發(fā)布時間：2010年03月16 摘要：根據(jù)真空干燥箱在實際使用中存在傳熱效率低,、干燥緩慢,、能耗大的缺點提出改進方案,。論文將干燥過程分析歸納為三個階段，對每一階段提出不同的改進方案。
關(guān)鍵詞：真空干燥箱 傳熱
0 綜述
     原有真空干燥箱型號為FZG15,，為蒸汽加熱,，水環(huán)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,。干燥的物料主要是濃縮后的中藥浸膏,，含水率40％～60％。根據(jù)了解,，干燥一批浸膏（32盤 80kg左右）,，需要三天四夜左右，既費時又耗能,。
1 問題
     真空干燥箱干燥過程中,，由于在真空狀態(tài)下，對流傳熱嚴重削弱,，傳熱主要靠熱傳導,，以及盤管和箱壁對物料的熱輻射。但因為溫度低,，輻射傳熱占的比重不大,。熱傳導占的比重較大，但物料盤和盤管的接觸面積小,，傳熱效果不好,。
     另一個原因，隨著物料的干燥,，底面干燥硬化,，形成熱阻層，降低了盤管和物料盤的傳熱量,；上表面板結(jié),，致使內(nèi)部產(chǎn)生的蒸汽不易排出，影響了干燥速度,，并且當氣泡壓力足夠大,，沖破板結(jié)層時，物料崩出盤外,，造成浪費,。
2 原因分析
2.1 傳熱效率低
     傳熱主要靠熱傳導，輻射傳熱很少,，對流傳熱嚴重削弱,。物料盤和盤管的接觸面積小，傳熱效果不好,。根據(jù)傳熱學理論,，熱傳導和熱輻射幾乎不受真空影響,，而對流傳熱隨著真空度的增加而減少，各種傳熱方式和真空度的關(guān)系近似曲線如下圖所示,。
2.2 物料上下兩層板結(jié)層影響干燥速度
     非金屬固體材料導熱系數(shù)不足純鐵導熱系數(shù)的十分之一,，板結(jié)層對傳熱的影響很大，上層的板結(jié)層影響水分蒸發(fā)的速度,。
3 干燥過程的分析
3.1 根據(jù)實際情況將物料干燥過程大致分為三個階段：
第一階段：水分快速蒸發(fā)階段 物料狀態(tài)從粘稠到極粘稠,。在真空狀態(tài)下，物料內(nèi)部對流傳熱強烈,，水分快速蒸發(fā),，在這一階段，蒸發(fā)掉一半以上的水分,，而耗時很少,。
第二階段：從液態(tài)到固態(tài) 物料狀態(tài)從極粘稠到全部固化。在這一階段,，物料內(nèi)部對流傳熱逐漸減弱,，過程緩慢，較早出現(xiàn)的上下兩層板結(jié)層,，很大程度上影響了干燥速度,。
第三階段：物料固態(tài)干燥的過程 物料慢慢脫水至含水率達標的塊狀物。這一階段蒸發(fā)的水分很少,，干燥的速度比第二階段稍快一些,。
3.2 各個階段和真空度的關(guān)系：
第一階段，換熱過程比較理想,，真空度越高,，水分蒸發(fā)越快；
第二階段,，隨著對流的減弱,，以及熱阻的增大，含水量越來越少,，如果還維持真空泵功率不變,，真空度越來越大，對流越來越弱,，干燥效率越來越低,。假如使用波動的真空度，合理調(diào)配真空度和對流傳熱至最佳結(jié)合點,，可能效率要高,。
第三階段，由于含水率很小,，真空度小一些可能更合適,。如果使用干燥的熱空氣加熱,，干燥過程更快。
4 解決方案
4.1 改善對流換熱
     根據(jù)各階段的特點,，調(diào)整每一階段的真空度，盡可能的增大傳熱量,。示意圖如下所示,。
4.2 改善熱傳導
由于物料盤難于避免物理撞擊，盤底有很多突起,，如果在盤管上鋪一塊平的薄鋼板,，接觸面積不會很大。建議使用多孔金屬板,，改善熱傳導,。如下圖所示。
4.3 破壞板結(jié)面
     物料板結(jié)面的形成對熱量的傳遞和水分的蒸發(fā)影響最大,，解決這個問題是重中之重,。方法有：人工破壞，機械振動,，超聲波,。
     實驗時，可以先使用人工的方法測試多大的振動合適,，實際生產(chǎn)中需要在干燥箱內(nèi)設計相應的構(gòu)件,，達到這一目的。
5 小批樣實驗
5.1 實驗裝置及系統(tǒng)圖
現(xiàn)有真空干燥箱箱內(nèi)尺寸為1500×1400×1220mm,，烘盤32個,，尺寸為460×640×45mm，八層,，每層四個,。
實驗用干燥箱，尺寸500×450×300mm,，一層,，每層放兩個烘盤。烘盤尺寸為100×150×40mm,，真空泵一臺,，2BV2061－0NC02-1P，功率1.45kW,，排氣量50m3/h,，熱源為蒸汽，人工振動方法破壞板結(jié)面,。實驗的系統(tǒng)圖如下所示,。
5.2 實驗目的
5.2.1 實驗總結(jié)每一階段的特性
5.2.2 實驗得到每一階段最佳的真空度
5.2.3 實驗得到第二階段最合適的振動強度,，如振動法不合適，實驗其他方法
5.2.4 改進前后,，干燥同量物量所耗時間的差異,，要求不低于25%
5.3 實驗設計
5.3.1 將物料裝入兩個盤內(nèi)，放入箱內(nèi)加熱,，每半個小時觀察一次物料的干燥狀況,，觀察物料慢慢變稠的過程，注意觀察板結(jié)面的出現(xiàn),，記錄這一時間,。板結(jié)后，因為難以觀察第二階段的結(jié)束,，每次觀察時,，敲擊干燥箱，觀察物料液面是否晃動,，不動時記錄這一時間,。重復三次，記錄起始,、每階段,、結(jié)束時間，蒸汽的壓力,、溫度,、流量，物量干燥前后的重量,。
5.3.2 每次裝一個盤,，記錄真空度在0.04MPa，0.05MPa,，0.06MPa,，0.07MPa，0.08MPa,，0.09MPa時,，每一階段完成的時間、耗汽量,?？偨Y(jié)得出每一階段耗汽最少時對應的真空度。對于第二階段的最佳真空度,，在±0.01MPa內(nèi),，使用PLC控制，分別設半小時,、一小時為一個波長,，使真空度波動,，記錄完成的時間、耗汽量,。
5.3.3 第一階段結(jié)束時,，手持金屬物品，使用不同的力度敲擊物料盤的側(cè)壁,。如果效果明顯,，設計機械振動機構(gòu)，記錄第二階段的耗時和蒸汽耗量,。
5.3.4 比較沒有真空度變化,，沒有振動,，和變化真空度,，增加振動的耗時和蒸汽耗量。
6 可能出現(xiàn)的難點
6.1 不同的物料,，不同的含水率,，不同的裝料量都會影響實驗的結(jié)果，實驗條件盡可能相同,。
6.2 板結(jié)面的破壞方法 由于物料的粘度較大,，可能難以找到一種最合適的方法。
6.3 實驗結(jié)果的推廣 實驗得到的結(jié)果與實際應用的相似性相差較大,，需要結(jié)合實際,，得出最終結(jié)論。
6.4 每個階段的區(qū)分不很明顯,。
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