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新型喷动床大麦干燥技术研究

作　者: 孙琳洁
导　师: 刘伟民
学　校: 江苏大学
专　业: 食品科学
关键词: 喷动床旋转导向管支管式旋转导向管大麦流体力学特性干燥
分类号: TS210.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

喷动床具有传递效率高、适用于热敏性物料干燥、结构简单等优点。但到目前为止，喷动床的大型化和工业化因其结构的限制仍然受到制约。导向管喷动床是传统喷动床的发展，具有消除喷动区和环隙区交互流，提高颗粒适应性，减小压降，增加最大床层高度等优点，但是在径向放大上仍然存在问题。而且，随着床层高度和直径的放大，环隙区的气固传递情况将会变差。为攻克导向管喷动床放大的技术瓶颈，提出了支管式旋转导向管新型喷动床的结构设计方案，以大麦为原料，研究其流体力学特性、干燥动力学性能和优化的干燥工艺。主要研究内容和结论如下：（1）设计制造了旋转导向管喷动床。喷动床的内径为400mm，高为700mm，锥体部分锥角为60°，气体入口管径为40mm，喷嘴内径为28mm，导向管内径为40mm，机械驱动的导向管横梁的转速为16r·min^-1。为揭示此床中的气固相运动规律，以大麦为试验物料，进行了流体力学性能试验。考察了风速和床层压降的关系、导喷距对床层压降与表观风速关系的影响、装载量对床层压降与表观风速关系的影响、不同导喷距不同装载量对固体循环速率与风量关系的影响。结果表明：旋转导向管喷动床的表观风速-压降关系曲线和传统喷动床的有些相似，差别在于稳定喷动形成后若继续增加风速，旋转导向管管路压力损失随风速增大而增大。导喷距在45～80mm范围内影响表观风速-压降关系曲线，从45mm上升到80mm时，最大喷动压降从4kPa变化到22kPa。装料量为9kg时显著影响最大喷动压降，最大喷动压降为20kPa，装料量为17kg和25kg的最大喷动压降相近，为14kPa。导喷距影响固体循环速率与风量关系曲线。风量在74～105m³·h^-1（101.3kPa，30℃，后同）范围内，导喷距为45mm、50mm时的固体循环速率的范围为5～7kg·min^-1，相同风量下后者稍大；导喷距为70mm、75mm、80mm时的固体循环速率的范围为6.2～9.8kg·min^-1，相同风量下三者循环速率相近。在81～105m³·h^-1风量范围内，装载量对固体循环速率与风量关系曲线的影响不显著。（2）设计制造了支管式旋转导向管新型喷动床。与导向管相连的支管共四层，每层三支，相邻两层支管的垂直距离为15mm，且相邻两层支管在水平面上投影的夹角为60°，支管内径为20mm，支管表面的20％开内径为4mm的小孔，喷动床其余结构同（1）。以大麦为试验物料，进行了流体力学性能试验，考察了不同支管开孔率（此指孔的开放率）情况下风速和床层压降的关系、不同支管开孔率和不同导喷距对最小喷动速度的影响、不同支管开孔率和不同导喷距对固体循环速率与风量关系的影响、两种直径的喷嘴对起始喷动的影响。结果表明：该床的表观风速．压降关系曲线和（1）中的相似，但最大喷动压降显著减小，为1～8kPa，而（1）中的为4～22kPa。最小喷动速度为4～25m·s^-1；导喷距变大，最小喷动速度亦变大，并且，随着支管开孔率的增加，最小喷动速度的低位值显著变大，高位值变化较小。导喷距影响固体循环速率与风量关系曲线的情况与（1）中的相似。风量在74～105m³·h^-1（101.3kPa，30℃，后同）范围内，导喷距为45～80mm时的固体循环速率的范围为1.2～8kg·min^-1；相同风量下，导喷距增加，固体循环速率增大，支管开孔率增加，固体循环速率增大，但都显著小于（1）中的固体循环速率。内径为28mm的喷嘴能实现稳定喷动。（3）研究了（2）中的新型喷动床大麦干燥的动力学过程，所用喷嘴直径为28mm。测定了新型喷动床中大麦干燥的床层温度—时间和水分—时间两种干燥曲线，分别研究了风量（101.3kPa，0℃，后同）、风温、导喷距、开孔率等对干燥曲线的影响。研究表明：风温对干燥速率和粮温有显著性影响，风量和开孔率对干燥速率和粮温有一定的影响，导喷距对干燥速率的影响不显著，但对粮温的影响显著。（4）在支管式旋转导向管喷动床上进行大麦的恒温干燥试验，以单位质量水分热耗和粮温为指标，考察了风量、风温、导喷距和开孔率四因素对热耗的影响，得到了可供优化试验选择的参数范围，分别为83～107m³·h^-1（101.3kPa，0℃，后同）、80～120℃、70mm和0～1。在单因素试验的基础上，采用Box-Behnken试验方案进行试验设计，并通过响应面分析法建立了开孔率（X₁）、风温（X₂）、风量（X₃）对单位质量水分热耗影响的二次数学模型：Y=6392.0083-209.6784X₁-585.0840X₂+342.6196X₃-309.2270X₂₃该模型高度显著（P＜0.01），模型的校正决定系数Adj.R²=0.8742，表明此模型拟合优度良好。