果蔬真空低温干燥箱搁板的传热分析及试验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)陕西科技大学 作者:文怀兴

  搁板是果蔬真空低温干燥设备的核心部件之一,本文以实验室果蔬真空低温干燥箱搁板为基础,分析了其传热过程,模拟其加热搁板的温度分布。并且,将猕猴桃作为试验样品,搁板作为研究核心,通过试验,研究了加热介质流速和搁板温度均匀性的关系,验证了搁板的温度分布情况。同时,试验表明提高加热介质的流速能够降低搁板加热介质进出口的温差。设计改进搁板后,搁板温度分布表明,搁板的传热均匀性得到了改善。

  真空干燥箱主要由干燥箱体、加热搁板、物料托盘等部件组成。加热搁板是有料盘式干燥箱内的核心部件,搁板温度均匀度影响物料温度和其湿分汽化速率的均匀度,直接影响到物料的干燥速率和干燥品质。因此合理设计搁板结构,在真空干燥箱的设计中显得尤为重要。

  目前国内已有一些科研院校和企业对真空干燥箱进行研究,并设计了相关的干燥设备,其中也涉及到了加热搁板的结构和加热介质。可用于低温干燥的真空干燥箱通常选取的加热介质为热水或者蒸汽。国内专利201120535547.3提出了一种低温真空干燥设备,其真空干燥箱内盘绕热水管道,热水进入料盘内嵌管道进行传热。国内专利201220154465.9公开了一种真空干燥箱,真空干燥箱内设置有盘管(用于支撑料盘),热水进入盘管作为热源,同时为了避免物料单侧受热不均匀,料盘正上方均布有红外管。这两项专利都确定了真空干燥箱的基本结构,但是,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为都未对加热盘管或搁板结构的合理性进行深入研究。

  本文采用试验测算和分析结合的方法,模拟加热搁板在恒速干燥过程中的热分布,试验验证搁板热分布对猕猴桃切片干燥速率的影响。提出改进方案,并分析其合理性。

1、真空干燥箱搁板

  1.1、搁板结构

  搁板是真空干燥箱中的加热源,通常有介质流经搁板对其进行加热。介质加热搁板的结构分为两种,分别为加热管(盘管)式搁板(图1(a))和槽道式搁板(图1(b))。加热介质在小型真空干燥设备中,可以采用电加热;在大中型干燥箱中,通常采用热蒸汽、热水或导热油等介质为干燥箱提供热能。加热管式搁板通常是将加热管钎焊在搁板上,焊缝均匀度、加热管均匀分布度等,均影响搁板温度的均匀性。但是,对于加热管式搁板,加热介质的流速也是影响搁板温度的重要因素。

真空干燥箱搁板模型

图1 真空干燥箱搁板模型

5、结论

  本文针对实验室果蔬真空低温干燥箱搁板进行了传热分析、温度模拟和试验,并根据分析和试验对其进行了改进,得出以下结论:

  (1)传统实验室果蔬真空低温干燥箱搁板的加热介质入口和出口之间的温差较大,然而,在其他条件一致的情况下,搁板的温度越高,物料的干燥速率越高,因此,搁板加热介质入口和出口之间存在的温差过大会引起物料干燥速率相差较大的问题。

  (2)加热介质流速越高,管内对流换热系数越高,加热管表面温度越接近加热介质的温度,加热介质进出口温差越低。同时试验结果也表明,提高加热介质流速能够缓解搁板温度分布不均匀的情况。

  (3)改进搁板结构为逆向双回路,一路水管的出水口与另一路水管的进水口相连接,形成一个长程单循环水路,进出口在同一侧,能使搁板的受热更加均匀。

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