噴霧干燥裝置設計

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1、 課 程 設 計 課程名稱 食品機械與設備 題目名稱 噴霧干燥裝置設計 學生學院 輕工化工學院 專業(yè)班級 09食品科學與工程4班 學 號 3209002122 學生姓名 指導教師 劉曉麗 2012 年 6 月 18 日 廣東工業(yè)大學課程設計任務書 題目名稱 產量為1000kg/h的噴霧干燥設備設計 學生學院 輕工化工學院 專業(yè)班級 2009食品科學與工程4班 姓 名

2、 學 號 一、課程設計的內容 1、通過查閱有關資料，熟悉基本工作原理、特點和流程組成的設備及結構。 2、進行工藝參數的確定 3、主要設備工作部件尺寸的設計 4、繪制裝配圖 5、撰寫課程設計說明書 二、課程設計的要求與數據 料液處理量　G１ ＝1000 kg/h 料液含水量　ω１ ＝75%（濕基，質量分數）； 產品含水量　ω２ ＝2.5%（濕基，質量分數） 料液密度　 ρＬ ＝1150 kg/m3 ；　 產品密度　ρＤ ＝900 kg/m3 熱風入塔溫度?。?＝300℃；　 熱風出塔溫度?。?＝100 ℃ 料液入塔溫度　θ１ ＝20 ℃；　

3、產品出塔溫度　θ２ ＝88 ℃ 產品平均粒徑?。洌?＝120 μｍ；　 干物料比容熱ｃｍ２ ＝2.5 kJ/(kg℃） 加熱蒸汽壓力（表壓）　0.4 MPa；　料液霧化壓力（表壓）　4 MPa 年平均空氣溫度　14 ℃； 年平均空氣相對濕度　76% 三、課程設計應完成的工作 1．課程設計說明書（紙質版和電子版） 各1份（3000字） 2．設備裝配圖（A4）1張，裝訂在說明書的最后面。 四、課程設計進程安排 序號 設計各階段內容 地點 起止日期 1 上午布置及講解設計任務；下午查閱資料及有關文獻 第一周周一 2 有關工藝設計計算 第一

4、周周二至周五 3 裝配圖繪制 第二周周一至周三 4 撰寫課程設計說明書 第二周周四、五 五、應收集的資料及主要參考文獻 [1] 陳英南, 劉玉蘭. 常用化工單元設備的設計[M]. 杭州：華東理工大學出版社，2005 [2] 張裕中.食品加工技術裝備[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2000 [3] 無錫輕工大學，天津輕工業(yè)學院.食品工廠機械與設備[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1989 [4] 崔建云. 食品加工機械與設備[M] . 北京：中國輕工業(yè)出版社，2008 [5] 李功樣，陳蘭英，崔英德. 常用化工單元設備設計[M]. 廣州: 華南理工大學出版社，20

5、03 [6] GB/T 14690-1993-1993，技術制圖比例[S]．北京：中國標準出版社，1993． 發(fā)出任務書日期： 2012 年 6月 11日 指導教師簽名： 計劃完成日期： 2012 年 6月22日 基層教學單位責任人簽章： 主管院長簽章： 課程設計考核表 設計題目 姓名 班級 設計（論文）起始時間 年 月 日至 年 月 日 設計完成情況： 獨立完成，達到要求 能夠完成，達到要求 能夠完成，基本達到要求 不能按時完成，達不到基本要求

6、 說明書（論文）敘述 清楚 比較清楚 基本清楚 不清楚 工作態(tài)度情況（學生對設計的認真程度、紀律及出勤情況）： 認真 較認真 一般 不認真 圖面是否清晰 清晰 比較清晰 基本清晰 不清晰 計算是否正確 正確 基本正確 不正確 設計（論文）是否符合規(guī)范要求 規(guī)范 基本規(guī)范 不規(guī)范 成績評定: 優(yōu)秀 良好 中等 及格 不及格 指導教師簽字：

