真空脉动干燥装置结构设计

机械电气工程学院本科毕业设计设计说明书题 目：真空脉动干燥装置结构设计院 （系）：专 业：学 号：姓 名：指导教师：完成日期：摘要在果蔬的干燥加工上，常见的干燥技术有热风干燥、红外干燥、微波干燥等。与普通干燥相比，真空脉动干燥技术有一系列的优点。真空环境能降低水的沸点，真空脉动压能够破坏物料表层蒸气压与干燥室内压力的平衡状态，有助于提高果蔬等农产品物料的脱水效率，提高干燥速率。将真空脉动压技术引入到干燥技术中，不仅提高干燥效率、降低能耗，也能较好地保护果蔬产品的色泽、营养成分等，非常适合干燥热敏性物料。虽然真空脉动干燥技术有以上优点，但在这方面的研究还很少，目前只有滚筒式的真空脉动干燥装置发面的研究。但在滚筒式真空脉动干燥装置中，被干燥的物料处于不断翻滚、相互碰撞的状态，容易损伤，不适合干燥葡萄等易损伤的物料。针对以上情况，提出箱式真空脉动干燥装置。与滚筒式相比：箱式干燥室中被干燥的物料处于静止状态，形状不容易损坏；干燥过程中无物料翻转等运动，故无粉尘的产生；无干燥物料回收装置，设备简单。所以箱式真空脉动干燥装置应用的范围更广。关键词：真空 脉动压 干燥AbstractThe common drying technology in fruits and vegetables drying processing arehot air drying, infrared drying, microwave drying, etc. Compared with the normaldrying, vacuum drying technology has a pulse number of advantages. Vacuum canreduce the boiling point of water, and Vacuum pulse pressure can damage the materialsurface vapor pressure and the drying chamber pressure balance. So it can helpimprove the efficiency of dehydration of fruits 、 vegetables and other agriculturalmaterials, increasing the drying rate. introducing the vacuum pulse technology intothe drying technology, not only improve the drying efficiency, reduce energyconsumption, also can well protect the colour and lustre of fruit and vegetableproducts, nutrition, etc., very suitable for drying heat-sensitive materials.Although the pulsating vacuum drying technology has the above advantages, butalso very little research in this area, the present study only pulsating vacuum drumdrying device baking. But in the pulsating vacuum drum drying apparatus, thematerial is dried and rolled over, state collide, easy to damage, the material whice iseasy to damage is not suitable for drying grapes. For the above, proposed pulsatingvacuum drying device box. Compared