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管束干燥机的结构设计
时间:2020-09-23 00:21

  GSG500管束干燥机的结构设计 称:机械工程及自动化东北大学 2008 StructuralDesign GSG500Dryer RLfSupervisor: Vice Professor ZZw Northeastern University June 2008 东北大学毕业设计(论文) 任务书 毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)题目: GSG500 管束干燥机的结构设计 基本内容: 根据题目进行调研并参观相似实物及照片,主要进行结构设计,完 成GSG500 管束干燥机成套图纸的结构设计,并对传动部分的带轮、 轴承寿命、轴强度和超静定支撑等进行计算,完成设计计算书。 毕业设计(论文)专题部分: 题目:管束干燥机选型方法 基本内容:根据需要干燥物料的含水量要求和此种干燥机的干燥强 度,学会计算换热面积和干燥机选型 学生接受毕业设计(论文)题目日期 指导教师签字:2007 东北大学毕业设计(论文)摘要 ii GSG500 管束干燥机的结构设计 管束干燥机是干燥设备中的典型设备,在现代干燥工艺中应用十分广泛 般用于干燥粮食、食品、饲料、 化工、 轻工、 陶瓷、环保等行业中的松散类 物料。GSG500 管束干燥机的干燥效果很均匀,操作简单,并且自动化程度高, 制作要求和生产成本高, 运输和安装要求有大型起吊装备。由此可见 GSG500 管束干燥机是一种应用范围十分广泛,适应性很好的干燥设备,有着广阔的使用 和推广前景。 GSG 型管束干燥机是目前大部分发达国家使用最广泛、最先进的干燥设备 之一, 其最大优点是高效节能、 安装方便、 操作简单。该机是间接加热接触 式干燥机,它可以广泛应用于化工、 轻工、 食品、 油脂和粮食饲料等行业的 松散类物料。 管束内件在管束干燥机的工作过程中起到了关键性的作用。一方面它使物料 产生流动;另一方面,蒸汽从它内部通过,使物料在流动过程中被逐步烘干。因 而,它不但是烘干物料的主体,还是传递运动或动力的主体。由于故障就出在它 身上,所以,对管束内件的受力分析及对其内部主要结构设计的剖析,就是我们 从根本上解决蒸汽泄漏的焦点和关键所在。 本设计主要是阐述了GSG500 管束干燥机的工作原理及其工作特性,同时将 管束干燥机与同类连续运行的干燥机进行了比较,指出了其利用优势。也阐述了 管束干燥机工作时可能出现的问题及其解决方案,从而大大提高了管束干燥机的 工作效率。 关键词:管束干燥机,管束,工作原理,结构设计 东北大学毕业设计(论文) Abstract iii StructuralDesign GSG500Dryer Abstract Probation dryer drying equipment modernequipment dryingprocess generalvery broad application dryinggrain, food, feed, chemicals, light industry, ceramics, environmentalprotection industries loosematerials. GSG500 control dryerdrying effect veryuniform, simple operation, highdegree automation,production requirements highcost production,transportation installationrequirements large-scalelifting equipment. controldryer verybroad scope application,adaptability good drying equipment, wideuse promotionprospects. GSG500 control dryer mostdeveloped countries mostwidely used mostadvanced drying equipment one itsbiggest advantage energyefficient, easy install,simple operation. indirectcontact heat-dryingmachine, can also downprinciples counter-currentwork. widelyused chemicalindustry, light industry, food, oil foodindustries feedloose category materials.Pipe-clusters play keyrole workingprocess pipe-clusterdrier, which both makes rawmaterial flow through