果肉烘干技術策略及技術運用研究

王 輝，劉超山，羅 慶，李向陽,劉澤國，白 震

（蘭州工業(yè)學院，甘肅 蘭州 730050）

烘干機是通過熱空氣與物料充分接觸，通過熱傳導、對流、熱輻射等方式將物料中水分蒸發(fā)的設備。烘干機可分為工業(yè)與民用兩種，工業(yè)烘干機又叫干燥機，民用干燥機一般用于各種生產(chǎn)生活物料除水。烘干機一般由滾筒、進料裝置、出料裝置、引風裝置、排氣管道、傳動裝置和電控設備組成。

烘干機設備行業(yè)顯著特點技術含量作用日益凸顯。烘干設備制造業(yè)按照高品質(zhì)、低能耗、環(huán)保型的要求調(diào)整產(chǎn)業(yè)結構，進一步加強基礎研究。國內(nèi)烘干機普遍生產(chǎn)規(guī)模小，種類少，整體技術含量不高。全行業(yè)年銷售收入500 萬以下的企業(yè)約占60%，年銷售收入過千萬的廠家僅占5%。目前烘干機主要存在外排氣體散熱和機殼散熱能量浪費大，蒸汽壓力波動對能耗影響大，物料烘干都難把握和原料著火等問題。

1 整體方案設計

果肉烘干機采用蒸發(fā)原理，蒸發(fā)與溫度、濕度、液體表面積和液體表面空氣流動速度四個因素有關。本設計果肉烘干機綜合考慮以上因素，使烘干效率最大化。

采用臥式滾筒旋轉(zhuǎn)設計使果肉受到不斷攪拌，增加果肉與熱空氣接觸面積，加快果肉表面空氣流動速度，并使受熱均勻，防止局部果肉受熱嚴重二著火。杏子成熟季節(jié)，太陽光照時間長，光強度高，采用太陽能、電能兩種模式供能，在光照充足情況下，可降電能源消。光照條件不好采用電能供熱，對太陽能供熱形成補充。采用循環(huán)送風和最烘干機滾筒做隔熱處理，增加果肉表面空氣流動速度，降低設備能量損耗。采用機械除濕裝置，降低系統(tǒng)濕度，加速果肉蒸發(fā)速度。該設計果肉烘干機三維設計圖如圖1 所示。

圖1 臥式太陽能循環(huán)送風果肉烘干機三維設計圖

2 傳動機構設計

本設計果肉烘干機電機通過帶傳動和齒輪傳動驅(qū)動臥式滾筒轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)果肉翻動，與熱空氣流充分接觸，同時使受熱均勻。傳動機構設計如圖2 所示。為方便家庭使用，本機構采用單相電機。設計每次投入果肉100Kg，滾筒外徑1m，滾筒轉(zhuǎn)動速度不超過15r/min。則所需電機的功率和轉(zhuǎn)速如下：

圖2 傳動機構三維設計圖

α—滾筒轉(zhuǎn)動質(zhì)量分布系數(shù)，臥式滾筒α 取1/3；

m—果肉質(zhì)量，Kg；

g—重力加速度，m/s2。

V=πDn=0.785m/s

V——滾筒齒輪轉(zhuǎn)動線速度m/s；

D——滾筒外徑，m；

n——滾筒轉(zhuǎn)速，r/min。

P=Fv=250W

P——滾筒功率，W。

P——滾筒外徑，m；

η——滾筒轉(zhuǎn)速，r/min。

單相電機皮帶輪與圓柱齒輪皮帶輪之間：

D1——單相電機皮帶輪外徑；

D2——圓柱齒輪皮帶輪外徑。

圓柱齒輪與滾筒齒輪之間：

Z1——圓柱齒輪齒數(shù)；

Z2——滾筒齒輪齒數(shù)。

綜上選擇玉豹機電有限公司的71M2-4 電機，參數(shù)見表1。

表1 71M2-4 電機參數(shù)表

3 產(chǎn)熱裝置設計

本設計果肉烘干機采用太陽能、電能兩種模式為設備供能。杏子成熟季節(jié)，太陽光照時間長，光強度高，在光照充足情況下，太陽能產(chǎn)熱裝置將光能轉(zhuǎn)化為熱能，，可降電能消耗。光照條件不好采用電能供熱，對太陽能供熱形成補充。產(chǎn)熱裝置設計如圖3 所示。

圖3 產(chǎn)熱裝置三維設計圖

保溫棉、太陽能散熱管和電阻絲散熱管固定于固定罩之上，使?jié)L筒轉(zhuǎn)動不受其影響。保溫棉包裹減少機殼熱量散失。

4 循環(huán)送風裝置設計

本設計果肉烘干機采用循環(huán)送風裝置，消除外排空氣能量散失。增加果肉表面空氣流動速度，加速蒸發(fā)速度。循環(huán)送風裝置設計如圖4 所示。

圖4 循環(huán)送風裝置三維設計圖

采用散風片使風扇所形成熱空氣流沿滾筒壁流動，增加熱空氣流與熱空氣接觸面積。同時風扇及散風片安裝于滾筒尾部，由于滾筒內(nèi)部的斜擋板使果肉向尾部翻滾，可增大風扇排風量，將果肉吹到中心位置，加速果肉水分蒸發(fā)速度。

5 壓縮除濕機構設計

本設計果肉烘干機采用滾筒齒輪作為動力，通過圓錐齒輪副將轉(zhuǎn)動方向改變?yōu)檠貪L筒軸線方向，通過曲柄連桿機構使除濕壓蓋滾筒軸線方向運動，周期壓縮除濕海綿，使海綿中水分排出，恢復除濕能力。壓縮除濕機構設計如圖5 所示。

圖5 壓縮除濕機構三維設計圖

該機構減少了動力源使用量，同時又可以達到壓縮除濕海綿中水分的效果。

6 結論

1）本設計果肉烘干機電機通過帶傳動和齒輪傳動驅(qū)動臥式滾筒轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)果肉翻動，與熱空氣流充分接觸，同時使受熱均勻。

2）本設計果肉烘干機采用太陽能、電能兩種模式為設備供能。杏子成熟季節(jié)，太陽光照時間長，光強度高，在光照充足情況下，可降電能源消。光照條件不好采用電能供熱，對太陽能供熱形成補充。

3）本設計果肉烘干機采用循環(huán)送風裝置，消除外排空氣能量散失。增加果肉表面空氣流動速度，加速蒸發(fā)速度。

4）本設計果肉烘干機采用滾筒齒輪作為動力，通過圓錐齒輪副將轉(zhuǎn)動方向改變?yōu)檠貪L筒軸線方向，通過曲柄連桿機構使除濕壓蓋滾筒軸線方向運動，周期壓縮除濕海綿，使海綿中水分排出，恢復除濕能力。

綜上，通過設計臥式太陽能循環(huán)送風果肉烘干機，可以達到提高設備烘干速度，減少能量損失，減少能源需求效果。對豐富烘干機種類，提升烘干機品質(zhì)具有一定指導意義。