7、 年 月 日 噴霧干燥裝置設計 摘 要 本次設計的是一套料液處理量為500 kg/h（根據自己的設計題目寫）的開放式噴霧干燥裝置，該裝置由并流行干燥器（可選其他），壓力式霧化器（可選其他）、旋風分離器、卸料器、空氣加熱器、過濾器、風機和泵等設備組成。通過工藝計算，設備主要結構尺寸計算確定了干燥器和霧化器的幾何尺寸，壓力式霧化器噴嘴孔徑為…mm，干燥塔的直徑為…M，高度為并對附屬設備進行了選型，最后繪制了該裝置的裝配圖。 關鍵詞：噴霧干燥，霧化器，工藝計算，裝配圖 目錄 1

8、 概述 1 1.1 噴霧干燥的原理 1 1.2 噴霧干燥的特點 1 1.2.1 噴霧干燥的優(yōu)點 1 1.2.2 噴霧干燥的缺點 1 2 工藝設計條件 2 3 干燥裝置流程 2 4 工藝流程圖 3 5 工藝設計計算 4 5.1物料衡算 4 5.2 熱量衡算 4 5.2.1 物料升溫所需熱量 4 5.2.2 汽化水的熱損失 4 5.2.3 干燥塔出口空氣的濕度 4 5.2.4 空氣消耗量 5 5.2.5 預熱器的熱負荷及加熱介質消耗量 6 5.2.6 向干燥器補充的熱量 6 5.2.7 系統消耗總熱量 6 5.2.8 干燥系統的熱效率 6 5.3 霧滴干燥所需

9、時間 6 5.3.1 初始滴徑 6 5.3.2 汽化潛熱 6 5.3.3 導熱系數 7 5.3.4 恒速階段物料表面溫度 7 5.3.5 霧滴臨界含水量 7 5.3.7 平均推動力 7 5.3.8 霧滴在恒速階段的干燥時間 8 5.3.9 霧滴在降速階段的干燥時間 8 5.4 壓力噴嘴主要尺寸的確定 8 5.4.1 霧化角 8 5.4.2 流量系數 8 5.4.3 噴嘴孔徑 9 5.4.4 噴嘴旋轉室尺寸 9 5.4.5 空氣心半徑 9 5.4.6 噴嘴出口處液膜速度 10 5.4.7 霧化器的主要尺寸及結構示意圖 10 5.5 干燥塔主要尺寸的確定 11

10、5.5.1 塔徑 11 5.5.2 塔高 14 5.6 主要附屬設備的選型 18 5.6.1 空氣加熱器 18 5.6.2 旋風分離器 19 5.6.3 袋濾器 20 5.6.4 風機 20 5.7 工藝設計計算結果匯總 22 6 心得體會 23 7 參考文獻 24 噴霧干燥器的設計 1 概述 1.1 噴霧干燥的原理 噴霧干燥是將原料液用霧化器分散成霧滴，并用熱空氣在霧滴下降過程中以直接接觸的方式，使水分被迅速汽化而達到干燥目的，獲得粉粒狀產品的一種干燥過程。 物料的干燥過程分為等速階段和降速階段。在等速階段，水分通過顆粒的擴散速率大于汽化速率，水分汽化是在液滴

11、表面發(fā)生，等速階段又稱為表面汽化控制階段。當水分通過顆粒的擴散速率降低而不能維持顆粒表面的充分潤濕時，汽化速率開始減慢，干燥進入降速階段，降速階段又稱為內部遷移控制階段。 1.2 噴霧干燥的特點 1.2.1 噴霧干燥的優(yōu)點主要是： （1） 干燥速度快。 （2） 產品具有良好的分散性和溶解性。 （3） 生產過程簡化，操作控制方便。 （4） 產品純度高，生產環(huán)境好。 （5）適宜于連續(xù)化大規(guī)模生產。 1.2.2 噴霧干燥的缺點有： （1） 熱風溫度較低時，傳質速率較低，需要的設備體積大；低溫操作時，傳質速率較低，熱效率較低，空氣消耗量大，動力消耗也隨之增大。 （2） 從廢氣中回收