rawmaterial dry gruadually during material.Therefore, mainpart mainpart transmitsmovement monument.Because many malfunctions take place here, analysis innerstoucture vaporthrough describedGSG500 dryer control workingprinciple itscharacteristics, while similar control dryer dryerrunning itsadvantages. Also expounded probationdryer when problemswhich may arise greatlyimprove dryerefficiency. Key words:Control dryer ,Pipe-clusters ,Principle ,Structural design 东北大学毕业设计(论文) 目录 IIABSTRACT......................................................................................................... III 1.2.1物料的状态................................................................................................... 1.2.2物料的物理化学性质................................................................................... 1.5.1干燥设备的加工质量................................................................................... 1.5.2设备规模....................................................................................................... 1.5.3装备规模....................................................................................................... 1.5.4干燥机主要在粮食方面的发展因素和研发方向....................................... 管束干燥机的性能及工作原理..............................................12 2.1.管束干燥机的性能特点 122.2.主要结构和工作原理..................................................................................... 12 2.3.管束干燥机选用的注意事项....................................................................... 13 2.4.管束干燥机设计制作要点 142.5.管束干燥机在结构设计上的特点 16东北大学毕业设计(论文) 目录 172.7.管束干燥机的总体参数 203.1 齿轮校核 203.2 轴的结构设计及校核..................................................................................... 25 3.2.1 绘制轴的受力分析图如上........................................................................ 27 3.2.2 作弯矩图.................................................................................................... 27 3.2.3 作转矩T 273.2.4 计算弯矩McaC 283.2.5 校核轴的强度............................................................................................ 28 3.2.6 精确校核轴的强度.................................................................................... 28 3.3 小结 故障问题及其解决方案..............................................................31 4.1.