奶粉噴霧干燥(1)食品工程設計

1、食 品 工 程 原 理課 程 設 計 說 明 書設計題目奶粉噴霧干燥 專業(yè) 糧食工程 班級 糧工1103班 姓名 郝林娜 指導老師 馬森 河南工業(yè)大學2013年 12月22日食品工程原理課程設計任務書專業(yè)：糧食工程班級：1103班姓名：郝林娜學號：201111020327一、設計題目：奶粉噴霧干燥二、設計條件：1、生產任務：年產全脂奶粉950噸。以年工作日310天，日工作二班，班實際噴霧時間6小時計。產品質量符合國家“全脂奶粉質量標準”。2、進料狀態(tài)：濃縮奶總固形物含量48%。溫度55、密度1120kg/m2、表面張力0.049N/m、黏度15cp。成品奶粉含水量2.5%（一級品）、密度600

2、 kg/m2、比熱2.1kJ/kg.K。3、新鮮空氣狀態(tài)：t0=25、0=60%，大氣壓760mmHg4、熱源：飽和水蒸氣。三、設計項目：a) 工藝流程的確定b) 噴霧干燥裝置的計算c) 輔助設備的選型及計算d) 繪制工藝流程圖e) 編制設計說明書四、設計時間和設計要求時間：1周要求：根據設計任務，確定方案合理，論證清楚，計算正確，簡述簡明，圖紙整潔無誤，書寫整齊清潔。目錄一、工藝流程確定及論證 41.1論證 41.2噴霧干燥流程圖 7二、噴霧干燥的計算 72.1物料及熱量衡算 72.1.1空氣狀態(tài)參數的確定 72.1.2物料衡算 102.1.3熱量衡算 112.2離心式霧化器的計算 112.

3、2.1液滴直徑的計算 122.2.2液滴離開轉盤的初速度 132.2.3液滴水平飛行距離 142.2.4離心噴霧器所需功率 152.3噴霧干燥塔主要尺寸的計算 152.3.1塔徑D 152.3.2塔高H 16三、輔助設備的選型計算 163.1空氣過濾器的選型計算 163.2空氣加熱器的選型計算 173.3粉塵回收裝置的選型和計算 193.4風機的選型計算 213.5其他輔助設備選用 22四、設計結果總匯 224.1主要工藝參數 224.2干燥裝置及主要輔助設計一覽表 23五、帶控制點的工藝流程圖 24六、設計說明 24七、結束語 26八、參考文獻 27一、工藝流程確定及論證本工藝采用并流離心式

4、噴霧干燥法對奶粉進行噴霧干燥。1.1論證乳粉是一種干燥粉末狀乳制品，具有耐保藏、使用方便的特點。生產乳粉的目的在于保留牛乳營養(yǎng)成分的同時，除去乳中大量水分，使牛乳由含水88%的液體狀態(tài)轉變成含水2%的粉末狀態(tài)，從而大大縮小牛乳體積，既利于包裝運輸，又便于保藏和使用。乳粉的主要化學成分有水分、脂肪、蛋白質、乳糖、灰分、乳酸等，因含量差異而形成各種種類的乳粉。乳粉的營養(yǎng)價值一般通過乳脂肪及非脂乳固體部分來體現。1.1.1.本工藝采用噴霧干燥技術制備乳粉。噴霧干燥，是指用單獨一次工序，將溶液、乳濁液、懸浮液或含有水分的膏糊狀物料變成粉狀、顆?；驂K狀的干燥產品。其形成取決于物料的物理特性，以及噴霧干燥

5、設備的流程和操作。奶粉噴霧干燥的原理是將濃縮乳借用機械力量，即壓力或離心的方法，通過噴霧器將乳分散為霧狀的乳滴（直徑為10-15um），大大增加了其表面積，同時送入熱風的情況下霧滴和熱風接觸，濃乳中的水分便在0.01-0.04s的瞬間內蒸發(fā)完畢，霧滴被干燥成球形顆粒落入干燥室的底部，水蒸氣被熱風帶走，從干燥室排風口排出，而且微粒表面的溫度為干燥介質的濕球溫度（5060），若連續(xù)出料，整個干燥過程僅需1030s，故特別適用于熱敏性物料的干燥，蛋白質的變性很少，乳清蛋白依然保持良好的溶解性，酶的活性也沒有喪失。具有較高的溶解度及沖調性，保持其原有的營養(yǎng)成分及色、香、味。噴霧干燥的特點如下：（1）

6、干燥速度快：由于料液經噴霧后霧化成幾十微米大小的液滴，所以單位重量的表面積很大，每公升料液經噴霧后表面積可達300左右，因此熱交換迅速，水分蒸發(fā)極快，干燥時間一般只要幾秒鐘，多則幾十秒鐘，具有瞬間干燥的特點。 （2） 干燥過程中液滴的溫度比較低：噴霧干燥可以采用較高的溫度的載熱體，但是干燥塔內的溫度一般不會很高。當液滴仍有大量水分存在時，它的溫度不超過熱空氣的濕球溫度，例如塔內熱空氣溫度>>100時，物料溫度約5060。所以適合于熱敏性物料的干燥，能夠保持產品良好的色澤和香味。 （3）干燥產品具有良好的分散性和溶解性能：根據工藝上的要求，選用適當的霧化器，可將料液噴成球狀液滴，由于

