喷雾干燥器设计计算..

广东工业大学1广东工业大学课程设计任务书一、课程设计的内容1．设计任务与要求设计一喷雾干燥装置以干燥某种物料悬浮液。干燥介质为空气，热源为蒸气和电；雾化器采用旋转型压力喷嘴，选用热风-雾滴（或颗粒）并流向下的操作方式。2．概述、原理、优点、流程通过查阅喷雾干燥有关资料，熟悉喷雾干燥基本原理、优点和工艺流程。3．根据计算的最主要尺寸绘制流程示意图二、课程设计的要求与数据料液处理量1G＝300hkg/料液含水量1＝80％（湿基，质量分数）产品含水量=2%(湿基，质量分数)料液密度L=11003/mkg产品密度D=9003/mkg热风入塔温度t1＝300℃热风出塔温度t2=100℃料液入塔温度1=20℃产品出塔温度2＝90℃产品平均粒径dp=125μm干物料比容热mc=2.5kJ/(kg.·℃)加热蒸汽压力（表压）0.4MPa料液雾化压力（表压）4MPa年平均空气温度12℃年平均空气相对湿度70％注意：以上数据仅作为例子，每个学生设计时应按下表要求独立自选参数3个，并登记入点名册，所选参数完全一致的学生无效，上述示例数据不能选。自选参数料液处理量G1，kg/h料液含水量ω1，％产品含水量ω，%热风入塔温度t1，℃热风出塔温度t2，℃雾化角θ自选范围200～60040～901～8200～30090～12040°~60°必选任选一任选一必选三、课程设计应完成的工作1、通过查阅喷雾干燥有关资料，熟悉喷雾干燥基本原理、优点和工艺流程。2、工艺计算3、主要设备尺寸的设计4、绘制工艺流程5、撰写课程设计说明书四、课程设计进程安排广东工业大学2序号设计各阶段内容地点起止日期1布置课程设计内容与课题讲授教1-3196.22-6.232查阅喷雾干燥有关资料教1-3196.243工艺计算教1-3196.25-6.264主要设备尺寸的设计教1-3196.27-6.295绘制工艺流程教1-3196.306撰写课程设计说明书教1-3197.1-7.2五、应收集的资料及主要参考文献陈英南刘玉兰主编.常用化工单元设备的设计.华东理工大学出版社2005年第一版。发出任务书日期：2009年6月22日指导教师签名：计划完成日期：2009年7月2日基层教学单位责任人签章：主管院长签章：摘要物料在加工成为成品之前，必须除去其中超过规定的湿分。化学工业中常用干燥法除湿，它是利用热能使湿物料中的水分汽化，并排出生成的蒸汽，以获得湿含量达到要求的产品。干燥过程中物料表面的水汽压强必须大于干燥介质中的水汽的分压，两者差别越大，干燥操作进行得越快。所以干燥介质应及时将汽化的水汽带走，以维持一定的扩散推动力。广东工业大学3喷雾干燥器是将溶液、浆液或悬浮液在热风中喷雾成细小液滴，液滴在下降过程中，水分被迅速汽化而达到干燥目的，从而获得粉末状或颗粒状的干产品。本文是设计一个喷雾干燥装置以干燥某种物料悬浮液。干燥介质为空气，热源为蒸汽和电；雾化器采用旋转型压力喷嘴，选用热风-雾滴（或颗粒）并流向下的操作方式。本文就设计任务与要求，和所规定的工艺设计条件，在喷雾干燥器的原理，优点和流程方面作了详细的描述，同时在工艺设计计算过程中有详细，严谨的计算过程。主要针对的是物料、热量的衡算，喷雾干燥所需的时间，压力喷嘴主要尺寸的确定和干燥塔主要尺寸的确定，在文章的最后绘制了喷雾干燥装置的流程示意图。关键词：喷雾干燥器干燥塔压力喷嘴广东工业大学4一、工艺设计条件料液处理量G1＝340kg/h料液含水量ω1＝59％（湿基，质量分数）产品含水量ω=2%(湿基，质量分数)料液密度ρL=1100kg/m3产品密度ρD=900kg/m3热风入塔温度t1＝245℃热风出塔温度t2=100℃料液入塔温度θ1=20℃产品出塔温度θ2＝90℃产品平均粒径dp=125μm干物料比容热c2m=2.5kJ/(kg.