1、机械电气工程学院本科毕业设计 设计说明书 题 目： 真空脉动干燥装置结构设计 院 （系）： 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 摘要 在果蔬的干燥加工上，常见的干燥技术有热风干燥、红外干燥、微波干燥等。与普通干燥相比，真空脉动干燥技术有一系列的优点。 真空环境能降低水的沸点，真空脉动压能够破坏物料表层蒸气压与干燥室内压力的平衡状态，有助于提高果蔬等农产品物料的脱水效率，提高干燥速率。将真空脉动压技术引入到干燥技术中，不仅提高干燥效率、降低能耗，也能较好地保护果蔬产品的色泽、营养成分等，非常适合干燥热敏性物料。 虽然真空脉动干燥技术有以上优点，但在这方面的研究还很少，目前只有滚
2、筒式的真空脉动干燥装置发面的研究。但在滚筒式真空脉动干燥装置中，被干燥的物料处于不断翻滚、相互碰撞的状态，容易损伤，不适合干燥葡萄等易损伤的物料。针对以上情况，提出箱式真空脉动干燥装 置。与滚筒式相比：箱式干燥室中 被干燥的物料处于静止状态，形状不容易损坏；干燥过程中无物料翻转等运动，故无粉尘的产生；无干燥物料回收装置，设备简单。所以箱式真空脉动干燥装置应用的范围更广。 关键词： 真空 脉动压 干燥 Abstract The common drying technology in fruits and vegetables drying processing are hot air dryin
3、g, infrared drying, microwave drying, etc. Compared with the normal drying, vacuum drying technology has a pulse number of advantages. Vacuum can reduce the boiling point of water, and Vacuum pulse pressure can damage the material surface vapor pressure and the drying chamber pressure balance. So it
4、 can help improve the efficiency of dehydration of fruits、 vegetables and other agricultural materials, increasing the drying rate. introducing the vacuum pulse technology into the drying technology, not only improve the drying efficiency, reduce energy consumption, also can well protect the colour
5、and lustre of fruit and vegetable products, nutrition, etc., very suitable for drying heat-sensitive materials. Although the pulsating vacuum drying technology has the above advantages, but also very little research in this area, the present study only pulsating vacuum drum drying device baking. But