7、干燥過程是在空氣中完成的，所得到的粉粒能保持與液滴相近似的球狀，因此具有良好的疏松性、流動性、分散性，沖調時能迅速溶解。 （4）產品純度高，環(huán)境衛(wèi)生好：由于干燥是在密閉的容器內進行的，雜質不會混入產品，保證了產品純度。生產有毒氣、臭氣物料時，可采用封閉循環(huán)或“自惰”循環(huán)系統(tǒng)的噴霧干燥設備，將毒氣、臭氣燒毀，防止公害，改善環(huán)境。 （5）生產過程簡化，操作控制方便：即使含水量高達90%的料液，不經濃縮，同樣能一次獲得均勻的干燥產品。大部分產品干燥后不需粉碎和篩選，從而簡化了生產工藝流程。對于產品粒徑大小、松密度、含水量等質量指標，可改變操作條件進行調整，控制管理都很方便。 （6）適宜于連續(xù)化大規(guī)模

8、生產：干燥后的產品經連續(xù)排料，在后處理上結合冷卻器和風力輸送，組成連續(xù)生產作業(yè)線，實現自動化大規(guī)模生產。其主要缺點有：（1）當熱風溫度低于150 時，熱交換的情況較差，需要的設備體積大。在用低溫操作時空氣消耗量大，因而動力耗用量隨之增大。（2）為了保證乳粉水分含量的要求，必須嚴格控制各種產品干燥時排風的相對濕度，一般為10%13%，故需消耗較多的空氣量，從而增加了風機的容量及電耗，同時也增加了粉塵回收裝置的負荷，影響了產品得率。（3）對某些膏糊狀物料，干燥時需加水稀釋，這樣就增加了干燥設備的負荷。 （4）由于設備體積龐大，對生產衛(wèi)生要求高的產品時，設備的清掃工作量較大。 （5）設備的熱效率較低

9、，在進風溫度不高時，熱效率約3040%左右。1.1.2本工藝采用離心式噴霧干燥噴霧干燥按照霧化方法分為壓力式、離心式和氣流式噴霧干燥。離心噴霧是將濃奶送入離心盤霧化機中，由于離心盤的高速旋轉，被噴成霧狀，遇熱空氣干燥成乳粉。離心噴霧盤的線速度為100150m/s。用離心噴霧法生產奶粉時，離心噴霧盤的線速度越高，霧滴越小。乳粉顆粒越小，同熱空氣接觸的比表面積越大，熱交換速度越快，熱效率也越高，熱效率也越高，但是小顆粒奶粉的沖調性能較差。離心式噴霧干燥的操作特點有：（1）塔內只安裝一個霧化器便可完成生產任務。（2）在一定范圍內，可以調節(jié)霧滴尺寸。（3）生產能力調節(jié)范圍大。（4）在調節(jié)處理量時，不需

10、要改變霧化器工作狀態(tài)。（5）與壓力式噴霧干燥相比，可以適應叫高粘度的料液。壓力噴霧干燥中，濃奶由高壓泵打入噴嘴中，經噴嘴噴出的濃奶被霧化成霧滴，霧滴遇熱空氣變成乳粉。為了使?jié)饽淘趪娮斐隹谔幊司哂邢蚯皣姵龅乃俣纫酝猓€具有旋轉運動，使用帶斜槽的芯子同板眼搭配（稱為S型），還有一種是孔板上帶斜槽同板眼搭配（稱為M型），兩種噴頭具有同樣的霧化效果。壓力越高，霧化效果越好，奶粉顆料越細，干燥效率越高。但是顆粒細小的乳粉，沖調性能不好。壓力式噴霧干燥對料液的要求較高，在進霧化器前必須進行過濾，以防雜質堵塞霧化器。這種結構較緊湊，生產能力大，耗能量較少，且能改變內部元件不同飛霧炬形狀。主要缺點是在一定的

11、霧化壓力下噴霧量不能在線調節(jié)。氣流式噴霧干燥的操作特點是結構簡單，加工方便、操作彈性大、易于調節(jié)，但用于霧化的壓縮空氣的動力消耗較大，約為壓力式和離心式霧化器的5-8倍。1.1.3本工藝采用并流型噴霧干燥噴霧干燥按照噴霧和流體流動方向分為并流型、逆流型和混合型三類。（1）逆流型操作特點是熱利用率較高，但只適用于非熱敏性物料的干燥，而且若空塔速度超過限度將引起顆粒的嚴重夾帶，給回收系統(tǒng)增加負荷。（2）混合型操作特點是氣流與產品較充分接觸，脫水效率高，但產品有時與濕的熱空氣流接觸，故干燥不均勻，內壁局部粘粉嚴重。（3） 并流型操作特點是：被干燥物料允許在低溫下進行干燥。由于熱風進入干燥室立即與噴霧

