超声波加湿机（通用3篇）
超声波加湿机 篇1
摘要：PAN原丝加湿后能避免碳纤维生产过程中的机械损伤以及毛丝的产生。研究了应用超声波雾化加湿方法对PAN原丝进行加湿,并经预氧化、炭化为碳纤维。碳纤维的拉伸强度等性能有了较大幅度的提高,且生产成本有所降低。
关键词：碳纤维,超声波雾化加湿,聚醚改性硅油
PAN原丝先经过水洗和湿热牵伸,提高PAN原丝的致密性和取向度,然后进入预氧化炉。空气含湿量可在5～20g/m3范围内调节,温度为140～190℃,张力为50～110mg/d,经过该条件下湿热牵伸纤维后,可使碳纤维的拉伸强度提高10%,毛丝减少90%以上。专利文献CN101760807A公开了一种直接将PAN原丝浸渍在纯水、环氧乙烷改性硅油乳液或者氨改性硅油乳液中进行加湿的方法,可以减少预氧化毛丝的产生。但是,这些加湿方法使PAN原丝在预氧化前含有了较多的水分,一方面,这就使后续生产中PAN原丝中的浸渍液体在烘干时需要较高的能耗,增加了生产成本;另一方面,由于过多液体对PAN原丝的浸渍,液体可能会进入PAN原丝内部,在一定程度上改变PAN原丝的内部结构,从而降低了PAN原丝的性能,并且在后续的预氧化、炭化过程中,进入PAN原丝内部的液体也会进一步影响碳纤维结构的形成,最终使碳纤维产品的拉伸强度等性能有所降低。
本方法使用超声波雾化器将聚醚改性硅油水溶液雾化为1～5μm的雾粒,使PAN原丝在充满该雾粒的封闭空间中得到加湿,加湿后雾粒附着在PAN原丝表面,其含水率较低。
1 试验部分
1.1 主要设备与材料
XC-30(Z)型超声波工业加湿器,上海金嘉乐空气技术有限公司;其它碳纤维试验线设备,自制;JA5003B型电子天平,上海上平仪器有限公司;101-2A型烘箱,南通嘉程仪器有限公司;Prodigy ICP-AES分析仪,美国利曼公司;5960型万能材料实验机,美国Instron公司。PAN原丝,12K(吉林碳谷碳纤维有限公司);浓度为2%～15%的聚醚改性硅油自来水溶液,自制。
1.2 PAN原丝加湿试验
通过超声波雾化器将聚醚改性硅油水溶液雾化为雾粒,使雾粒较为均匀地充满约1m3的封闭加湿箱。在牵伸机牵引下,PAN原丝能够以一定速度平稳地通过加湿箱,PAN原丝经雾粒加湿后以烘干法测其含水率。在超声波雾化器功率分别为9kg/h、6kg/h、3kg/h的条件下,根据PAN原丝加湿时间的不同,分别取样。使用聚醚改性硅油水溶液浸渍相应时间加湿并取样以作对比。同一加湿条件且同一时间下,取样5个,取其平均值进行对比分析。
1.3 加湿前后PAN原丝金属离子含量检测
超声波加湿器需要使用自来水进行工作,由于自来水中含有钙、镁等金属阳离子,因此使用ICP-AES分析仪检测加湿前后PAN原丝样品中Na+、Mg2+、Ca2+离子含量的变化情况,以验证PAN原丝加湿后是否会引入金属离子受到污染,因而降低碳纤维的产品性能。
1.4 碳纤维拉伸强度试验
根据加湿试验的结果选定超声波加湿所需的条件和加湿时间。分别将同种PAN原丝经不加湿、纯水浸渍加湿、聚醚改性硅油水溶液浸渍加湿、超声波雾化聚醚改性硅油水溶液加湿四种方法处理相同时间后,使用同样的工艺条件进行预氧化、炭化为碳纤维。对所得碳纤维进行拉伸强度试验。
2 结果与讨论
2.1 PAN原丝加湿试验结果
PAN原丝加湿试验结果见表1。