问题的提出 314.2.故障模式的确定 314.2.1 蒸汽均由管束内件的换热管与管板管孔的缝隙之间泄出..................... 31 4.2.2 由于封头与管板的联结方式不同,泄露部位也不同............................. 32 4.3 故障机理的判断 324.4 解决方案 384.5 解决方案实施后的效果 404.5.1 联接式管束干燥机..................................................................................... 40 4.5.2 焊接式管束干燥机..................................................................................... 40 4.6 其他 404.6.1 从选用时就考虑设备的使用寿命............................................................. 40 4.6.2 细节问题不可忽视..................................................................................... 41 东北大学毕业设计(论文) 目录 425.1 固体废弃物的危害性..................................................................................... 42 5.2 管束干燥机物料的经济性和环保性......................................................... 42 44参考文献 47附录:英 48东北大学毕业设计(论文) 绪论1.1.干燥技术的概况 干燥技术的应用,在我国具有十分悠久的历史。闻名于世的造纸技术,就显 示了干燥技术的应用。《天工开物》一书中,描述了人工加热干燥过程,总结了 我国劳动人民的干燥实践,反映了我国古代劳动人民的高度智慧。在解放前,我 国干燥技术的应用,一般仍停留在手工作坊的阶段。解放以后,干燥技术的应用 发展很快,20 世纪50 年代初期,分散悬浮态干燥技术(如气流干燥器等)开始 工业应用,干燥技术的研究工作也普遍开展,高效的干燥器也在生产中应用。随 着工业现代化的进展,化学工业的机械化、大型化和自动化水平提高,作为化工 单元操作设备之一的干燥器,也必将更加迅速的发展。 干燥通常是指将热量加于湿物料并排除挥发性湿分(大多数情况下是水), 而获得一定湿含量固体产品的过程。湿分以松散的化学结合形式或以液态溶液存 在于固体中,或积聚在固体的毛细微结构中。这种液体的蒸汽压低于纯液体的蒸 汽压,称之为结合水。而游离在表面的湿分则称之为非结合水分 当湿物料作热力干燥时,以下两种过程相继发生:过程1 能量(大多数是能量)从周围环境传递至物料表面使表面湿分蒸发。 过程2 内部湿份传递到物料表面,随之由于上述过程而蒸发。干燥速率由 上述两个过程中较慢的。一个速率控制,从周围环境将热能传递到湿物料的方式 有对流、传导或辐射。在某些情况下可能是这些传热方式联合作用,工业干燥器 在型式和设计上的差别与采用的主要传热方式有关。在大多数情况下,热量先传 导湿物料的表面然后传入物料内部,但是介电、射频或微波干燥时供应的能量在 物料内部产生热量然后传至外表面。 过程1 液体以蒸汽形式从物料表面排除,此过程的速率取决于温度,空气 温度、温度和空气流速,暴露的表面积和压力等外部条件。此过程称外部条件控 制过程,也称恒速干燥过程。 过程2 物料内部湿分的迁移是物料性质、湿度和湿含量的函数。此过程称 内部条件控制过程。也称为降速干燥过程。 东北大学毕业设计(论文) 整个干燥循环中两个过程相继发生,并先后控制干燥速率。干燥的目的是除去某些原料、半成品中的水分或溶剂,就化学工业而言的目 的在于,使物料便于包装、运输、贮藏、加工和使用。具体为: (1)悬浮液和滤饼状的化工原料和产品,可经过干燥成为固体,便于包装和 运输。 (2)不少的化工原料和产品,由于水分的存在,有利于微生物的繁殖,易腐 烂、虫蛀或变质,这类物料经过干燥便于贮藏。例如生物化学制品、抗生素及视 频等,若含水量超过规定标准,易于变质,影响使用期限,需要经干燥后才有利 于贮藏。 (3)为了使用方便。例如食盐、尿素和硫铵等,当其干燥到含水率为0.2%-0.5% 左右时,物料不易结块,使用比较方便。 (4)便于加工。一些化工原料,由于加工工艺要求,需要粉碎(或造粒)到 一定的粒度范围和含水率,以利于再加工和利用。如磷矿石经粉碎干燥可以提高 化学反应速度;催化剂半成品的造粒干燥,可使其保持一定含水率和粒度范围, 有利于压片成型等。 (5)为了提高产品的质量。某些化工原料和产品,其质量的高低与含水量有 关。物料经过干燥处理,水分除去后,有效成分相应增加,提高了产品质量。例 如涤纶切片在纺织前,干燥到含水率为0.02%以下,可纺织在抽丝时产生气泡, 提高丝的质量 化学工业中的干燥方法有三类:机械除湿法、加热干燥法、化学除湿法。