《化工原理課程設(shè)計》__噴霧干燥設(shè)計說明

1、化工原理課程論文 （ 設(shè)計）授課時間： 2013 2014 年度 第一學(xué)期題 目：噴霧干燥課程名稱： 化工原理課程設(shè)計 _ 專業(yè)年級： _學(xué) 號： 姓 名： 成 績： 指導(dǎo)教師： _年月日目錄1.噴霧干燥的簡介 4.1.1 噴霧干燥的原理 4.2.噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)計方案的確定 5.3 加熱器 47.4.計算熱流量及平均溫差 6 7.4.3 阻力損失計算 9.4.4 傳熱計算 1.0.5.進風(fēng)機的選擇 1.1.5.1 風(fēng)量計算 1.1.5.2 風(fēng)壓計算 1.2.6 排風(fēng)機的選型 1.3.6.1 風(fēng)量計算 1.3.6.2 風(fēng)壓計算 1.3.參考文獻： 1.4.化工原理課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)號一、設(shè)計題目噴

2、霧干燥系統(tǒng)設(shè)計二、設(shè)計條件1、物系：牛奶2、原料含水率： 45 % （ 45； 50； 55）3、生產(chǎn)率 （原料量 ）： 0.5 t / h （ 0.3； 0.5； 0.7）4、產(chǎn)品 （乳粉）含水量： 2 %5、加熱蒸汽壓力： 700 KPa （絕壓）6、車間空氣溫度： 20 7、車間空氣濕度：0.012 kg / kg（ 0.012 ； 0.014； 0.016）8、預(yù)熱后進入干燥室的空氣溫度： 150 9、離開干燥室的廢氣溫度：80 10、離開干燥室的廢氣濕度： 0.12 kg / kg三、設(shè)計容1、計算所需過濾面積，選擇新鮮空氣過濾器和廢氣除塵器的型號。2、計算所需空氣流量和風(fēng)壓，選擇進

3、風(fēng)機和排風(fēng)機的型號。3、計算所需換熱面積，選擇換熱器（預(yù)熱器）的型號。4、畫出整個噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)備布置的流程圖（設(shè)備可用方框加文字表示）。四、編寫設(shè)計說明書噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)計1.噴霧干燥的簡介噴霧干燥是采用霧化器將原料液分散為霧滴 ,并用熱氣體 （空氣、氮氣或過熱 水蒸氣 ）干燥霧滴而獲得產(chǎn)品的一種干燥方法。原料液可以是溶液、懸浮液或乳 濁液，也可以是熔融液或膏糊液。 根據(jù)干燥產(chǎn)品的要求， 可以制成粉狀、 顆粒狀、 空心球或團粒狀 1 。噴霧干燥有以下優(yōu)缺點 1：優(yōu)點： 物聊干燥所需的時間很短 ,通常只要 15-30 秒,甚至只要幾秒 . 容易改變操作條件以調(diào)節(jié)或控制產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，例如粒度分布

4、、最 終濕含量等。 根據(jù)工藝上的要求，產(chǎn)品可制成粉末狀、空心球狀或疏松團粒狀，通 常不需要粉碎即得成品， 而且能在水中迅速溶解， 例如殊榮脫脂奶粉、 速溶咖啡等。 簡化了工藝流程。缺點： 容積給熱系數(shù)較小，對于不能用高溫在熱體干燥的物料，所用設(shè)備就 顯得龐大了一些。而在低溫操作時，空氣消耗量大，因而動力消耗量 也隨之增大。 對氣固混合物的分離要求較高。對于很細的粉末狀產(chǎn)品，要選擇可 靠的氣固分離裝置，以免產(chǎn)品的損失和對周圍環(huán)境的污染。因此分離 裝置比較復(fù)雜1.1 噴霧干燥的原理 2 噴霧干燥是一種懸浮粒子加工技術(shù)。將流體物料通過霧化器的作用，形 成細微的液滴， 使液滴與高溫空氣接觸， 水分迅速

5、蒸發(fā)從而成為粉末狀產(chǎn)品。1.2 噴霧干燥工藝流程及其流程圖 2噴霧干燥工藝流程包括四個階段：霧化；料物與空氣接觸（混合流動） ； 料物干燥(水分及揮發(fā)性物質(zhì)蒸發(fā)) ； 干粉制品從空氣中分離。噴霧干燥的流程圖圖 1： 噴霧干燥流程圖2.噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)計方案的確定2.1 空氣用量計算 1：原料奶含水率 W1 45% ；產(chǎn)品奶粉含水率 W2 2% ；1進入干燥塔的物料量 G1 0.5t h 500kg h 1 。 備水分蒸發(fā)量 W ：G1 W1 W2 500 (45 2) 219.39kg.h 1100 W2100 2氣濕含量： X 0 0.012kg.kg 1;因為空氣經(jīng)預(yù)熱器溫度保持不變，熱空氣