12、液滴接觸，室內溫度急降，不會使干燥物料受熱過度，因此，適宜于熱敏性物料的干燥。塔壁粘粉較少。由于在干燥室內細粒干燥時間短、粗粒干燥時間長，產品具有比較均勻干燥的特點，適合于液滴高度分散均一的噴霧場合。綜上所述，本生產工藝選用并流、離心式噴霧干燥法對奶粉進行噴霧干燥處理。1.2噴霧干燥流程圖包裝成品 新鮮空氣過 篩 空氣過濾器排 放冷 卻 送風機奶 粉排風機 空氣預熱器 旋風分離器噴霧干燥 離心式噴霧器濃縮乳圖1 噴霧干燥流程圖二、噴霧干燥裝置的計算2.1物料及熱量衡算2.1.1空氣狀態(tài)參數的確定G1 tM1=55新鮮空氣蒸汽熱空氣濃奶排氣L t00 H0H0 I0L t1 H1H1 I1 L

13、t2 H2H2 I22t0=25，0=60% t1=150,H1=0.01189 t2=80，H2=0.03871H0=0.01189熱損失QL空氣加熱器冷凝水干燥塔 奶粉G2 tM2=70圖2物料、熱量衡算圖2.1.1.1新鮮空氣狀態(tài)參數由設計任務書給定條件：t025,060%查得25飽和水蒸汽壓Ps023.76 mmHg (3168.4Pa)濕度H0=0.6220Ps0/(P-0Ps0)=0.622*0.6*23.76/(760-0.6*23.76)=0.01189kg水/kg絕干氣熱焓I0=(1.01+1.88H0) t0+2490H0=(1.01+1.88*0.01189)*25+24

14、90*0.01189=55.414kJ/kg絕干氣濕比容H0=(1/29+H/18)*22.4*(273+t0)/273=(1/29+0.01189/18)*22.4*(273+ 25)/273=0.8593 m3(濕空氣)/kg絕干氣2.1.1.2加熱后空氣的狀態(tài)參數全脂乳粉的加工工藝流程中，噴霧干燥的操作要點為先將過濾的空氣由鼓風機吸進，通過空氣加熱器加熱至130-160后，送入噴霧干燥室。如用電熱或燃油爐加熱，可使干燥介質的溫度提高至200以上。雖然提高熱空氣溫度可以提高熱效率，強化干燥過程，減少干燥塔所需容積，但是考慮到溫度過高會影響乳粉的質量，如發(fā)生龜裂或焦化，所以干燥介質的溫度會受

15、到限制。同時溫度過低會使產品水分含量過高而不能達到標準。故加熱后的空氣溫度可確定為150。濕度H1=H0=0.01189Kg水/Kg絕干氣熱焓I1=(1.01+1.88*H1)*t1+2490H1=(1.01+1.88*0.01189)*150+2490*0.01189=184.459KJ/Kg絕干氣濕比容H1(1/29+ H1/18)*22.4*(273+ t1)/273=(1/29+0.01189/18)*22.4*(273+ 150)/273=1.220 m3(濕空氣)/kg絕干氣2.1.1.3排風狀態(tài)參數確定干燥的乳粉含水分2.5%以內，從塔底流出，熱空氣經旋風分離器收集所攜帶的乳粉顆

16、粒，凈化后的空氣被排風機送入大氣中，排放溫度為80-90，相對濕度為10-12%。選定排放溫度為80。但為了防止產品長時間受高溫影響而使產品變性，且同時也要防止露水的形成，故奶粉出口溫度一般比排氣溫度低10。就整個干燥器作熱量衡算，G2CMtM1/W + Cl tM1 +lI0 +l(I1-I0) = G2CM tM2 /W + lI2 +QL式中：CM-產品比熱，全脂奶粉為2.1kJ/kg (任務書給定) Cl-水的比熱，4.187kJ/kg絕干氣 tM1-濃奶溫度，任務書給定55(任務書給定) tM2-奶粉出口溫度，取70 QL-每蒸發(fā)1kg水干燥室的熱損失，按工業(yè)生產經驗取251kJ/k

17、g水（7,P305：對于保溫適宜的干燥室而言：其散失的熱量可取60千卡/公斤水，相當于251.04kJ/kg水，而對于空氣加熱器的熱損失可取40千卡/公斤水，相當于167.36kJ/kg水。本工藝保溫適宜，故采用熱損失為251kJ/kg水。） W-每小時蒸發(fā)水量（見物料衡算）263.36kg G2-每小時奶粉產量 （見物料衡算）255.38kg l-每蒸發(fā)千克水所需空氣量Kg，l1/(H2H1) 將上式整理后可得：Cl tM1-(G2CM tM2 /WG2CMtM1/W+ QL)=(I2-I1)/(H2-H1)方程左端表示干燥室補充熱量與損失熱量之差，用表示。=4.187*55-(255.38

