發布時間：2010年03月16 摘要：根據真空幹燥箱在實際（jì）使用中存在傳熱效率低、幹燥緩慢、能（néng）耗大的缺點提出改（gǎi）進方案（àn）。論文將幹燥過程分析歸納為三個階（jiē）段，對每一階段提出不同的改進方案。
關鍵詞：真空幹燥箱 傳熱
0 綜述
     原有真空幹燥箱型號為FZG15，為蒸汽（qì）加熱，水環真空泵（2BV5121 0KC00-7P 最大排氣量280m3/h 7.5kW）抽真空，真空度維持在0.06～0.08MPa之間。幹燥的物料主要是濃縮後的中藥浸膏，含水率40％～60％。根據了（le）解，幹燥一批浸膏（32盤 80kg左右），需要三天四夜左右，既費時又耗能。
1 問題
     真空幹燥箱幹燥過程中，由於在真空狀態下，對流傳熱（rè）嚴重削弱，傳熱主要靠熱（rè）傳導，以（yǐ）及盤管和箱壁對物料的熱輻射。但因為溫度低（dī），輻射傳熱占的比重不大。熱傳導占（zhàn）的比重較大，但（dàn）物料盤和盤管的接觸麵積小，傳熱效果不好。
     另一個原因，隨著物料的（de）幹燥，底麵幹燥硬化，形（xíng）成（chéng）熱阻層，降低（dī）了盤管和物料盤的傳熱量；上表（biǎo）麵板結，致使內部（bù）產生的蒸汽不易排出，影響了幹燥速度，並且當氣（qì）泡壓力足夠大，衝破（pò）板結層時，物料崩出盤外，造成浪費。
2 原因分析
2.1 傳熱效率低
     傳熱主（zhǔ）要靠熱傳導，輻射傳熱很少，對流傳熱嚴重削（xuē）弱。物料盤和盤管的接觸麵積小，傳（chuán）熱效果不好（hǎo）。根據傳熱學理（lǐ）論（lùn），熱傳導和熱輻射幾乎不受真空影響（xiǎng），而對流（liú）傳熱隨著真空度的增加而減少，各種傳熱方式和真（zhēn）空（kōng）度（dù）的關係（xì）近似曲線如下圖所示。
2.2 物料上下兩層板結層影響幹燥速度（dù）
     非金屬固體材料導熱係數不足（zú）純鐵導熱係數的十分之一，板結層（céng）對傳（chuán）熱的影響很大（dà），上層的板結層影響水分（fèn）蒸發的速度。
3 幹燥過程的分析
3.1 根據實際情況將物料幹燥過程大致（zhì）分為三個階段：
第一階段：水分快速蒸發階段 物料狀態從（cóng）粘稠到極粘（zhān）稠。在真空狀態下，物料內部對流（liú）傳熱強烈，水（shuǐ）分快速蒸（zhēng）發，在這一階段，蒸發掉一半以（yǐ）上的水分，而耗時很少。
第二階段（duàn）：從液態到固態 物（wù）料狀態從極粘稠（chóu）到全部固化。在這一階段（duàn），物（wù）料內（nèi）部對流傳（chuán）熱逐漸減弱，過程緩慢，較早（zǎo）出現的上下兩層（céng）板結層，很（hěn）大（dà）程度上影響（xiǎng）了幹燥（zào）速度。
第三階段：物料固態幹燥的過程 物料慢慢脫水至含（hán）水率達標的塊狀物。這一（yī）階段（duàn）蒸發的水分很少，幹燥的速（sù）度比第二階段稍快一（yī）些。
3.2 各個階段和真空度的關係：
第一階段，換熱過程比較理想，真（zhēn）空度越高，水分蒸發越快；
第二階段，隨著（zhe）對流的減弱（ruò），以及熱阻的增大，含水量越來越少，如果（guǒ）還維持真空泵功率不（bú）變，真空度（dù）越來越大，對流越來越弱，幹燥效率越（yuè）來越低。假如使用波動的真空度，合（hé）理調配真空度和對（duì）流傳熱至（zhì）最佳結合（hé）點，可能（néng）效率要高。
第三（sān）階段，由於（yú）含水率很小（xiǎo），真空度（dù）小一些可能更合（hé）適。如果使用（yòng）幹燥（zào）的熱（rè）空氣加熱，幹燥（zào）過程更快。
4 解決（jué）方案
4.1 改善對流換熱（rè）
