红枣传热传质测试装置设计.docx

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红枣传热传质测试装置设计

红枣传热传质测试装置设计

学生姓名

学号

所属学院机械电气化工程学院

专业农业机械化及其自动化

班级

指导老师

日期

前言

红枣作为我国的特色产品之一，它的巨大营养价值和药用价值决定了其在人们日常生活中的重要性。

随着人们对生活质量的要求越来越高，红枣的品质更是成为了人们关注的问题。

干燥是红枣加工过程中的重要环节之一，其中涉及传热传质学、机械、信息科学等多学科的综合技术，对红枣干燥过程及其品质控制的研究具有重要意义。

由于我国红枣产量大部分出自农村，干燥技术环节比较薄弱采用的大部分还是比较传统的晾晒、烘烤等干燥手段。

这些干燥方式由于科学技术含量低,手段粗糙，直接导致了红枣在干燥过程中的损失量增加及品质的降低。

尽管有些地方建立了比较正规的烤房，但是其能耗较高，成本较大，并且在技术上还不成熟。

因此，对红枣干燥过程的机理和特性进行探讨，提高红枣干燥效率成为了一个重要的课题。

本文主要基于为研究红枣干燥的传热传质过程，设计一台红枣传热传质的测试装置，主要内容有以下几个方面：

1）对国内外关于红枣多孔介质干燥的研究成果及理论进行了回顾，详细介绍了国内外已有红枣干燥的方法,并进行对比分析，阐述研究红枣传热传质的重要性；2）通过对红枣干燥各方面资料的搜集整理，确定设计的总体方案，并注意解决设计中存在的疑难部分，使其能够达到对红枣干燥过程中传热传质数据的监测和搜集；3）完善设计，使其能够达到进行对红枣干燥的实时监测，并能做对比实验。

关键词：

传热传质；机理特性；数据监测；实时监测

目录

1绪论1

1.1研究的内容1

1.2研究的目地及意义1

2课题所涉及的问题在国内外现状及分析1

2.1国内红枣干燥技术发展现状1

2.2国内外对比分析2

3总体方案的确定2

3.1红枣干燥方法的确定2

3.2热风干燥原理3

4测试装置主要部分的结构和设计3

4.1烘箱的设计3

4.2热风管道进出口的设计4

4.3电热板的选型、布置4

4.4传感器的选型与布置5

4.5风机的计算选型8

4.6保温材料的选择10

总结11

致谢12

参考文献13

1绪论

1.1研究的内容

针对红枣干燥中干燥不均匀或不完全等诸多问题需要对红枣传热传质进行系统的研究分析，设计一款能全面采集数据，进行红枣干燥分析的实验设备，使红枣干燥过程的机理和特性更系统化。

1.2研究的目地及意义

红枣作为我国的特色产品之一，它的巨大营养价值和药用价值决定了其在人们日常生活中的重要性。

随着人们对生活质量的要求越来越高，红枣的品质更是成为了人们关注的问题。

本文主要基于非平衡不可逆热力学理论和唯象理论，针对红枣干燥的传热传质过程的进行了理论分析，建立了红枣内部的传热传质的数学模型。

通过对国内外红枣干燥技术的理论研究和分析已有的理论干燥模型，再对红枣进行不同条件下的模拟实验，进一步反应红枣干燥过程的本质。

干燥是红枣加工过程中的重要环节之一，由于我国红枣产量大部分出自农村，干燥技术环节比较薄弱，采用的大部分还是比较传统的晾晒、烘烤等干燥手段。

这些干燥方式由于科学技术含量低，手段粗糙，直接导致了红枣在干燥过程中的损失量增加及品质的降低。

尽管有些地方建立了比较正规的烤房，但是其能耗较高，成本较大，并且在技术上还不成熟。

因此，对红枣干燥过程的机理和特性进行探讨，提高红枣干燥效率成为了一个重要的课题，具有一定的实用性。

2课题所涉及的问题在国内外现状及分析

2.1国内红枣干燥技术发展现状

2.1.1红枣的干燥技术

红枣的干燥技术主要分为人工干燥法和自然干燥法。

自然干燥法就是利用太阳晒干或者是自然风干红枣，这是最传统的红枣干燥的方法。

它存在着很多弊端。

首先，过度地依赖天气，成品的质量难以保证。

红枣正常的收获时间是在8月份到10月份，在红枣的主要种植区域阴雨绵绵的天气居多，而且若通风不好红枣也容易发生霉变。

红枣在自然干燥时要暴露在外面，所以会受到风沙的污染，降低了红枣的品质。

其次，自然干燥一般都需要一个月左右的时间，导致上市时间比人工干燥晚很多，严重地影响枣农的经济收益。

在红枣人工干燥技术方面我国应用较多为热风干燥技术。

热风干燥的主要原理是利用热源提供的热能来加热干燥室内的空气使得物料周围空气与物料之间存在温度差使物料内部的水汽由于温度梯度而蒸发出来，并由流动的热风将蒸发出来的水蒸气带走，从而达到干燥的效果。

