噴霧干燥器設(shè)計(jì)計(jì)算.doc

廣東工業(yè)大學(xué)廣東工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一噴霧干燥裝置以干燥某種物料懸浮液。干燥介質(zhì)為空氣，熱源為蒸氣和電；霧化器采用旋轉(zhuǎn)型壓力噴嘴，選用熱風(fēng)-霧滴（或顆粒）并流向下的操作方式。2概述、原理、優(yōu)點(diǎn)、流程通過查閱噴霧干燥有關(guān)資料，熟悉噴霧干燥基本原理、優(yōu)點(diǎn)和工藝流程。3根據(jù)計(jì)算的最主要尺寸繪制流程示意圖二、課程設(shè)計(jì)的要求與數(shù)據(jù)料液處理量300料液含水量80（濕基，質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 產(chǎn)品含水量=2%(濕基，質(zhì)量分?jǐn)?shù))料液密度=1100 產(chǎn)品密度=900熱風(fēng)入塔溫度 t300 熱風(fēng)出塔溫度t=100料液入塔溫度=20 產(chǎn)品出塔溫度90產(chǎn)品平均粒徑=125m 干物料比容熱=2.5kJ/(kg.) 加熱蒸汽壓力（表壓）0.4MPa 料液霧化壓力（表壓）4MPa年平均空氣溫度12 年平均空氣相對濕度 70注意：以上數(shù)據(jù)僅作為例子，每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按下表要求獨(dú)立自選參數(shù)3個(gè)，并登記入點(diǎn)名冊，所選參數(shù)完全一致的學(xué)生無效，上述示例數(shù)據(jù)不能選。自選參數(shù)料液處理量G，kg/h料液含水量，產(chǎn)品含水量，%熱風(fēng)入塔溫度 t，熱風(fēng)出塔溫度t ，霧化角自選范圍200600409018200300901204060必選任選一任選一必選三、課程設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作1、通過查閱噴霧干燥有關(guān)資料，熟悉噴霧干燥基本原理、優(yōu)點(diǎn)和工藝流程。2、工藝計(jì)算3、主要設(shè)備尺寸的設(shè)計(jì)4、繪制工藝流程5、撰寫課程設(shè)計(jì)說明書四、課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排序號(hào)設(shè)計(jì)各階段內(nèi)容地點(diǎn)起止日期1布置課程設(shè)計(jì)內(nèi)容與課題講授教1-3196.22-6.232查閱噴霧干燥有關(guān)資料教1-3196.243工藝計(jì)算教1-3196.25-6.264主要設(shè)備尺寸的設(shè)計(jì)教1-3196.27-6.295繪制工藝流程教1-3196.306撰寫課程設(shè)計(jì)說明書教1-3197.1-7.2五、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)陳英南 劉玉蘭主編. 常用化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì). 華東理工大學(xué)出版社2005年第一版。發(fā)出任務(wù)書日期：2009年6月22日 指導(dǎo)教師簽名：計(jì)劃完成日期： 2009年7月2日 基層教學(xué)單位責(zé)任人簽章：主管院長簽章：摘要物料在加工成為成品之前，必須除去其中超過規(guī)定的濕分?；瘜W(xué)工業(yè)中常用干燥法除濕，它是利用熱能使?jié)裎锪现械乃制⑴懦錾傻恼羝?，以獲得濕含量達(dá)到要求的產(chǎn)品。干燥過程中物料表面的水汽壓強(qiáng)必須大于干燥介質(zhì)中的水汽的分壓，兩者差別越大，干燥操作進(jìn)行得越快。所以干燥介質(zhì)應(yīng)及時(shí)將汽化的水汽帶走，以維持一定的擴(kuò)散推動(dòng)力。噴霧干燥器是將溶液、漿液或懸浮液在熱風(fēng)中噴霧成細(xì)小液滴，液滴在下降過程中，水分被迅速汽化而達(dá)到干燥目的，從而獲得粉末狀或顆粒狀的干產(chǎn)品。本文是設(shè)計(jì)一個(gè)噴霧干燥裝置以干燥某種物料懸浮液。干燥介質(zhì)為空氣，熱源為蒸汽和電；霧化器采用旋轉(zhuǎn)型壓力噴嘴，選用熱風(fēng)-霧滴（或顆粒）并流向下的操作方式。