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1、前言
    列管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)烘干機(jī)是在傳統(tǒng)的直接傳熱回轉(zhuǎn)干燥機(jī)的基礎(chǔ)上加裝加熱管形成的，屬于間接換熱干燥設(shè)備。加熱管內(nèi)可通入蒸汽、熱煙氣、導(dǎo)熱油等作為熱源。干燥所需的熱量由加熱管傳遞給被干燥的物料。與傳統(tǒng)的直接傳熱回轉(zhuǎn)干燥機(jī)相比，列管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)具有產(chǎn)品質(zhì)量易于保證、熱利用率高、污染小、便于回收溶劑等優(yōu)點(diǎn)。由于列管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)攜濕氣量小，干燥機(jī)內(nèi)溶劑濃度高，非常利于解決煤粉、PTA等物料干燥過(guò)程中的燃、爆問(wèn)題。目前，間接換熱式列管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)正在諸如干燥PTA、脫硫石膏等工業(yè)生產(chǎn)中獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
    然而，列管同轉(zhuǎn)干燥機(jī)內(nèi)部的傳熱過(guò)程較直接換熱式回轉(zhuǎn)干燥機(jī)復(fù)雜的多。既存在被干燥物料顆粒與列管間的接觸傳熱，又存在著列管與載濕氣體、載濕氣體與物料顆粒之間的對(duì)流換熱，以及物料顆粒層之間的熱傳導(dǎo)。雖然列管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)已獲得了一些工業(yè)應(yīng)用，但目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)換熱系數(shù)的研究?jī)H局限于直接換熱形式，還沒(méi)有用于列管回轉(zhuǎn)干燥的工藝及裝備設(shè)計(jì)和計(jì)算的成熟方法，對(duì)其傳熱機(jī)理的研究也較少。而換熱系數(shù)是進(jìn)行干燥機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算的重要參數(shù)，它直接影響到所需換熱面積設(shè)定的準(zhǔn)確性，進(jìn)而影響干燥機(jī)的熱效率和容積蒸發(fā)強(qiáng)度，因此對(duì)列管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)內(nèi)的傳熱機(jī)理和傳熱系數(shù)進(jìn)行深入地分析和研究，對(duì)該類設(shè)備的設(shè)計(jì)及其工藝的計(jì)算具有十分重要的指導(dǎo)意義。
    富通新能源銷售木屑烘干機(jī)、木屑顆粒機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
2、實(shí)驗(yàn)
2.1實(shí)驗(yàn)裝置
    實(shí)際工程應(yīng)用的列管回轉(zhuǎn)干燥系統(tǒng)，主要由熱源、干燥機(jī)、加料裝置、出料裝置等組成。干燥機(jī)內(nèi)脫水所需熱量由列管內(nèi)的熱介質(zhì)（一般為蒸汽）通過(guò)管壁向被干燥物料傳遞。因列管隨筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，熱源與列管間須進(jìn)行動(dòng)連接。這種連接在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的難度較大，且不便于瞬時(shí)熱流量的測(cè)量。為對(duì)列管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)內(nèi)列管與物料顆粒之間的換熱過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和研究，我們建立了一套獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置由簡(jiǎn)體、不銹鋼列管、電機(jī)、電磁調(diào)速器、電流表、調(diào)壓顯示器、氮?dú)馄俊⒌獨(dú)鉁p壓閥、流量計(jì)等組成。其流程圖如圖l所示。
    筒體選用不銹鋼材質(zhì)，規(guī)格為∮500mmx675mm。筒體內(nèi)的列管由不銹鋼管和測(cè)試管組成。與測(cè)試管相鄰的下游不銹鋼管固定熱電偶，用于測(cè)量物料或筒內(nèi)環(huán)境的溫度。
    測(cè)試管用于測(cè)量管壁溫度。由紫銅管、不銹鋼管、熱電偶、電阻絲等組成，如圖2所示。熱電偶敷設(shè)于紫銅管外壁，然后由不銹鋼管同定。由于紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)大，熱電偶比較細(xì)，反應(yīng)靈敏，能夠用于較高精度的溫度測(cè)量。兩根測(cè)試管分別設(shè)置在簡(jiǎn)體內(nèi)同一徑向方向的內(nèi)、外排列管位置處，分別測(cè)量?jī)?nèi)、外排管的管壁溫度。每個(gè)熱電偶各配有數(shù)顯表，讀取測(cè)量溫度值，讀數(shù)精度0.1℃。電加熱管作為熱源，為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供熱量。每根電加熱管的額定功率為lkw。采用電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電加熱管的功率，可獲得不同的管壁溫度。并設(shè)有電流表和電壓表，測(cè)量通入電加熱管的發(fā)熱功率。加熱管的管壁溫度Tw與調(diào)壓器的可控硅實(shí)行反饋調(diào)節(jié)，使管壁溫度穩(wěn)定在所需的設(shè)定值。
    傳動(dòng)系統(tǒng)由調(diào)速電機(jī)、鏈輪、鏈條和托輪組成。簡(jiǎn)體通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)托輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，可通過(guò)調(diào)節(jié)電磁調(diào)速器來(lái)改變簡(jiǎn)體轉(zhuǎn)速。
2.2實(shí)驗(yàn)方法
    該實(shí)驗(yàn)選用含濕率為0.1%的精對(duì)苯二甲酸(PTA)為原料。這種水分下的物料具有較好的分散性能，可以保證測(cè)試的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。