18、*2.1*70/263.36-255.38*2.1*55/263.36+251)=-51.2605 KJ/Kg水=(I2-I1)/(H2H1) =(1.01+1.88H2)t2+2490H2-I1/(H2H1) =(1.01+1.88H2)*80+2490H2-184.542/(H2-0.01189)=-51.2605KJ/Kg水解得:H20.03877 Kg水/Kg絕干氣熱焓I2(1.01+1.88 H2)t2+2490 H2(1.01+1.88*0.03877)*80+2490*0.03877 183.01 kJ/kg絕干氣2的求取：由H20.6222PS2/(P-2PS2)查得80飽和水

19、蒸汽壓PS2355.1mmHg0.038770.622*355.12/(760-355.1*2)解得：212.55%13%為保證乳粉水分含量的要求，必須嚴格控制排風相對濕度2=1013%。由于2在此范圍以內，所以含水量可以保證。濕比容H2=(1/29+H/18)*22.4*(273+t2)/273=(1/29+0.03871/18)*22.4*(273+80)/273=1.0611m3(濕空氣)/kg絕干氣2.1.2物料衡算 2.1.2.1每小時需得奶粉量G2可由年產量，年工作日，日工作班數及噴霧時間求取（相關數據由任務書給定：年產全脂奶粉950噸，年工作日為310天，日工作二班，班實際噴霧時

20、間6小時）G2=950*1000/(310*2*6)= 255.38 kg/h2.1.2.2 每小時噴霧濃奶量及蒸發(fā)水分量WG1=G2*(1-W2)/(1-W1) =255.38*(1-0.025)/(1-0.50)=518.74 Kg/hW=G1-G2=518.74 -255.38=263.36 kg/h 2.1.2.3每蒸發(fā)1kg水干空氣用量（絕干量計）l=1/(H2H1)1/(0.03877-0.01189）=37.20 kg絕干氣/kg水每小時干空氣量LW/(H2H1)263.36/（0.03877-0.01189）=9808.5661 Kg絕干氣/h新鮮空氣體積流量V0=LH0=98

21、08.5661*0.8593=8428.5009 m3/h熱空氣體積流量V1=LH1=9808.5661*1.220=11964.49 m3/h排氣體積流量V2=LH29808.5661*1.0611=10470.8695 m3/h2.1.3熱量衡算2.1.3.1輸入系統(tǒng)熱量新鮮空氣輸入:Q1=LI0=9808.5661*55.414=544277.33 kJ/h加熱器輸入熱量：Q2=L(I1- I0)9808.5661*(184.542 -55.414)= 544277.33 kJ/h濃奶帶入的熱量：Q3=G2CMtM1+WCl tM1255.38*2.1*55+263.36*4.187*5

22、5 =90144.248KJ/h Q入=Q1+ Q2+ Q3=544277.33+544277.33+90144.248=1900236.65 kJ/h2.1.3.2 輸出系統(tǒng)的熱量排氣帶出的熱量:Q1=LI2 =9808.5661*183.00988 =1796593.86 KJ/h產品奶粉帶出的熱量：Q2G2CMtM2255.38*2.1*70=37540.86 KJ/h干燥室熱損失：Q3= WQL263.36*251=66103.36 KJ/hQ出Q1+ Q2+ Q3= 1796593.86+37540.86+66103.36=1900238.08KJ/h由于Q出Q入，可見熱量收支平衡。

23、2.1.3.3 干燥過程的熱效率：表示每蒸發(fā)1kg水分，干燥器內所需加入的熱量中用于汽化水分所耗熱量的百分率。=(r0+CWt2)-CltM1)/l(I2I0) =(2490+1.88*80)-4.187*55)/ 37.286 *(183.00988-55.414)=50.66% 2.1.3.4 空氣加熱器蒸汽消耗量：選取加熱用飽和水蒸氣溫度T= t1+10=150+10=160查得其飽和蒸汽壓為6.303Kgf/cm2(絕壓)，汽化潛熱為2087.1kJ/kg并取熱效率k=95%蒸汽消耗量:Dk=Q2/rk=1130418.84/(2087.1*0.95)= 570.13 kg/h2.2離

24、心式霧化器的計算根據現有的定型設備LP150，用其有關數據進行參考設計。 G1=518.74kg/h =1120kg/m3 V1=故可選取生產能力為500L/h的離心霧化器。要使噴孔流速U孔在0.51m/s之間，可增大孔徑至5.5mm，采用6個噴孔。核算U孔U孔在0.51m/s間，適用選LP500LP500參數如下：生產能力：500L/h主要性能參數：離心盤噴嘴外徑：280mm噴嘴個數： 6個噴嘴孔徑： 5.5mm離心盤轉速： 7350r/mim離心盤線速度： 104m/s上述采用參考性設計，由于離心霧化器結構相對較復雜，故不重新進行設計，但可用現有型號的霧化器，并對生產能力方面的參數做微調。