·℃)加热蒸汽压力（表压）0.4MPa料液雾化压力（表压）4MPa年平均空气温度12℃年平均空气相对湿度70％注意：以上数据仅作为例子，每个学生设计时应按下表要求独立自选参数3个，并登记入点名册，所选参数完全一致的学生无效，上述示例数据不能选。自选参数料液处理量G1，kg/h料液含水量ω1，％产品含水量ω，%热风入塔温度t1，℃热风出塔温度t2，℃雾化角θ自选范围200～60040～901～8200～30090～12040°~60°必选任选一任选一必选二、设计基本内容1．设计任务与要求设计一喷雾干燥装置以干燥某种物料悬浮液。干燥介质为空气，热源为蒸气和电；雾化器采用旋转型压力喷嘴，选用热风-雾滴（或颗粒）并流向下的操作方式。2．概述、原理、优点、流程（1）概述喷雾干燥器是将溶液、浆液或悬浮液在热风中喷雾成细小液滴，液滴在下降过程中，水分被迅速汽化而达到干燥目的，从而获得粉末状或颗粒状的干产品。（2）原理在干燥塔顶部导入热风，同时将料液泵送至塔顶，经过雾化器喷成雾状的液滴，这些液广东工业大学5滴群的表面积很大，与高温热风接触后水分迅速蒸发，在极短的时间内便成为干燥产品，从干燥塔底部排出。热风与液滴接触后温度显著降低，湿度增大，它作为废气由排风机排出，废气中夹带的微粉用分离装置回收。物料干燥过程分为等速阶段和减速阶段两个部分进行。在等速阶段，水分蒸发是在液滴表面发生，蒸发速度由蒸汽通过周围气膜的扩散速度所控制。主要的推动力是周围热风和液滴的温度差，温度差越大蒸发速度越快，水分通过颗粒的扩散速度大于蒸发速度。当扩散速度降低而不能再维持颗粒表面的饱和时，蒸发速度开始减慢，干燥进入减速阶段。在减速阶段中，颗粒温度开始上升，干燥结束时，物料的温度接近于周围空气的温度。（3）优点：(a)干燥速度十分迅速。料液经喷雾后，表面积很大。在热风气流中热交换迅速，水分蒸发极快，瞬间就可蒸发95％～98％的水分，完成干燥的时间一般仅需5～40s左右。(b)干燥过程中液滴的温度不高，产品质量较好。喷雾干燥使用的温度范围非常广（80～800℃），即使采用高温热风，其排风温度仍不会很高。在干燥初期，物料温度不超过周围热空气的湿球温度50～60℃，干燥产品质量较好，不容易发生蛋白质变化，维生素损失，氧化等缺陷。对热敏性物料和产品的质量，基本上接近在真空下干燥的标准，防止物料过热变质。(c)产品具有良好的分散性，流动性和溶解性。由于干燥过程是在空气中完成的，产品基本上能保持与液滴相近似的中空球状或疏松团粒状的粉末状，具有良好的分散性，流动性和溶解性。(d)生产过程简化，操作控制方便。喷雾干燥通常用于处理湿含量40％～60％的溶液，特殊浆料即使湿含量高达90％，也可不经浓缩，同样能一次干燥成粉状产品。大部分产品干燥后不需要再进行粉碎和筛选，从而减少了生产工序，简化了生产工艺流程。产品的粒经，松密度，水分，在一定范围内，可用改变操作条件进行调整，控制管理都很方便。(e)防止发生公害，改善生产环境。由于喷雾干燥是在密闭的干燥塔内进行的，这就避免了干燥产品在车间里飞扬。(f)适宜于连续化大规模生产。喷雾干燥能适应工业上大规模生产的要求，干燥产品经连续排料，在后处理上可结合冷却器和风力输送，组成连续生产作业线。(g)容易改变操错条件，控制或调节产品的质量指标。改变原料的浓度，热风温度等喷雾条件，可获得不同水分和粒度的产品。(h)可以满足对产品的各种要求。增加某些措施或运用操作上的灵活性，能制成不同形广东工业大学6状（球形、粉末、疏松团粒）、性质（流动性、速溶性）、色、香、味的产品。(4)流程常用喷雾干燥工艺流程：雾化→热气流中加热→水分蒸发干燥→气固分离→收集产品；主要构成：干燥器、雾化器、旋风分离器、卸料器、空气加热器、过滤器、风机和泵等。3．