机械除湿法,是用压榨机对湿物料加压,将其中一部分水分挤出。物料中除去的水 分量主要决定施加压力的大小。物料经机械除湿后仍保留很高的水分,一般为 40%-60%左右。粒状物料或不许受压的物料可用离心机脱水,经过离心机除去水 分后,残留在物料中的水分为5%-10%左右。其他,还有各种类型的过滤机,也 是机械除湿法的常用设备。机械除湿只能除去物料中部分自由水分,结合水仍残 留在物料中。因此,物料经过机械除湿后含水量仍然较高,一般不能达到化工工 业要求的较低的含水量。加热干燥法,是化学工业中常用的干燥方法,它借助热 能加热物料、气化物料中的水分。除去 1Kg 的水分,需要消耗一定的热量。例 如用空气来干燥物料,同时气化物料中的水分,不能够随空气带出干燥器。物料 东北大学毕业设计(论文) 经过加热干燥,能够除去物料中少量的水分,达到化工工艺上要求的含水量。化学除湿法,是利用吸湿剂除去气体、液体和固体物料中少量的水分。由于吸湿剂 的除湿能力有限,仅用于除去物料中的微量水分,化工生产中的应用很少。 化学工业中固体物料的干燥,一般是先用机械除湿法,除去物料中大量的非 结合水分,再用加热干燥法除去残留的部分水分(包括非结合水分和结合水分)。 1.2.被干燥的物料的特性 1.2.1 物料的状态 (1).溶液及泥浆状的物料,如工程废液及盐类溶液等。 (2).冻结物料,如视频、医药制品等。 (3).膏糊状物料,如活性污泥及压滤机滤饼等。 (4).粉粒状物料,物焦炭及矿石等。 (5).棒状物料,如木材等。 (6).短纤维状物料,如人造纤维等。 (7).不规则形状的物料,如陶瓷制品等。 (8).连续的薄片状物料,如带状织物、纸张等。 (9).零件及设备的涂层,如机械产品的涂层等。 1.2.2 物料的物理化学性质 被干燥物料的理化性质决定干燥介质种类、干燥方法和干燥设备的重要因 素,因此,干燥器的设计者要了解: (1).物料的化学性质。如组成、热敏性(软化点、熔点或分解点),物料的 毒性,可燃性,氧化性和酸碱度、摩擦带电性、吸水性等。 (2).物料的热物理性质。如物料含水率、假密度、真密度、比热容、热导 率及粒度和粒度分布等。对于原料液还应当知道浓度、粘度及表面张力等。 (3).其他性质,如膏糊状物料的粘附性、触变性(即膏糊状物料在振动场 中的或在搅拌条件下,物料可从塑性状态,过渡到具有一定流动性的性质),这 些性质在设计干燥器及加料器时可加以利用。 东北大学毕业设计(论文) 表1.1部分物料特性及技术指标 常见物料分类 进机水分 出机水分 干燥强度 能耗 胚芽 55% 3~5% 2.5~3 3500~3800[焦耳 /蒸发kg 水][840~910caL/ 蒸发kg 水][折合 约1.45~1.50g 准饱和蒸汽]玉米纤维 60% 10~12% 4.80 蛋白粉 45% 12~13% 4.70 淀粉 20% 2~3% 4.30 薯类纤维 65% 10~12% 4.80 啤酒糟(白酒精) 65% 10~12% 4.90 饲料载体 16% 6~8% 4.20 油菜籽 60% 5~7% 4.50 猪血发酵粉 35% 10% 4.40 骨粉 40% 10% 4.60 1.2.3.物料与水分结合的性质 固体与水分结合的方式是多种多样的,它可以是物料表面附着的,也可以是 多孔物料空隙中滞留的水分,也可以是物料所带的结晶水及透入物料细胞内的溶 胀水分等。物料与水结合方式不同,除去的方法也不尽相同。例如物料便面附着 的水分和大毛细管中的水分,是干燥可以除去的;化学结合水,不属于干燥的范 围,经干燥后,它仍残存在物料中 1.3.干燥器的特性干燥器的特性包括: (1).干燥器对被干燥物料的适应能力。如能否达到物料要求的干燥程度, 干燥产品的均匀程度。 (2).这种干燥器对产品的质量有无损害。因为有的产品要求保持晶体形状、 色泽,有的产品要求在干燥中不能变形和龟裂等。 (3).干燥装置的热效率高低(一般而言,干燥装置热利用好,则热效率高, 相反,热效率低),这是干燥的主要技术经济指标。 此外,还应了解干燥器的经济处理能力,干燥设备的生产强度或干燥速率。 干燥强度大,所用设备小,其固定投资较少,操作费用就低。干燥器附属设备 东北大学毕业设计(论文) 的多少,有时可能影响这种干燥的应用。例如,悬浮态干燥装置(如流化床干燥器、气流干燥器等)。离不开有效的粉尘分离设备,可靠的通风设备和湿物料 的供给装置等,虽然干燥器本身尺寸不大,但由于辅助设备很笨重,应用受到 限制。同时,还要求干燥设备控制方便,劳动条件好。 1.4.干燥技术的进展 目前干燥技术辅助的总趋势为: (1).干燥设备研制向专业化方向发展 由前所述,干燥设备应用极广,遍及国民经济各部门,而且需要量也很大, 因此为干燥设备向专业化方向发展的基础。 (2).干燥设备的大型化、系列化和自动化 从干燥技术经济的观点来看,大型化的装置,具有原材料消耗低、自动化水 平高、生产成本低的特点。设备系列化,可对不同生产规模的工厂及时提供成套 设备和部件,具有投产快和维修容易的特点。