12、粉塵的分離設備要求高，費用大。 （3） 干燥膏糊狀物料時，干燥設備的負荷較大。 2 工藝設計條件 干燥物料為懸浮液，干燥介質為空氣，熱源為蒸汽和電；霧化器采用旋轉型壓力式噴嘴，選用熱風——霧滴并流向下的操作方式。具體工藝參數如下： 料液處理量　G１ ＝1000 kg/h 料液含水量　ω１ ＝75%（濕基，質量分數）； 產品含水量　ω２ ＝2.5%（濕基，質量分數） 料液密度　 ρＬ ＝1150 kg/m3 ；　 產品密度　ρＤ ＝900 kg/m3 熱風入塔溫度?。?＝300℃；　 熱風出塔溫度?。?＝100 ℃ 料液入塔溫度　θ１ ＝2

13、0 ℃；　 產品出塔溫度　θ２ ＝88 ℃ 產品平均粒徑?。洌?＝120 μｍ；　 干物料比容熱ｃｍ２ ＝2.5 kJ/(kg℃） 加熱蒸汽壓力（表壓）　0.4 MPa；　料液霧化壓力（表壓）　4 MPa 年平均空氣溫度　14 ℃； 年平均空氣相對濕度　76% 3 干燥裝置流程 干燥裝置采用開放式流程。熱風在系統中使用一次，經袋濾器除塵后，就排入大氣中，不再循環(huán)使用。適用于廢氣中濕含量較高，無毒無臭氣體，排入大氣后不造成環(huán)境污染的場合。如下圖所示，原料液由儲料罐1經過濾器2后輸送到噴霧干燥塔10頂部的霧化器13霧化為霧滴。新鮮空氣由鼓風機7經過濾器6、翅片

14、式加熱器8及電加熱器9送入噴霧干燥塔11的頂部，與霧滴接觸、混合，進行傳熱與傳質。干燥后的產品由塔底引出。夾帶細粉塵的廢氣經旋風分離器12由引風機16排入大氣。 4 工藝流程圖 1——料液貯罐 2——料液過濾器 3——截止閥 4——隔膜泵 5——穩(wěn)壓罐 6——空氣過濾器 7——鼓風機 8——翅片式加熱器 9——電加熱器 10——干燥塔 11——星形卸料閥 12——旋風分離器 13——霧化器 14——袋濾器 15——碟閥 16——引風機 17——消音器 圖1 噴霧干燥裝置

15、工藝流程示意圖 5 工藝設計計算 5.1物料衡算 5.1.1 絕干物料流量 5.1.2 干燥產品產量 5.1.3 水分蒸發(fā)量W 5.2 熱量衡算 5.2.1 物料升溫所需熱量 5.2.2 汽化水的熱損失 計算 根據經驗取=210kg/kg水 5.2.3 干燥塔出口空氣的濕度 根據熱量衡算 即，為一直線方程。 根據給出的工藝設計條件，，，由濕空氣的H-I圖查出， =0.00763kg水/kg絕干氣。 當時，由濕空氣的H-I圖查出，。 任取， 則 連結點

16、 和點，并延長與線相交于點D，點D就是出口空氣狀態(tài)點。由H-I圖查出， 圖2 求解過程示意圖 5.2.4 空氣消耗量 絕干空氣的消耗量為 實際空氣消耗量為 5.2.5 預熱器的熱負荷及加熱介質消耗量 由上可知, = (1.01+1.88）t +2490 =（1.01+1.880.00763)14+24900.00763 = 33.3 kJ/kg絕干氣 5.2.6 向干燥器補充

