燃气直热—微波辅助玉米干燥机的设计与试验

论文摘要

“民以食为天”,粮食一直是人类赖以生存和繁衍的物质基础。我国是世界上最大的粮食生产国,也是世界上最大的粮食消费国。因此粮食安全不仅是关乎我国民生的大问题,更是保持国民经济平稳较快增长和构建和谐社会的前提条件。由于我国粮食干燥技术落后,干燥机械化程度低,每年因来不及进行干燥而损失的粮食高达年产量的5%。做为我国玉米主产区之一的东北地区是我国高水分粮食比较集中的地区,由于自然气候特点,东北地区玉米收获季节气温低,上冻时间早,这些高水分玉米来不及自然晾晒,主要依靠机械干燥方式将玉米水分降到安全水平。本研究在国家高技术研究发展计划（863计划）子课题“玉米在线检测分级和燃气直热微波辅助干燥系统研究”的支持下,结合我国东北高水分玉米的干燥现状,从高效、节能、低碳、绿色环保和技术集成的角度,研制了适用于玉米的燃气直热—微波辅助联合干燥机。通过对传统干燥工艺和微波干燥工艺的分析,提出了适用于玉米的燃气直热—微波辅助联合干燥工艺,其核心内容为:先用微波对玉米进行预热、干燥,然后再用热风干燥;采用天然气作为热风来源,取消换热器;并设计了与之相配套的5HTW-1型燃气直热—微波辅助联合干燥机,最大设计生产率为1t/h,降水幅度为5%到7%,生产率为0.5t/h时降水幅度可达10%左右。该干燥机由1个微波干燥段和3个热风干燥段组成。在分析了干燥介质循环利用的可行性的基础上,设计了循环式热风腔体,合理的选取了循环风量,在生产率为0.5t/h,降水幅度为10.5%的工况下,计算结果显示干燥介质经循环式热风腔体循环利用后,天然气的用量为7.65m3/h,仅为干燥介质未循环利用时的35%,干燥机的理论耗热为6055.3kJ/kg,也降低了58%。另外根据实际生产的需要,设计了可无级变速的传动系统,输送带的速度可在02.93m/min之间实现无级变速。为了降低成本,提高干燥的均匀性,选用多个小功率的家用磁控管来产生大功率微波的馈能方式代替了大功率的工业微波源;设计了可在东北冬季低温下工作的冷却系统。以微波加热腔内的振荡模式为指标,通过计算机程序对腔体的尺寸进行了优化设计,优化结果表明当a=1.22m,b=0.51m,l=3.509m时微波腔体内可能产生的振荡模式最多,达201个之多;估算了微波腔体内填充玉米后最大场强为17.1kV/m,低于常压下空气击穿强度极限值30kV/m,不会发生高频击穿现象,根据制定的馈能口分布规则,设计了馈能口的位置。为了降低设备的微波泄漏,保证操作人员的安全并减少电磁污染,设计了该干燥机的微波防泄漏装置,包括进料端和出料端的微波抑制器,微波炉门,视镜、排潮口和进风口处的防泄漏板。在内置少量水负载微波源全开的情况下进行了微波泄漏性能检测,结果表明物料进口处泄漏量最大约为3mW/cm2,符合我国的安全标准。在生产率为500kg/h的工况下进行了正交多项式回归试验,建立了玉米降水幅度与微波功率和天然气用量的回归模型为: M = 0. 065P?0.071V2+2.04V?3.29,求得在降水幅度为10.5%时单位耗热量最低的参数组合为V=9.84m3/h,P=9.1kW,以此为参数进行重复试验,结果表明:在每小时500kg/h的工况下,燥降水幅度为10.43±0.32%,干燥不均匀度为0.43±0.21%,破碎率增加量0.33±0.57%,裂纹率增值为16.67±1.53%,单位耗热量为6278.48±101.64kJ/kg,与国标值相比单位耗热量减少6.3%,并且若按国标中的基础条件进行试验,该干燥机的单位耗热量还会进一步的降低。本论文所研究的5HTW-1型燃气直热—微波辅助联合干燥机具有一定的推广应用价值,对于进一步研究燃气直热—微波辅助联合干燥设备,降低干燥耗热,提高干燥效率和干燥产品的品质,有一定的实际参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.3.1 我国粮食烘干机的发展现状
• 1.3.2 我国粮食烘干存在的主要问题
• 1.3.3 国外粮食烘干机（设备）的发展现状
• 1.3.4 国内外微波干燥的发展现状
• 1.3.5 热风—微波联合干燥的研究现状
• 1.4 本课题的来源和主要研究内容
• 第2章 燃气直热—微波辅助干燥工艺
• 2.1 玉米干燥的特点以及常规干燥方法的不足
• 2.1.1 玉米干燥的特点
• 2.1.2 常规干燥方法的不足
• 2.2 微波干燥的机理及其特点
• 2.2.1 微波简介
• 2.2.2 微波加热原理
• 2.2.3 微波加热的特点
• 2.2.4 微波干燥的机理
• 2.2.5 微波干燥的特点
• 2.3 燃气直热—微波辅助联合干燥工艺
• 2.3.1 联合干燥形式的选择
• 2.3.2 燃气直热技术
• 2.4 本章小结
• 第3章 干燥机整机结构设计
• 3.1 干燥机型号及整机结构
• 3.1.1 干燥机的型号
• 3.1.2 干燥机的整机结构
• 3.2 微波功率和天然气用量的初算
• 3.2.1 微波功率计算
• 3.2.2 天然气用量的初算
• 3.2.3 天然气燃烧器的选型
• 3.3 循环式热风腔体的设计
• 3.3.1 废气直接循环利用的可行性
• 3.3.2 循环式热风腔体的设计
• 3.3.3 循环风量的计算
• 3.3.4 风机的选择
• 3.3.5 干燥介质循环利用后的理论耗热和天然气用量
• 3.4 传动系统的设计
• 3.4.1 传动参数的计算
• 3.4.2 传动部件的选型以及传动方案
• 3.4.3 托辊组件的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 微波加热系统的设计
• 4.1 微波源的选择及其冷却系统的设计
• 4.1.1 微波频率的选择
• 4.1.2 微波源的选择
• 4.1.3 微波源冷却系统的设计
• 4.2 微波源电源的设计
• 4.3 微波加热腔的设计
• 4.3.1 模式数目的计算及微波腔体尺寸的确定
• 4.3.2 微波腔体的品质因数和最大电场强度
• 4.3.3 微波源馈能口的分布
• 4.4 本章小结
• 第5章 微波防泄漏装置
• 5.1 微波抑制器
• 5.1.1 微波抑制器前段的设计
• 5.1.2 微波抑制器中段的设计
• 5.1.3 微波抑制器后段的设计
• 5.2 炉门的设计
• 5.3 防泄漏板的设计
• 5.4 防泄漏性能测试
• 5.5 本章小结
• 第6章 干燥机的性能试验
• 6.1 试验材料与设备
• 6.1.1 试验材料
• 6.1.2 实验设备
• 6.2 工作参数正交多项式回归试验
• 6.2.1 试验目的
• 6.2.2 试验方案
• 6.2.3 试验结果及分析
• 6.3 干燥机的性能检测试验
• 6.3.1 试验目的
• 6.3.2 试验方法
• 6.3.3 试验参数的选择
• 6.3.4 试验结果及分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 导师及作者简介
• 致谢