6、 in the pulsating vacuum drum drying apparatus, the material is dried and rolled over, state collide, easy to damage, the material whice is easy to damage is not suitable for drying grapes. For the above, proposed pulsating vacuum drying device box. Compared with the drum: box-type drying chamber th
7、e material to be dried in a static state, the shape is not easily damaged; drying process without flipping movement of the material, there is no generation of dust; no dry material recovery facilities.The equipment is Simple. Therefore, pulsating vacuum drying device box has a wider range of applica
8、tions. Keywords:vacuumPulsepressuredrying 真空脉动干燥装置结构设计 设计说明书 目录 摘要 . 2 Abstract. 2 第一章 绪论 . 49 一、课题名称及来源： . 49 二、研究的目的、意义和国内外研究现状： . 49 （一）选题的目的及意义 . 49 （二）国内外研究现状 . 49 （三）课题的提出 . 51 三、设计方案： . 52 （一）设计内容 . 52 （二）设计目标 . 52 （三）可行性分析 . 52 （四）技术路线 . 53 第二章 真空脉动干燥装置结构设计 . 54 一、真空脉动干燥装置设计要求 . 54 二、真空脉动干燥装
9、置工作原理 . 54 三、总体方案设计 . 55 四、主要零部件的结构设计及选型 . 56 （一）干燥室的设计 . 56 1. 干燥室外壁的设计 . 56 2. 干燥室承压层的设计 . 57 3. 物料小车的设计 . 57 4. 物料托盘的设计 . 58 （二）真空脉动系统中主要零部件的设计 . 59 1. 真空泵的选型 . 59 2. 真空逆止阀的选取 . 60 （三）供热系统中主要零部件的设计 . 60 1 加热水箱的设计 . 60 2 加热管的设计 . 61 3. 水泵的选型 . 62 （四）门密封系统的设计 . 64 1. 干燥室门的设计 . 64 2. 门驱动及预紧方式设计 . 64
10、 3. 密封圈结构形式设计 . 65 第三章 结论和展望 . 66 一、结论 . 66 二、展望 . 66 主要参考文献 . 67 设计心得 . 68 致谢 . 错误 !未定义书签。 全套机械毕业设计含装配图零件图开题报告论文 PPT联系 QQ： 2841677322 49 第一章 绪论 一、课题名称及来源： 名称： 真空脉动干燥装置结构设计 来源：自拟课题 二、研究的目的、意义和国内外研究现状： （一）选题的目的及意义 蔬菜和水果中含有丰富的碳水化合物有机酸维生素及、无机盐是人类重要的营养来源也是人类生活中必不可少的食物。我国是目前世界上水果和蔬菜产量最大的国家 ,2011年我国水果总产量超
11、过 1.3亿吨蔬菜总产量超过 7亿吨 1。 季节性生产和周年性供应是水果和蔬菜的重要特征，也是造成市场供求矛盾的成因每年收获季节大量水果和蔬菜上市 ,许多地方市场供大于求，菜贱伤农情况时有发生。新鲜水果和蔬菜含水量高（大部分果蔬含水量在 %90 以上）产后呼吸代谢旺盛、极易腐烂的特质 ,给农产品的贮藏、运输、流通等产业环节带来相当的困难。据调查 ,我国水果产后平均损失率 15% 20%，蔬菜产后平均损失率 25% 30%左右 ,每年水果和蔬菜的损失量超过 1.6 亿吨 1。产后巨大的损失在一定程度上抵消了我们为增产增收所付出的努力。因此 ,在蔬菜、水果的采后进行干燥处理具有十分重要的意义。 在
