2 设计模型
   间接式干燥机的规格大小是通过换热面积度量的。根据物料衡算，可以确定干燥过程的热消耗量Q（即单位时间内干燥机消耗的热量）。而Q=KA△t，因此干燥机换热面积的大小取决于总传热系数K和温差△t。其中温差△t可以调节蒸汽或热载流体入口温度来实现，而总传热系数K则由物料特性、干燥机内物料的混合搅拌水平及有效接触率等决定。另外该类干燥机的转子系统受热介质内压作用，为承压部件。因此间接式干燥机的设计有两个技术关键：①真实传热系数的分析计算；②干燥机转子的强度设计。
2.1真实传热系数的计算
    从工作原理看，干燥机传热系数的计算可归结为管束或平板在搅动的颗粒床上的热传导。对搅动床的传热系数进行分析的资料在国外较少报道。文献3和4给出了大型旋转圆盘式干燥机传热系数的计算方法,即利用Schlunder提出的“颗粒热传递模型”^[5]，采用移动加热板的方法来计算传热系数。该理论认为在移动加热面与待干燥的颗粒床间的热传递现象主要受三个机制控制，即热阻主要由以下三部分组成：①加热壁与颗粒间的热传递；②填料床内的热传导；③基体中由于颗粒运动引起的热对流。将各部分热阻叠加起来,就可以计算出总的传热系数。
    在完全混合条件下，颗粒热传递模型主要计算过程如下：
    加热壁与颗粒间的传热系数h_s可由下列方程确定，即
    其中h_s为加热面与颗粒间的最大传热系数，W.（m² .K）^-1；h_p为加热面与第一层颗粒间的最大传热系数，W.（m² .K）^-1；h_2p为加热面与第二层颗粒间的最大传热系数，W.（m² .K）^-1；ψ为表面覆盖系数；h_g为空隙空气传热系数，W.（m² .K）^-1；d_p为颗粒直径，mm；c_g为间隙空气的比热容，J.(kg .K)^-1；R为空气常数；M为空气分子量；T为干燥室内空气温度，K；p为干燥室内压力，Pa；γ是考虑空气的影响而引入的调节系数，在实验的基础上，可建立如下经验公式：
    （4）
                 （5）
     其中，h_c为颗粒床的传热系数，W.（m² .K）^-1；λ_e为颗粒的有效热导率，W.(m.K)^-1；c_pm为颗粒的比热容，J.(kg.K)^-1；ρ_b为颗粒的密度，kg.m^-3；t为接触时间，s。颗粒在干燥机料床中的运动规律十分复杂，目前还没有完全掌握。在简化的完全混合情况下，床身内无温度分布，颗粒热对流引起的热阻对传热系数的影响可以被忽略。
    于是瞬时总传热系数就可根据下式得出：  （6）
    然后在颗粒-传热面接触时间τ内对瞬时总传热系数进行积分，即可得到平均传热系数：  （7）
    对一台干燥机而言，除具有一个宏观统计上的总体传热系数外，每段干燥区域还对应有一个局部传热系数，两者有联系也有区别。观察物料的测试报告可以发现，湿度对物料物理性质影响很大。一般湿度越大，密度就越大，导热系数也会迅速增大。因此颗粒传热模型的复杂性还在于分段性，必须根据不同物料的干燥特性曲线，对整台干燥机进行分区域计算传热系数，然后再依各段所占的加热面比例，得出总传热系数。通过与其他干燥模型计算结果的比较，发现用颗粒传热模型计算的间接式干燥机传热系数更符合实际工况。用该模型设计的JPG150、JPG300、JPG500圆盘式干燥机及RTD150、RTD180、RTD250列管式干燥机，实际运行中均达到了原设计的传热系数要求，运行情况良好。
2.2干燥机转子的强度设计
    干燥机转子系统中需进行强度设计的部件因干燥机类型的差异而有所不同。对旋转列管式干燥机来说，其危险部位及校核内容主要为：①位于轴承支撑处的主轴应力；②转子的刚度分析及最大挠度计算；③管子与管板联接处考虑扭转应力后的强度保证；④封头在复杂载荷作用下的实际承载水平计算。由于该设备为非标准设备，在进行强度与刚度分析时，要首先进行合理的、处于安全的力学模型的简化，然后针对力学模型进行分析计算。
　　对于旋转圆盘式干燥机，转子强度的分析设计^[6]主要包括两个部分：①承受内压的大直径工作圆盘的强度分析；②承受内压和弯曲扭转载荷的中空轴的强度分析。实际计算中要通过简化力学模型，计算主轴的挠度和最大应力。涉及强度设计的力学模型，过于复杂和专业化，本文不作具体介绍。
3       结 论
　推广使用具有节能环保优势的间接式干燥设备是目前干燥技术发展的一个重要趋势。文中概述了旋转圆盘式和旋转列管式干燥机的结构特点与工作原理，并根据移动加热板条件下的“颗粒热传递模型”，建立了适用于间接式干燥机传热系数计算的数学模型，该模型的计算结果与干燥机的实际运行吻合较好；同时从弹性力学的角度对旋转圆盘和旋转列管式干燥机承压转子的危险部位和校核内容进行了归纳。
　　由于干燥机内的热量传递过程相当复杂，要进行更为精确的传热系数计算，必须针对实际工业干燥过程进行更多的实验工作和理论分析以完善数学模型；同时将CFD和CAD技术应用于干燥机的设计过程，对优化提高干燥装备的整体水平大有裨益。
参考文献：
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[2] Dittman F W. How to classify a drying process[J]. Chem.Eng, Jan.17,1977.
[3] 夏俊毅.大型旋转圆盘式干燥机开发研究[D].杭州：浙江大学，1999.
[4] 朱斌.大型旋转列管式干燥机软件技术及产品开发[D].杭州：浙江大学，1997.
[5] E.U Schlunder.Particle heat transfer model[J]. Chem.eng.Tech,1981,5:53~59.
[6] 贺华波等.旋转圆盘式干燥机转子的强度分析[J].化工机械，2001，28（1）：19~21
design model of pan rotary dryer and tube rotary dryer
JIANG Jia-ling,LIU Bao-qing

（Research Institute of Chemical Mechanic and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027，China）
Key words: tube rotary dryer; pan rotary dryer; heat transfer coefficient; strength