     根據（jù）各階段的特點，調整每一階段的真（zhēn）空度，盡可能的（de）增大傳熱量。示意圖如下所示。
4.2 改善熱傳導
由於物料盤難於避免物理撞擊，盤底有很多突起，如果在盤（pán）管上（shàng）鋪一塊平的薄鋼板，接觸麵積不會很大。建議使用多孔金屬板，改善熱傳導（dǎo）。如下圖所示。
4.3 破壞板結麵
     物料板結麵的形成對（duì）熱量的傳遞（dì）和水（shuǐ）分的蒸發影響最大，解決這個問題是（shì）重中之重。方法有：人工破壞，機械（xiè）振動，超聲波。
     實驗時，可以先使用人工的方（fāng）法（fǎ）測（cè）試多大的振動合適，實際生產中需（xū）要在幹燥箱內設計相應的構件，達到（dào）這一目的。
5 小批樣實驗
5.1 實驗裝置及係統圖
現有真（zhēn）空幹燥箱箱內尺寸為1500×1400×1220mm，烘（hōng）盤32個，尺寸為460×640×45mm，八層，每層四個。
實（shí）驗用幹燥箱，尺（chǐ）寸500×450×300mm，一層，每層放兩個烘盤。烘盤（pán）尺寸為100×150×40mm，真空泵（bèng）一台，2BV2061－0NC02-1P，功率1.45kW，排氣量50m3/h，熱源為蒸汽，人（rén）工振動方法破壞板結麵。實驗的係統圖如下所示。
5.2 實驗目的
5.2.1 實驗總結每（měi）一階段的特性
5.2.2 實驗得到每一階段（duàn）最佳的真空度
5.2.3 實（shí）驗得到第二階段最合適的振動強度，如振動法不合（hé）適，實驗其他（tā）方法
5.2.4 改進前（qián）後，幹燥同量物（wù）量所（suǒ）耗時（shí）間的差異，要（yào）求不低於（yú）25%
5.3 實驗設計（jì）
5.3.1 將物料裝入兩個盤內，放入箱內加（jiā）熱，每（měi）半（bàn）個（gè）小時（shí）觀察一次物料的幹燥狀（zhuàng）況，觀察物（wù）料慢慢變稠的（de）過程，注意觀察板結麵的出現，記錄這一時間。板結後，因為難以觀察第二階段（duàn）的結束，每次觀察時，敲擊幹燥箱，觀察物料液麵是否晃動，不動（dòng）時記錄這一時間。重複三次，記錄起始、每階段、結束時間（jiān），蒸汽的壓力、溫度、流量，物（wù）量幹燥前後的重量。
5.3.2 每次裝一（yī）個（gè）盤，記錄真空度在0.04MPa，0.05MPa，0.06MPa，0.07MPa，0.08MPa，0.09MPa時，每一階段（duàn）完（wán）成的時間、耗汽量。總結得出每一階段耗汽（qì）最少時（shí）對應的真空（kōng）度。對於第二階段的最佳（jiā）真空度，在±0.01MPa內，使用PLC控製，分別（bié）設半小時、一小時為一個波長，使真空（kōng）度波動，記錄完成的（de）時間、耗汽量。
5.3.3 第一階段（duàn）結束時，手持金屬物品，使（shǐ）用不同的（de）力度敲擊物料盤的側（cè）壁。如果效果（guǒ）明顯（xiǎn），設（shè）計（jì）機械振動機構，記錄第（dì）二階段的耗時和（hé）蒸汽耗量。
5.3.4 比較沒有真空度變（biàn）化，沒有振動，和變（biàn）化真空度，增加振動（dòng）的耗時和蒸汽耗量。
6 可能出現的難點
6.1 不同的物料，不同的含水率，不同（tóng）的裝料量都會影響實（shí）驗的結果，實驗條件盡（jìn）可能相同。
6.2 板結麵的破壞方法 由於物料的粘度較（jiào）大，可能難以找到一種最合（hé）適的方法。
6.3 實驗結果的推廣 實驗（yàn）得到的結果與實際應用的（de）相（xiàng）似性相差較大，需要結合實際，得出最終結論。
6.4 每個階（jiē）段的區分不很明顯。
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