图1为PAN原丝在加湿不同时间时的含水率变化曲线。从图1可以看出,超声波雾化器功率为3kg/h时,随着加湿时间的增长,PAN原丝含水率变化不大,PAN原丝基本得不到加湿,分析原因应该是由于加湿箱内的超声波雾粒浓度过低,不能够与PAN原丝充分接触以对其加湿;当超声波雾化器功率为6kg/h时,随着加湿时间的增长,PAN原丝含水率在20余秒内快速增加,其后含水率增速趋缓,在150s时间的加湿中,PAN原丝含水率由未经加湿的1.2%,经加湿后较为平缓地增加至5.7%,易于通过控制加湿时间对含水率进行控制;当超声波雾化器功率为9kg/h时,随着加湿时间的增长,PAN原丝含水率在30余秒内快速增加,其后含水率增速减缓,在150s时间的加湿中,PAN原丝含水率由未经加湿的1.2%,经加湿后快速增加至13.3%,不易于通过控制加湿时间对含水率进行控制;当使用聚醚改性硅油水溶液浸渍加湿时,随着加湿时间的增长,PAN原丝含水率在30余秒内急剧增加,其后含水率增速变慢,在150s时间的加湿中,PAN原丝含水率由未经加湿的1.2%,经浸渍后急剧增加至15.7%,很难通过控制浸湿时间对含水率进行控制。
对比4种加湿条件,直接使用聚醚改性硅油水溶液浸渍加湿,PAN原丝含水率很难控制且加湿相同时间后含水率较高,在碳纤维生产中,会增加对其烘干所需的能耗。而使用超声波雾化法进行加湿,当超声波雾化器功率为6kg/h时,在150s内,PAN原丝的含水率由未经加湿的1.2%增加至5.7%,含水率较低且易于通过加湿时间进行控制。而且,从图1中也可以看出,当超声波雾化器功率为6kg/h时,含水率变化曲线在加湿时间为25s、含水率为4.2%处出现了较为明显的拐点,这说明在加湿25s后,聚醚改性硅油水溶液雾粒基本完全覆盖了PAN原丝表面,此后再继续增加加湿时间,由于重力作用,只会有少量的聚醚改性硅油水溶液雾粒继续附着在原来的雾粒外层,含水率增速减缓。因此,在碳纤维生产中,使用超声波加湿器对PAN原丝进行加湿,控制功率为6kg/h,可使PAN原丝含水率控制在1.2%～5.7%,实际生产中宜控制加湿时间大于25s、PAN原丝含水率4.2%以上。控制超声波雾化加湿时间大于25s、PAN原丝含水率4.2%以上时,由于PAN原丝较低的的含水率降低了后续生产中对其烘干时所需的能耗,降低了碳纤维的生产成本;而且,含水率在此范围时,超声波加湿器所产生的雾粒完全覆盖了PAN原丝且基本停留在PAN原丝表面层,能够减少后续生产中的机械损伤和毛丝,但不会进入PAN原丝内部影响甚至改变其结构,并且在后续预氧化、炭化过程中产生持续的影响,从而最终影响碳纤维产品的性能。
2.2 加湿前后PAN原丝金属离子含量检测结果
使用超声波加湿器对PAN原丝进行加湿,加湿前后PAN原丝金属离子含量见表2。
注:a.自来水中金属离子含量分别为Na+5.2×10-6、Mg2+0.7×10-6、Ca2+7.4×10-6;b.含水率1.2%时表示未经加湿的PAN原丝。
对比表2中PAN原丝加湿前后其金属离子含量的变化情况可以看出,加湿后Na+和Ca2+含量均明显降低,Mg2+含量无变化,这说明使用聚醚改性硅油水溶液对PAN原丝进行加湿,不仅不会在PAN原丝中引入金属离子使其受到污染,近而影响碳纤维产品的性能,反而会使PAN原丝中的金属离子含量降低,有利于碳纤维产品性能的提高。分析原因,可能是PAN原丝在放置过程中,空气中的粉尘附着在PAN原丝表面对其造成了污染,而在超声波加湿过程中,聚醚改性硅油水溶液雾粒对PAN原丝表面粉尘有一定的清洗作用,因而降低了PAN原丝中金属离子的含量。
2.3 碳纤维拉伸强度试验结果