本文就設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，和所規(guī)定的工藝設(shè)計(jì)條件，在噴霧干燥器的原理，優(yōu)點(diǎn)和流程方面作了詳細(xì)的描述，同時(shí)在工藝設(shè)計(jì)計(jì)算過程中有詳細(xì)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算過程。主要針對的是物料、熱量的衡算，噴霧干燥所需的時(shí)間，壓力噴嘴主要尺寸的確定和干燥塔主要尺寸的確定，在文章的最后繪制了噴霧干燥裝置的流程示意圖。關(guān)鍵詞：噴霧干燥器 干燥塔 壓力噴嘴一、工藝設(shè)計(jì)條件料液處理量 G340kg/h料液含水量59（濕基，質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 產(chǎn)品含水量=2%(濕基，質(zhì)量分?jǐn)?shù))料液密度=1100kg/m 產(chǎn)品密度=900kg/m熱風(fēng)入塔溫度 t245 熱風(fēng)出塔溫度t=100料液入塔溫度=20 產(chǎn)品出塔溫度90產(chǎn)品平均粒徑dp=125m 干物料比容熱c=2.5kJ/(kg.)加熱蒸汽壓力（表壓）0.4MPa 料液霧化壓力（表壓）4MPa年平均空氣溫度12 年平均空氣相對濕度 70注意：以上數(shù)據(jù)僅作為例子，每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按下表要求獨(dú)立自選參數(shù)3個(gè)，并登記入點(diǎn)名冊，所選參數(shù)完全一致的學(xué)生無效，上述示例數(shù)據(jù)不能選。自選參數(shù)料液處理量G，kg/h料液含水量，產(chǎn)品含水量，%熱風(fēng)入塔溫度 t，熱風(fēng)出塔溫度t，霧化角自選范圍200600409018200300901204060必選任選一任選一必選二、設(shè)計(jì)基本內(nèi)容1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一噴霧干燥裝置以干燥某種物料懸浮液。干燥介質(zhì)為空氣，熱源為蒸氣和電；霧化器采用旋轉(zhuǎn)型壓力噴嘴，選用熱風(fēng)-霧滴（或顆粒）并流向下的操作方式。2概述、原理、優(yōu)點(diǎn)、流程（1）概述噴霧干燥器是將溶液、漿液或懸浮液在熱風(fēng)中噴霧成細(xì)小液滴，液滴在下降過程中，水分被迅速汽化而達(dá)到干燥目的，從而獲得粉末狀或顆粒狀的干產(chǎn)品。（2）原理在干燥塔頂部導(dǎo)入熱風(fēng)，同時(shí)將料液泵送至塔頂，經(jīng)過霧化器噴成霧狀的液滴，這些液滴群的表面積很大，與高溫?zé)犸L(fēng)接觸后水分迅速蒸發(fā)，在極短的時(shí)間內(nèi)便成為干燥產(chǎn)品，從干燥塔底部排出。熱風(fēng)與液滴接觸后溫度顯著降低，濕度增大，它作為廢氣由排風(fēng)機(jī)排出，廢氣中夾帶的微粉用分離裝置回收。物料干燥過程分為等速階段和減速階段兩個(gè)部分進(jìn)行。在等速階段，水分蒸發(fā)是在液滴表面發(fā)生，蒸發(fā)速度由蒸汽通過周圍氣膜的擴(kuò)散速度所控制。主要的推動(dòng)力是周圍熱風(fēng)和液滴的溫度差，溫度差越大蒸發(fā)速度越快，水分通過顆粒的擴(kuò)散速度大于蒸發(fā)速度。當(dāng)擴(kuò)散速度降低而不能再維持顆粒表面的飽和時(shí)，蒸發(fā)速度 開始減慢，干燥進(jìn)入減速階段。在減速階段中，顆粒溫度開始上升，干燥結(jié)束時(shí)，物料的溫度接近于周圍空氣的溫度。（3）優(yōu)點(diǎn)：(a) 干燥速度十分迅速。料液經(jīng)噴霧后，表面積很大。在熱風(fēng)氣流中熱交換迅速，水分蒸發(fā)極快，瞬間就可蒸發(fā)9598的水分，完成干燥的時(shí)間一般僅需540s左右。(b) 干燥過程中液滴的溫度不高，產(chǎn)品質(zhì)量較好。噴霧干燥使用的溫度范圍非常廣（80800），即使采用高溫?zé)犸L(fēng)，其排風(fēng)溫度仍不會(huì)很高。在干燥初期，物料溫度不超過周圍熱空氣的濕球溫度5060，干燥產(chǎn)品質(zhì)量較好，不容易發(fā)生蛋白質(zhì)變化，維生素?fù)p失，氧化等缺陷。對熱敏性物料和產(chǎn)品的質(zhì)量，基本上接近在真空下干燥的標(biāo)準(zhǔn)，防止物料過熱變質(zhì)。(c) 產(chǎn)品具有良好的分散性，流動(dòng)性和溶解性。由于干燥過程是在空氣中完成的，產(chǎn)品基本上能保持與液滴相近似的中空球狀或疏松團(tuán)粒狀的粉末狀，具有良好的分散性，流動(dòng)性和溶解性。(d) 生產(chǎn)過程簡化，操作控制方便。