12、果蔬加工上，常见的干燥技术有热风干燥、微波干燥等。真空技术的应用使干燥技术有了一个显著的发展。与普通干燥相比，真空干燥有一系列的优点 2。在真空干燥过程中，干燥室内的压力始终低于大气压力，能干燥容易氧化变质的物料。真空干燥可以实现低温干燥，提高干燥速率；真空干燥能克服热风干燥所产生的溶质失散现象。 脉动技术 4的应用，为各种干燥技术带来了新的干燥工艺，脉动技术可以提高干燥效果，降低能 耗；脉动技术提高干燥速率；脉动可以在干燥过程中有效控制材料的温度。有助于提高果蔬、肉类等农产物料的脱水效率，且能较好地保存果蔬产品的色泽、营养成分等。 因此，将脉动技术引入到真空干燥技术中，再通过研究分析，希望为
13、以后干燥技术的研究提供一种借鉴。 （二）国内外研究现状 早在 20 世纪 70 年代，就有对真可干燥方面的研究，但是大多数的关于干燥的科学和工程文献都是用俄文、日文、德文和法文撰写的。事实上，干燥几乎在所有的工业部门都是关键环节，它消耗大量的能源并且决定产品的质量。直到 1978年 8月在加拿大的蒙特利尔的 Mcgill大学召开的第一届国际干燥学术研讨会才引起了人们对干燥的关注 6。所以说干燥技术及设备的发展的历史全套机械毕业设计含装配图零件图开题报告论文 PPT联系 QQ： 2841677322 50 还不是很久，但是技术的发展却很迅猛。我国干燥设备在“十五”期间有了长足的进步，尤其 200
14、5 年以来我国的干燥设备的结构和性能都有明显的改善，质量都在不断地提高中。就普通真空干燥设备而言，国内的真空干燥设备在间歇真空干燥设备方面比较成熟，应用也普遍一些；加热方式多为辐射和传导。连续式真空干燥设备只有带式干燥机比较成熟。 肖维强等 7选择在低温真空条件下对荔枝和龙眼进行干燥，研究结果表明在真空 0 03Mpa 0 05Mpa 时，每次于燥时间 12h 为宜；低温真空干燥能显著提高荔枝干和龙眼干的档次。 王福娟等 8在胡萝卜真空干燥工艺参数的实验研究中，选用五种真空度分别为 0 05Mpa、 0 06Mpa、 0 07Mpa、 0 08Mpa 和 0 09Mpa。在四种干燥温度 40、
15、 50、 60和 70条件下对新鲜胡萝卜进行脱水干燥，测定不同干燥工艺条件下胡萝卜的干燥特性，并进行复水比较实验。实验结果表明，为了提高干燥的效率和效益，保证干燥后有较好的品质，其干燥的理想工艺参数为：干燥温度 60，真空度 0 07MPa；干制品复水工艺参数为：适宜温度为 60，用时 90min。 姜元欣等 9通过试验，研究了在不同微波功率和真空度条件的南瓜渣的水分含量和胡萝卜素含量，得到干燥曲线以及胡萝卜素失活曲线。研究结果表明，提高微波功率可以大大提高干燥速度：通过增加压强可以提高干燥速度，但会加快胡萝卜素的失活：在微波功率 668 37W 和 4000Pa 条件下干燥时，胡萝卜素的保留
16、率最高，达到 92 31 1通过对 3 个干燥模型的比较，得出Page 模型能较好地描述南瓜渣的微波真空干燥特性。 王丽红等 11人设计了一种脉动式气体射流冲击干燥机，以加工番茄为例进行了干燥机的性能验证试验，结果表明脉动式气体射流冲击干燥与气体射流冲击干燥相比装载量和去水强度得到了较大的提高，提高了干燥机的处理能力，降低了能耗。 图 1-1 脉动式气体射流冲击干燥机示意图 全套机械毕业设计含装配图零件图开题报告论文 PPT联系 QQ： 2841677322 51 Wu， Long 等 12研究了温度、真空度对茄子真空干燥特性的影响，并采用了 4 种薄层干燥模型对干燥过程进行了描述；研究发现，
17、真空度在 30 50温度范围内，对干燥速率没有明显影响：样品的收缩率与温度无关，而随着真空度的增加而增加；温度对水分迁移速率的影响符合 Arrhenius 定律。 谢丽芳等 13通过以小米和硅胶为试验材料的脉动流化干燥过程的实验研究，探索了脉动流化对干燥效果的影响。通过用不同的脉动周期为因素，得出气流脉动流化干燥能提高小米和硅胶的干燥速率 ,特别是在干燥初始阶段。在小米的干燥过程中 ,脉动干燥在某些操作条件下可以节约能量 ; 陈燕等 14人采用间歇脉动加热干燥，研究了荔枝微波干燥特性及干后品质。结果表明：荔枝的微波干燥全过程可分为加 速、恒速和降速 3个阶段，失水过程绝大部分处于恒速阶段，而降