热风干燥是我国应用最为广泛的一种干燥技术，由于热源的不断改进，又形成了热泵干燥技术、太阳墙集热器干燥技术。

热泵技术在国民经济各个部门，特别是在干燥行业中的应用越来越广泛。

使用热泵干燥红枣具有干燥品质高、环境污染小、可缩短干燥时间、能源消耗少等优点。

热泵干燥技术的系统分为热泵单元和干燥单元，工作原理是利用热泵来产生热风，提高干燥室中空气的温度对红枣进行干燥，并且提供冷凝水蒸气所需要的冷凝装置，可以使干燥时蒸发出来的水蒸气能够迅速地被冷凝成水流入贮液罐，以此为一个循环，来实现对红枣的干燥；太阳墙集热器干燥红枣技术是一套太阳能与辅助热源互补的太阳能干燥红枣的试验装置，并未大量应用在实际生产中，它是采用太阳墙集热器加热空气，实现了对红枣的连续干燥作业。

试验结果表明该装置集热效率高，容易与一般的建筑物相结合，便于广泛应用。

而且对红枣的干燥效果良好，可以实现对红枣的连续干燥。

由于该技术完全是利用太阳能来提供能量，节约能源，符合可持续发展的国家战略。

2.1.2国外红枣干燥技术发展现状

国外相对技术发达的国家在红枣烘干技术方面，除了使用传统的自然晾晒和热风干燥技术外，还有红外干燥技术、微波真空干燥技术和射频热风联合干燥等。

干燥技术的发展速度很快，但其本质的问题依然存在，技术的改良依然不能解决红枣干燥不均匀的问题。

国外虽然有了很多的新技术，但主要还是传统方法为主，新技术虽然减少了环境污染，但其成本相对过高，经济效益低，普及度不高。

为了解决红枣干燥中出现的问题，国外也在研究红枣传热传质的特性，希望通过此研究对红枣干燥设备不断改进，提高干燥设备的热效率。

2.2国内外对比分析

国外干燥技术较多，但是大多数还是采用热风干燥技术，这一点和我国相同。

基于热风干燥技术中红枣受热不均匀的问题，导致红枣的质量下降，始终达不到理想的目标，研究红枣受热特性则是现在需要解决的首要问题。

国内外的科研机构都在研究方面做过很多实验，但红枣和粮食作物不一样，存在破皮等问题，在实验方面有很多的限制。

在研究方面，除了单颗红枣从内到外的受热特性，还有现实生产中红枣铺开厚薄不一产生的受热不均问题都有待解决。

在国内，红枣的传热传质研究还相对较少，但是传热传质技术研究在粮食干燥等方面已经有很多的试验性成果，并形成了一定的理论，借鉴粮食干燥传热传质的发展，可以将其相似的原理应用到红枣干燥方面，对红枣的干燥特性进行分析。

3总体方案的确定

3.1红枣干燥方法的确定

3.1.1热风干燥技术

热风干燥技术工作原理是利用热源提供热量来进行加热干燥室内的空气，使得物料周围的空气与物料之间存在温度差，使物料内部的水汽由于温度梯度而蒸发出来，并由流动的热风将蒸发出来的水蒸气带走，从而达到干燥的目的。

3.1.2微波真空干燥技术

在真空干燥过程中，随着容器内工作压强的降低，溶剂（例如水）的沸点下降，物料中的水份扩散速度加快。

3.1.3红外干燥技术

红外线辐射器所产生的电磁波，以光速直线传播到达被干燥的物料，当红外线的发射频率和被干燥物料中分子运动的固有频率相匹配时，引起物料中分子强烈振动，在物料的内部发生激烈摩擦产生热而达到干燥目的。

3.1.4射频热风联合干燥技术

射频热风干燥的主要原因是分子极化现象，当置于电场中的介质，受到电场作用时分子会发生相应的转动，分子间的相互作用，致使物料中的分子运动，产生相应的摩擦效应，因此物料被加热。