25、本次設計通過擴大噴嘴口徑和增加噴口數量使噴嘴的液體流速控制在0.51m/s內，隨后再對噴嘴的性能參數做相應的調整，最后列出主要性能參數。2.2.1液滴直徑的計算在忽略了分散盤形狀對霧滴的影響時，有人提出下面的多管式分散盤霧滴直徑計算的經驗公式：=98.5×式中：-液滴直徑m n-分散盤轉速7350 r/min R-分散盤半徑0.14m -料液表面張力0.049/9.81=0.005 kgf/m -料液密度1120kg/m3=98.5×=m2.2.2液滴離開轉盤的初速度2.2.2.1徑向速度的計算當離心盤為圓槽式時，液滴離開分散盤時徑向速度按下式計算：式中：-霧滴的徑向初速度

26、(m/s) -分散盤的角速度 -分散盤半徑0.14(m) A-常數； -通道半徑0.00275(m) -料液運動粘度(m2/s) -料液的體積流量 N-分轉盤轉速7350(r/min)。將以上數據代入式 2.2.2.2切向速度的計算由于淺槽或葉片阻止了料液的滑動，離開分散盤邊緣時的切向速度近似等于分散盤上圓周速度：式中：d-分散盤直徑0.28(m)-切向速度(m/s)。2.2.2.3料液離開分散盤時的合成速度料液離開分散盤時是徑向速度與切向速度的合成速度的運動形式，因此最后霧滴離開分散盤時的速度為：式中：-料液離開分散盤時的初速度(m/s)。2.2.3液滴水平飛行距離液滴離開分散盤邊緣沿水平方

27、向飛出，液滴飛出的最大距離是確定干燥器直徑的主要依據。分散盤產生的霧距，通常是以90%-99%液滴的降落半徑作為最大霧距。但是實際液距和理論值不能吻合，主要原因在于： 液滴在噴出后因水分迅速蒸發(fā)而使液滴密度減小，因此飛行距離也縮短。 在干燥過程中液滴的直徑收縮或因崩裂而減小。 干燥器熱風的流動，液滴的飛行受到影響。所以考慮到空氣阻力的影響，計算液距有下列公式：式中：-液滴直徑 -料液密度1120(kg/m3) -空氣密度(kg/m3) -液滴的初速度110.06m/s -液滴的運動終速度(m/s)，可按液滴在干燥室內的浮翔速度考慮。 -空氣在平均溫度下的運動粘度(m2/s)25時，干空氣的黏度

28、：=1.835×干空氣的運動黏度：80時，干空氣的黏度：=2.11×干空氣的運動黏度： -阻力系數，是Re的函數。阻力系數將以上數據代入公式得：2.2.4離心噴霧器所需功率分散盤霧化料液時理論上消耗功率：式中：-離心盤的圓周速度，即離心盤線速度107.76(m/s) -離心盤的生產能力，即(=)= 2.3 噴霧干燥塔主要尺寸的計算2.3.1 塔徑D 離心霧化器的干燥塔直徑在一般情況下，塔徑D按照下式計算：D=(22.8)R式中：R-離心霧化器噴霧距半徑，即霧滴水平飛行距離1.496m。選取：D= 2.25R=2.25×1.496=3.366 m 圓整為D=4m驗算

29、：塔內空氣平均流速U，應在0.10.3m/s之間。式中：U-空氣平均流速(m/s) L-絕干空氣流量9808.5661kg絕干氣/h D-噴霧干燥塔內徑12.5m - 平均濕比容，=1.2198和=1.061m3(濕空氣)/kg絕干氣0.1m/s<U=0.2473<0.3m/s，所以選擇D=4m合適。2.3.2 塔高H DH1=1.2D=1.2×4=4.8mH2=D=4m選鼓形閥d=400mm H1 H2=48.45°<60°合適 d因為錐形殼體的應力，隨半錐角的增大而增大；當角很小時，其應力值接近圓筒形殼體的應力值。所以在設計制造錐形容器時，角

30、要選擇合適，不宜太大 。 H=H1+H2= 4.8+4=8.8m 有效容積蒸發(fā)強度，二者相差太大，所以塔高選擇不合適。選塔高為5米。則H1=1.3D=1.3 4=5.2m H2=D=4mH1+H2=5.2+4+9.2m有效容積V=3.14÷4×D2 ×H1=69.08m3，由于二者近似相等，塔高選擇合適。三、輔助設備的選型計算3.1空氣過濾器的選型計算空氣過濾器一般采用油浸式的濾層，濾層內充填細的鋼絲絨，形成絨團（鋼絲絨、銅絲絨、尼龍纖維、中孔泡沫塑料均可）噴以輕質定子油或真空泵油（無味、無臭、無毒、揮發(fā)性低、化學穩(wěn)定性高）制成每塊50×50cm左右單體

