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畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目 轉(zhuǎn)筒干燥器的總體與結構設計
專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化
班 級 學 號 05802438
學 生 姓 名 曾傳林
指 導 教 師 張曉榮
填 表 日 期 2010 年 03 月 10 日
一 選題的依據(jù)及意義：
干燥的操作幾乎涉及到國民經(jīng)濟的所有部門，廣泛用于生產(chǎn)和生活之中。所謂干燥，一般是指從固體材料中使液體（主要是水份）揮發(fā)和分離的操作，也包括從液體或泥漿狀的物料中蒸發(fā)除去水分，以達到固體中失去水分的操作。其目的是除去某些原料、半成品以及成品中的水分或溶劑，以便于加工、使用、運輸、儲藏等。
干燥是消耗大量熱量的操作，在嚴格要求節(jié)省能源的今天，干燥所使用的熱源，若能把利用廢氣及剩余蒸汽等廉價的熱源作為方向，對于干燥機本身來說，即使熱效率降低，但對整體而言，還是經(jīng)濟的。另外，在進入干燥工序之前的前處理工序，能采用降低水分的方法是經(jīng)濟的。
對于干燥操作來說，干燥器的選擇是非常困難而復雜的問題。因被干燥物料的特性、供熱的 方法和物料 — 干燥介質(zhì)系統(tǒng)的流體動力學等必須全部考慮。由于被干燥物料的種類繁多，要求各異，決定了不可能有一個萬能的干燥器，只能選用最佳的干燥方法和干燥器形式。
在選擇干燥器形式時，要考慮下列因素：
（1）被干燥物料的性質(zhì)
（a）濕物料的物理特性；
（b）干物料的物理特性；
（c）腐蝕性；
（d）毒性；
（e）可燃性；
（f）粒子大??；
（g）磨損性。
（2）物料的干燥特性
（a）濕份的類型；
（b）初始和最終濕含量；
（c）允許的最高干燥溫度；
（d）產(chǎn)品的粒度分布；
（e）產(chǎn)品的色、光澤、味等。
（3）回收問題
（a）粉塵回收；
（b）溶劑回收。
（4）用戶安裝地點的可行性問題
（a）空間是否能布置此干燥系統(tǒng)；
（b）可用的加熱空氣的能源類型
及電能；
（c）排放的粉塵條件；
（d）噪音；
（e）干燥前后的銜接工序。
轉(zhuǎn)筒干燥器的主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體。這種裝置的工作原理簡圖如上。濕物料從左端上部加入，經(jīng)過圓筒內(nèi)部時，與通過筒內(nèi)的熱風或加熱壁面進行有效的接觸而被干燥，干燥后的產(chǎn)品從右端下部收集。在干燥過程中，物料借助于圓筒的緩慢轉(zhuǎn)動，在重力的作用下從較高的一端向較低的一端移動。筒體內(nèi)壁上裝有順向抄板（或類似的裝置），它不斷地把物料拋起又灑下，使物料的熱接觸面表面增加，以提高干燥速率并促進物料向前移動。干燥過程中所用的熱載體一般為空氣，煙道氣或水蒸氣等。如果熱載體（如熱空氣、煙道氣）直接與物料接觸，則經(jīng)過干燥后，通常用旋風除塵器將氣體中所夾帶的細粒物料捕集下來，非空氣則經(jīng)旋風除塵器后放空。轉(zhuǎn)筒干燥器是最古老的干燥設備之一，但由于經(jīng)濟實用工作量大，效率較高，目前仍被廣泛使用于冶金、建材、化工等領域。
二 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢：
轉(zhuǎn)筒干燥器的主體是略帶傾斜(也有水平的)并能回轉(zhuǎn)的圓筒體，濕物料由其一端加入，經(jīng)過圓筒內(nèi)部時，與通過筒內(nèi)的熱風或加熱壁面有效地接觸而被干燥。轉(zhuǎn)筒干燥器是一種既受高溫加熱又兼輸送的設備，在食品、化工、冶金、建材等行業(yè)都有廣泛的應用。
實用干燥器的最小直徑為0.5米左右，最大為3米以上。長度短的為2米左右，長的可達50米。隨著中國加入WTO以及經(jīng)濟的高速增長，使得這些行業(yè)的產(chǎn) 品激增，對轉(zhuǎn)筒干燥器也就不可避免地產(chǎn)生更大的需求。