噴霧干燥通常用于處理濕含量4060的溶液，特殊漿料即使?jié)窈扛哌_(dá)90，也可不經(jīng)濃縮，同樣能一次干燥成粉狀產(chǎn)品。大部分產(chǎn)品干燥后不需要再進(jìn)行粉碎和篩選，從而減少了生產(chǎn)工序，簡化了生產(chǎn)工藝流程。產(chǎn)品的粒經(jīng)，松密度，水分，在一定范圍內(nèi)，可用改變操作條件進(jìn)行調(diào)整，控制管理都很方便。(e) 防止發(fā)生公害，改善生產(chǎn)環(huán)境。由于噴霧干燥是在密閉的干燥塔內(nèi)進(jìn)行的，這就避免了干燥產(chǎn)品在車間里飛揚(yáng)。(f) 適宜于連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)。噴霧干燥能適應(yīng)工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)的要求，干燥產(chǎn)品經(jīng)連續(xù)排料，在后處理上可結(jié)合冷卻器和風(fēng)力輸送，組成連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)線。(g) 容易改變操錯(cuò)條件，控制或調(diào)節(jié)產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)。改變原料的濃度，熱風(fēng)溫度等噴霧條件，可獲得不同水分和粒度的產(chǎn)品。(h) 可以滿足對產(chǎn)品的各種要求。增加某些措施或運(yùn)用操作上的靈活性，能制成不同形狀（球形、粉末、疏松團(tuán)粒）、性質(zhì)（流動(dòng)性、速溶性）、色、香、味的產(chǎn)品。(4) 流程常用噴霧干燥工藝流程：霧化熱氣流中加熱水分蒸發(fā)干燥氣固分離收集產(chǎn)品；主要構(gòu)成：干燥器、霧化器、旋風(fēng)分離器、卸料器、空氣加熱器、過濾器、風(fēng)機(jī)和泵等。3工藝設(shè)計(jì)計(jì)算3.1物料衡算 產(chǎn)品產(chǎn)量GGG340142.2 (kg/h) 水分蒸發(fā)量WWGG340-142.2197.8(kg/h)3.2熱量衡算 物料升溫所需的熱量qq125.88 (kJ/kg 水) 熱損失q根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取q210（kJ/kg 水） 干燥塔出口空氣的濕含量H(qqC)(125.882104.18620)252.16C為水的比熱；4.186kJ/(kg)I，I2分別為空氣進(jìn)入干燥器前和離開干燥器時(shí)的熱焓，kJ/kg干氣；H，H2分別為空氣進(jìn)入干燥器前和離開干燥器時(shí)的濕度，kg水/kg干氣；根據(jù)年平均空氣溫度為12，年平均空氣相對濕度70，查空氣的IH圖得H= H=0.006, I=320kJ/kg，任取HH=0.04，代入上式得：I= I=320223.50(0.040.006)=311.43 kJ/kg根據(jù)HI圖，查得H0.078（kg水/kg干空氣） 干空氣的消耗量L=2746.6 (kg干空氣/h)3.3霧滴干燥所需時(shí)間 汽化潛熱r的確定由I-H圖查得空氣入塔狀態(tài)下的濕球溫度t=54，該溫度下水的汽化潛熱r2400kJ/kg 導(dǎo)熱系數(shù)的確定平均氣膜溫度為（54+100）/277，在該溫度下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)310KW/(mK) 初始滴徑d d可由下式計(jì)算d（）d （X表示溶液每千克干固體含濕量，X表示干產(chǎn)品每千克干固體含濕量，）由于X1.44（kg水/kg干物料），X=0.0204kg水/kg干物料，所以d（）125156m 霧滴臨界直徑ddd125m 霧滴臨界濕含量X 可以下式計(jì)算X11（）0.591（）0.36kg水/kg干料進(jìn)一步換算成濕基濕含量：C0.36/(1+0.36)=0.262，即含水量26.2。 空氣臨界濕含量H干燥第一階段水分蒸發(fā)量為W13400.41(59/410.36)=151.04 kg/hH=0.006+204.91/3571=0.0610 kg水/kg干氣 空氣臨界溫度t查I-H圖得t135 傳熱溫度差恒速階段傳熱溫度差t140.9 降速階段傳熱溫度差t33.9 霧滴的干燥時(shí)間1.61（s）3.4 壓力噴嘴主要尺寸的確定 為了使塔徑不致過大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取霧化角58，由A關(guān)聯(lián)圖查得A2.0 當(dāng)A2.0 ，查CA關(guān)聯(lián)圖得流量系數(shù)C0.28 噴嘴孔徑的計(jì)算，由式可得（Q為流量）d222.1410m圓整后取d3mm 噴嘴其他主要尺寸的確定。