17、的熱量: = 0 5.2.7 系統消耗總熱量: 5.2.8 干燥系統的熱效率 5.3 霧滴干燥所需時間 5.3.1 初始滴徑 物料在干燥塔進出口處的干基含水量分別為 由即 5.3.2 汽化潛熱 熱空氣入塔溫度，濕度，由濕空氣H-I圖查出， 熱空氣入塔狀態(tài)下的濕球溫度，查手冊得水在的汽化潛熱。 5.3.3 導熱系數 平均氣膜溫度為 查手冊得空氣在77℃下的導熱系數 5.3.4 恒速階段物料表面溫度 即空氣的絕熱飽和溫度，可以取空氣入塔狀態(tài)下的濕球溫度 即 5.3.5 霧滴臨界含水量 5.3.6 空氣

18、臨界溫度 恒速階段的水分蒸發(fā)量為 空氣的臨界濕度為 在H-I圖中，過作垂線，與AD交于點C，點C溫度即為空氣臨界溫度，由H-I查出 ： 5.3.7 平均推動力、 5.3.8 霧滴在恒速階段的干燥時間 恒速階段熱空氣與液滴的溫度變化： 空氣： 液滴： 5.3.9 霧滴在降速階段的干燥時間 降速階段熱空氣與物料的溫度變化：空氣： 物料： 霧滴干燥所需時間 5.4 壓力噴嘴主要尺寸的確定 5.4.1 霧化角 為了了使塔徑不致過大，根據經驗，選取。 5.4.2 流量系數 ，由的關聯圖查出，噴嘴結構參數。 ，由

19、的關聯圖查出，流量系數。 5.4.3 噴嘴孔徑 為了后續(xù)設計及加工方便，計算后圓整，取。 5.4.4 噴嘴旋轉室尺寸 噴嘴孔半徑取1.5mm，即，選用矩形切線通道2個，通道寬度取1.7mm，即,因為2R/b=8,所以R=6.8，圓整為7mm，旋轉室直徑為14mm 。 由于一般情況下，旋轉室尺寸與入口通道尺寸關系符合： h / b = 1.3 ~ 3 ,2R / b = 6 ~ 30 所以，初定h取3.42mm， 由，得 ，與原很接近，可以滿足設計要求并確定h=3.42mm，圓整為3.5mm 5.4.5 空氣心半徑 ，由的關聯圖查出，

20、 5.4.6 噴嘴出口處液膜速度及其分速度、 液膜與軸線成角噴出，可分解成徑向速度和軸向速度 5.4.7 霧化器的主要尺寸及結構示意圖 圖3 離心型壓力式霧化器結構示意圖 表1 壓力噴嘴主要尺寸 單位： 噴嘴旋轉室尺寸 R h 48 3 1.09 1.5 1.7 7 6.15 3.5 5.5 干燥塔主要尺寸的確定 5.5.1 塔徑 塔內空氣的平均溫度為 由教材查出，在200℃下，空氣的動力粘度為，空氣的密度為。

21、 5.5.1.1 由徑向分速度，計算時的雷諾數 當 5.5.1.2 取一系列，求出相應的霧滴水平飛行速度和運行時間。 如取Re=100，由，與對應的霧滴水平飛行速度為 由與的列線圖查出 相應的的停留時間為 其余各項計算結果列于表2。 表2 停留時間與霧滴水平運動速度的關系 Re 140 0 27.8 100 0.00625

22、 19.9 50 0.0196 9.96 25 0.0393 4.98 15 0.0571 2.99 10 0.0750 1.99 8 0.0839 1.59 6 0.0982 1.20 4 0.120 0.797 2 0.162 0.398 1 0.204 0.199 0.5 0.252 0.0996 5.5.1.3.以為橫坐標，為縱坐標畫出關系曲線，如圖4，用圖解積分可得 即霧滴由沿徑向運動的半徑距離為，則塔直徑為 D＝2S＝20.918＝1.836m 圓整后取。

23、 圖4 關系曲線圖 5.5.2 塔高 5.5.2.1 降速運動時間內霧滴的下降距離： 5.5.2.1.1 時，霧滴軸向運動的雷諾數： ＝＝87.9 由的關系列線圖查出，霧滴由降速運動變?yōu)榈人龠\動時的瞬時雷諾數為＝2.7?？梢婌F滴在降速階段的雷諾數變化范圍為2.7～337。 由＝337查出＝6.8 則 5.5.2.1.2 取一系列雷諾數，由的關系列線圖查出相應的值，再計算出相應的值。以Re=300為例，霧滴在降速運動時間內的軸向分速度為 對關系曲線圖解積分得 ＝5.89 則停留時間為 其余各項計算結果列于表3。 表3 與及的關系 Re