長期以來，對轉(zhuǎn)筒干燥器的研究僅限于對干燥過程的試驗研究和提出數(shù)學模型，這些研究并不能完全揭示轉(zhuǎn)筒干燥器內(nèi)部物料的運動軌跡和熱力學參數(shù)的分布信息，常規(guī)的測試手段又很難測得，因而，對這種干燥器的運用和發(fā)展受到了一定的限制。在很長的時期內(nèi)，轉(zhuǎn)筒干燥器已經(jīng)沒有真正意義上的技術創(chuàng)新。在1996年，日本東京的Yamato Sankyo制造公司申請了一個新型轉(zhuǎn)筒干燥器的專利，其新穎之處在于干燥空氣從中心管穿過多條分支管而噴射到旋轉(zhuǎn)的筒壁上，它不僅熱質(zhì)傳遞速率幾乎是原來的兩倍，而且，具有尺寸小、結構簡單、成本低等優(yōu)點，這是這些年來，在轉(zhuǎn)筒干燥器領域的主要創(chuàng)新。
轉(zhuǎn)筒干燥與其他干燥設備相比，生產(chǎn)能力大，可連續(xù)操作；結構簡單，操作方便；故障少，維修費用低；適用范圍廣，流體阻力小，可以用它干燥顆料狀物料，對于那些附著性大的物料也很有利；操作彈性大，生產(chǎn)上允許產(chǎn)品的流量有較大波動范圍，不會影響產(chǎn)品的質(zhì)量；清掃容易。缺點是：設備龐大，一次性投資多；安裝、拆卸困難；熱損失較大，熱效率低(蒸汽管式轉(zhuǎn)筒干燥器熱效率高)；物料在干燥器內(nèi)停留時間長，物料顆料之間的停留時間差異較大。
１ 轉(zhuǎn)筒干燥器的國內(nèi)外現(xiàn)狀
目前，國內(nèi)使用的轉(zhuǎn)筒干燥器與國外的型式基本相同。為了提高干燥性能，國內(nèi)外新型設備研制動向亦大體相似，即通過組合設置不同幾何形狀的抄板，發(fā)展具有聯(lián)合裝置的轉(zhuǎn)筒干燥器。
按照被干燥物料的加熱方式，可將目前的轉(zhuǎn)筒干燥器分為五種類型，即直接加熱式干燥器、間接加熱式干燥器、復合加熱式干燥器、蒸汽煅燒干燥器、噴漿造粒干燥器。
（1）直接加熱式轉(zhuǎn)筒干燥器
此種干燥器內(nèi)載熱體直接與被干燥物料接觸，主要靠對流傳熱，使用最廣泛。分為常規(guī)直接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器、葉片式穿流轉(zhuǎn)筒干燥器和通氣管式轉(zhuǎn)筒干燥器三種。
常規(guī)直接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器中被干燥的物料與熱風直接接觸，以對流傳熱的方式進行干燥。按照熱風與物料之間的流動方向，分為并流式和逆流式。干燥器的空氣出口溫度在并流式中一般應高于物料出口溫度10～20℃，在逆流式中空氣出口溫度沒有明確規(guī)定，但設計時采用100℃作為出口溫度比較合理。筒體直徑一般為 0.4～3ｍ，筒體長度與筒體直徑之比一般為4～10。干燥器的圓周速度為0.4～0.6m/s，空氣速度在1.5～2.5m/s范圍內(nèi)。
按照熱風的吹入方式可將葉片式穿流轉(zhuǎn)筒干燥器分為端面吹入型和側面吹入型兩種。端面吹入型的筒體水平安裝，沿筒體內(nèi)壁圓周方向等距離裝有許多從端部入口側向出口側傾斜的葉片，熱風從端部進入轉(zhuǎn)筒底部，僅從下部有料層的部分葉片間隙吹入筒內(nèi)，因此能有效地保證干燥在熱風與物料的充分接觸下進行，不會出現(xiàn)短路現(xiàn)象。物料則在傾斜的葉片和筒體的回轉(zhuǎn)作用下，由入口側向出口側移動，其滯留時間可用出口調(diào)節(jié)隔板調(diào)節(jié)。側面吹入型與端面吹入型不同的是：筒體略帶傾斜安裝，大部分熱風從開有許多小孔的筒體外吹入筒內(nèi)，其方向與筒內(nèi)物料的移動方向成直角，再穿過三角形葉片的百葉窗孔進入料層。在回轉(zhuǎn)筒體外壁四周裝有箱型殼體，并沿回轉(zhuǎn)筒體長度方向分成3～4個獨立的室。