例如,喷雾干燥装置,最大生产能 力为55.6Kg/s 产品;流化床干燥器(干燥煤)生产能力可达到97Kg/s 产品;双 层流化床干燥器,最高年处理物料1110 Kg。(3).改进干燥设备,强化干燥过程 近年来,常用的干燥设备(喷雾、流态化、气流干燥等),仍在原有的基础 上改进和发展。 .改善设备内物料的流动状况(或干燥介质的流体力学状况),强化和改 善干燥过程。例如气流干燥器,从直管气流干燥,改成脉冲气流,使被干燥粒 子在脉冲气流的作用下多次的加速,强化传热介质过程。又如,改进喷雾干燥 器的进风装置,达到控制雾滴的运动状况等 .增添附属装置,改善干燥器的操作,扩大干燥设备的使用范围。在气流干燥器的流程中,增添分散器,使气流干燥器用于分散性差的湿物 料的干燥;增添破碎机,使气流干燥器用于块状物料的干燥;增添混合器,使 气流干燥器用于含水量高的物料;增添分级机,以解决产品粒度的均匀化等。 在喷雾干燥方面,研制了高粘度物料的雾化器;研制各种喷雾干燥器的进 气分布装置,使干燥塔中心与塔壁的气速基本一致,减少喷雾干燥的粘壁;干 燥电磁自动振动装置,防止物料粘壁等。 东北大学毕业设计(论文) 在流化床干燥器中,增添附属装置,改善其操作性能。例如咋单层圆筒形流化床中,添加旋转分隔板,分隔板从流化床中部开始旋转分隔直至出料口。 湿物料从流化床中部加入,在旋转隔板的控制下,物料从进料口至出口一边流 化一边运动,而不会“短路”,因此,物料在流化床中的停留时间均匀。在双层 流化床中的上层,增添摆动的物料松动器,当流化床操作时,松动器不停摆动, 松动物料,避免形成死床层,以改善流化床的特性。在卧式多室流化床中的第 一室,增添搅拌装置,使凝聚的湿物料分散,k8,同时排除不能流化的大颗粒。此 外,在卧式多流化床,把固定隔板改成悬挂在回转链上的运动隔板,在运到那 个隔板的作用下,物料从加料端均匀移动到出料端,实现了物料的“活塞流”, 可使被干燥的物料停留时间均匀,产品含水率均匀。 (4).采用新的干燥方法及组合干燥方法 近年来高频干燥、微波干燥、红外线干燥以及组合干燥发展较快。其他,如 利用弹性振动能,强化固体物料的干燥。弹性振动能-声波对物料表面作用,可 使湿固体表面流体便捷层破坏,减小传热和传质的阻力,故能强化干燥,但声强 不能低于143-145dB。 (5).降低干燥过程中的能量消耗 干燥是消耗热量很大的化工单元装置。在干燥过程中,热效率变化很大,如 药片包衣干燥时,热效率为7%;视频添加剂的流态化干燥,热效率为20%-50%。 提高干燥过程热效率的主要措施如下: .对现有干燥设备,如强热管理。如防止干燥介质的泄漏,使燃烧炉中的 燃烧完全,对带有热风循环的干燥设备,尽可能地保持最大的循环风量等。 .改善设备的保温。一般干燥器损失热量为3%-30%。在对干燥器散热量进 行测定的基础上,采取措施,改善设备的保温,减少热损失。 .防止再次的过度干燥。干燥过程中,应严格地把产品控制在要求的含水 量范围内,避免造成产品的过度干燥,而增加能量消耗。例如纸张干燥,是为 了保证纸张的强度,要求其含水率为7%,而多滚筒干燥器可能靖纸张过度干燥 到含水率为4%。为了防止过度干燥,可以减少最后几个滚筒,改为高频加热, 严格控制纸张含水率在7%。 .减少被干燥物料的初水分含量。如果被干燥的物料是溶液,可用薄膜蒸 东北大学毕业设计(论文) 发器浓缩后,再进行喷雾干燥;如果被干燥的物料是悬浮液,可用过滤除去大部分的水分,再进行干燥。这样可以降低单位质量产品的热能消耗。例如,天 津油漆总厂把铬黄干燥改成过滤后,把滤饼用往复泵输送至喷嘴,再用气流雾 化,进行喷雾干燥,产品质量好,降低了热能消耗。 .回收废气带走的热量。对流干燥器在进口温度不太高的情况下,废气带 走的热量与总热量之壁纸是很大的,有的可占总热量的40%。采用热交换器回 收废气带走的热,已在工业上实施。例如,用10的空气,通过废热回收换热 器加热到84.8,废气可从150降到70,回收了废气中热量的25%,节约 燃料 23%,在两年内即可收回废热,回收换热器所用的投资。用“热管”回收废 气中的热量也是很有前途的方法。 .提高干燥器的空气进口温度。被干燥的物料若是非热敏性的,进入干燥 器的空气温度,可以提高到650以上;对于热敏性的物料,也可在保证产品质 量的前提下,尽可能地采用较高的的干燥器气体进口温度。因为,使用的气体温 度也高,干燥器的热效率越高。例如,把 20绝对湿含量为 0.01 的空气加热到 500,用于干燥,在干燥器中空气放热而降温的极限是使之绝热饱和到这种状 态空气的湿球温度65.8其理论热效率可达到90.5%。如果,这种空气只加热到 120,用同样的方法计算,其理论热效率为 82%。课件,提高干燥器的进口空 气温度,可以提高干燥器的理论热效率,世纪热效率亦是如此。 .采用过热蒸汽干燥。用过热蒸汽作干燥介质,利用蒸汽显热下降的干燥 方法,叫做过热蒸汽干燥。干燥用的蒸汽,可以循环使用,以减少热损失,提高 干燥过程的热效率。此外,蒸汽的必比定压热容比空气约大一倍,在相同的干燥 热负荷下,水蒸气的用量,仅为空气用量一半,因此,提高了干燥装置的生产能

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