工艺设计计算3.1物料衡算①产品产量G2G2＝G1×2111ωω＝340×02.0159.01＝142.2(kg/h)②水分蒸发量WW＝G1－G2＝340-142.2＝197.8(kg/h)3.2热量衡算①物料升温所需的热量qmqm＝WcGm）θθ1222(＝8.19720905.22.142）（＝125.88(kJ/kg水)②热损失ql根据经验取ql＝210（kJ/kg水）③干燥塔出口空气的湿含量H21212HHII＝－(qm＋ql－CWθ1)＝－(125.88＋210－4.186×20)＝－252.16CW为水的比热；4.186kJ/(kg·℃)I1，I2分别为空气进入干燥器前和离开干燥器时的热焓，kJ/kg干气；H1，H2分别为空气进入干燥器前和离开干燥器时的湿度，kg水/kg干气；根据年平均空气温度为12℃，年平均空气相对湿度70％，查空气的I－H图得H0=H1=0.006,I1=320kJ/kg，任取H'1＝He=0.04，代入上式得：I'2=Ie=320－223.50×(0.04－0.006)=311.43kJ/kg广东工业大学7根据H－I图，查得H2＝0.078（kg水/kg干空气）④干空气的消耗量L＝12HHW=006.0078.08.197=2746.6(kg干空气/h)3.3雾滴干燥所需时间①汽化潜热r的确定由I-H图查得空气入塔状态下的湿球温度tW=54℃，该温度下水的汽化潜热r＝2400kJ/kg②导热系数λ的确定平均气膜温度为（54+100）/2＝77℃，在该温度下空气的导热系数λ＝3×105KW/(m·K)③初始滴径d0pd0p可由下式计算d0p＝（lsρρ×2111XX）3/1·dp（X1表示溶液每千克干固体含湿量，X2表示干产品每千克干固体含湿量，）由于X1＝4159＝1.44（kg水/kg干物料），X2＝982=0.0204kg水/kg干物料，所以d0p＝（1100900×0204.0144.11）3/1×125＝156μm④雾滴临界直径dpcdpc＝dp＝125μm⑤雾滴临界湿含量XC可以下式计算XC＝111ω｛ω1－［1－（0ppCdd）3］lρρω｝＝59.011｛0.59－［1－（156125）］3×11001000｝＝0.36kg水/kg干料进一步换算成湿基湿含量：CC＝0.36/(1+0.36)=0.262，即含水量26.2％。⑥空气临界湿含量HC广东工业大学8干燥第一阶段水分蒸发量为W1＝340×0.41×(59/41－0.36)=151.04kg/hHC=0.006+204.91/3571=0.0610kg水/kg干气⑦空气临界温度tC查I-H图得tC＝135℃⑧传热温度差恒速阶段传热温度差△t1＝WCWCtttttt1111ln)()(θθ＝5413520245ln)54135()20245(＝140.9℃降速阶段传热温度差△t2＝2222ln)()(θθttttttWCWC＝9010054135ln)90100()54135(＝33.9℃⑨雾滴的干燥时间ττ＝12028)(tddpCpLλ△γρ＋22212)(tXXdCPCDλ△γρτ＝9.140103810)25.165.1(110024005822－－＋9.3310312)0204.036.0(1025.19002400582－－＝1.61（s）3.4压力喷嘴主要尺寸的确定①为了使塔径不致过大，根据经验选取雾化角θ＝58°，由A′—θ关联图查得A′＝2.0②当A′＝2.0，查C0—A′关联图得流量系数C0＝0.28③喷嘴孔径的计算，由式可得（Q为流量）d0＝2［LPCQρ△π/20］2/1＝2［1100/104228.014.3)36001100/(3406］2/1＝2.14×103－m圆整后取d0＝3mm广东工业大学9④喷嘴其他主要尺寸的确定。选矩形切线入口通道2个，根据经验取b=1.2mm，2R/b=8，即R=4.8mm，圆整R=5mm，即旋转室直径为10mm因为对于矩形通道液体旋转半径R1=R-b/2=5-1.2/2=4.4mm，所以由式可求出矩形切线入口通道高度h：h＝（'02bARrπ）（10Rr）2/1＝5.12.1255.1π×（4.45.1