每個室都有獨立的鼓風機、空氣加熱器以及進氣口和排氣口，熱風溫度以及循環(huán)風量、排氣量均能自行調(diào)節(jié)。這種干燥器體積傳熱系數(shù)大，約為349～1745W/m3×℃，干燥時間短，約為10～30min，物料的填充率較大，約為 20%～30%。裝置容積相對較小，料層阻力為98～588Pa，通過風速一般為0.5～1.5m/s，筒體的轉(zhuǎn)速約為常規(guī)直接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器的1/2左右，使用的熱風溫度為100～300℃。常用這種干燥器干燥粒狀、塊狀或片狀物料，例如壓扁大豆、砂糖等物料。
通氣管式轉(zhuǎn)筒干燥器轉(zhuǎn)筒的設計和安裝與常規(guī)式相同，不同的是轉(zhuǎn)筒內(nèi)沒有安裝抄板，物料自進口端向出口端移動的過程中，始終處于轉(zhuǎn)筒底部的空間中，形成一個穩(wěn)定的料層。熱空氣從端部進入不隨筒體轉(zhuǎn)動的中心管后，高速地從埋在料層內(nèi)的分支管小孔中噴出，與物料強烈接觸。由于分支管是沿著中心管長度方向均勻分布，而沿著圓周方向則主要集中于中心管下部分布。所以這種設計不僅保證了熱風與物料的有效接觸，強化了傳熱傳質(zhì)過程，而且與葉片式穿流轉(zhuǎn)筒干燥器相比，氣體在干燥器長度上的分布則更加均勻。通氣管式干燥器的體積傳熱系數(shù)約是常規(guī)式的兩倍。轉(zhuǎn)筒的圓周速度約是常規(guī)式的1/2。在相同的生產(chǎn)能力下，干燥筒體的長度僅是常規(guī)式的1/2。
（2）間接加熱式轉(zhuǎn)筒干燥器
其載熱體不直接與被干燥的物料接觸，而干燥所需的全部熱量都是經(jīng)過傳熱壁傳給被干燥物料的。間接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器根據(jù)熱載體的不同，分為常規(guī)式和蒸汽管式兩種。
常規(guī)間接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器的轉(zhuǎn)筒砌在爐內(nèi)，用煙道氣加熱外殼。此外，在轉(zhuǎn)筒內(nèi)設置一個同心圓筒。煙道氣進入外殼和爐壁之間的環(huán)狀空間后，穿過連接管進入干燥筒內(nèi)的中心管。煙道氣的另一種走向是首先進入中心管，然后折返到外殼和爐壁的環(huán)狀空間，被干燥的物料則在外殼和中心管之間的環(huán)狀空間通過。為了及時排除從物料中汽化出的水分，可以用風機向干燥筒中引入適量的空氣，但所需的空氣量比直接加熱式要小得多。由于風速很小(一般為0.3～0.7m/s)，所以廢氣夾帶粉塵量很少，幾乎不需氣固分離設備。在許多場合下，也可以不用排風機而直接采用自然通風除去汽化出的水分。
蒸汽管間接加熱轉(zhuǎn)筒干燥器的干燥筒內(nèi)以同心圓方式排列1～3 圈加熱管，其一端安裝在干燥器出口處集管箱的排水分離室上，另一端用可熱膨脹的結構安裝在通氣頭的管板上。蒸汽、熱水等熱載體則由蒸汽軸頸管加入，通過集管箱分配給各加熱管，而冷凝水則借干燥器的傾斜度匯集至集管箱內(nèi)，由蒸汽軸頸管排出。物料在干燥器內(nèi)受到加熱管的升舉和攪拌作用而被干燥，并借助干燥器的傾斜度從較高一側向較低一側移動，從設在端部的排料斗排出。它的單位容積干燥能力是常規(guī)直接加熱式轉(zhuǎn)筒干燥器的3倍左右，傳熱系數(shù)約為每平方米加熱面積40～120W/(m2·℃)，熱效率高達80%～90%，物料的填充率為0.1～0.2。
（3）復合加熱式轉(zhuǎn)筒干燥器
其一部分熱量是由干燥介質(zhì)經(jīng)過傳熱壁傳給被干燥物料，另一部分熱量則由載熱體直接與物料接觸而傳遞的，是熱傳導和對流傳熱兩種形式的組合，熱利用率較高。主要由轉(zhuǎn)筒和中央內(nèi)管組成，熱風進入內(nèi)筒，由物料出口端折入外筒后，由原料供給端排出。物料則沿著外殼壁和中央內(nèi)筒的環(huán)狀空間移動。干燥所需的熱量，一部分由熱空氣經(jīng)過內(nèi)筒傳熱壁面，以熱傳導的方式傳給物料；另一部分通過熱風與物料在外殼壁與中央內(nèi)筒的環(huán)狀空間中逆流接觸，以對流傳熱的方式傳給物料。