通过进一步的响应面分析表明，风温、风量及其交互作用对热耗均有显著性影响，并推断得优化工艺为开孔率1.3431，风温118.81℃，风量95.73m³·h^-1。以粮温为质量监控指标的响应面分析表明，热风温度对粮温的影响高度显著，开孔率对410mm处的平均粮温有显著性影响以及对干燥终了最高温度有高度显著性影响，风量对410mm和230mm处的平均粮温有显著性影响。（5）在恒温喷动床干燥的基础上进行了变风温和缓苏干燥工艺的初步探讨。试验表明，与恒温干燥法相比，高低温组合干燥和缓苏干燥工艺大麦的温度低，可更好保证谷物的干燥品质。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-14
第一章绪论  14-24
  1.1 谷物干燥的意义  14-15
  1.2 常用谷物干燥机的特点  15-16
  1.3 喷动床的发展与研究现状  16-22
    1.3.1 喷动床简介  16
    1.3.2 喷动现象  16-17
    1.3.3 典型柱锥喷动床的缺陷及其改进  17-19
    1.3.4 喷动床的应用  19-22
  1.4 本文要研究的问题和主要研究内容  22-24
第二章旋转导向管喷动床及流体力学特性研究  24-33
  2.1 旋转导向管的结构及原理  24
  2.2 旋转导向管喷动床流体力学特性试验研究  24-25
    2.2.1 试验装置和试验方法  25
  2.3 试验结果与分析  25-31
    2.3.1 喷动现象和压降变化规律  26-27
    2.3.2 导喷距对床层压降与表观风速的影响  27-28
    2.3.3 装载量对床层压降与表观风速的影响  28-30
    2.3.4 旋转导向管喷动床中的固体循环速率  30-31
  2.4 结论  31-33
第三章支管式旋转导向管新型喷动床结构特征及流体力学特性研究  33-49
  3.1 支管式旋转导向管的结构  33-34
  3.2 试验装置和试验方法  34
  3.3 试验结果与分析  34-47
    3.3.1 喷动现象和压降变化规律  34-36
    3.3.2 导喷距、开孔率对最大喷动压降的影响  36-37
    3.3.3 导喷距对最小喷动速度的影响  37-40
    3.3.4 开孔率对最小喷动速度的影响  40-42
    3.3.5 导喷距对固体循环速率的影响  42-45
    3.3.6 开孔率对固体循环速率的影响  45-47
    3.3.7 喷嘴入口几何尺寸的影响  47
  3.3 结论  47-49
第四章支管式旋转导向管新型喷动床大麦干燥的动力学研究  49-61
  4.1 概述  49-51
    4.1.1 谷物热风干燥原理  49
    4.1.2 谷物干燥的热力条件及干燥曲线  49-50
    4.1.3 支管式旋转导向管新型喷动床干燥的特点  50-51
  4.2 材料、设备与试验方法  51-52
    4.2.1 试验材料与设备  51
    4.2.2 试验方法  51-52
  4.3 试验设计  52-53
  4.4 试验结果与分析  53-60
    4.4.1 不同风量下大麦干燥特性  53-55
    4.4.2 不同风温下大麦干燥特性  55-57
    4.4.3 不同导喷距下大麦干燥特性  57-59
    4.4.4 不同开孔率下大麦干燥特性  59-60
  4.5 结论  60-61
第五章支管式旋转导向管新型喷动床大麦干燥的工艺研究  61-78
  5.1 材料、设备与试验方法  61
  5.2 试验设计  61-62
    5.2.1 单因素试验  61
    5.2.2 响应面优化设计  61-62
    5.2.3 统计分析  62
  5.3 试验结果及其分析  62-76
    5.3.1 单因素试验结果及分析  62-65
    5.3.2 响应面试验结果及分析  65-76
  5.4 结论  76-78
第六章支管式旋转导向管新型喷动床大麦变温干燥和缓苏干燥试验研究  78-87
  6.1 材料、设备与试验方案  78-80
    6.1.1 材料、设备  78
    6.1.2 试验方案  78-80
  6.2 试验结果及分析  80-86
    6.2.1 变温干燥试验结果及分析  80-84
    6.2.2 缓苏干燥试验结果及分析  84-86
  6.3 结论  86-87
第七章结论与建议  87-90
  7.1 结论  87-89
  7.2 建议  89-90
参考文献  90-97
致谢  97-98
攻读硕士学位阶段发表的论文及参加的科研工作  98

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