根据加湿试验结果,选定超声波加湿器功率为6kg/h,PAN原丝在约1m3的封闭加湿箱中运行25s时间得到加湿,PAN原丝含水率控制在4%左右,加湿后经预氧化和炭化得到碳纤维。PAN原丝使用4种不同方法处理后,在同种工艺条件下预氧化、炭化,所得碳纤维拉伸强度试验结果见表3。
注:A为未加湿,B为纯水浸渍加湿,C为聚醚改性硅油水溶液浸渍加湿,D为超声波雾化聚醚改性硅油水溶液加湿。
对比表3中碳纤维拉伸强度试验结果可以看出,经3种方法加湿后所得的碳纤维拉伸强度都得到了不同程度的提高。纯水浸渍和聚醚改性硅油水溶液浸渍加湿后碳纤维拉伸强度提高较小,后者略高于前者,而超声波雾化加湿后得到的碳纤维拉伸强度有较大幅度的提高。
分析原因,使用纯水浸渍或者聚醚改性硅油水溶液浸渍PAN原丝,减少了PAN原丝的毛丝和生产过程中的机械损伤,从而使碳纤维拉伸强度有所提高,而且聚醚改性硅油水溶液浸渍的保护效果远高于纯水浸渍的效果。但是,一方面直接浸渍的方法使PAN原丝的含水率较高,后续生产对其烘干时所需的能耗较高,增加了生产成本。另一方面,过多的液体对PAN原丝进行浸渍,液体会进入PAN原丝内部,可能会在一定程度上改变PAN原丝的内部结构,从而降低了PAN原丝的性能。而且,在后续的碳纤维预氧化生产过程中,进入PAN原丝内部的液体在挥发过程中,也会在PAN原丝中留下微小的挥发气孔,这些气孔也会对PAN原丝后续的预氧化和炭化造成较大的影响,甚至阻碍碳纤维内部结构的形成,从而导致碳纤维产品性能的下降。
使用纯水浸渍,会在PAN原丝内部引入H2O分子,由于H2O分子具有较强的极性,会与PAN原丝内部的N、H等原子存在较强的氢键作用,这就阻碍了PAN原丝预氧化过程中其内部的脱氢和环化过程的进行,使预氧化过程中的链内环化和链间交联不能顺利进行,也就影响了PAN内部耐热的梯形结构的形成,从而降低了预氧丝的性能,最终影响了碳纤维的性能。使用纯水浸渍,在预氧化过程中PAN原丝中的水分会因烘干而挥发,其作用仅停留在预氧化过程之前,因此它对PAN原丝的保护作用和负面影响都只发生在预氧化之前。
使用聚醚改性硅油水溶液浸渍,除了具备纯水浸渍的作用外,由于聚醚改性硅油是采用聚醚与二甲基硅氧烷接枝共聚而成的一种性能独特的有机硅非离子表面活性剂,具有优异的润滑性和抗静电性能,因而聚醚改性硅油水溶液浸渍减少毛丝和机械损伤的效果远高于单纯的纯水浸渍的效果,碳纤维的性能相比纯水浸渍有了较大的提升。然而,直接浸渍不仅使PAN原丝的表面附着了聚醚改性硅油,而且使PAN原丝的内部进入了大量的聚醚改性硅油分子,在PAN原丝内部引入了大量的Si、O杂原子,这些杂原子很难在预氧化和炭化过程中脱除,这就影响了碳纤维的性能;并且,聚醚改性硅油分子中的O原子与预氧丝中的-OH、-NH等极性基团存在着氢键作用,这阻碍了炭化过程中N、O等杂原子的脱除,最终影响了碳纤维的性能。使用聚醚改性硅油水溶液浸渍,附着在PAN原丝表面的聚醚改性硅油的保护作用会贯穿与碳纤维生产的预氧化、炭化整个过程,因此无论从保护效果和保护时间上,聚醚改性硅油水溶液浸渍均优于纯水浸渍。综合聚醚改性硅油水溶液浸渍的有益保护效果和负面作用,聚醚改性硅油水溶液浸渍的效果优于纯水浸渍,碳纤维的产品性能提高的较多。