with the drum: box-type drying chamber thematerial to be dried in a static state, the shape is not easily damaged; drying processwithout flipping movement of the material, there is no generation of dust; no drymaterial recovery facilities. The equipment is Simple. Therefore, pulsating vacuumdrying device box has a wider range of applications.Keywords: vacuum Pulse pressure drying真空脉动干燥装置结构设计设计说明书目录摘要.IAbstract.I第一章 绪论.49一、课题名称及来源：.49二、研究的目的、意义和国内外研究现状：. 49（一）选题的目的及意义. 49（二）国内外研究现状. 49（三）课题的提出.51三、设计方案：.52（一）设计内容.52（二）设计目标.52（三）可行性分析.52（四）技术路线.53第二章 真空脉动干燥装置结构设计. 54一、真空脉动干燥装置设计要求. 54二、真空脉动干燥装置工作原理. 54三、总体方案设计.55四、主要零部件的结构设计及选型. 56（一）干燥室的设计.561. 干燥室外壁的设计. 562. 干燥室承压层的设计. 573. 物料小车的设计. 584. 物料托盘的设计. 58（二）真空脉动系统中主要零部件的设计. 591. 真空泵的选型. 592. 真空逆止阀的选取. 60（三）供热系统中主要零部件的设计. 601 加热水箱的设计. 602 加热管的设计. 613. 水泵的选型.62（四）门密封系统的设计. 641. 干燥室门的设计. 642. 门驱动及预紧方式设计. 643. 密封圈结构形式设计. 65第三章 结论和展望.66一、结论.66二、展望.66主要参考文献.67设计心得. 68致谢. 69真空脉动干燥装置结构设计设计说明书一、课题名称及来源：第一章 绪论名称：真空脉动干燥装置结构设计来源：自拟课题二、研究的目的、意义和国内外研究现状：（一）选题的目的及意义蔬菜和水果中含有丰富的碳水化合物有机酸维生素及、无机盐是人类重要的营养来源也是人类生活中必不可少的食物。我国是目前世界上水果和蔬菜产量最大的国家,2011 年我国水果总产量超过 1.3 亿吨蔬菜总产量超过 7 亿吨 。季节性生产和周年性供应是水果和蔬菜的重要特征，也是造成市场供求矛盾的成因每年收获季节大量水果和蔬菜上市,许多地方市场供大于求，菜贱伤农情况时有发生。新鲜水果和蔬菜含水量高（大部分果蔬含水量在%90 以上）产后呼吸代谢旺盛、极易腐烂的特质,给农产品的贮藏、运输、流通等产业环节带来相当的困难。据调查,我国水果产后平均损失率 15%20%，蔬菜产后平均损失率 25%30%左右,每年水果和蔬菜的损失量超过 1.6 亿吨 。产后巨大的损失在一定程度上抵消了我们为增产增收所付出的努力。因此,在蔬菜、水果的采后进行干燥处理具有十分重要的意义。在果蔬加工上，常见的干燥技术有热风干燥、微波干燥等。真空技术的应用使干燥技术有了一个显著的发展。与普通干燥相比，真空干燥有一系列的优点 。在真空干燥过程中，干燥室内的压力始终低于大气压力，能干燥容易氧化变质的物料。真空干燥可以实现低温干燥，提高干燥速率；真空干燥能克服热风干燥所产生的溶质失散现象。脉动技术 的应用，为各种干燥技术带来了新的干燥工艺，脉动技术可以提高干燥效果，降低能耗；脉动技术提高干燥速率；脉动可以在干燥过程中有效控制材料的温度。有助于提高果蔬、肉类等农产物料的脱水效率，且能较好地保存果蔬产品的色泽、营养成分等。因此，将脉动技术引入到真空干燥技术中，再通过研究分析，希望为以后干燥技术的研究提供一种借鉴。