以上为红枣干燥的几种方法，现在主流采用热风干燥，相对来说成本较低，经济适用效率高，所以选择热风干燥。

参照各类薄层或者深层干燥试验台，此测试装置将分为传热机构、干燥机构和测试机构三大部分组成。

干燥方式有顺流、逆流、横流和混流几种方式，考虑到测试装置的结构限制，决定采用顺流和逆流两种进风方式，采用网格式的传感器布置，更好的检测采集数据

图3-1红枣传热传质测试机构

3.2热风干燥原理

电热丝通电后，引风机把空气引进加热器里，令空气从加热器管道内通过，电热丝通电后产生的热量与通过的冷空气进行热交换，从而使进风口的温度升高，进风管道上装置的温度传感器实时的检测进风温度，将有关信息传递回监控装置，将温度控制在红枣干燥的适宜温度。

4测试装置主要部分的结构和设计

4.1烘箱的设计

烘箱的设计采用密封式的设计，分为两个部分，一个外壳部分，一个内部烘箱结构。

外壳部分有箱体和箱盖组成，箱体采用长方体结构，烘箱的最大实验载重为100~150公斤。

实验装置要铺放一定厚度的红枣，但考虑到红枣的承受力，为防止红枣受压变形，红枣不宜铺的太厚，初步设定为200mm~300mm这个范围，所以烘箱的尺寸设置为1500*1000*500（mm），箱盖采用梯形结构，方便热风的分散，使烘箱内的红枣受热均匀如图4-1a。

内部烘箱结构是一个料盘，底部安装有一个孔板，供热风通过，如图4-1b。

烘箱为防止热量流失，密封性较好，料盘的载重量较大，在进出料时需要人工实现，为方便料盘的移动，在箱体上安装滚轮，在移动时会省力。

实验中要除了要检测温度的变化，还要检测质量的变化，所以会用到压力传感器，为防止压力传感器受滚轮影响，设计在料盘底部加上四个角上安装压力传感器，然后将孔板置于压力传感器上，既能准确的测量，又不影响进出料。

考虑到传感器的精准度的问题，传感器不宜来回移动，在此装置中为了防止其移动，在出线位置加装一个线的缠绕装置，这样便能够防止传感器的移动。

1、箱盖2、箱门3、箱体

图4-1a烘箱图4-1b料盘

4.2热风管道进出口的设计

实验中我们要通过多组实验来进行数据分析，才能更好的进行红枣传热传质的研究，参考粮食作物的干燥方式，我们的实验将以静态模拟动态，采用顺流和逆流两种形式。

因此，采用的热风的流向为上进下出和下进上出两种方式，为方便进风的转换，在管道中部转换点设置一个挡板装置，用于转换风道。

当热风流向为上进下出时，导风板至于图示4-3a位置，就可以实现顺流干燥；当热风流向为下进上出时，导风板至于图示4-3b位置，就可以实现逆流干燥。

1、导风板2、换风管道

图4-2导风管

图4-3a图4-3b

4.3电热板的选型、布置

4.3.1电热板的选型

电阻丝镶嵌式加热板，最高工作温度1200oC，镶嵌形式、电阻丝埋入式，工作温度＜1000℃。

图4-4电阻丝镶嵌式电热板

4.3.2电热板的布置

在电热板加热过程中，为防止风速过快，加热不充分就直接进入烘箱内，导致起始加热速度较慢，电热板的布置采用交错排布，使风通过加热管道时呈s型走向，这样可加快风温的升高。

还要考虑到电热板温度不宜超过齐最大承受温度故电热板固定架亲倾斜45o角，减小风阻，使风达到能及时带走电热板温度的速度，降低电热板的温度。

具体布置如图4-5所示。

图4-5电加热装置

4.4传感器的选型与布置

本设计中涉及两种传感器，一种为压力传感器，用来称重红枣干燥前后的质量，从而确定红枣在干燥完成后的质量变化，作为研究红枣传热传质的一项依据。

另一种为温度传感器，分两类，一类用来监测进、出风口的实时温度，从而及时调节加热装置的供热量，使温度控制在红枣干燥的适宜温度；另一类为烘箱内部实时监测红枣的每层温度，是改测试装置研究方向的主要依据来源。

4.4.1压力传感器的选型与布置

压力传感器的选型：

根据烘箱的最大容量，选用