18、速期时间极短。干燥速度取决于不同的脉动周期，微波脉动周期对食品物料干后品质有着显著的影响，即脉动周期对荔枝裂壳率的影响最为显著。因此，荔枝微波干燥工艺中不同的加热时间要有相适应的脉动周期，以避免荔枝裂壳的发生。结果表明：微波间歇时间对干燥速率有着显著影响。 曹志向等 15人，采用真空脉动以胡萝卜为试验原材料进行了滚筒式真空脉动压干燥胡萝卜丁试验研究。研究干燥温度、真空保持时间、常压保持时间和物料量对平均干燥速率、色泽和复水性的影响。试验结果表明：相 同条件下，胡萝卜含水率降到 10%恒真空干燥需要 7.3h，真空脉动压干燥需要 6h， 60水温下复水 20min，恒真空干燥的复水比为 4.6，
19、脉动压真空干燥的复水比为5.21，与恒真空干燥相比，脉动压真空干燥平均干燥速率提高 17.8%，复水性提高 13.2%。 图 1-2 滚筒式真空脉动干燥设备 （三）课题的提出 与普通干燥相比，真空干燥有一系列的优点。在真空干燥过程中，干燥室内的压力始终低于大气压力，能干燥容易氧化变质的物料。真空干燥可以实现低温干燥，提高干燥速率；真空干燥能克服热风干燥所产生的溶质失散现象。 脉动技术的应用，为各种干燥技术带来了新的干燥工艺，脉动技术可以打全套机械毕业设计含装配图零件图开题报告论文 PPT联系 QQ： 2841677322 52 破物料内的水分平衡，提高干燥效果，降低能耗；脉动技术提高干燥速率；
20、脉动可以在干燥过程中有效控制材料的温度。有助于提高果蔬、肉类等农产物料的脱水效率，且能较好地保存果蔬产品的色泽、营养成分等。 综上，提出了一种新的干燥技术 真空脉动干燥技术。把真 空和脉动的优点集于一身，希望为以后干燥技术的研究提供一种借鉴。 三、设计方案： （一）设计内容 1真空脉动干燥装置总体结构设计： 真空脉动干燥装置由抽真空系统、箱体、物料架、加热系统、密封系统等几部分组成。 2干燥装置箱体设计： 箱体内是真空环境，且内部温度较高。箱壁采用三层结构，内层为能承受箱内外压强差的密封性好的管材，中间层为隔热材料，外出为箱体外壳。 3干燥装置料架及加热系统结构设计： 供热系统用一个热水箱。料
21、架也是传热系统的介质，料架要有较好的传热性能。放物料的托盘是进行真空干燥的重要组成部分。首先应该必须的刚度要求以及满足其负荷要求；其次是要具有良好的热传导性能。 4干燥装置抽真空系统结构设计： 用密封的水箱和水泵。用水泵抽真空，使真空度有很好的可控性。 5干燥装置密封系统结构设计： 因为箱体内是真空环境，所以不仅要求箱壁有严格的密封措施，也要求箱门的密封性能要高。 （二）设计目标 运用真空，降低干燥的温度，提高干燥速率，较好地保存果蔬产品的色泽、营养成分等。运用脉动技术，脉动打破干燥 箱内物料的水分散失平衡，提高水分散失速度。脉动的运用也降低能耗。与传统的干燥装置相比真空脉动干燥装置是一种新的
22、干燥装置，希望为以后干燥技术的研究提供一种借鉴。 （三）可行性分析 通过对本课题的熟悉和相关资料的查阅，我对本课题有了一个全面的了解，有多数据可供参考。四年的大学学习和以往课程设计的经验，我已具备了机械原理，机械设计，传热学等方面的理论知识和实践经验，结合自己掌握的试验及实验设计分析知识，可以在规定时间内完成本次毕业设计。全套机械毕业设计含装配图零件图开题报告论文 PPT联系 QQ： 2841677322 53 （四）技术路线 图 1-3 技术路线图 资料搜集整理 总体结构设计 抽真空系统结构设计 密封系统的设计 料架及加热系统结构设计 供热系统的设计 料架的结构设计 物料托盘的设计 箱体的结