（二）国内外研究现状早在 20 世纪 70 年代，就有对真可干燥方面的研究，但是大多数的关于干燥的科学和工程文献都是用俄文、日文、德文和法文撰写的。事实上，干燥几乎在所有的工业部门都是关键环节，它消耗大量的能源并且决定产品的质量。直到 1978 年 8 月在加拿大的蒙特利尔的 Mcgill 大学召开的第一届国际干燥学术研讨会才引起了人们对干燥的关注 。所以说干燥技术及设备的发展的历史4911246真空脉动干燥装置结构设计设计说明书还不是很久，但是技术的发展却很迅猛。我国干燥设备在“十五”期间有了长足的进步，尤其 2005 年以来我国的干燥设备的结构和性能都有明显的改善，质量都在不断地提高中。就普通真空干燥设备而言，国内的真空干燥设备在间歇真空干燥设备方面比较成熟，应用也普遍一些；加热方式多为辐射和传导。连续式真空干燥设备只有带式干燥机比较成熟。肖维强等 选择在低温真空条件下对荔枝和龙眼进行干燥，研究结果表明在真空 003Mpa005Mpa 时，每次于燥时间 12h 为宜；低温真空干燥能显著提高荔枝干和龙眼干的档次。王福娟等 在胡萝卜真空干燥工艺参数的实验研究中，选用五种真空度分别为 005Mpa、006Mpa、007Mpa、008Mpa 和 009Mpa。在四种干燥温度 40、50、60和 70条件下对新鲜胡萝卜进行脱水干燥，测定不同干燥工艺条件下胡萝卜的干燥特性，并进行复水比较实验。实验结果表明，为了提高干燥的效率和效益，保证干燥后有较好的品质，其干燥的理想工艺参数为：干燥温度60，真空度 007MPa；干制品复水工艺参数为：适宜温度为 60，用时 90min。姜元欣等 通过试验，研究了在不同微波功率和真空度条件的南瓜渣的水分含量和胡萝卜素含量，得到干燥曲线以及 胡萝卜素失活曲线。研究结果表明，提高微波功率可以大大提高干燥速度：通过增加压强可以提高干燥速度，但会加快 胡萝卜素的失活：在微波功率 66837W 和 4000Pa 条件下干燥时， 胡萝卜素的保留率最高，达到 92311 通过对 3 个干燥模型的比较，得出Page 模型能较好地描述南瓜渣的微波真空干燥特性。王丽红等 人设计了一种脉动式气体射流冲击干燥机，以加工番茄为例进行了干燥机的性能验证试验，结果表明脉动式气体射流冲击干燥与气体射流冲击干燥相比装载量和去水强度得到了较大的提高，提高了干燥机的处理能力，降低了能耗。图 1-1 脉动式气体射流冲击干燥机示意图5078911真空脉动干燥装置结构设计设计说明书Wu，Long 等 研究了温度、真空度对茄子真空干燥特性的影响，并采用了 4 种薄层干燥模型对干燥过程进行了描述；研究发现，真空度在 3050温度范围内，对干燥速率没有明显影响：样品的收缩率与温度无关，而随着真空度的增加而增加；温度对水分迁移速率的影响符合 Arrhenius 定律。谢丽芳等 通过以小米和硅胶为试验材料的脉动流化干燥过程的实验研究，探索了脉动流化对干燥效果的影响。通过用不同的脉动周期为因素，得出气流脉动流化干燥能提高小米和硅胶的干燥速率,特别是在干燥初始阶段。在小米的干燥过程中,脉动干燥在某些操作条件下可以节约能量;陈燕等 人采用间歇脉动加热干燥，研究了荔枝微波干燥特性及干后品质。结果表明：荔枝的微波干燥全过程可分为加速、恒速和降速 3 个阶段，失水过程绝大部分处于恒速阶段，而降速期时间极短。干燥速度取决于不同的脉动周期，微波脉动周期对食品物料干后品质有着显著的影响，即脉动周期对荔枝裂壳率的影响最为显著。因此，荔枝微波干燥工艺中不同的加热时间要有相适应的脉动周期，以避免荔枝裂壳的发生。结果表明：微波间歇时间对干燥速率有着显著影响。曹志向等 人，采用真空脉动以胡萝卜为试验原材料进行了滚筒式真空脉动压干燥胡萝卜丁试验研究。研究干燥温度、真空保持时间、常压保持时间和物料量对平均干燥速率、色泽和复水性的影响。试验结果表明：相同条件下，胡萝卜含水率降到 10%恒真空干燥需要 7.3h，真空脉动压干燥需要 6h，60水温下复水 20min，恒真空干燥的复水比为 4.6，脉动压真空干燥的复水比为5.21，与恒真空干燥相比，脉动压真空干燥平均干燥速率提高 17.8%，复水性提高 13.2%。