6、濕含量：X1 X 0 0.012kg.kg廢空氣濕含量： X 2 0.12kg kg 1絕干空氣消耗量 L ：L W 219.39 2031.39kg.h 1 X 2 X 1 0.12 0.012但是，實際空氣用量要比計算值多10 25 ，所以：L實 L0 (1 15%)12031.39 1.15 2336.10kg.h 1L實 2336.100 1.2051938.67m3h20時， 查表得，此時空氣密度 031.205kg m3 )離開干燥室的廢棄溫度： T2 80 ，查表得 231.000 kg m離開干燥室空氣量L2 ：L2LX 2 2031.39 2031.3910.12 2275.

7、16kg.h 1廢氣體積 V2 ：V2L22275.161.0002215.16m 3h 12.2 空氣過濾器選型 5過濾面積計算公式：式中， A濾層的面積， m2 ；L通過濾層的空氣量，m3M濾層的過濾強度，m3 m2 ，一般取 m40008000m3 m2 為宜。設(shè)取 m5000 m3 m2 ，由 2.1，可知 L V實=2336.10 m3 。所以代入數(shù)據(jù)得過濾面積 A0.467m2 。 空氣過濾器選型為 AF30-N02D-2-X21492.3 廢棄除塵器選型由 2.1，知廢氣量為 V2 2215.16m 3h 1 過濾面積計算： F vq式中， F布袋的過濾總面積， m2v 通過布袋

8、過濾器的空氣量， m3 h 1q 布袋的單位面積負荷， m3 m 2 h 1 ；q 值為 140 200 m3 m 2 h 1 ；取q150m3 m 2 h 1代入上式，得 F14.77m2 。實際過濾面積 F實 (1 20%)F 1.2 14.77 17.72m2根據(jù)過濾 F實面積，查得 MC24-1 型脈沖袋式除塵器與之相近 4，可以選用此除塵器，其參數(shù)如下：項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)過濾面積， m218過濾氣速， m min24濾袋條數(shù)，條24處理氣量， m h21604300濾袋規(guī)格120×200脈沖閥數(shù)量，個4壓力損失， mmH2O120150最大外形尺寸(長×寬×

9、;高) ，mm1025×1678×3660除塵效率，99 99.5質(zhì)量， kg8503加熱器 4基于設(shè)計基本要求的條件，車間溫度 t020；熱空氣溫度 t1150；所以 t平均150 20 85，根據(jù)平均溫度查表可得，定比熱熔 Cp11.022kJ/(kg·) ，熱導(dǎo)率 13.087×102 W·m1· 密度 0.986kg/m3，粘度 12.13× 105 Pa·s；由 2.1 可知，新鮮空氣用量 ms1 2336.10kg.h 1;已知加熱蒸汽在 700kPa(絕壓)下處理，查附錄 6 得此時溫度 T1164.

10、7， 32 3.666 kg m 3 假設(shè)用于加熱的蒸汽處理量： ms22000kg/h，4.計算熱流量及平均溫差 64.1.按空氣加熱所需來計算換熱器的熱流量51Q ms1cp1(t1 t0) 2336.10 1.022 (150 20) 3.10 105 kJ.h 1=86215w計算平均溫差 tm,逆 ：t ( T t2) (T t1) tm,逆(164.7 20) (164.7 150)ln TT tt12164.7 20 ln164.7 15057查書 6，得氣體和氣體間進行換熱是的K 值大致為 12 35 W m212 K 1 ，先取 K 值為 20 W m 2 K 1 ,則所需傳

11、熱面積為：A Q 86215K tm 20 57275.63m24.2 初步選定換熱器的型號在決定管數(shù)和管長時，要先選定管流速ui ?？諝庠诠芰魉賴鸀?530m s 1，設(shè)取 ui 25m s 1設(shè)所需單程管數(shù)為 n， 25mm×2.5 的管徑為 0.02m，則管流量：vin 4 0.022 ui 3600 L實 2303.968.610 2369.27m3h 1解得， n=84 根。又有傳熱面積A 75.63m2可求得單程管長l'：l'75.63 11.60m83 0.025若選用 4.5m長的管， 2管程，則一臺換熱器的總管數(shù)為 4.5×84378 根。