    實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，物料在列管、筒壁、顆粒間的摩擦力及自身的慣性力和離心力的共同作用下，做月牙狀循環(huán)運(yùn)動(dòng)。啟動(dòng)后，隨著轉(zhuǎn)速的增加，物料的循環(huán)運(yùn)動(dòng)也逐漸加劇。同時(shí)，物料的偏析程度也加大。在一段較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，物料顆粒群在筒內(nèi)呈現(xiàn)出明顯的流態(tài)化運(yùn)動(dòng)特性。因此，物料顆粒群與列管的換熱完全可以看作連續(xù)流體與列管的對(duì)流換熱。
    測(cè)量加熱管外壁溫度、物料溫度及輸入測(cè)試管的電流和電壓，即可按照式(l)計(jì)算各工況下的瞬時(shí)換熱系數(shù)。而截面上加熱管與管外流體（物料顆粒或攜濕氣體）的綜合換熱系數(shù)為瞬時(shí)換熱系數(shù)的積分。
3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
3.1簡(jiǎn)體轉(zhuǎn)速對(duì)換熱系數(shù)的影響
    在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，物料在筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的劇烈程度隨轉(zhuǎn)速的增加而加劇，而物料與列管表面間的傳熱系數(shù)正比于兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著轉(zhuǎn)速的增加，物料與加熱管問(wèn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，傳熱系數(shù)也將升高。但隨著轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步增加，離心力的作用逐步增強(qiáng)，當(dāng)簡(jiǎn)體和列管的轉(zhuǎn)速增加到某一數(shù)值后，離心力將起主導(dǎo)作用。這時(shí)，物料與列管的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將減弱，此時(shí)傳熱系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的加大反而有所降低。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的列管與物料問(wèn)的綜合換熱系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律如圖3所示。
    由圖看出，就本文的實(shí)驗(yàn)裝置及其涉及的被干燥物料而言，具有較高綜合換熱系數(shù)的轉(zhuǎn)速范圍為30～40r/min。
3.2換熱系數(shù)隨列管位置的變化
    實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，物料顆粒在列管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)內(nèi)呈現(xiàn)出不均勻的速度和濃度分布。因此，當(dāng)列管隨簡(jiǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)處于不同周向位置時(shí)，其外壁與物料間的傳熱系數(shù)也發(fā)生周期性變化。如圖4所示，當(dāng)列管在簡(jiǎn)體最下方(0°)時(shí)，與物料的接觸較充分，其換熱系數(shù)較大，隨著筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，物料與列管的相對(duì)運(yùn)動(dòng)逐漸加強(qiáng)，在900附近時(shí)，物料與列管的相對(duì)速度最大，此時(shí)的換熱系數(shù)最高。在周向角度為接近180°至270°的扇形區(qū)域內(nèi)，物料顆粒的濃度基本上為零。此時(shí)，列管與攜濕氣體進(jìn)行換熱。由于攜濕氣體的密度、導(dǎo)熱系數(shù)及與列管的相對(duì)速度均低于實(shí)驗(yàn)物料，因此，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)換熱系數(shù)均處在較低水平。待列管運(yùn)動(dòng)到最下方（接近360°）時(shí)，又與物料接觸充分，換熱系數(shù)又有所提高。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，由于線速度的差異，在同～簡(jiǎn)體周向位置，同一徑向方向的外排列管換熱系數(shù)明顯高于內(nèi)排列管的換熱系數(shù)。
3.3填充率對(duì)換熱系數(shù)的影響
    列管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)截面內(nèi)物料所占的比例對(duì)顆粒相的速度和濃度分布具有顯著的影響。進(jìn)而，其綜合換熱系數(shù)也隨著填充率的變化而變化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)（如圖5所示），當(dāng)填充率較低時(shí)，隨著填充率的增大，物料與列管之間的接觸面積逐漸增大，相對(duì)運(yùn)動(dòng)逐漸加強(qiáng)，換熱更充分，綜合換熱系數(shù)呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。但當(dāng)填充率大于某一數(shù)值時(shí)，隨著填充率的增加，物料與列管的接觸面積不再增加，相對(duì)運(yùn)動(dòng)不再加強(qiáng)，綜合換熱系數(shù)基本保持不變。但當(dāng)填充率過(guò)高時(shí)，一部分物料處于靠近圓心的非列管區(qū)域，無(wú)法與列管接觸，這種情況下，雖然不影響列管傳熱面積的利用，但對(duì)物料的濕分傳遞具有不利的影響。
    由圖5可見(jiàn)，就本文的實(shí)驗(yàn)裝置及其涉及的被干燥物料而言，具有較理想綜合換熱系數(shù)的填充率為20%左右。
4、結(jié)論
    本文針對(duì)間接換熱式列管回轉(zhuǎn)干燥機(jī)傳熱過(guò)程的研究，建立了獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，提出了一套換熱系數(shù)測(cè)定方法，并應(yīng)用該系統(tǒng)和方法以PTA為原料進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。
    (1)綜合換熱系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到到某一數(shù)值后，傳熱系數(shù)卻隨轉(zhuǎn)速的增加而減小；
    (2)不同徑向位置的列管具有不同的換熱系數(shù)，且同一根列管表面與物料顆粒的換熱系數(shù)也隨其所在的周向位置而改變；
    (3)隨著填充率的增大，綜合換熱系數(shù)呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。但當(dāng)填充率增加到某一數(shù)值后，隨著填充率的增加，換熱系數(shù)將基本保持不變。