图 1-2（三）课题的提出滚筒式真空脉动干燥设备与普通干燥相比，真空干燥有一系列的优点。在真空干燥过程中，干燥室内的压力始终低于大气压力，能干燥容易氧化变质的物料。真空干燥可以实现低温干燥，提高干燥速率；真空干燥能克服热风干燥所产生的溶质失散现象。脉动技术的应用，为各种干燥技术带来了新的干燥工艺，脉动技术可以打5112131415真空脉动干燥装置结构设计设计说明书破物料内的水分平衡，提高干燥效果，降低能耗；脉动技术提高干燥速率；脉动可以在干燥过程中有效控制材料的温度。有助于提高果蔬、肉类等农产物料的脱水效率，且能较好地保存果蔬产品的色泽、营养成分等。综上，提出了一种新的干燥技术真空脉动干燥技术。把真空和脉动的优点集于一身，希望为以后干燥技术的研究提供一种借鉴。三、设计方案：（一）设计内容1真空脉动干燥装置总体结构设计：真空脉动干燥装置由抽真空系统、箱体、物料架、加热系统、密封系统等几部分组成。2干燥装置箱体设计：箱体内是真空环境，且内部温度较高。箱壁采用三层结构，内层为能承受箱内外压强差的密封性好的管材，中间层为隔热材料，外出为箱体外壳。3干燥装置料架及加热系统结构设计：供热系统用一个热水箱。料架也是传热系统的介质，料架要有较好的传热性能。放物料的托盘是进行真空干燥的重要组成部分。首先应该必须的刚度要求以及满足其负荷要求；其次是要具有良好的热传导性能。4干燥装置抽真空系统结构设计：用密封的水箱和水泵。用水泵抽真空，使真空度有很好的可控性。5干燥装置密封系统结构设计：因为箱体内是真空环境，所以不仅要求箱壁有严格的密封措施，也要求箱门的密封性能要高。（二）设计目标运用真空，降低干燥的温度，提高干燥速率，较好地保存果蔬产品的色泽、营养成分等。运用脉动技术，脉动打破干燥箱内物料的水分散失平衡，提高水分散失速度。脉动的运用也降低能耗。与传统的干燥装置相比真空脉动干燥装置是一种新的干燥装置，希望为以后干燥技术的研究提供一种借鉴。（三）可行性分析通过对本课题的熟悉和相关资料的查阅，我对本课题有了一个全面的了解，有多数据可供参考。四年的大学学习和以往课程设计的经验，我已具备了机械原理，机械设计，传热学等方面的理论知识和实践经验，结合自己掌握的试验及实验设计分析知识，可以在规定时间内完成本次毕业设计。52真空脉动干燥装置结构设计设计说明书（四）技术路线资料搜集整总体结构设计抽真空系统结构设料架及加热系统结构设箱体的结构设计密封系统的设计供热系统的设计料架的结构设计物料托盘的设计用 SolidWorks、AutoCAD 等软件进行各个结构的仿真分方案不可行方案可行编写设计说明书图 1-3 技术路线图53真空脉动干燥装置结构设计设计说明书第二章 真空脉动干燥装置结构设计一、真空脉动干燥装置设计要求将真空脉动技术引入到真空干燥技术中，装置要能充分体现真空脉动干燥技术的有点又能吸收真空脉动技术的优势，使两者有机结合，使干燥效率更高、更节能、效果更好。遵从以上对设计应考虑的原则，设计了真空脉动干燥装置。设计干燥装置要包括干燥室、供热系统、抽真空系统、密封系统以及控制系统。设计主要满足以下要求：（1） 、干燥室内是真空脉动环境，所以干燥室壁要有足够的强度承受压力；（2） 、为了减小能耗，干燥室要有隔热系统；（3） 、导热介质要选择比热容较大的，以保证干燥过程中干燥室内温度的稳定易控制；（4） 、加热导热介质的装置要求效率高，容易实现智能控制；（5） 、本设计要求真空能实现脉动，要求抽真空装置能迅速使干燥室内达到一定的真空度；（6） 、为了保证干燥装置的真空环境的稳定，为了减少能耗，装置要有严格的密封系统，特别要注重干燥箱门的密封。二、真空脉动干燥装置工作原理加热水箱热水 水泵热水 干燥箱空气 抽真空装置供热系统 抽真空系统图 2-1 真空脉动干燥装置工作原理简图真空脉动干燥装置的最重要的部分是干燥箱，在干燥箱内实现物料的干燥过程。如上图，加热水箱加热后的热水，在输送装置水泵的作用下进入干燥箱，给干燥箱内的物料加热。随着物料温度的升高，物料中所含水分被汽化而聚集到干燥室中。给物料加热后的传热介质水的温度有所降低，就顺着管道回到加热装置内，形成一个热循环。