12、項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)殼徑 D（DN ）600m管尺寸25mm×2.5mm管程數(shù) Np（N）m管長l （L）4.5m管數(shù) n2管排列方式正方形斜轉(zhuǎn) 45°中心排管數(shù) nc198管心距28mm管程流通面積 Si110.0311傳熱面積 A68.2m2可對表 2-1 中的數(shù)據(jù)做核算如下：查化工原理附錄十九得相近浮頭式換熱器的主要參數(shù)，見表 2-1管程流通面積 Si ：Sid2 n1(0.022) 99 0.0311m2 ，由表 21，查得的 0.0311m2 很符44合。傳熱面積 A： A d0nl 0.025 198 4.5 69.9m2 ，比查得的 68.2m2稍 大，這是由于管

13、長的一小部分需用于在管板上固定管子。應(yīng)以查得的68.2m2 為準(zhǔn)。中心排管數(shù) nc ，查得的 nc 11似乎太小；現(xiàn)未知浮式 6 管程的具體排管方 式，暫存疑。以下按式： nc 1.19 198 16.74，取整 nc 17。4.3 阻力損失計算4.3.1 管程 6vi流速 ui ：ui3600Si2369.273600 21.16m.s 10.0311雷諾數(shù) Re ：Re1d1ui 10.020 21.16 0.986 1.96 104-52.13 10 -5摩擦系數(shù)：取鋼管絕對粗糙度 0.1mm，得相對粗糙度di0.1 20 0.005 ；根據(jù) Re 1.96 104查圖，得i 0.035

14、管阻力損失：pidl (ui22d1 21)0.035 4.5 (21.16 0.986) 1738Pa0.02 2回彎阻力損失：pr2ui12(21.162 0.986) 220.74Pa2管程總損失：ptpipr )Fr NsN p(1738 220.74) 1.4 1.0 2 5484.47Pa4.3.2 殼程取折流擋板間距 h 0.2m計算截面積 S0 ：S0h (D ncd0 ) 0.2 (0.6 17 0.025) 0.035m2計算流速 u2 ：u2ms2 36002 S02000 3600 4.33m s13.666 0.035雷諾數(shù) Re2 ：Re2d2u2 20.025 4

15、.33 3.666 2.92 1041.36 10 5由于 Re2 500 ，摩擦系數(shù)5.00.288Re02.2882.925.04 0.228 0.48104折流擋板數(shù) NB ：NB4.5 10.221.5 取 NB=22管束損失 p1 ：p1 Ffo nc(N B1)(0u222)0.40.48 17 (22 1)( 3.666 4.332) 2579 .99 Pa缺口損失：p2 NB (3.52D22u2 ) 222h)(3.522 0.2 )( 3. 666 4.332 ) 0.6 )( )2142.19Pa殼程損失 ps ：pS (p1p2 )FSNS (2579.992142.1

16、9) 1.0 1.04722.18Pa核算下來，管程及殼程的阻力損失都不從多10kPa，又都不小于1kPa。故適用。4.4 傳熱計算4.4.1 管程給熱系數(shù) a1 9由 4.3.1 已算出的 Re1 1.96 104 ，由于是對于空氣， Pr 0.7Nu=0.02Re0.8=0.02 (1.96 104)0.8 54.301a1 Nu1( 1 ) 54.30d10.035 95.03W m 2 K 10.02查資料知飽和水蒸汽對管壁的給熱系數(shù)a2 104kcal m 2 h 1 -1 或4.4.2 殼程給熱系數(shù) a24 2 11.163 104W m 2 K 14.4.3 傳熱系數(shù) K 。計算

17、公式為：111a1a2式中， K空氣加熱器的傳熱系數(shù)， W加熱管的壁厚， m；加熱管導(dǎo)熱系數(shù)，W2K1 ， 鐵 管 45 × 1.163 2153W m 2 K 1 。所以，將數(shù)值代入，可得K 33.90W4.4.4 所需的傳熱面積 A ：AQK tm8621533.90 57244.62m2與所選的換熱器列出的面積 A=68.2 m2比較，有近 30的裕度。 從阻力損失和換 熱面積的核算看，原選的換熱器適用。5.進風(fēng)機的選擇5.1 風(fēng)量計算從進風(fēng)機到干燥塔，需經(jīng)過加熱器，假設(shè)全程管長 15m,其中進風(fēng)機到加熱器為 5m，加熱器到干燥塔 10m為其中經(jīng)過 3個 90°彎頭，