選矩形切線入口通道2個(gè)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取b=1.2mm，2R/b=8，即R=4.8mm，圓整R=5mm，即旋轉(zhuǎn)室直徑為10mm因?yàn)閷τ诰匦瓮ǖ酪后w旋轉(zhuǎn)半徑R=R-b/2=5-1.2/2=4.4mm，所以由式可求出矩形切線入口通道高度h：h（）（）（）2.86mm （0噴嘴孔半徑）取h3mm 校核噴嘴的生產(chǎn)能力：由于A（）（）（）1.910圓整后，A基本不變，不必復(fù)算，可以滿足設(shè)計(jì)要求。 空氣心半徑r 由下式計(jì)算出幾何特性參數(shù)A：A3.27利用Aa關(guān)聯(lián)圖（圖6-21）可查得a=0.43，因此rr1.51.132mm 噴嘴出口處液膜速度的計(jì)算。噴嘴出口處液膜噴出平均速度，徑向分速度，軸向分速度分別為28.26m/ssin（/2）28.26sin（58/2）13.7m/scos（/2）28.26cos（58/2）24.7m/s3.5干燥塔主要尺寸的確定 塔徑的計(jì)算塔內(nèi)空氣的平均溫度為（100+300）/2200，該溫度下空氣的動(dòng)力粘度0.0260mPa.s，空氣的密度0.746kg/mA、根據(jù)徑向分速度，計(jì)算出0時(shí)的雷諾數(shù)RR61.5即在R R 時(shí)，13.7 m/s, R =61.5, =0B、取一系列R =100, R =50, R=0.5,利用式R和式4A 求出相應(yīng)的霧滴水平飛行速度及相應(yīng)的停留時(shí)間如取R=50,與R50對應(yīng)的霧滴飛行速度為R5011.15m/s利用圖R與R列線圖得 A2.22101.10101.1210相應(yīng)的停留時(shí)間為4A1.12105.6910s其余各組計(jì)算結(jié)果列于表 表1 間關(guān)系計(jì)算結(jié)果R，sR0.173 R/ms149.550251510864210.5(1.121.10)100(2.221.10)101.1210(3.241.10)102.1410(4.351.10)103.2510(5.251.10)104.1510(5.761.10)104.6610(6.571.10)105.4710(7.701.10)106.6010(10.201.10)109.1010(12.41.10)1011.310(15.21.10)1014.11000.05690.10860.1650.21070.23660.27770.33510.4620.57370.715833.33211.1485.5743.3442.2301.7841.3380.8920.4460.2230.111C、以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)畫出關(guān)系曲線如圖1，由圖解積分得：Sd1.012m圖1采用梯形法作圖解積分：橫軸，每隔0.02取一點(diǎn):X0,X1,X2Xn-1,Xn,即X1X0=X2X1=XnXn-1=h。但最后一格取為0.018,故需另列一項(xiàng)。從圖上讀出與X相應(yīng)的Y值，即Y0,Y1,Y2,Yn-1,Yn于是，積分值Sd=hY0/2+Y1+Y2+Yn-1/2+h(Yn-1+Yn)/2=0.0231.62/2+14.15+6.7+4.1+2.75+1.81+1.34+0.94+0.75+0.59+0.48+0.4+0.35+0.3+0.26+0.23/2+0.018(0.23+0.11)/2=1.012那么，塔徑為D2S21.0122.023m圓整取D2.1m 塔高的計(jì)算A、降速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)霧滴的下降距離H的計(jì)算i、根據(jù)初始軸向分速度24.72m/s，計(jì)算出R：R213428.4由于R，因此根據(jù)圖R與R 查得R10.2，并由R213 可查得R3.210，那么0.036110同樣取一系列雷諾數(shù)R=200, R=100, R=3.9,，由圖R與R 查得相應(yīng)的R，R，R ，再計(jì)算出對應(yīng)值，結(jié)果列于表 表2 R與，u及的關(guān)系RR10u=R/ms/s38930020015010050201053.983000575003100020000110003700980410176126.90.01210.01730.03240.05030.09200.