喷雾干燥器课程设计说明书

0本科生课程设计题目21000t/a磷酸铵干燥系统设计学院化学工程学院专业过程装备与控制工程学生姓名智程学号1043082081年级10级指导教师付晓蓉2013年1月18日1目录1喷雾干燥器的设计任务和条件....................................41.1设计题目.................................................41.2已知数据.................................................41.3环境条件.................................................42喷雾干燥的原理................................................53工艺设计条件..................................................53.1磷酸铵料浆及磷酸铵产品的性质:.............................53.2雾滴与空气的干燥方式:.....................................63.3喷嘴的选择:...............................................63.4喷雾干燥装置流程选择......................................63.5工艺条件的选择............................................63.5.1热风入塔温度............................................63.5.2热风出塔温度...........................................73.5.3料液入塔温度...........................................73.5.4产品出塔温度...........................................73.6设计任务..................................................74装置流程图及说明..............................................85干燥器主要尺寸的计算..........................................85.1喷嘴的尺寸................................................85.1.1压力式雾化器结构示意图...................................825.1.2已知数据...............................................95.1.3雾化角...............................................95.1.4流量系数DC...........................................95.1.5喷嘴.旋转室尺寸.........................................95.1.6喷嘴校核计算...........................................105.1.7压力喷嘴主要尺寸......................................105.1.8喷嘴出口处液膜速度及其分速度.............................115.2热物衡算.................................................115.3干燥时间.................................................135.3.1气化潜热..............................................135.3.2导热系数.............................................135.3.3降速段干燥时间......................................135.4塔径的计算...............................................145.5塔高的计算...............................................145.5.1液滴沉降速度...........................................145.5.2沉降段运动时间与距离....................................155.5.3恒速段时间与距离.......................................156校核计算......................................................156.1热损失的校核.............................................156.2空塔气速计算.............................................167附属设备的选型计算...........................................167.1换热器..................................................1737.2旋风分离器..............................................187.3管路计算................................................197.3.1管路阻力..............................................197.3.2空气分布板阻力.........................................217.3.3风机.................................................218设计评价.....................................................218.1喷雾干燥的特点..........................................219设计结果概览.................................................2210附录.........................................................23塔高计算.....................................................2311参考文献.....................................................2512体会与建议...................................................2541喷雾干燥器的设计任务和条件1.1设计题目设计喷雾干燥器，以干燥磷酸铵料浆1.2已知数据料浆含湿量（以湿基计）：1W=30%压力（表压，kpa）：3100--3700产品含湿量（以湿基计）：2W=3%产品量：2G=21000t/a干燥介质：空气，OT=20oC，0=80%；250%1.3环境条件干空气物性参数温度t(℃)密度ρ(kg/m3)比热c,(kJ/kg•℃)导热系数λ×102(W/m•℃)粘度μ×105(Pa•s)201.2051.0132.5931.81601.0601.0172.8962.01701.0291.0172.9662.06801.001.0223.0472.11900.9721.0223.0472.111000.9461.0223.2102.191600.8151.0263.6402.4551800.7791.0343.7802.53水的物性参数温度(℃)密度(kg/m3)比热kJ/(kg•℃)导热系数λ×102(W/m·℃)40992.24.17463.3850988.14.17464.7860983.24.17865.9470977.84.17866.7680971.84.19567.4590965.34.20867.982喷雾干燥的原理喷雾干燥是将溶液、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，从而获得粉末或颗粒状的产品。物料的干燥过程分为匀速阶段和降速阶段。在等速阶段，水分通过颗粒的扩散速率大于汽化速率，水分汽化是在液滴表面发生，匀速阶段又称为表面汽化控制阶段。当水分通过颗粒的扩散速率降低而不能维持颗粒表面的充分润湿时，汽化速率开始减慢。3工艺设计条件干燥物料为磷酸铵料浆，干燥介质为空气，热源为蒸汽；雾化器采用旋转型压力式喷嘴，选用热风——雾滴并流向下的操作方式。3.1磷酸铵料浆及磷酸铵产品的性质:1磷酸铵料浆应该保持在90~100摄氏度,且高速流动,这样其黏度约为30厘泊左右,可用管道输送,当其温度在85摄氏度以下时,黏度突然增至几百至几千厘泊。输送管道要用夹套蒸汽保温，夹套外再用绝热材料保温。2磷酸铵料浆内固形物较多,雾化雾滴在干燥过程中直径不变,且只有降速干燥段;液滴也不破例,成小球状。63当磷酸铵料浆温度达到180摄氏度时，生成焦磷酸铵，会粘结成块和粘附壁面；磷酸铵料浆温度在140摄氏度以下时，转化速度很缓慢。4磷酸铵产品在80摄氏度可分解为氨和游离磷铵，形成粘稠产品。3.2雾滴与空气的干燥方式:雾滴与热气流同向向下流动,雾滴在塔顶与高温热气流接触,传热传质推动力在此区域最大,雾滴中水分迅速汽化,气流温度迅速降低,.在并流操作时允许热风有较高的进风温度,但是在塔低,产品与温度较低湿度较大的空气相遇,传质推动力减小。整个塔中气流与物料温度都较低，适于热敏性物料的干燥。但是产品有可能吸湿，所以应合理控制出口废气的温度和湿度。通过考虑到磷酸铵料浆用热空气干燥的过程，以及磷酸铵本身的性质，采用并流的干燥方式较为合理。3.3喷嘴的选择:磷酸铵料浆的雾化采用压力式喷嘴,其采用高压泵使液体获得高压,高压液体通过喷嘴时,将液体压力转变为动能,使液体从喷嘴高速喷出而分散为雾滴,要求喷嘴雾化后的雾滴直径在140~250微米左右。3.4喷雾干燥装置流程选择干燥装置采用开放式流程。热风在系统中使用一次，就排入大气中，不再循环使用。流程中采用一个风机放在系统前面来输送空气,整个系统在正压下操作,要求输送管道、干燥器、分离器、密封良好，不能向外漏气楼液。开放式流程的特点是空气由大气中吸取，只经过一次干燥就排向大气中，鉴于磷酸铵料浆的干燥过程，可采用开放式喷雾干燥流程较为合理；由于干燥后的废气中几乎不含氨气或仅含少量氨气及其其他杂质气体，综合考虑后可不处理即可向大气排放废气，对空气的污染程度也较轻，如果粉尘颗粒直径较大，则需要考虑废气的过滤处理。3.5工艺条件的选择3.5.1热风入塔温度磷酸铵料浆温度达到180℃时会生成焦磷酸铵，温度在140℃以下转化很慢；同时在同7样的干燥任务条件下，进风温度越高所需要的空气量越少，相应的风机、干燥塔体积、管道直径等附属设备也将缩小；采用饱和蒸汽加热空气，由于气压对换热设备的限制，在小于10个大气压的情况下最高可加热至180摄氏度左右，因此综合考虑过后选择热风进口温度1T=165℃较为合理。3.5.2热风出塔温度排风温度过高，热损失过大，热效率低，若排风温度过低时有可能在干燥器后续设备中