（4）蒸汽煅燒干燥器
在蒸汽煅燒干燥器內(nèi)，一方面進行煅燒，一方面進行干燥。并設有自身返料裝置。熱量是通過設在回轉(zhuǎn)筒內(nèi)的翅片管蒸汽加熱而獲得的。傳熱系數(shù)高，熱效率可達到75%，蒸發(fā)強度為150kg/ｍ3(水)。
（5）噴漿造粒干燥器
它將產(chǎn)品干燥和造粒在一個回轉(zhuǎn)圓筒中完成。料漿由噴嘴噴射到筒內(nèi)，筒體內(nèi)部設有返料螺旋抄板，使成品自身返料而減少返料倍數(shù)，簡化流程，降低設備負荷，提高設備生產(chǎn)強度。
（6）應用實例
日本生產(chǎn)的Φ5.4×23ｍ大型轉(zhuǎn)筒干燥器，是一種具有聯(lián)合裝置的轉(zhuǎn)筒干燥器，主要特點是內(nèi)部分段設置羽狀揚料板，普形揚料板和鐵鏈環(huán)，物料水份可由12%降到4%。
芬蘭生產(chǎn)的新型轉(zhuǎn)筒干燥器規(guī)格為Φ2.4×24ｍ，首段設直板形揚料板，中段設結構密集的套索板，其后為空筒段，尾部在筒壁上開設有Φ20mm 的小孔，用以分離粉料和塊狀物料，物料水份可從8%降至1%。
由原民主德國和蘇聯(lián)合作設計一種干燥器，主要特點是共設有四種結構形式的揚料裝置，并呈多段、交叉布置。
美國生產(chǎn)的新型干燥器的結構特點是設置了五種結構形式的揚料板和阻料圈，揚料板呈不同高度，進料端較高，向出料端逐漸降低。在筒體斷面上裝有可調(diào)整位置的環(huán)形擋板，構成阻料圈，從而可延長物料在干燥器內(nèi)的停留時間。
由合肥水泥研究設計院研制成功的一種組合揚料板式烘干機，已申報國家專利。特點是設置多段不同形狀的揚料板，以及徑向折流板和導向阻料圈，作用在于使物料沿軸呈“波浪”向前“蠕動”，使物料在圓斷面均勻撒落，延長物料通過烘干機的時間。在實際應用中，Φ1.5×12ｍ 轉(zhuǎn)筒烘干機產(chǎn)量達6.5t/h，物料水份從19%可降到2%。還研制有一種套筒式烘干機，特點是由兩段不同直徑的筒體同軸組合而成，該機長度縮短了50%，外筒體對內(nèi)筒體保溫，可減少散熱損失，提高熱效率。
山東天力干燥設備有限公司開發(fā)出了糟渣類物料轉(zhuǎn)筒干燥器、帶自清理結構的新型回轉(zhuǎn)圓筒干燥器等產(chǎn)品，并應用了惰性粒子回轉(zhuǎn)圓筒干燥技術以及與流化床技術、氣流技術相結合的新工藝。極大地拓寬了常規(guī)轉(zhuǎn)筒的使用范圍，在保留轉(zhuǎn)筒的處理量大、運行平穩(wěn)的優(yōu)點的同時，能處理粘性物料、膏糊狀物料，甚至能處理液體物料。很好地克服了常規(guī)轉(zhuǎn)筒干燥器中存在的結疤、粘壁、產(chǎn)品品質(zhì)不均勻的缺點，成功地用于具熱粘性質(zhì)的氯化膽堿粉劑、氨基酸、棕櫚油渣的干燥，取代了原始的烘房，性能指標優(yōu)于國外設備。在轉(zhuǎn)筒內(nèi)加入惰性粒子及相應的返料篩分裝置，可在轉(zhuǎn)筒內(nèi)實現(xiàn)對膏糊狀、液體產(chǎn)品的干燥。
DJH型烘干機國內(nèi)開發(fā)的一種轉(zhuǎn)筒干燥器，它依據(jù)物料性狀和干燥運行的具體條件，確定揚料板的結構尺寸、干燥器的轉(zhuǎn)速和傾角，以最佳組合參數(shù)運轉(zhuǎn)，提高了干燥能力。制造簡單，維修方便，維修所需備品備件少。還通過采取筒體保溫措施，以減小散熱損失，提高烘干熱效率。若以該規(guī)格烘干機與日本聯(lián)合裝置烘干機相比較，兩者干燥能力相當，但該機有效烘干容積僅為后者的26.7%，整機性能要優(yōu)于后者。
2 發(fā)展趨勢
