一種新型干燥消毒機的研究

楊寶平

（上海尚篩機械制造有限公司， 上海 201401）

隨著國家經濟的發展，國民對食品的質量要求也不斷提高，食品工業越來越得到國家和企業的重視。干燥和消毒作為食品領域的一個重要單元操作，得到了越來越廣泛的應用。干燥技術和消毒技術的發展也呈現出多樣化。借鑒其它領域的干燥技術，是發展干燥機的主要手段之一。立式振動輸送機目前已經是較為成熟的技術，它在許多行業有著廣泛的應用。立式振動干燥機就是在這一思路下產生的。它有著其它干燥機無法比擬的特點：占地面積小；輸送距離長。但是目前所見的立式振動干燥機基本上是敞口或半敞口結構，不是很密閉的空間，輸送的距離還不夠長，加熱的溫度不高，不符合目前食品生產的技術要求。還有市場上的消毒機以間歇操作為主，這樣很多食品無法進行連續生產，這也是需要改進的地方 。應上海一家食品膠體生產公司的要求，我公司開發一種密閉管道式，輸送時間在8 min左右，流量在1～1.5 t左右的兼顧干燥和消毒的新型設備。經過將近4個月左右的設計改進，設備終于面市了。期間經過生產上的驗證，基本符合食品廠的要求。本文就此設備的設計進行研究探討。

1 原理與結構

如圖1所示，立式管道輸送機主要由螺旋管道、振動八角筒、電機底座、振動電機、隔振彈簧、外加低壓高頻加熱管道系統、輔助蒸汽加熱系統、排氣系統等組成。兩臺振動電機交叉布置，電機回轉時將產生垂直方向的激振力和繞垂直軸線的激振扭矩，從而使螺旋管道沿鉛垂方向作上下直線振動和繞大筒體鉛垂中心線作扭轉運動的合成。這個動作使物料產生螺旋運動并沿管道底面向上作拋擲運動，達到輸送物料的目的。期間螺旋管道的高溫電加熱（100℃左右），管道外的蒸汽輔助加熱（130℃左右），從而既達到了干燥目的，又達到消毒目的。還有將物料提升了高度，為后續設備的安裝提供了方便，又節約了能源。

2 運動分析

干燥機效果體現在物料干燥的均勻性和熱效率，它又是評價干燥機優劣的一個重要指標。在干燥條件相同的情況下，決定干燥均勻性的重要因素是物料在干燥機中停留的時間是否相等，即物料運動的速度相同，管道中不能有殘余。所以我們必須對立式振動輸送機和管道內物料的運動進行研究。

2.1 立式振動機的運動分析

立式振動輸送機的運動是垂直振動和扭轉振動的合成，振動位移的表達式為：

圖1 立式管道輸送機的結構

其速度表達式為（根據微積分運算）：

其加速度表達式（根據微積分運算）：

其中A——垂直方向最大振幅；

ψ——最大扭轉角度；

ω——振動角速度；

根據數學公式，其扭轉位移A2=R*ψ。

其中：R——螺旋管路半徑；

結論：在振動頻率一定的情況下，最大振幅與振動力的大小，螺旋管路的直徑大小有關系。

2.2 物料的運動

立式振動輸送中，決定物料運動狀態的參數主要有電機振動方向角，螺旋管路的升角，物料的拋擲指數，還有振動頻率。

2.2.1 振動方向角β

該角度為合成振動方向與螺旋管路底面的夾角。其大小與兩電機的夾角有關系，一般來說，兩電機角度為90度。如圖2所示。

圖2 振動方向角

2.2.2 螺旋升角α

螺旋管路升角與螺紋升角類似，是能否輸送物料的重要因素。升角太大，物料輸送的速度太慢，需要更大的振動力，設備的成本加大。一般選擇升角在3～5度左右，保證保溫層安裝空間和加工精度。螺旋管路的各處螺距相同，各處螺旋升角是不一樣的，計算公式如下：

式中：P——管路螺距

r——管路的半徑

由公式（4）可看出，螺距是不變的，而半徑r是變化的，所以管路螺旋升角不是固定的，而是變化的。由于管子的直徑相對于管路直徑太小，物料運動時的相互補償作用，所以這里可以認為螺旋升角是不變的。

2.2.3 拋擲指數D

D是指垂直于管底方向的重力加速度與重力加速度的比值。

從上面式子可以得出，振動輸送機的電機一旦選定后，拋擲指數與物料的位置無關，而只與螺旋管路的螺距有關。也可以得出，管路上任何一點都同步拋起。因此，拋擲指數可以以下面的方程表示：

2.2.4 輸送速度V

參考公式：

由此可知，當設備的振動電機選定后，若要保證物料每圈管路中停留的時間相同，必須保證每圈管路的螺距相等，這樣才能保證出來的產品受熱均勻，產品的質量才能保證。這也說明，在制造設備時，一定要保證制造的工藝，確保螺距相同。

通過對設備的運動分析，在配置一定的情況下，螺距是唯一影響干燥機內物料停留時間的因素。如果螺距一定的條件下，相應地調整電機振動力的大小就可以了，這對制造設備是大有益處的。

3 機械力學角度分析

3.1 計算振幅

其中：r——振幅；M——參振部分質量，包括電機、管路、物料，筒體等；F——電機振動力。

3.2 物料運動速度

根據已有經驗得出，與式（9）原理相同。

其中：

Ca——傾角對速度的影響速度

Ch——物料厚度影響系數

Cm——物料形狀系數

Cw——滑行運動影響系數

β——振動方向角

通過式（14）和產量計算出物料在管道內的厚度，控制在管子總高度的1/3左右。

4 熱力計算

4.1 總熱負荷

Q=Q1+Q2+Q3

Q1——物料從常溫加熱到90℃～100℃的所需熱量

Q2——物料內失去的水分加熱到90℃～100℃的所需熱量及相應汽化熱

Q3——損失熱量

4.2 提供熱源部分

低壓高頻加熱系統（在管道上的溫度控制在100℃），輔助蒸汽加熱系統。

5 結論

該系統具有全密閉連續干燥和消毒的作用，大大提高了產品的質量。通過調整振動電機的激振力的大小，可以調節物料的流速，適應不同批次物料的操作。另外該款干燥機的結構特殊性，可以在管道中增加輔料入口，做到一機多用。目前該系統已經在工廠使用，取得了良好的效果,提高了生產效率。