方式传给与壁面接触的湿物料。
优点：
热能利用程度较高；
缺点：
与金属壁面接触的物料在干燥时易形成过热而变质。
2.对流干燥
热能以对流方式由热空气传给与其直接接触的湿物料，产生的蒸汽也由热空气带走。
热空气的温度调节比较方便，物料不至于被过热。
热空气离开干燥器时尚带有相当大的一部分热能，因此对流干燥的热能利用程度比传导干燥差。
3.辐射干燥
热能以电磁波的形式由辐射器发射到达湿物料表面，被湿物料吸收后又转变为热能将水分加热汽化而达到干燥的目的。
生产强度大，产品干燥均匀而洁净，设备紧凑使用灵活，可以减少占地面积，缩短干燥时间。
电能消耗大。
4.介电加热干燥
将需要干燥的物料置于高频电场内，依靠电能加热物料并使湿分汽化。
此法由于加热的能量是由高频装置产生的，其所需的费用较大，故在工业上的应用受到限制。
1.1.3干燥技术和设备在我国的发展
1.干燥技术交流情况
在中国已举行过不少有关干燥技术的学术会议。
早在1956年6月上海市化学化工学会就组织过华东六省一市干燥过滤技术会议。
1975年6月化学工业部在南京组织并召开了第一届全国干燥技术会议:
1896年1月,中国化工学会在上海组织召开了第二届全国干燥技术交流会,迄今己6届。
还有全国冷冻干燥会,全国农副产品干燥学术会、木材干燥技术交流会,以及中国农机学会、收获加工机械专业委员会和全国农产品干燥情报网等也组织过几次干燥技术学术讨论会等。
通过这些干燥技术交流活动,促进了干燥技术的理论研究,推动着干燥技术与装备,应用和进步。
参加这些学术活动的人员组成涉及各行业领域。
原机械工业部还成立了中国通用干燥设备行业协会,挂靠在辽宁省铁岑精工集团股分有限公司（会长单位）,行业内部经常进行交流及制订行业标准,以提高协会成员的技术水平和干燥机制造质量。
另外,在化学工程、化工机械、工程热力学、红外线加热技术等专业会议上,也都有不少燥方面的论文发表。
从1978年起,每两年召开一次国际干燥会议,从第二届开始,中国都有代表团参加,中国的潘永康教授（天津轻工业学院）和曹崇文教授（北京农业工程大学）均为国际干燥会议顾问。
2.干燥技术基础研究情况
在中国,有很多大专院校和科研院所从事干燥技术的基础理论研究,为新型干燥设备和相关装置的开发做出很大贡献,使中国的干燥技术装备水平接近或达到世界先进水平.不少单位都有比较稳定的科研队伍和明确的研究发展方向。
高校有:
大连理工大学、浙江大学、天津大学、清华大学、北京农业工程大学、轻工业学院、四川联合大学、北京化工大学、东北大学、东北农业大学、南京化工大学、同济大学、华东大学、上海华东工业大学、沈阳农学院、华南农业大学、哈尔滨建筑大学、福州大学、北京林业大学、贵州农学院、华中理工大学、山东工程学院、江苏理工大学、浙江工业大学、重庆大学、西安公路交通大学、河北工学、内蒙古大学、黄石高等专科学校、华东石油学等。
科研院所有:
中国科学院工程热物理研究所,上海化工研究院、上海医药工业研究院、中国林业科学研究院南京林产化工研究所、中国农机研究院、中国农业工程研究设计院、沈阳化工研究院、北京化工研究院、广东省农机研究所、哈尔滨市农机研究所、浙江造纸研究所、重庆市化工研究所、沈阳粮油仪器科学研究所、大连粮油科学研究所、原化工部技术设备开发中心（兰州）、山东省干燥技术中心等。
3.中国干燥技术与装备概况
70年代,中国主要是对企业的一些旧干燥设备的改造工作;
80年代初逐步引进国外的各种先进干燥设备,特别是中国石油化工总公司所属的化工企业引进的干燥设备比较先进,生产能力大、自动化水平高。
经过20年的努力,中国的干燥设备在开发,设计和制造等方面都取得了很大的进步[12]。
目前已工业化的干燥设备有:
喷雾干燥、流化床干燥（包括振动流化床干燥）、气流干燥、回转圆筒干燥、旋转快速干燥、圆盘干燥、带式干燥、双锥回转真空干燥、桨叶式干燥、移动床粮食干燥等。
中国大批量进口干燥装置的时代己经结束。
目前中国的干燥机品种比较齐全。