31、厚約512cm，當空氣通過時，空氣中雜質即被阻擋或為油膜吸附于濾層中，每隔一定時期拆下用堿水清洗，干燥后噴油重新安裝，可繼續(xù)使用。過濾面積： 式中：m-濾層過濾強度，一般為40008000m3/m2 h 選取m= 5000 m3/m2h 圓整為1.7m2 核算空氣阻力：Hf=0.5SV1.8式中：S-濾層厚度，通常取10 cmV-過渡速度為 Hf=0.5 過濾時一部分孔被堵，導致Hf上升，至一定程度 （）時取下清洗。進料時無壓力，不會有漏奶等情況，清洗時僅需拆下進奶管道，離心轉盤，清洗容易，輕便。長期不清洗，使過濾器的阻力增大，從而使進風量減少，影響生產能力。3.2空氣加熱器的選型計

32、算空氣加熱器是以紫銅管或鋼管上繞以紫銅的翅片，最后經搪錫而制成具有一定加熱面積的加熱器，干燥設備一般由若干加熱器組成。目前在乳粉生產上常用的有S型及GL型兩種形式?？諝饧訜崞魇菍π迈r空氣進行加熱的必要設備，用飽和蒸汽作為熱源，在加熱管內流動，新鮮空氣在加熱管外經翅片間通過，經熱交換后空氣的溫度可達150170，熱空氣的溫度主要取決于加熱面積，飽和蒸汽的壓力及質量。為強化傳熱，可采用翅片式換熱器，加大湍流程度，減少該側熱阻。（1） 需要加熱量 Q需 （2）傳熱效率選定飽和蒸汽壓力：8kgf/cm2 查【1】P334的TS=170（3）表面風速Va的選取由F查化工原理課程設計輔導書Va-F圖得Va

33、=2.75m/s，N=8排。GLII型鋼制空氣熱交換器比GLI型散熱排管的傳熱系數高，比I型散熱排管重量輕，體積小，消耗金屬少，且造價比S、UII型鋼制散熱排管便宜。故選用GLII型空氣加熱器。（4）受風面積Fa G：校正至25，l atm時空氣的體積流量m3/h =（5）選型：據Fa=0.748m2，8排 查4-4表選GLII2-15-54。 GLII2-15-54的主要參數： 散熱面積F0：26.12m2 受風表面積Fa：0.828m2 通風凈截面積Ff：0.438m2 總傳熱面積Fo=8×26.12=208.96m2（6）核算傳熱量：Q供=KFOtm K無具體計算公式，故借用S

34、、UII型公式。 K=19.77(Vr)0.608×10-3 Vr= K=19.77×5.620.608×10-3=0.0565kw/m2k tm= Q供=KFotm=0.0565×208.96×63.10=744.97 kw=2681905.5 kJ/h富裕 Q供>Q需 富裕55.63%不在2030%范圍內 故在原有基礎上減兩組，即4排。（7）空氣阻力P=0.0853×（Vr）1.862×4=0.0853×6.2951.862×4=10.488mmH2O3.3 粉塵回收裝置的選型和計算3.3.1根

35、據課程設計要求，離心霧化的粉塵回收選用旋風分離器。采用旋風分離器的主要有以下幾個方面：（1）分離效率高，提高產品得率，減少損耗，增進經濟效果， 同時減少公害。（2）分離器內壁應非常光滑，減少液體阻力，粉末不致于粘壁。（3）若是室溫太低，設計的旋風分離器外壁給予保溫，或外壁加蒸汽盤管。（4）盡可能減少旋風分離器只數，因只數多，每只口風速不易分配，只要其中一只入口風速低于規(guī)定速度，則嚴重影響總效率，最好是單只，阻力小，易于管理和清掃。（5）易裝卸，修理方便，密閉性能好。（6）缷料裝置簡單，可用鼓形閥。3.3.2粉塵回收裝置的選型及計算（1） 選型：采用干式法回收，選用標準型切線入口的旋風分離器、離

36、心式噴霧機乳粉粒度譜。粒徑m 060 60120 120180 180240 >240離心式 分布百分率 2.0 31.2 24.0 18.6 24.0壓力式 分布百分率 66.4 24.6 5.4 2.2 1.5（2）分離器尺寸及進口風速和阻力計算進口風速ui一般可取1525m/s，取ui=22m/s進口截面積F=F=0.1314m2D=1.03m 圓整為D=1.2mA= B=ui=D1=D/2=0.6m H1=2D=2.4m H2=2D=2.4mS1=D/8=0.15m D2=D/4=0.3mP= 標準型=8 =102.95mmH2O（3）分離總效率dc= 取進入粉塵回收裝置的量為1

37、5% 060um 60120um顆粒平均直徑 30 90質量分率 2/15=13.3% 13/15=86.7%d/d0 2.71 8.14粒級效率 0.93 1.0分離率=0.93×13.3%+1.0×86.7%=99.07%分離總效率總=0.85+×0.15=0.85+99.07%×0.15=99.86%損耗率：1-總=1-99.86%=0.14%3.4 風機的選型計算（1）送風機：風量一般應有1020%富裕量，取15%。 Q送=LH0 (1+0.15)=9808.5661×0.8593×(1+0.15)=9692.776 m3/h