同时抽真空系统也在工作，抽真空装置把干燥箱内的空气抽走，使干燥室内形成一种真空环境。伴随着抽真空系统的每次抽真空，使干燥室内换气一次，把干燥室内的湿空气带走。同时，真空脉动的使用破坏了物料内水分分布的平衡，加快了物料内水分的散失，提高了干燥速率。整个干燥箱有严格的密封系统，能有效的保持干燥箱内了真空度。干燥箱的外壁及热水管的表层有保温层，能有效地减少热量不必要的散失，提高了热能的利用率，节省能源利用。为了使真空脉动的频率易于控制，令外配有控制系统。54真空脉动干燥装置结构设计设计说明书三、总体方案设计真空脉动干燥装置的主要设计任务是真空干燥箱的设计。根据真空脉动干燥装置的工作原理，又查阅相关资料，并借鉴国内已经有的相关机械，设计出的总体方案如下34 5 612 11 10 9 8 71.热水箱5.干燥室2.真空泵用水箱6.进气电磁阀3.支架7.密封圈4.窥视镜8. 物料托盘9. 物料小车 10.干燥室门 11.水泵 12.水环式真空泵图 2-2 总体方案图如上图，为了减少装置放置的时候占用的空间，本设计把加热水箱、抽真空用水箱、真空泵及热水循环泵同放在一个机架上。通过管道同干燥室相连接。在加热水箱中，通过电加热管给水箱内的水加热。加热后的热水，在热循环水泵的作用下进入干燥箱内的物料小车，物料小车主要通过热传导的作用把热量传输到物料托盘，进而给托盘上的物料加热。随着物料温度的升高，物料中所含水分被汽化而聚集到干燥室中。给物料加热后的热水的温度有所降低，就在热循环水泵的作用下顺着管道回到热水箱内，再由加热管加热到一定的温度，形成一个热循环。同时抽真空系统也在工作，水环式真空泵把干燥箱内的空气抽走，使干燥室内形成一种真空环境。抽真空结束的同时真空逆止阀关闭，防止水环式真空泵中的水顺着管道逆流到干燥室内。水环式真空泵与一个进气电磁阀协同工作，形成抽真空泄压这一循环状态，从而形成真空脉动的效果。伴随着抽真空系统的每次抽真空，使干燥室内换气一次，把干燥室内的湿空气带走。同时，真空脉动的使用破坏了物料内水分分布的平衡，加快了物料内水分的散失，提高了干燥速率。本设计中的箱式真空脉动干燥装置的优点如下：1 被干燥的物料处于静止状551真空脉动干燥装置结构设计设计说明书态，形状不容易损坏；2 干燥过程中无物料翻转等运动，故无粉尘的产生，无干燥物料回收装置，设备简单；3搁板的数目多，加热面积大，容易实现规模生产。四、主要零部件的结构设计及选型（一）干燥室的设计1 2 3 4 5 6 7 8 914 13 12 11 101.干燥箱外壁6.密封圈11.车轮侧刹2.挠性管接头7.物料小车12.车轮图 2-33.物料托盘8.门13.脚架干燥室设计图4.门预计开关9.窥视窗14.真空逆止阀5.电磁阀10.车轮轨道本设计采用箱式即平板式干燥箱，此结构简单，安装使用维护方便。噪音低、破碎率低、工作平稳、性能可靠。考虑到提高该干燥装置的使用范围，能用于干燥易于损伤的物料，干燥室采用平板式。干燥室主要由干燥室壁、物料小车、物料托盘、箱门等组成。干燥室是真空脉动环境，所以设计了严格的密封系统，特别是占了干燥室一侧的门密封性一定要保证。1. 干燥室外壁的设计干燥室外壁使干燥室与外界隔离的作用，同时外壁要能承受住干燥室内外的压力差，还要有隔热的效果。综合考虑以上因素，外壁采用多层结构，依次为内胆层、承压层、加强层（保温层） 、外壳共四层。加强层用 40x40x3 的方钢作为骨架，空隙内填充聚氨酯泡沫塑料起到保温作用。内胆的材料采用抗腐蚀合金。56真空脉动干燥装置结构设计设计说明书12 4531.外壳 2.隔热层 3.方钢骨架 4.承压层 5.内胆图 2-4 干燥室外壁的设计图2. 干燥室承压层的设计因干燥室承受外界大气压力作用，又有脉动的循环作用，先按稳定条件初算。干燥室承压层为方形壳体，壁厚可按矩形平板计算，板周边固定，极限真空要求 01Pa，受外压为 01MPa。S=S0+C式中，S0箱体计算壁厚，mm。C壁厚附加量，mm。S0=0224Bm式中，B矩形板的窄边长度，mmm材料弯曲时的许用应力，一般取简单拉伸压缩许用应力，MPa。S。