某些品种已经系列化批量生产,绝大部分可以满足国内市场需要,只有特大型和特殊需要的少量干燥机尚需要进口。
中国目前己有数百家干燥设备的生产企业,部分干燥机产品已经达到或接近国外先进水平,个别产品已有出口,有望逐渐占领国际市场[24]。
（1）喷雾干燥
喷雾干燥器是干燥设备中发展最快、应用最广的一种。
目前在染料、塑料、医药、农药、食品、水产、林业、渔业、陶瓷、冶金、电子、催化剂颗粒制备、屠宰场副产品加工等都有这种设备。
大约有数百种产品可用喷雾干燥法制得。
喷雾干燥用的雾化器有三种,即气流式、压力式和旋转式。
（2）流化床干燥
流化床干燥器的发展也很迅速,仅次于喷雾干燥器,特别是在普通流化床基础上发展起来的改进型的流化床干燥器。
（3）流化床喷雾造粒干燥器
这是一种设备体积小,生产能力大的值得推广的干燥设备之一。
它是将料液用喷嘴雾化后,喷洒在被热空气流化的晶种床层中,将造粒,混合和干燥操作在一个设备内完成,也称一步造粒法。
该过程实际上是流态化技术,雾化技术和干燥技术三者有机的结合。
流化床喷雾造粒干燥产品的平均粒径为0.3—3.0mm大者可达8—20mm。
可以调节操作参数来控制粒径大小。
尿素的流化床喷雾造粒法得到的产品粒径可达8—25mm。
在中、小型流化床喷雾造粒干燥器内,有时在筛板上部设置搅拌装置,防止死床。
这种装置可以间歇操作,也可以连续操作。
（4）气流干燥器
气流干燥器是一种操作简单、生产能力大及运转可靠的干燥设备。
气流干燥己比较成熟,只要在实验室做出干燥数据,使可进行工业装置的设计与施工。
目前有三种改进型气流干燥器:
1、为提高传热效果,采用脉冲式气流干燥管;
2、当产品含水量要求不太低时,可采用旋风式或套管式气流干燥器;
3、当操作空间受到限制时,可做成环形气流干燥器。
（5）水蒸气加热管的回转圆筒干燥器
在回转壳体内部,以同心圆方式排列成2—4圈的加热被干燥物料。
当除掉的湿份为有机蒸汽时,采用氮气（或惰性气体）闭路循环干燥系统。
热量主要靠加热管供给,故属节能型干燥设备。
过去,石油化工企业使用的这种干燥器全部靠进口。
目前,中国已生产出这种干燥器,实际运行情况良好。
（6）桨叶式干燥机
这是一种卧式连续操作的干燥机。
在壳体上设置加热夹套,在空心轴上设置空心桨叶。
操作时,将热载体（小蒸汽、热水等）通入空心轴、空心桨叶及夹套内,提供物料干燥所需要的全部热量;
同时在干燥器内通入少量的空气（或氮气等）带走干燥时蒸发出来的小蒸汽（或有机蒸汽）。
这是一种热传导型干燥器,热效率较高;
排气量少,对环境保护有利,是90年代推广的节能型干燥设备之一。
1.2热泵干燥
1.2.1热泵干燥问题的提出
工农业生产中，往往有许多湿物料需要干燥，如木材、纸张、谷物、茶叶、鱼类等。
干燥过程通常以空气为介质，即以低湿度的热空气与湿物料进行热、湿交换，使物料中的水分蒸发而被空气带走。
干燥是耗能较大的工艺过程之一。
在发达国家，大约10%的燃料用于干燥[。
加快干燥除湿速度，缩短干燥时间，节约干燥能耗，一直是干燥研究的一个重要内容。
近年来新的干燥方法不断涌现，如太阳能干燥、红外线干燥、微波与热泵联合干燥和热泵干燥等。
目前，研究者对新的干燥方法提出的要求是不仅要节约能耗而且要能提高产品质量，同时还必须对环境友好[9]。
传统的干燥是将热空气送入干燥室，吸收被干燥物料的湿分后直接排入大气。
由于排放的热湿空气含有大量的显热和潜热以及物料杂质，因此传统干燥设备的能量利用效率较低，且易于污染环境。
相对于传统的干燥方式，热泵干燥能够有效地回收湿空气中的热量，减少了循环空气的直接排放量，热泵干燥机组既可提高产品质量又降低了能耗，具有节能和减少污染的双重效益。
因此，国内外对热泵干燥进行了广泛的研究。
热泵应用于干燥领域在原苏联已积累较多经验。
原苏联传统的制茶工艺将茶叶置于干燥机内，利用温度不太高的热风（低于100℃）进行茶叶的成形脱水，携带了大量的热能的潮湿的热空气被直接排掉。