38、 Pt=(干燥室內壓-大氣壓)+過濾器阻力降+加熱器壓降+熱風分配器壓降+沿程與局部壓降一般要求干燥室內壓為負壓1015mmH2O，取15mmH2O過濾器阻力升至1520mmH2O時需取下洗滌，取其阻力降為15mmH2O。熱風分配器壓降計算復雜，無資料介紹，估計為3040mmH2O，取40mmH2O。沿程與局部阻力估為：3040mmH2O，取40mmH2O。Pt= -15-0+15+10.49+40+40=90.42 mmH2OPto=Pt 據Pto=92.139mmH2O Q送=9692.776m3/h 查【1】P365表25選送風機型號為： 離心通風機 4-72-11 8C主要性能參數：轉

39、速1250rpm 全壓：137mmH2O流量：20800m3/h 效率：91% 所需功率：10.3KW （2）排風機排風機富裕量一般為1530%，取25%。Q排=LvH2(1+0.25)= 8759.881×1.061×1.25=11617.79 m3/hPt=出口動壓-進口靜壓+旋風分離器壓降+沿程、局部壓降出口動壓一般取15mmH2O，進口靜壓取-15mmH2O。旋風分離器壓降152.49mmH2O沿程、局部壓降估為35mmH2OPt=15-(-15)+ 82.086+35=147.086 mmH2OPto=Pt 據Pto=180.29mmH2O Q排= 13009.8

40、37m3h 查【1】P365表25選排風機型號為： 離心通風機 4-72-11 6C主要性能參數：轉速2240rpm 全壓248mmH2O流量： 15800m3/h 效率：91% 所需功率：14.1kw一般為使干燥室內形成1020mmH2O的負壓，排風機的風量需比送負機的風量大2040%。由于，所以風機選擇合適3.5 其它輔助設備選用（1）濃奶保溫槽：選RP6L5型，其貯液容積為500L，加熱面積2.67m2， 容積內徑900mm，電機功率0.37kw，2臺。（2）集粉箱：無具體型號，設計用長1m，寬0.5m，高0.5m的箱體。（3）旋轉閥：采用普通式即可，動配合間隙小于0.05mm以保證氣密

41、性， 用型號l的旋轉閥，葉輪容積1.0升，葉輪轉速30rpm，所需功率0.4kw，排料量1噸/小時。（4）儀表盤：將就地集中測量的儀表讀數全部在儀表盤上顯示出，包括差壓計、溫度計、電流表（送風機、排風機、霧化器的電流）。四、設計結果總匯：4.1 主要工藝參數（1）產量：年產全脂奶粉950噸，每小時產量為263.36kg，產品質量符合輕工部“全脂奶粉質量標準”。輕工部全脂乳粉一級產品的理化指標?；瘜W指標：水分（不超過）2.50%，脂肪2530%。 復原后的酸度不超過190T，銅不超過6mg/kg。 錫不超過100mg/kg，鉛不超過2mg/kg。物理指標：溶解度不低于97%，雜質度不超過16pp

42、m。微生物指標：雜菌數不超過50000個/g，大腸菌不檢出。（2）濃奶：總固形物含量48%，溫度55，每小時噴霧量G1=518.74kg/h。（3）蒸發(fā)水量：W=263.36kg/h（4）干燥空氣用量：L=37.20kg絕干氣/kg水（5）新鮮空氣的狀態(tài)及流量：t0=25 060% H0=0.01189kg水/kg絕干氣 I0=55.414kJ/kg絕干氣 H0=0.8593m3(濕空氣)/kg絕干氣 V0=7527.366m3/h（6）熱空氣的狀態(tài)及流量：t1=150 H1=0.01189kg水/kg絕干氣 I1=184.459KJ/Kg絕干氣 H1=1.2198m3(濕空氣)/kg絕干氣

43、V1=11964.49m3/h（7）排氣的狀態(tài)及流量：t2=80 20.1254 H2=0.03877Kg水/Kg絕干氣 I2=183.01kJ/kg絕干氣 H2=1.0611m3(濕空氣)/kg絕干氣 V2=10407.87m3/h（8）加熱蒸汽的狀態(tài)及流量：T3=170 P=8.0kgf/cm2 Dk=570.13kg/h4.2 干燥裝置及主要輔助設計一覽表序號名 稱型 號數量主 要 性 能 參 數1送風機離心式通風機4-72-11 8C1全風壓：137mmH2O 轉速：1250rpm流量：20800m3/h 效率：91 % 所需功率:9.7kw2空氣過濾器板式過濾器中空泡沫塑料1過濾面積

44、：1.7m2阻力降：9.0mmH2O3空氣加熱器GLII2-15-544組總散熱面積：208.96m2 受風面積：0.828m2通風凈截面積：0.438 m2 阻力降：8.49mmH2O4(1)干燥塔立式、并流、離心式1塔徑：4. 0m 塔高：9.2m 有效容積：69.08m2蒸發(fā)強度： 3.27kg水/m3h 蒸發(fā)水量：263.36 kg/h(2)霧化器LP500離心式霧化器1噴霧量：463.16L/h 轉盤轉速：7350rpm 噴嘴孔徑：5.5mm噴嘴數：6個 離心盤噴嘴外徑：280 mm5旋風分離器標準切線型進口1分離器尺寸：D=1.2m，A=0.6m，B=0.3m, D1=0.6m，D