=O224350145 =65mmC=C1+C2+C3式中，C1钢板的最大负公差附加量，一般情况下取 C1=O5mm；C2腐蚀裕度，在冻干机设计中，一般取 C2=1mm；C3封头冲压时的拉伸减薄量，一般取计算值的 10，且不大于 4mm，不经冲压的箱体取 C3=0。C=C1+C2+C3=O5+l+0=15mm所以，承压层厚 S=S0+C=65+15=8mm3. 物料小车的设计干燥室内放置有物料架，物料架一方面起到放置物料托盘的作用，另一方57-1/2-1/2真空脉动干燥装置结构设计设计说明书面起到输送并向外传导辐射热水带来的热能的作用。为了保证热传导和辐射的效果，并考虑到用于食品加工中应对人体无害，物料架采用不锈钢合金制造。为了充分利用干燥箱内的空间，物料架采用多层方案，每层相距 100mm。考虑到安装方便及维护的便利，物料架装有轮子。1 2 3 41.车轮 2.水箱 3.物料托盘 4.车轮侧刹4. 物料托盘的设计图 2-5 物料小车的设计物料托盘是进行真空干燥的重要组成部分。首先应该必须的刚度要求以及满足其负荷要求；其次是要具有良好的热传导性能，这点不对干燥速度，热能利用率都有着重要的意义；第三就是对具体的被干燥物料而言，防腐蚀性能及卫生标准也要考虑。综上因素采用不锈钢板材制造成平整且低粗糙度的冲压件。物料托盘设计有高 10mm、厚 2mm 的挡边，不仅能放置被干燥的物料从托盘滑落，也能增加物料托盘的强度。图 2-6 物料托盘58真空脉动干燥装置结构设计设计说明书（二）真空脉动系统中主要零部件的设计真空装置的组成包括真空泵、压力表、真空逆止阀和水箱。真空逆止阀安装在真空泵抽气口处，压力表安装在真空逆止阀处。在真空干燥室内，物料干燥过程中产生的蒸汽通过真空管进入水环式真空泵，最终通过真空泵进入水箱，通过水箱的通气孔排入大气。真空装置的真空度要求不能超过 0.095 MPa，即能保证物料在低温条件下进行干燥，最大限度保留物料原有的色香味及营养成分，同时还可避免物料在干燥过程中产生氧化反应。所以真空泵的选择也很关键，要选择噪声小、抽真空能力强的真空泵，抽气速度在 612L/s 为宜。1. 真空泵的选型由于水环式真空泵与其他真空泵相比具有结构紧凑，泵的转数较高，尺寸小，可以获得大的排气量，占地面积也小水环泵吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便等优点，而且适用于抽除气体和水蒸气。真空泵选择 2BV 系列水环式真空泵。干燥室内空气的体积 0.7m ，真空度要求不能超过 0.095 MPa，综合考虑选择 2BV2060 型号水环式真空泵。图 2-7 2BV 系列不锈钢水环式真空泵表 2-1 2BV 系列水环式真空泵性能参数表（部分）593真空脉动干燥装置结构设计设计说明书2. 真空逆止阀的选取真空逆止阀安装于水环式真空泵的抽气口处，并与泵同步开启和关闭。当泵停止工作或电源突然中断时，阀门能依靠大气与真空的压差力使阀板自动关闭，将真空系统封闭，保持其真空度，并将干燥室与水环式真空泵里用的水隔离，防止水逆流进入干燥室。真空系统用的工作介质为空气及水。本设计中，水环式真空泵用的水是常温，真空装置的真空度要求不能超过0.095MPa，真空逆止阀选用常用的 ZCA 真空电磁阀。图 2-8 ZCA 真空电磁阀工作介质介质温度 工作压力 MPa工作压差 MPa电源电压使用寿命额定流量系数 KV泄漏量 ml/min公称通径 mm功 耗（VA）3.815AC220V7.42050空气等非腐蚀性气体601.0-0.10DC24V 其余规格可作特殊订货JB/T7352-94 规定10.3 18.8 25.7按 JB/T7352-94.F 规定25 32 40904150表 2-2 ZCA 真空电磁阀-主要技术参数（三）供热系统中主要零部件的设计1 加热水箱的设计加热水箱加热的水给整个干燥装置的供热源。为了提高加热效率，减少加热耗时，选取热效率高的电加热管。而且电加热管容易实现智能控制，有利于温度的稳定控制。由于加热管较长，为了放置悬着的 U 型加热管下坠，设计了支撑架。