隨著人們對轉(zhuǎn)筒干燥器研究的不斷深入以及生產(chǎn)經(jīng)驗的不斷積累，一些問題將會得到進一步的解決。轉(zhuǎn)筒內(nèi)抄板的結構形式對干燥效果的影響，將得到進一步的研究。也將會為轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)數(shù)、傾斜度、干燥介質(zhì)溫度、速度對干燥速率的影響，提供較為準確的最佳參數(shù)范圍。為進一步提高效率、降低能耗、優(yōu)化干燥器性能，提高控制水平和產(chǎn)品質(zhì)量，不斷增強在線檢測的能力，計算機技術、專家系統(tǒng)將在轉(zhuǎn)筒干燥器的應用領域得到進一步的應用和發(fā)展。
三 原始資料及設計技術要求：
（一）原始資料
1） 轉(zhuǎn)筒干燥機的設計規(guī)格φ1000×8000mm；
2） 轉(zhuǎn)筒干燥機的其它主要技術參數(shù)：傾斜度3-5%；轉(zhuǎn)速3-8r/min;進氣溫≤700℃；功率7.5kw；生產(chǎn)能力0.8-2.5t/h；重量4t。
（二）轉(zhuǎn)筒干燥器的設計技術要求
1） 根據(jù)主要技術參數(shù)設計轉(zhuǎn)筒干燥機的結構（托輪、進出料裝置、傳動裝置與齒輪罩等）。
2) 要求英文資料翻譯忠實原文。
3) 要求完成的設計能滿足實際要求，圖面及文字說明表達簡潔、清晰、易讀懂，圖紙設計規(guī)范，符合制圖標準。能用于指導實際的生產(chǎn)、裝配。
4) 要求畢業(yè)論文敘述條理清楚，設計計算正確，論文格式規(guī)范。
四 目標、主要特色及工作進度：
1 目標
通過這次對轉(zhuǎn)筒干燥機總體與結構的設計，學會利用查參考書和某些圖表正確計算零件的尺寸和一些參數(shù)。培養(yǎng)自己掌握一般機械設計的思路，設計方法和設計步驟。提高自己利用計算機繪制二維圖紙和三維實體模型的設計能力。
最終目標是：設計一個轉(zhuǎn)筒干燥器系統(tǒng)以及繪制轉(zhuǎn)筒干燥機總裝配圖，托架裝置、密封裝置、出料箱和筒體焊接的二維圖紙。
2 主要特色
轉(zhuǎn)筒干燥器與其他干燥設備相比，具有如下優(yōu)點：
（1）生產(chǎn)能力大，可連續(xù)工作；
（2）結構簡單，操作方便；
（3）故障少，維修費用低；
（4）適用范圍廣，可以用它干燥顆粒狀物料，對于那些附著性大的物料也很有利；
（5）操作彈性大。大生產(chǎn)上允許產(chǎn)品的產(chǎn)量有較大的波動范圍，不致影響產(chǎn)品的質(zhì)量；
（6）清掃容易。
該干燥器的缺點是：
（1）設備龐大，一次性投資多；
（2）安裝、拆卸困難；
（3）熱容量系數(shù)小，熱效率低（但蒸汽管式轉(zhuǎn)筒干燥器熱效率高）；
（4）物料在干燥器內(nèi)停留時間長，且物料顆粒之間的停留是差異較大，因此不適合于對溫度有嚴格要求的物料。
3 工作進度
畢業(yè)設計（論文）工作內(nèi)容及完成時間：
1）查閱有關資料，撰寫開題報告； 3月1日-3月14日
2) 英文資料翻譯（6000字符以上）； 3月15日-3月22日
3）分析與研究：了解現(xiàn)有類似設備的工作原理，制訂設備工作原理圖；
3月23日-4月2日
4）轉(zhuǎn)筒干燥機主要結構及相關尺寸的計算；
4月3日-4月27日
5）轉(zhuǎn)筒干燥機各主要配件圖紙和總裝圖的繪制（以上合計A1圖3張，A2圖2張）；
4月28日-5月17日
6）撰寫畢業(yè)論文一份； 5月18日-6月3日
7）畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯。 6月4日-7月2日
五 參考文獻：
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[3] 《機械設計手冊(新版)》 第一卷、第二卷、第四卷、第五卷.北京：機械工業(yè)出版社，2004.8
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[6] 日本化學技術 《化工機械設計和保養(yǎng)》 上海：上?？茖W技術文獻出版社，1985
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