18、干燥塔器維持 147Pa負壓 已知新鮮空氣溫度 t1 20 ，查得此溫度下空氣密度 1 1.205kg m 3，粘度 131 1.81 10 1Pa s 。熱空氣溫度 t2 150 ，溫度下空氣密度 2 0.825kg m 3粘度 2 2.41 10 5Pa s 。查得 90°彎頭阻力系數(shù) 0.75。由（ 1）可知干燥器所需新鮮空氣用量為：2336.10 1938.67m3h 11.205所以風(fēng)機的風(fēng)量為：V實 1938.67m3 h5.2 風(fēng)壓計算 ：計算公式為： d 1.13 36V0實0 v5.2.1進風(fēng)管直徑 d 1計算：取空氣流速v1 10m s，風(fēng)機出口出動壓為500Pa

19、。d1 1.13 3600 v11.13 31690308.61700.262m5.2.2沿程損失1：從進風(fēng)機到加熱器雷諾數(shù)：d1u 10.262 10 1.205 1.7451.81 10 5105取鋼管的絕對粗糙度0.1mm，則相對粗糙度 d1 0.00035 ，可查得0.0198l1沿程損失： pf1 1 d11u 0.0198 52 0.26221.205 10222.8Pa25.2.3 沿程損失 2：從加熱器到干燥塔 雷諾數(shù)：Re2d1u 20.262 1005.825 8.97 1042.41 10 5取鋼管的絕對粗糙度0.1mm，則相對粗糙度 d1 0.00035 ，可查得0.0

20、20沿程損失：pf2l2d2u20.02210 0.825 102 32.44Pa 0.262 25.2.4總彎頭損失：p fR0.75102112.5Pa2加熱管阻力損失：因為空氣走管程，由（4）可知 pt5484.47Pa風(fēng)機出口處的靜壓pf pf1 pf 2p fRpt(147)22.8 32.44112.5 5484.47147 5476.2Pa5.2.5風(fēng)機出口全壓：p出p f 500 5476.2 500 5976.2Pa取風(fēng)機入口前的全壓為 0，所以所需的全壓為：p p出 -0 5976.2 0 5976.2Pa5.3 風(fēng)機選型 7根據(jù)流量 V實 1938.67m2h 1、風(fēng)壓

21、p出 5967.2Pa 的要求， 可選 9-19 型離心式通風(fēng)機機號( )轉(zhuǎn)速 (r/min)全壓 (Pa)流量（m3/h）電動機型號電動機功率KW5.6290071822622Y160M1-2116 排風(fēng)機的選型6.1 風(fēng)量計算從干燥塔到排風(fēng)機，全程管長 15m,其中干燥塔到除塵器為 5m，除塵器到排風(fēng)機 10m為其中經(jīng)過 2個90°彎頭，干燥塔器維持 147 Pa負壓。已知廢空氣 t3 80， 查得此溫度下空氣密度 3 1.000kg m 3 ，粘度 1 2.11 10 1Pa s。，查得 90° 彎頭阻力系數(shù) 0.75。由（ 1）可知干燥器排除的廢空氣量為： V2 L

22、22215.161.000 2215.16m3h 1所以排風(fēng)機的風(fēng)量為： V實 （1 20%）V2 1.2 2215.16 2658.19m3h 16.2 風(fēng)壓計算 8：計算公式為：1.133600 v16.2.1排風(fēng)機直徑 d 1計算：取廢空氣流速 v1 6m s 1風(fēng)機進口處動壓為 500Pa。d31.13V實3600 v11.13 2658.19 0.126m3600 66.2.2沿程損失：雷諾數(shù)：Re3 d3u3 3 0.126 6 1.5000 45714332.11 10 5沿程損失： pf 3l3 3u3 2 151.000 623 3 3 3 0.0185 39.64Pa3 d3 20.126 26.2.4總彎頭損失：22 u6 pfR n 2 0.75 27Pa fR 2 26.2.5除塵器阻力損失：由 3.中選型的除塵器可知， 阻力損 p0 120150mmH2O , 本次取 p0 125mmH 2O 1226Pa風(fēng)機出口處的靜壓：pf3p0p fR 147 39.64 1226 27 147 1439.64Pa排風(fēng)機選型 CF（A）-2.5A主要參數(shù)機號轉(zhuǎn)速配用電機流量全壓( )(r/mi