为了便于观察水箱内水位等状况，也便于加水，热水箱设计了上盖。为了起到保温作用，节省能源，热水箱设计有保温层。在热水箱的底部设计有排水出口，以60真空脉动干燥装置结构设计设计说明书便于干燥装置闲置时或需要换新水时排出热水箱内的水。187623541.热水箱盖5.加热管2.加热管支架6.外壳3.水龙头7.保温层4.后罩8.内壁2 加热管的设计图 2-9 加热水箱2.1 干燥装置中所需热水总体积的计算2.1.1 本设计中热水箱中水量的计算30.70.70.30.147m水箱中储水量按 4/5 计算，则储水量为 0.12 m2.1.2 本设计中热水箱中水量的计算物料架一层需水量30.60.70.030.0126m总共有六层，整个物料架需水量为0.012660.0756m算上管道中的水，取 0.08m 。则干燥装置中所需热水总体积为0.12+0.08=0.2m2.2 热水箱中所用加热管的型号选取及数量的计算。2.2.1 加热管的设计为了达到加热迅速、温度易于控制等特点，加热选用不锈钢电热管。不锈钢电热管是以金属管为外壳（包括不锈钢、紫铜管） ，沿管内中心轴向均布螺旋电热合金丝（镍铬、铁铬合金）其空隙填充压实具有良好绝缘导热性能的氧化镁砂，管口两端用硅胶密封，这种金属铠装电热元件可以加热空气，金属模具和各种液体。它具有结构简单，机械强度高、热效率高、安全可靠、安装简便、使用寿命长等特点。考虑到要达到加热均匀的效果，本设计加热管的形状采用 U 型。为了能使加热管的长度能达到水箱的一半以上，加热管采用的总长为 400mm。613333真空脉动干燥装置结构设计设计说明书图 2-102.2.2 加热管功率及所需数量的计算电加热管3表 2-3o压力与水沸点的对应关系o把 0.2m 的常温（按 20 C 计算）水加热到 45 C，所需要消耗的能量为：Q=cmT=4.220025=21000kJ注：水的比热容取 4.2kJ/(kgK)按 30 分钟把常温水加热到预定温度的要求来计算，则加热功率为P=W/t=21000/1800=11.7kw用 3 个功率为 4Kw 的加热管。三个加热管均匀放在加热水箱内，能保证加热的均匀，使箱内各个部位水温相同。3.3.1水泵的选型水泵系列的选取水泵放在热水箱与干燥室之间，把热水箱内热水输送到干燥室内，实现热能在整个干燥装置内循环。虽然水泵输送的是经过加热管加热后的热水，但干燥室内压强为 0.095MPa 水的沸点只有 45 C，所以只需选择用稍微耐温的循环水泵。经过比较，选择用使用温度 t80 C 的 isw 卧式清水泵。ISW 卧式清水泵的轴封选用硬质合金机械密封装置，具有高效节能、性能可靠、安装使用方便等特点。ISW 卧式清水泵的优点（1）运行平稳：泵轴的绝对同心度及叶轮优异的动静平衡，保证平稳运行，绝无振动。 （2）滴水不漏：不同62oo真空脉动干燥装置结构设计设计说明书材质的硬质合金密封，保证了不同介质输送均无泄漏。 （3）噪音低：两个低噪音轴承支撑下的水泵，运转平稳，除电机微弱声响，基本无噪音。 （4）故障率低：结构简单合理，关键部分采用国际一流品质；配套，整机无故障工作时间大大提高。 （5）维修方便：更换密封、轴承，简易方便。 （6）占地更省：出口可向左、向右、向上三个方向，便于管道布置安装，节省空间。3.2 水泵型号的选取图 2-11 热循环水泵供水量的计算，物料架一层需水量30.60.70.030.0126m总共有六层，整个物料架需水量为0.012660.0756m3 3算上管道中的水，取 0.1m 。也就是说每个循环中，水泵只需提供 0.1m 的热水。表 2-4 ISW 卧式清水泵性能参数3根据上表，选取型号为ISWR15-80 流量为 1.1m /h 的 ISW 卧式清水泵，可以保证每 56 分钟热水循环一次。633真空脉动干燥装置结构设计设计说明书（四）门密封系统的设计本设计方案中，干燥室内是真空脉动环境。为了能很好的维持干燥室真空环境的稳定，必须采取严格的密封措施。过去建造的真空设备存在着很多不合理的地方。真空干燥箱泄漏率偏高,致使真空泵工作时间长,极限真空达不到设计要求,生产能耗大,废品率高,设备使用寿命短。