热风通常是在热风器内利用烟气进行加热，这种热风器不但不经济，而且不易控制热风的温度和湿度，烟气容易混入热风引起污染而影响茶叶的质量。
利用热泵取代烟气供热可以消除上述传统制茶工艺中的种种缺点。
特别值得注意的是热泵还可以同时提供鲜储存所需要的低温条件，改善了茶叶加工设备容量过大，而经常处于开工率不足的现象，并且减少了茶叶采集高峰期的鲜茶损失。
此外，热泵还可对茶叶生产工艺的某些车间进行工艺性空调，使车间保持适宜的温度、湿度，使制茶工艺更为理想，并提高了茶叶成品的质量。
Hodgett、Braun等人将热泵辅助间歇式干燥系统与传统的对流干燥系统比较，结果表明:
热泵干燥系统的除湿能耗比SMER（即系统除水量与耗电量之比）值为1.0—4.0Kg/w.h，而传统对流干燥系统的SMER值为0.2—0.6kg/w·
h。
Sivakumar等采用混合工质（R134a和R32），并与采用纯R134a的热泵干燥系统相比较。
结果表明:
使用混合工质的热泵干燥系统比使用R134a的系统节能8%;
干燥时间比使用R134a的热泵干燥系统减少33%。
Radermacher分析了采用混合工质和纯工质的传统蒸汽压缩热泵在家用干燥机中的应用时发现，其节能达69%，干燥时间可缩短30%。
Takushim等人提出当入口空气湿含量一定时，空气循环热泵式干燥机的除湿能耗比可达传统对流干燥机的6倍。
1.2.2热泵干燥技术的研究进展
热泵的理论基础起源于十九世纪早期卡诺的著作，他在1824年发表关于卡诺循环的论文。
1850年初WilliamThomson（后尊称为LordKelvin）提出：
冷冻装置可以用来加热，并于1852年首次提出热泵的设想，亦称热能放大器。
最早关于热泵应用的报告是Haldane在1930报道的有关1927年安装在苏格兰的家用热泵的安装和测试[45]。
1943年Sulzer公司在德国建成的地下室除湿装置中采用热泵技术。
其后，热泵技术在干燥领域的应用就得到迅速发展。
在50年代美国首先将热泵用于干燥粮食，接着美国的Westair系统有限公司将热泵用于木材干燥，10年内发展到1000套装置[46]。
法国在1970～1977年间安装了近千台热泵式木材干燥器，到1980年大约有3千家木材干燥厂采用热泵干燥技术，其单位能耗值只有1800kJ/kg（水），与高温干燥器相比，热泵干燥能耗降低80%左右；
可见热泵干燥的节能效果相当显著。
此外，热泵干燥也在向高温、大型、连续性发展。
如法国电气委员会建成的用于干燥塑料板的连续隧道式热泵干燥器功率达到216kW。
日本三菱重工业公司已开发出了温度在80～120°
C高温用热泵。
加拿大、美国和德国用热泵干燥木材非常普遍，美国越来越多的粮食加工厂应用热泵干燥。
近年来日本的热泵干燥仍呈上升趋势，已应用于包括海产品、蔬菜、水果、茶叶和化工产品等行业。
另据日本木材行业2000年统计，热泵干燥已占木材干燥设备的26％。
国外许多学者对热泵干燥过程进行了较为详细的研究。
其中Zylla等人研究了蒸发温度与冷凝温度差、蒸发器内过热度及空气的流速、温度、对热泵供热系数（COP）及单位能耗（SPC）的影响。
Gopalnarayanan、Radermacher、Goldberg和Lewis等学者对热泵干燥装置的外部换热器的布置及节能情况进行了深入的研究。
M.N.A.Hawlade等人则对太阳能热泵干燥系统进行了深入的研究，提出了带贮液罐和热水加热器的太阳能热泵干燥系统，并通过数值模拟和实验验证了系统的可靠性。
随着经济的发展和人们对能源需求量的日益增加，太阳能热泵干燥技术越来越受到研究者的青睐。
我国对热泵技术及其相关应用的研究起步较晚，但由于能源问题日益突出，对节能要求越来越迫切，从而对热泵技术的发展不但受到多方面的重视，而且也己经取得了初步的成效。
天津大学的马一太等人提出以CO2作为热泵工质，并在这方面作了很多的研
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