使用超声波雾化聚醚改性硅油水溶液加湿PAN原丝,加湿后PAN原丝的含水率较低,降低了预氧化过程中对其烘干所需的生产成本。而且,加湿后超声波雾化所产生的聚醚改性硅油水溶液雾粒仅仅只附着在PAN原丝表面,不会进入PAN原丝的内部,因此不会破坏PAN原丝本身的内部结构,也不存在烘干时挥发气体留下气孔的问题和在PAN原丝内部引入杂原子的问题。附着在PAN原丝表面的雾粒,形成了一层保护膜,极好地避免了后续生产过程中的机械损伤以及毛丝的产生,从而使PAN原丝本身的强度性能在后续生产过程中得到了最大限度的保持。并且,预氧化过程雾粒中的水分挥发后,聚醚改性硅油仍附着在纤维表面,在炭化过程仍能起到保护作用。预氧化后,由于水分挥发,聚醚改性硅油分子直接附着在纤维表面上,聚醚改性硅油链段中的O原子与预氧丝表面层链段中的-OH、-NH等极性基团存在着氢键作用,能够较为牢固地附着在预氧丝表面,在低温炭化过程中起到很好的保护作用,直到高温炭化过程中才由于高温的作用而脱除,即很好地在碳纤维生产的整个过程中起到了保护作用,而且不进入纤维内部由此影响碳纤维自身结构的形成,最大程度地发挥了其有利作用并避免了负面作用。聚醚改性硅油也作为织物整理剂广泛地用于织物制造领域,对织物有很好的柔软作用,使织物具备了良好的柔软特性。在碳纤维生产中,附着在PAN原丝表面的聚醚改性硅油分子中存在着大量的化学活性较强的O、Si原子,在PAN原丝预氧化和炭化过程复杂的化学变化中能够促进碳纤维结构链段的增长,因而增加了碳纤维的柔韧性能。因此,使用超声波雾化聚醚改性硅油水溶液加湿PAN原丝,使碳纤维的拉伸强度有了较大幅度的提高,柔韧性能等也有所改善。
3 结论
应用超声波雾化法对PAN原丝进行加湿,超声波雾化器功率设定为6kg/h,封闭加湿箱设定为约1m3,可在150s内,使PAN原丝的含水率由未经加湿的1.2%增加至5.7%,而加湿液体仅附着在PAN原丝的表面,含水率大小可通过加湿时间的长短进行控制。在碳纤维生产中,宜控制超声波雾化加湿时间大于25s、PAN原丝含水率4.2%以上。碳纤维生产中,超声波雾化法加湿设备参数可根据实际需要按比例放大。
应用超声波雾化法雾化聚醚改性硅油水溶液对PAN原丝进行加湿,相比传统的使用纯水等直接浸渍的方法加湿,所制备的碳纤维拉伸强度等性能有较大幅度的提高,且生产成本有所降低。
参考文献
[1]贺福.碳纤维及其应用技术[M].北京:化学工业出版社,2004.6:74-75.
[2]张国良,李怀京,郭鹏宗,等.聚丙烯腈基碳纤维制备中减少预氧化毛丝产生的方法:中国101760807A[P].2010-06-30.
超声波加湿器水垢控制技术 篇2
超声波加湿器工作一段时间后,由于水质的原因,换能片表面会形成“水垢”,时间越长水垢越厚,吸附在换能片表面的水垢,会导致换能片负载过重,谐振频率下降,雾化量减少,电路板温升过高和电路板元器件损坏;由于水垢导热性能很差,导致换能片金属镀层局部温度大大升高,镀层金属因过热而蠕变,强度降低,出现鼓包、穿孔和破裂等现象,影响换能片安全工作。为此,需要对加湿器的水垢进行控制。本文从水垢的特点及成因入手,提出了采用软水器和选用玻璃釉换能片等措施来控制水垢,实验证明效果比较显著。
1 超声波加湿器水垢的特点及成因
水垢一般由CaCO3、Ca3(PO4)2、CaSO4、硅酸钙(镁)等微溶盐组成,这些盐的溶解度很小,如在0℃时,CaCO3的溶解度是20mg/L,Ca3(PO4)2的溶解度只有0.1mg/L,而且它们的溶解度随pH值和水温的升高而降低。因此特别容易在温度高的传热部位达到过饱和状态而结晶析出,传热面相对粗糙时,这些结晶就容易沉积在传热表面上形成水垢。
水垢一般形成主要原因:
(1)受热分解,加热过程中,一些钙镁盐类受热分解,从溶于水的物质转变成难溶于水的物质,附着于金属表面上结为水垢,如CaCO3、Mg(OH)2等。
(2)某些盐类超过了其溶解度,当单位体积的水中溶解盐类不断增加,某些盐类达到过饱和时,盐类在蒸发面上析出固相,结成水垢。
(3)溶解度下降,随着水温升高,水中某些盐类溶解度下降,如CaSO4和CaSiO3等盐类。
(4)相互反应,水中原溶解度较大的盐类和其他盐类、碱反应后,生成难溶于水的化合物,从而结生水垢。
加湿器工作时,换能片发热导致其表面附近水温升高,水箱里面的水也随着雾化不断减少,水温的升高,水量的减少,都会加快水垢的形成,所以加湿器使用一段时间后容易在换能片表面结成水垢。
2 水垢的控制
控制加湿器水系统中的水结垢的途径主要有三条:(1)降低水中结垢离子的浓度使其保持在允许的范围内;(2)稳定水中结垢离子的平衡关系;(3)破坏结垢离子的结晶长大。
2.1 酸洗法。
酸洗法是向加湿器水槽中加入少量弱酸液,使水中的碳酸钙转化为易溶于水的其他钙盐,从而去除已结水垢,酸液一般选择草酸或者柠檬酸等弱酸溶剂。
2.2 离子交换法。
离子交换法是将水中的钙、镁离子与交换树脂钠离子发生置换,将在水中可能形成水垢的钙、镁盐类转变为易溶性钠盐,而使水得以软化,降低水垢的形成,其反应式为:
阳离子交换树脂清新和再生,将已离子交换过的树脂包泡在NaCl溶液中,目的是将阳离子交换树脂中的钙、镁离子排到溶液中去,同时钠离子又被树脂所吸附,使树脂重新恢复交换能力,其反应式为:
2.3 采用防腐阻垢涂层玻璃釉换能片。
玻璃釉换能片抑制结垢机理为:在换能片表面增加一层致密光滑俗称玻璃釉的涂层,使水不能与被涂覆的金属表面相接触,因为涂膜为非极性的有机化合物,而水垢是一些极性的无机盐类,因此,水垢与涂膜间的结合力就很弱,加上涂膜表面很光滑,水垢在表面就很困难吸附。
3 实验与结果分析
3.1 阳离子交换树脂软水效果实验。
将装有阳离子交换树脂的软水器放入3L加湿器中,启动机器,在额定电压、最大功率下工作,按指定时间(0h、1h、4h、)在水槽中取样10mL,检测水样中钙离子浓度,1h后钙离子浓度由42.5mg/L下降到31.76mg/L,4h后钙离子浓度下降到30mg/L,增加软水器后水中钙离子浓度明显减少。
3.2 玻璃釉换能片长期运行实验。
对一台已安装了玻璃釉换能片超声波加湿器进行3个月的长期运行试验后,加湿器能正常工作,水槽中有一些污垢,但很容易用布拭去,换能片表面有细微颗粒漂浮,很容易用水冲掉。
3.3 玻璃釉换能片与阳离子交换树脂软水配套实验。
将一台安装玻璃釉换能片和水槽装有阳离子交换树脂软水器的超声波加湿器,进行3个月的长期运行试验后,加湿器能正常工作,水槽和换能片表面污垢很少。
4 结论
4.1 阳离子交换树脂具有良好的软化水效果,可大大缓解“水垢”形成。
4.2 玻璃釉换能片对减少水垢有积极作用。
4.3 阳离子交换树脂与玻璃釉换能片配合使用,效果更好。
摘要：本文介绍了超声波加湿器水垢的特点及成因,提出采用酸洗法、离子交换法、玻璃釉换能片措施来控制水垢,试验证明采用阳离子交换树脂和玻璃釉换能片在控制水垢方面效果显著。
关键词：水垢,超声波加湿器,玻璃釉换能片,阳离子交换树脂
参考文献
[1]姜德星.超声波雾化换能器的研究[J].江苏陶瓷,1998,31(1):13-14.
[2]唐大凯,刘美凤.关于家用加湿器的几个问题[J].山东电子,1994,1:28-29.