因此新的真空系统设计具有十分重要的作用,而在真空干燥箱的设计中又以干燥箱的驱动开关机构和密封结构的设计最为复杂、重要。1. 干燥室门的设计干燥室门是干燥箱中很重要的一部分，要能够承受住干燥室内外的压力差，还要能保证严格的密闭性。为了能很好的隔热，设计有隔热层。为了便于观察干燥室内的干燥的情况，干燥室门上安装有窥视窗。1543521.窥视窗 2.承压层 3.方钢骨架 4.保温材料 5.外壳图 2-12 干燥室门2. 门驱动及预紧方式设计123451.加力杆 2.预紧丝杠 3.内螺纹丝套 4. 底座 5.销轴图 2-13 门驱动及预紧装置64真空脉动干燥装置结构设计设计说明书本设计中真空干燥箱多为方形立面体结构。箱门占据了箱体的一个完整侧面,必须具备足够的强度来承受大气压强所产生的巨大压力。又由于干燥箱内为真空脉动系统，门要有严格的密闭结构。本设计中用的真空箱门开关机构为侧开旋紧式开关。为了使箱门各侧受压均匀，保证密封性，箱门的四侧都布置有开关。右侧布置两个开关，以保证箱门开启时能承受住沉重的箱门。考虑到箱体不大，其它三侧各有布置一个开关以便使各侧受压均匀，保证密封性。3. 密封圈结构形式设计较大的箱体尺寸、组焊拼接而成的方形法兰以及工作过程中的较大温差,这些因素都决定了箱体与箱门的联接部位难以做到十分平整贴合。为保证真空箱的密封性能,干燥室门的密封采用了下图所示的结构。这种构造，结构简单,密封压条容易加工,可靠性也较好。2311.干燥室壁 2.密封圈 3.门图 2-14 密封圈结构形式65真空脉动干燥装置结构设计设计说明书一、结论第三章 结论和展望本设计把真空脉动技术运用到干燥技术中，针对滚筒式真空脉动干燥室不适合干燥易损伤的物料，设计出箱式真空脉动干燥装置。（一）本设计创新点及优点：1本设计结合了真空技术和脉动压技术的优点，有效提高了干燥速率。2本设计用箱式干燥室，不仅结构简单，而且可以干燥易损伤的物料。3本设计把加热水箱、水环式真空泵用水箱、水泵和水环式真空泵同放在一个支架上，这种设计使结构紧凑节省了空间。4本设计中使用电加热管给热水箱内的水加热，不仅能保证加热迅速，而且容易实现智能化控制。5本设计中物料小车设计有车轮，易于拆卸与维护。6本设计中，物料小车同时也是一个中空的水箱，物料小车内充满热水，易于给小车上的物料盘及物料加热。（二）本设计的缺点：1本设计中加热方式主要靠热传导，物料受热不均，且热传导效率不高。2 本设计采用箱式干燥室，物料的喂入与取出主要靠人工操作，自动化程度低。二、展望与普通干燥相比，真空脉动干燥技术有一系列的优点。真空环境能降低水的沸点，真空脉动压能够破坏物料表层蒸气压与干燥室内压力的平衡状态，有助于提高果蔬等农产品物料的脱水效率，提高干燥速率。将真空脉动压技术引入到干燥技术中，不仅提高干燥效率、降低能耗，也能较好地保护果蔬产品的色泽、营养成分等，非常适合干燥热敏性物料。虽然真空脉动干燥技术有以上优点，但在这方面的研究还很少，目前只有滚筒式的真空脉动干燥装置发面的研究。随着人们对真空脉动干燥技术慢慢的解，这方面的研究会慢慢深入，各式各样的真空脉动干燥装置也会随之被设计出。66真空脉动干燥装置结构设计设计说明书123456789主要参考文献韩丽芬，果蔬干燥的特性研究J.吉林农业，2012,274(12):76-80张国琛 牟晓 晨热 风干 燥参数 对扇 贝柱 干燥 速度 及品质 的影 响 J. 大连 水产 学院学报,2004,19(1):35-39.李占勇，小林敬幸日本干燥技术的最新发展J. 干燥技术与设备， 2006，4（1）：3徐成海，张世伟，赵雨霞，等真空干燥设备的国内外发展动态J.干燥技术与设备，2006，4（4）：175179.徐成海，张世伟，关奎之真空干燥M，北京：化学工业出版社， 2004，1Fabio F ，Machado Eric J Preparation of zinc oxide nanopowder by freeze-dryinJJoumalof Metastable and NanocrystallineMate