45、2=0.3m, H1=H2=2.4m, S1=0.15m, H=4.8m進口風速：16.06m/s 阻力降：102.95mmH2O分離效率：99.86%6排風機離心通風機4-72-11 6C1風壓：248mmH2O，轉速： 2240rpm，流量： 15800m3/h，效率： 91% 所需功率：14.1 kw7濃奶保溫槽RP6L5型1貯液容積：500 ml 加熱面積： 2.67m2 容器內徑：900 mm 電機功率：0.37KW 2臺8集粉箱無具體型號1長1m 寬0.5m 高0.5m9旋轉閥普通式1型1葉輪容積：1.0升 葉輪轉速：30rpm 所需功率：0.4kw排料量：1噸/小時 動配合間隙小

46、于0.5mm五、帶控制點的工藝流程圖見所附A3圖紙上。六、設計說明干燥塔設計的其他說明：1、熱風分配裝置（離心式噴霧干燥熱風分配盤）熱風以切線方向進入分配器，通過多孔板，在導板空氣分散器作用下，熱風便能均勻地、螺旋式地進入噴霧塔內，噴出來的霧距塔頂的距離靠空氣分散器來調節(jié)，空氣分散器掛在錐形支座中間部位比較適合。分配器風道截面隨風量的減小而變小，這樣可使風道中的風速和動壓基本一致。為了防止粘粉的焦化，在噴霧塔頂熱風引入導管處設有用冷風冷卻的三角形風道。2、干燥塔上設有人孔、振蕩蕩器。振蕩器使噴至塔壁上的奶粉盡可能地被振蕩下來，以防止焦化，但總不可避免某些奶粉粘在壁上，因此每隔一段時間就需人入內

47、掃出，因此須設人孔。振動器安裝在塔壁上及圓錐底部，各兩個。3、為使噴霧正常進行，在干燥塔上設有窺視鏡及安全燈，安全燈主要起照明作用，為防止出現不測事件，其電壓控制在36V。4、塔體材料：乳粉噴霧干燥設備的內表面，凡與產品接觸的部位普遍采用不銹鋼材料制成，鋼厚23mm，干燥塔邊上加角鋼圈，頂部用槽鋼固定起來。材料可用1cr18Ni9Ti。5、干燥室、熱風分配裝置、粉塵回收設備、熱風管、空氣加熱器等應根據不同要求，必須附有一定厚度的絕熱層（保溫層），以減少熱損失或設備停用時因乳粉吸潮而粘結。粉塵回收裝置應有較高的回收率，同時應便于清洗，操作方便，干燥后的乳粉應迅速自干燥室內自動卸出，并及時進行冷卻

48、。干燥設備的設計應合理，盡量使干燥過程的排風溫度不超過90。游離脂肪合量高的乳粉很易引起變質，不耐保藏，噴霧前對濃奶進行兩段均質可使游離脂肪含量降低，出粉后迅速冷卻到20以下進行輸粉為佳。6、對干燥設計過程中某些問題的探討（1）在LP500離心噴霧機設計過程中，為達密封要求，除圖示用過渡配合并擰緊螺栓外，可在螺栓與離心盤間要密封部位加上密封墊圈，這種方法更便于拆卸。另一種方法，將離心盤與噴嘴配合部位做成錐形，噴嘴裝上擰緊后可自然而然達到密封要求（2）奶粉噴霧干燥帶控制點的工藝流程圖中，彎管處直徑一般為管徑的3倍左右，以減少阻力降。（3）旋風分離器的性能主要有三個指標，即含塵氣體的處理量，壓力損

49、失以及分離效率。在選擇旋風分離器形式時，要充分考慮上述因素，同時還要兼顧到布置空間要求、產品的粒度要求等，一般來說，旋風壓降較大時，其分離效率也較高，但同時顆粒的磨損也會加劇。因此，對于易磨損、又有產品粒度要求時，應選擇低速低壓的旋風分離器。旋風分離器一般作為一級分離設備，對于回收率要求較高時，采用二級設備如袋濾器。（4）節(jié)能將是噴霧干燥未來發(fā)展的趨勢，節(jié)能的措施有以下幾點：提高進口溫度和降低出口溫度，但進塔熱風溫度不可過高，溫度太高會使奶粉顏色變深，影響產品品質。提高料液固形物含量。提高料液的溫度。排放的氣體進行部分再循環(huán)利用。利用熱交換器回收余熱。采用二級或三級干燥。（5）空氣過濾器定期清洗，長期不清洗，會使過濾器的阻力增大，從而使進風量減少，影響生產能力。另外，浸油不完全將影響過濾效果，使乳粉的雜質增加?？諝?/p>