超声波加湿机 篇3
稻米是我国的主要粮食作物之一,产量居世界首位,其次为印度、印尼和泰国。大米是全球至少半数人口的基本食物,约有39个国家以大米为主要食物,人口高达10亿以上,尤以亚洲对稻米的依赖性最强。稻谷在储存过程中, 因其本身呼吸作用及生化变化, 水分逐渐降低, 特别是近年来机械通风储粮的应用使稻谷水分值降得更低(11. 0% 左右)。低水分值对稻谷的安全保管是有益的, 但对稻谷的加工来说却降低了其品质, 使大米精度下降, 碎米率增加, 出米率降低, 口感变差, 机械磨损加剧,加工成本增大, 企业经济效益降低[1]。
逆流循环式糙米通风加湿调质是指糙米自下而上由螺旋搅龙输送到加湿圆盘,由加湿细雾喷头向旋转圆盘上的糙米喷雾通风,称之为逆流通风加湿。着湿后的糙米均匀散落在均质仓内,完成水分由外向内的渗透。若一次加湿不能满足最优磨米水分的需求,可以打开活动套筒使糙米进行二次加湿。如此循环,直到满足要求为止,称为循环通风加湿[2,3]。在逆流循环式糙米通风加湿工艺中,加湿细雾和糙米物料以相反方向运动。因此,逆流循环式通风加湿仓具有以下特点:逆流循环式糙米通风加湿仓可将储存1年的稻谷或糙米(含水量在11%～13%)均匀加湿调质到15%～17%;采用逆流循环式通风加湿可实现糙米加湿可控、均匀高效的设计目标;该加湿工艺设计结构简单,操作方便,磨米加工碎米率低。逆流循环式糙米通风加湿仓的缺点是加湿量不能过多也不能过少,润糙时间不能过长,否则起不到降低能耗和提高大米质量的目的。
为了提高逆流循环式糙米加湿机的设计水平,本文运用试验手段对逆流循环式糙米加湿特性进行试验研究,分析加湿机各主要参数之间的关系。
1 逆流糙米通风加湿调质试验研究
1.1 糙米样品
试验材料由东北农业大学水稻研究所提供,试验品种为东农425。试验前筛选、去芒、脱壳,获得糙米(水分12.8%),剔除不成熟、有病害和有垩白稻粒;然后随机抽取,作为各种试验样品。
1.2 主要仪器
试验仪器有水分测定仪(日本)、风速仪(北京)、加湿器(北京)、风机(哈尔滨)、装粮筛格(自制)、台秤(AG726型)和干湿球温度计(S-70 型)。
1.3 逆流糙米通风加湿调质试验
用风速为0.228m/s,风温为25℃进行糙米薄层湿化试验,并将试验所得结果与薄层湿化方程[4,5,6,7]计算值进行比较,如表1所示。
由表1可见,试验值与计算值最大相差为2.89%,说明所建立的薄层湿化方程精度可满足计算分析的需要。试验研究表明,糙米水分随时间的变化,明显地受热风温度、加湿量和风速的影响。
2 逆流谷物加湿性能分析
利用逆流糙米薄层湿化模型,可以进行逆流谷物加湿机的试验,对加湿的性能进行分析[8,9,10]。
2.1 热风温度和热风风速对于加湿机性能的影响
热风温度是影响谷物加湿机性能的重要参数,其对单位热耗、加湿速率和谷物粮温的影响如1所示。
图1的模拟条件是:谷物种类为糙米,谷床厚度0.6m,谷物初始含水率13%,谷物流量800kg/m2·h,空气湿含量0.005 kg/kg-1;谷物初始温度20℃;热风风速0.4m/s。从图1(a)可以看出:随着风温的增加,单位热耗减小,而加湿速率增加;在逆流谷物加湿中,谷物温度接近于热风温度;谷温高,谷物的品质下降,因此热风温度不宜超过40℃。图1(b)表明:出机谷温随着风温的升高基本呈线性增加;当热风温度为20℃时,出机粮温约为16℃;当热风温度为25℃时,出机粮温为约23℃;当风温为35℃时,出机粮温为约28℃;风温25℃,出机粮温越接近于风温。
风速对单位热耗和加湿速率的影响如图2所示。