24、 377 6.8 1.47 67.2 0 300 5.9104 1.70 59.8 0.00160 200 3.1104 3.23 39.8 0.00635 100 1.1104 9.16 19.9 0.0174 50 3.9103 2.623 9.96 0.0316 20 1.1103 9.88 3.98 0.0671 10 4.26 2.96 1.99 0.101 5 1.76102 1.13 0.996 0.220 4 1.36102 2.077 0.797 0.402 2.7 84

25、 －0.259 0.538 －0.276 5.5.2.1.3 以Re為橫坐標，為縱坐標作圖， 得到關系曲線， 如圖5。 圖5 關系曲線圖 5.5.2.1.4 以為橫坐標，為縱坐標作圖，得到關系曲線，如圖6。 由圖解積分得到霧滴降速運動時間內的下降距離為 uy ,m/s 圖6 關系曲線圖 5.5.2.2 等速運動時間內霧滴的下降距離 霧滴在等速運動時間內的沉降速度為： 霧滴等速運動的時間為: 霧滴在等速運動時間內的下降距離為: 塔的有效高度: ， 圓整后，取H=3m 5.5.2.3 干燥塔熱風進出口接管管徑 5.5

26、.2.3.1 熱風進口接管管徑 熱風進口流量為 取熱風進口接管內的氣速為，則進口接管管徑為 圓整后熱風進口接管管徑取＝510mm。 5.5.2.3.2 熱風出口接管管徑 熱風出口流量為: 取熱風出口接管內的氣速為，則出口接管管徑為 圓整后熱風出口接管管徑?。?30mm。 5.6 主要附屬設備的選型 5.6.1 空氣加熱器 環(huán)境空氣先用翅片式加熱器由14℃加熱到130℃，再用電加熱器加熱到300℃。 5.6.1.1 翅片式加熱器 濕空氣由14℃升溫至130℃的傳換熱量為 其中L——實際空氣消耗量 由手冊查出，蒸汽壓力為時，蒸汽的飽和溫度

27、為， 汽化潛熱為，取冷凝水的排出溫度為151℃， 則水蒸汽消耗量為 加熱器的熱效率為： 由散熱排管的選擇曲線查出，選擇7R型排管，表面風速為，則所需排管的受風面積為 7R型散熱排管由型串聯而成，單組散熱面積為 ，總散熱面積為。 5.6.1.2 電加熱器 所需電加熱器的總功率為 5.6.2 旋風分離器 進入旋風分離器的含塵氣體按空氣處理，氣體溫度取95℃ ， 濕度為 含塵氣體流量為 選用擴散式旋風分離器，查CLK型旋風分離器主要性能表，選用兩臺CLK-6.0型擴散式旋風分離器，進口風速為 。 5.6.

28、3 袋濾器 進入袋濾器的氣體溫度取90℃，濕度為 氣體流量為 過濾氣速取3.6m/min，所需過濾面積為 查脈沖袋濾器造型表，選用DMC-84型脈沖袋濾器。其過濾面積為，處理氣量為，設備阻力為。 5.6.4 風機 系統中采用兩臺風機，一臺鼓風機，安裝在干燥塔前；一臺為引風機，安裝在干燥塔后。鼓風機多采用低壓風機，主要用來向設備中吹入冷空氣，克服干燥器前面設備的阻力。而引風機作用是排出尾氣，主要克服干燥器、氣固分離裝置等阻力。 設備阻力以干燥塔為基準分前段阻力和后段阻力。在操作條件下，空氣流經系統各設備和管道的阻力大體如表2.4所示。 表4 干燥系統阻力估算表