23、构设计 用 SolidWorks、 AutoCAD 等软件进行各个结构的仿真分析 编写设计说明书 方案不可行 方案可行 全套机械毕业设计含装配图零件图开题报告论文 PPT联系 QQ： 2841677322 54 第二章 真空脉动干燥装置结构设计 一、真空脉动干燥装置设计要求 将真空脉动技术引入到真空干燥技术中，装置要能充分体现真空脉动干燥技术的有点又能吸收真空脉动技术的优势，使两者有机结合，使干燥效率更高、更节能、效果更好。遵从以上对设计应考虑的原则，设计了真空脉动干燥装置。 设计干燥装置要包括干燥室、供热系统、抽真空系统、密封系统以及控制系统。设计主要满足以下要求：（ 1）、干燥室内是真空脉
24、动环境，所以干燥室壁要有足够的强度承受压力；（ 2）、为了减小能耗，干燥室要有隔热系统；（ 3）、导热介质要选择比热容较大的，以保证干燥过程中干燥室内温度的稳定易控制；（ 4）、加热导热介质的装置 要求效率高，容易实现智能控制；（ 5）、本设计要求真空能实现脉动，要求抽真空装置能迅速使干燥室内达到一定的真空度；（ 6）、为了保证干燥装置的真空环境的稳定，为了减少能耗，装置要有严格的密封系统，特别要注重干燥箱门的密封。 二、真空脉动干燥装置工作原理 图 2-1 真空脉动干燥装置工作原理简图 真空脉动干燥装置的最重要的部分是干燥箱，在干燥箱内实现物料的干燥过程。如上图，加热水箱加热后的热水，在输送
25、装置水泵的作用下进入干燥箱，给干燥箱内的物料加热。随着物料温度的升高，物料中所含水分被汽化而聚集到干燥室中。给物料加热后的传热介质水的温度有所降低，就顺着管道回到加热装置内，形成一个热循环。 同时抽真空系统也在工作，抽真空装置把干燥箱内的空气抽走，使干燥室内形成一种真空环境。伴随着抽真空系统的每次抽真空，使干燥室内换气一次，把干燥室内的湿空气带走。同时，真空脉动的使用破坏了物料内水分分布的平衡，加快了物 料内水分的散失，提高了干燥速率。 整个干燥箱有严格的密封系统，能有效的保持干燥箱内了真空度。干燥箱的外壁及热水管的表层有保温层，能有效地减少热量不必要的散失，提高了热能的利用率，节省能源利用。
26、为了使真空脉动的频率易于控制，令外配有控制系统。 干 燥 箱 供热系统 加热水箱 抽真空装置 抽真空系统 空气 水泵 热水 热水 全套机械毕业设计含装配图零件图开题报告论文 PPT联系 QQ： 2841677322 55 三、总体方案设计 真空脉动干燥装置的主要设计任务是真空干燥箱的设计。根据真空脉动干燥装置的工作原理，又查阅相关资料，并借鉴国内已经有的相关机械，设计出的总体方案如下 1.热水箱 2.真空泵用水箱 3.支架 4.窥视镜 5.干燥室 6.进气电磁阀 7.密封圈 8. 物料托盘 9. 物料小车 10.干燥室门 11.水泵 12.水环式真空泵 图 2-2 总体方案图 如上图， 为了减
27、少装置放置的时候占用的空间，本设计把加热水箱、抽真空用水箱、真空泵及热水循环泵同放在一个机架上。通过管道同干燥室相连接。 在加热水箱中，通过电加热管给水箱内的水加热。加热后的热水，在热循环水泵的作用下进入干燥箱内的物料小车，物料小车主要通过热传导的作用把热量传输到物料托盘，进而给托盘上的物料加热。随着物料温度的升高，物料中所含水分被汽化而聚集到干燥室中。给物料加热后的热水的温度有所降低，就在热循环水泵的作用下顺着管道回到热水箱内，再由加热管加热到一定的温度，形成一个热循环。 同时抽真空系统也在工作，水环式真空泵把干燥箱内的空气抽走，使干燥室内形成一种真空环境。抽真空结束的同时真空逆止阀关闭，防止水环式真空泵中的水顺着管道逆流到 干燥室内。水环式真空泵与一个进气电磁阀协同工作，形成抽真空 泄压这一循环状态，从而形成真空脉动的效果。伴随着抽真空系统的每次抽真空，使干燥室内换气一次，把干燥室内的湿空气带走。同时，真空脉动的使用破坏了物料内水分分布的平衡，加快了物料内水分的散失，提高了干燥速率。 本设计中的箱式真空脉动干燥装置的优点如下： 1 被干燥的物料处于静止状12 11 10 9 8 7 5 4 3 2 1 6