图2的模拟条件:谷物种类为糙米,谷床厚度0.6m,谷物初始含水率13%,谷物流量800kg/m2·h,空气湿含量0.005kg/kg-1,谷物初始温度20℃,风温25℃。由图2可知,随着风速的增加。单位热耗和加湿速率增加。从总体上看,单位热耗变化比较平缓,当风速为0.1m/s时,单位热耗为2 801kJ/kg,加湿速率为0.16%/h;当风速为0.3m/s时,单位热耗为3 150kJ/kg,加湿速率最大为0.36%/h;当风速为0.5m/s,单位热耗3 568kJ/kg,加湿速率为0.266%/h。因此,加湿时应采用风速为0.3m/s,加湿速率最大,湿化效果最好,而单位热耗增幅不大。
2.2 谷床厚度对加湿调质机性能的影响
谷床厚度是逆流谷物加湿机的一个重要参数,合理选取谷床厚度对加湿机性能影响很大。谷床太厚会产生如下问题[11,12]:一是如果谷物的初始含水率过低,会使谷物加湿渗透困难,这是很多逆流谷物加湿机循环加湿的目的所在;二是谷床厚度太厚,增加了加湿机的不必要高度。更为重要的是,谷床厚度加大,谷物对气流的阻力增大,从而使风机的风压增高,风机供风量减小;谷床太薄,气流达到出口时还有一定的加湿能力,由于热空气的加湿能力得不到充分的利用,使单位热耗增加。从上面的分析可知,逆流谷物加湿调质机存在一个最佳谷床厚度。
所谓的排气饱和位置,是指空气的相对湿度接近100% 时的谷床位置。排气饱和位置以空气入口位置为原点,沿谷床向下方向为坐标轴正方向来计算,如图3所示。根据谷床厚度不能超过谷物排气饱和位置来确定谷床厚度的最佳值。研究初始水分、热风温度和风量等参数对谷床厚度的影响,确定不同加湿条件下谷床厚度的变化范围,对实际工作有一定的指导意义。
加湿机在湿化谷物时,经常碰到不同初始含水率的谷物[13,14]。谷物的含水率越高,谷物排气饱和位置越接近空气入口处。初始水分对谷物排气饱和位置的影响如图4所示。
由图4可知:随着谷物初始含水率的增加,谷物排气饱和位置升高,即谷床中谷床厚度增大;在低水分时,谷床厚度应减小。通常谷物水分在13%左右,因而谷床厚度应在0.3m左右。
图5是风速对排气饱和位置的影响。随着风速的增加,排气饱和位置近似呈线性上升,即风速增加,谷床的厚度增加。风速增大,热风在湿化段内滞留的时间短,热空气出现饱和的位置离空气入口处就越远,即排气饱和的位置升高,谷床厚度增加。
图6为风温对排气饱和位置的影响。
风温和风量的4种组合(即高温与大风量、低温与大风量、高温与小风量、低温与小风量)条件下的排气饱和位置如图7所示。模拟条件:床深0.3m,空气湿含量0.006 9kg/kg,谷物流量800kg/m2·h。
图7表明,随着谷物初始含水率的增加,4种组合的排气饱和位置均增大。其中,低温与大风量组合的排气饱和位置比其他几种组合的排气饱和位置都大。如果想加大谷床厚度,则应适用低温与大风量的组合。
3 结束语
1)随着风温的增加,单位热耗减小,加湿速率增大,出机粮温线性增加;加湿时,应采用风速为0.3m/s,加湿速率最大,湿化效果最好,而且单位热耗增幅不大[15]。
2)风温、风速和初始含水率对谷物排气饱和位置均有影响。随着初始水分的增加,谷床中的排气饱和位置增大,谷床厚度增大;风温增大,排气饱和位置减小;风速增大,排气饱和位置增大。对于不同的风温和风速组合,大风量与低风温组合可以增大排气饱和位置,增加谷床厚度[16]。研究表明,对于高水分谷物,宜采用大风量与低风温;对于低水分的谷物,可以用高风温与小风量。
摘要：稻谷(糙米)在储存过程中,因其本身呼吸作用及生化变化,水分逐渐降低,低水分值对稻谷的安全保管是有益的,但对稻谷的加工来说却降低了其品质,使大米精度下降,碎米率增加,出米率降低,口感变差。为此,对逆流糙米通风加湿调质进行了试验,研究了逆流糙米通风加湿调质的加湿特性。研究结果表明:随着风温的增加,单位热耗减小,加湿速率增大,出机粮温线性增加;随着风速的增加,单位热耗增大,加湿速率增大。