一种新型干燥消毒机的研究

杨宝平

（上海尚筛机械制造有限公司， 上海 201401）

随着国家经济的发展，国民对食品的质量要求也不断提高，食品工业越来越得到国家和企业的重视。干燥和消毒作为食品领域的一个重要单元操作，得到了越来越广泛的应用。干燥技术和消毒技术的发展也呈现出多样化。借鉴其它领域的干燥技术，是发展干燥机的主要手段之一。立式振动输送机目前已经是较为成熟的技术，它在许多行业有着广泛的应用。立式振动干燥机就是在这一思路下产生的。它有着其它干燥机无法比拟的特点：占地面积小；输送距离长。但是目前所见的立式振动干燥机基本上是敞口或半敞口结构，不是很密闭的空间，输送的距离还不够长，加热的温度不高，不符合目前食品生产的技术要求。还有市场上的消毒机以间歇操作为主，这样很多食品无法进行连续生产，这也是需要改进的地方 。应上海一家食品胶体生产公司的要求，我公司开发一种密闭管道式，输送时间在8 min左右，流量在1～1.5 t左右的兼顾干燥和消毒的新型设备。经过将近4个月左右的设计改进，设备终于面市了。期间经过生产上的验证，基本符合食品厂的要求。本文就此设备的设计进行研究探讨。

1 原理与结构

如图1所示，立式管道输送机主要由螺旋管道、振动八角筒、电机底座、振动电机、隔振弹簧、外加低压高频加热管道系统、辅助蒸汽加热系统、排气系统等组成。两台振动电机交叉布置，电机回转时将产生垂直方向的激振力和绕垂直轴线的激振扭矩，从而使螺旋管道沿铅垂方向作上下直线振动和绕大筒体铅垂中心线作扭转运动的合成。这个动作使物料产生螺旋运动并沿管道底面向上作抛掷运动，达到输送物料的目的。期间螺旋管道的高温电加热（100℃左右），管道外的蒸汽辅助加热（130℃左右），从而既达到了干燥目的，又达到消毒目的。还有将物料提升了高度，为后续设备的安装提供了方便，又节约了能源。

2 运动分析

干燥机效果体现在物料干燥的均匀性和热效率，它又是评价干燥机优劣的一个重要指标。在干燥条件相同的情况下，决定干燥均匀性的重要因素是物料在干燥机中停留的时间是否相等，即物料运动的速度相同，管道中不能有残余。所以我们必须对立式振动输送机和管道内物料的运动进行研究。

2.1 立式振动机的运动分析

立式振动输送机的运动是垂直振动和扭转振动的合成，振动位移的表达式为：

图1 立式管道输送机的结构

其速度表达式为（根据微积分运算）：

其加速度表达式（根据微积分运算）：

其中A——垂直方向最大振幅；

ψ——最大扭转角度；

ω——振动角速度；

根据数学公式，其扭转位移A2=R*ψ。

其中：R——螺旋管路半径；

结论：在振动频率一定的情况下，最大振幅与振动力的大小，螺旋管路的直径大小有关系。

2.2 物料的运动

立式振动输送中，决定物料运动状态的参数主要有电机振动方向角，螺旋管路的升角，物料的抛掷指数，还有振动频率。

2.2.1 振动方向角β

该角度为合成振动方向与螺旋管路底面的夹角。其大小与两电机的夹角有关系，一般来说，两电机角度为90度。如图2所示。

图2 振动方向角

2.2.2 螺旋升角α

螺旋管路升角与螺纹升角类似，是能否输送物料的重要因素。升角太大，物料输送的速度太慢，需要更大的振动力，设备的成本加大。一般选择升角在3～5度左右，保证保温层安装空间和加工精度。螺旋管路的各处螺距相同，各处螺旋升角是不一样的，计算公式如下：

式中：P——管路螺距

r——管路的半径

由公式（4）可看出，螺距是不变的，而半径r是变化的，所以管路螺旋升角不是固定的，而是变化的。由于管子的直径相对于管路直径太小，物料运动时的相互补偿作用，所以这里可以认为螺旋升角是不变的。

2.2.3 抛掷指数D

D是指垂直于管底方向的重力加速度与重力加速度的比值。

从上面式子可以得出，振动输送机的电机一旦选定后，抛掷指数与物料的位置无关，而只与螺旋管路的螺距有关。也可以得出，管路上任何一点都同步抛起。因此，抛掷指数可以以下面的方程表示：

2.2.4 输送速度V

参考公式：

由此可知，当设备的振动电机选定后，若要保证物料每圈管路中停留的时间相同，必须保证每圈管路的螺距相等，这样才能保证出来的产品受热均匀，产品的质量才能保证。这也说明，在制造设备时，一定要保证制造的工艺，确保螺距相同。

通过对设备的运动分析，在配置一定的情况下，螺距是唯一影响干燥机内物料停留时间的因素。如果螺距一定的条件下，相应地调整电机振动力的大小就可以了，这对制造设备是大有益处的。

3 机械力学角度分析

3.1 计算振幅

其中：r——振幅；M——参振部分质量，包括电机、管路、物料，筒体等；F——电机振动力。

3.2 物料运动速度

根据已有经验得出，与式（9）原理相同。

其中：

Ca——倾角对速度的影响速度

Ch——物料厚度影响系数

Cm——物料形状系数

Cw——滑行运动影响系数

β——振动方向角

通过式（14）和产量计算出物料在管道内的厚度，控制在管子总高度的1/3左右。

4 热力计算

4.1 总热负荷

Q=Q1+Q2+Q3

Q1——物料从常温加热到90℃～100℃的所需热量

Q2——物料内失去的水分加热到90℃～100℃的所需热量及相应汽化热

Q3——损失热量

4.2 提供热源部分

低压高频加热系统（在管道上的温度控制在100℃），辅助蒸汽加热系统。

5 结论

该系统具有全密闭连续干燥和消毒的作用，大大提高了产品的质量。通过调整振动电机的激振力的大小，可以调节物料的流速，适应不同批次物料的操作。另外该款干燥机的结构特殊性，可以在管道中增加辅料入口，做到一机多用。目前该系统已经在工厂使用，取得了良好的效果,提高了生产效率。