29、 設備 壓降 設備 壓降 空氣過濾器 200 干燥塔 100 翅片式加熱器 300 旋風分離器 1500 電加熱器 200 脈沖袋濾器 1500 熱風分布器 200 消音器 400 管道、閥門、彎頭等 600 管道、閥門、彎頭等 800 合計 1500 合計 4300 5.6.4.1 鼓風機 鼓風機入口處的空氣溫度為，濕度為 鼓風機所需風量為 系統前段空氣的平均溫度取150℃，由手冊查出，空氣在150℃下的密度為，則系統前段所需風壓為： 選用型離心通風機，其風量為，風壓為2530Pa。 5.6.4.2 引風機

30、 引風機入口處的空氣溫度取，濕度為 引風機所需風量為 系統后段空氣的平均溫度取90℃，由手冊查出，空氣在90℃下的密度為，則引風機所需風壓為 選用型離心通風機，其風量為，風壓為 5.7 工藝設計計算結果匯總 表5 工藝設計計算結果匯總表 項目 數據 項目 數據 料液處理量 1000 翅片式加熱器散熱面積 135 水分蒸發(fā)量 743.59 電加熱器功率 563.02 產品產量 256.41 袋濾器過濾面積 58.76 絕干空氣消耗量 11037 旋風分離器型號 壓力噴嘴孔徑 3 袋濾器型號

31、DMC－84 干燥塔直徑 1.9 鼓風機型號 干燥塔有效高度 3 引風機型號 6 心得體會 這次的課程設計同樣也是一次運算量很大的工藝計算設計。主要分為三期： 前期：主要是看懂書本并查找相關的資料與數據。把原理弄清楚，知道每一個步驟所要運用的公式是什么，每一位數據查表的出處在那里等等。 中期：把前期找到的相關原理公式代入運算，并在運算的過程中遇到相關的問題，再查找相關的資料或與同樣做噴霧干燥課程設計的同學討論。一開始主要是按照課本的例題原理進行運算，但運算到中期發(fā)現課本的某數據來源不

32、明，需要查找其他的大量資料；或課本的某公式的相關數據是錯誤的，需要再發(fā)復運算，一開始運算反復地運算總是反復的出錯，后經過自我的調整，一步步地寫出反復運算才解決此問題。再如b與h的取值沒有注間到的范圍，致使運算結果出現很大的偏差。后經過了幾次的試差法才把h/b在1.3到3的范圍內。想來每一步的運算都需要認真嚴格細致的運算并及時的檢查，確保數據的嚴謹性科學性。 后期：主要是如何把運算的數據的結果查表選型并畫圖。 此外通過這次課程設計，提高了運用理論解決實際的問題的能力，主要表現有以下幾點： (1) 培養(yǎng)了準確的進行工程計算的能力； (2) 做實驗報告說明書過程中要論述清楚，文字簡練

33、通順，插圖簡明具體，書寫整潔，字體要統一等細節(jié)的問題； (3) 掌握了查閱資料，選用公式和搜集數據，運算后歸納整理能力； (4) 在進行工藝設計，學會運用excel代數運算能力，方便對數據的預測，減少計算量，在一定程度上提高設計的效率； (5) 在運算檢查畫圖的過程中培養(yǎng)了自己嚴謹的態(tài)度，認真的作風和科學的精神。 7 參考文獻 [1]李功樣，陳蘭英，崔英德．常用化工單元設備設計．廣州：華南理工大學出版社，2003,P172~P222 [2]姚玉英．化工原理（上）．天津：天津大學出版社，1999 [3]姚玉英．化工原理（下）．天津：天津大學出版社，1999 [4]郭少蘭．運用Excel軟件在化工圖解積分法計算中的應用[J]．萍鄉(xiāng)高等?？茖W校學報，1998（4）：70～71 [5]王喜忠 于才淵 周才君 《噴霧干燥》 化學工業(yè)出版社 [6] 馮開平，左宗義．畫法幾何與機械制圖[M]．廣州：華南理工大學出版社，2001 23