在设计建立 MVR耙式干燥系统的过程中,考虑到实验蒸汽流量较小初步选定使用罗茨蒸汽压缩机,干燥器则选用带加热轴的耙式真空干燥机,考虑到实验中对分离器要求不高故选用自行设计的丝网除沫器,采用人工进出料方式。在该真空干燥机设备系统中,使用MFS子系统中排出的冷却海水作为MVC子系统的测试物料。在蒸发结晶及干燥恒速段,使用真空干燥机设备进行干燥,而在干燥降速段,则补充生蒸汽或者直接使用生蒸汽进行干燥到实际要求的湿含量,实现蒸发结晶、干燥一体化操作,扩充了实验系统的功能。
选用耙式干燥机作为干燥机,可以有较好的密封效果,蒸汽与物料的传热方式是热传导,这使真空干燥机设备技术应用起来比较简单,也对MVR 技术在干燥上的特性研究有利。运用机械蒸汽再压缩技术设计了一种常压下应用于盘式干燥器的节能工艺,废热蒸汽经洗涤、压缩、除过热后通入干燥器上层盘加热物料,生蒸汽通入下层盘加热物料,真空干燥机设备通过两种加热方式,分别对干燥的恒速阶段、降速阶段加热,降低了压缩比,使工艺更容易实现。其次它实现结晶、干燥连续化操作,并且在所有干燥器中热量利用率,这样有利于发挥MVR 技术的节能效果。实际计算使用的设备传热系数包括了加热夹套以及中空热轴向物料、非物料颗粒区的传热系数,干燥机加热夹套的传热系数和中空热轴的传热系数是不一样的,查阅相关文献资料,耙式干燥机干燥黏性不强物料时传热系数一般取116~175w/m2,此处计算选取适中的传热系数 K 为 140 w/m2。
真空干燥机设备可供选择的市售保温材料有很多种,而不同的保温材料应用于不同的实验条件。在真空干燥机设备系统作能量平衡分析时,将MVR干燥系统看作为开口热力系统,其中主要的能量变化有压缩功量、系统散热量、生蒸汽补充热量以及物料携带能量。硅酸铝保温棉是以高纯度的氧化铝和硅石粉为原料的絮状纤维材料,经过电阻炉的高温熔融喷吹并向其中添加部分粘结剂制作而成。具有低导热率、良好热稳定性、无腐蚀性等诸多优点,故本次实验系统保温材料选用硅酸铝棉。 为了能有效地降低热损失,我们需要对保温层的厚度进行设计计算,对保温层厚度进行计算。本次实验选用容重为140 kg/m3的硅酸铝保温棉。真空干燥机设备根据不同尺寸管道的外径,管道外表面温度,以及对应的允许热损失求出保温层厚度。且用纱布缠绕包裹在硅酸铝保温棉的外面,防止保温棉裂开及实验人员触及。
真空干燥机设备换热器选型可根据计算出来的所需换热面积选择市场在售的相关设备,本系统中使用的换热设备为杭州亚干干燥设备有限公司根据所需换热面积制成的。干燥器内的热力过程分别发生在蒸发侧和冷凝侧,蒸发侧的干燥物料湿份受热蒸发后产生二次蒸汽和干燥后的物料,冷凝侧压缩后的二次蒸汽冷凝为水。对 MVR 耙式干燥系统进行了理论分析,并在此基础上建立了基于真空耙式干燥机的 MVR 耙式干燥干燥系统。对系统运行过程中能量平衡和质量平衡进行分析计算,在真空干燥机设备作质量平衡分析时,将 MVR 干燥系统看作一个整体,其与外界进行单进双出的物质交换;
在真空干燥机设备系统作能量平衡分析时,将 MVR 干燥系统看作为开口热力系统,其中主要的能量变化有压缩功量、系统散热量、生蒸汽补充热量以及物料携带能量。它的特点是能耗低,热,可以达到80%以上,操作方便,适用范围广。对 MVR 干燥系统热力过程进行理论计算和分析,以总质量为 100kg 含水率为 40%的玉米淀粉作为物料进行间歇干燥为例进行理论分析,加料温度为 25℃,干燥压力为 80k Pa,压缩比为 2,干燥后含水率为10%。计算结果表明,一台有效的热泵性能系数 COP 必须大于 1,COP 越大则热泵效率就越高,而该系统 COP 高达 16.9。传统干燥器的理论 ***ER 值为1.6kg/(k W·h),而实际的 ***ER 只有理论的 20-80%,热泵除湿干燥器的 ***ER一般为 2.0-3.0kg/(k W·h)。而本系统 ***ER 高达 4.9 kg/(k W·h),表明本系统在能源利用效率方面优势明显,具有较大研究意义。
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