2016-食品工程原理课程设计(奶粉喷雾干燥)模板--(1)

封面（按要求的格式制作）食品工程原理课程设计任务书专业：XXX班级：XXX姓名：XXX一、计题目：年产全脂奶粉——奶粉喷雾干燥二、设计条件：1、生产任务：年产全脂奶粉750吨（学号：1--9）；800吨(例）850吨（学号：10--18）；900吨（学号：19--24）；950吨（学号：25--30）以年工作日310天（例），300（学号尾号为单数）；330天（学号尾数为双号），日工作二班，班实际喷雾时间6小时计。产品质量符合国家“全脂奶粉质量标准”。2、进料状态：浓缩奶总固形物含量48%（例）46%（学号5,6,11,12,17,18,23,24,29,30）50%（学号：3,4,9,10,15,16,21,22,27,28）52%（学号：1,2,8,7,13,14,19,20,25,26）温度55℃、密度1120kg/m2、表面张力0.049N/m、黏度15cp。成品奶粉含水量≯2.5%（一级品）、密度600kg/m2、比热2.1kJ/kg.K。3、新鲜空气状态：t0=20℃、ф0=50%（例）t0=22℃、ф0=52%（学号1—10）；t0=23℃、ф0=55%（学号11—20）；t0=25℃、ф0=60%（学号21—30）大气压760mmHg4、热源：饱和水蒸气。三、设计项目：a)工艺流程的确定b)喷雾干燥装置的计算c)辅助设备的选型及计算d)绘制工艺流程图（涉及各设备平面图）e)编制设计说明书四、设计时间和设计要求时间：1周要求：根据设计任务，确定方案合理，论证清楚，计算正确，简述简明，图纸整洁无误，书写整齐清洁。目录（按照要求标明章节和页码）如：一、工艺流程确定及论证…………………………………………41.1论证…………………………………………………………………41.2喷雾干燥流程图…………………………………………………5二、喷雾干燥的计算………………………………………………52.1物料及热量衡算…………………………………………………52.1.1空气状态参数的确定………………………………………52.1.2物料衡算……………………………………………………82.1.3热量衡算………………………………………………………92.2离心式雾化器的计算……………………………………………102.2.1雾滴直径dL的计算………………………………………………102.2.2液滴离开转盘的初速度……………………………………112.2.3雾滴水平飞行距离………………………………………………122.2.4离心喷雾器所需功率………………………………………132.3喷雾干燥塔主要尺寸的计算…………………………………………132.3.1塔径D……………………………………………………………132.3.2塔高H……………………………………………………………14三、辅助设备的选型计算……………………………………………143.1空气过滤选型器的计算………………………………………………143.2空气加热器的选型计算………………………………………………153.3粉尘回收装置的选型计算（喷）……………………………………183.4风机的选型计算………………………………………………………193.5高压泵…………………………………………………………………203.6其他辅助设备选用……………………………………………………20四、设计结果的汇总…………………………………………………204.1主要工艺参数…………………………………………………………204.2干燥装置及主要辅助设计一览表……………………………………21五、工艺流程图…………………………………………22六、设计说明……………………………………………………………22七、对干燥设计过程中某些问题的探讨…………………………23八、结束语………………………………………………………………24九、参考文献…………………………………………………………241、工艺流程确定及论证本工艺采用并流、离心式喷雾干燥法进行奶粉的喷雾干燥。（首先应初选你的工艺流程，如：）选用并流、离心式喷雾干燥法进行奶粉的喷雾干燥。（接着要论证这一工艺过程的合理性，大致从牛奶的特性，如牛奶属热敏性、高营养等等，以及喷雾干燥的特性或优势，以说明要喷雾干燥这个单元操作是比较适合用来加工牛奶成为奶粉的）在接着要进行对比论证：1、为什么要采用并流立式？（优缺点，当然重点要突出优点）2、为什么要采用离心喷雾（有的的压力喷雾）？（优缺点，当然重点要突出各自的优点，略述缺点）最后明确你的选择工艺流程。整个论证过程要突出对比，要充分论述并说明对于任务书提出的产品加工要求你为什么要选择这样的工艺流程，表达的文字要简洁，让别人能够知道你选择的理由。例：1.1论证奶粉喷雾干燥的原理是将浓缩乳借用机械力量，即压力或离心的方法，通过喷雾器将乳分散为雾状的乳滴（直径为10-15um），大大增加了其表面积，同时送入热风的情况下雾滴和热风接触，浓乳中的水分便在0.01-0.04s的瞬间内蒸发完毕，雾滴被干燥成球形颗粒落入干燥室的底部，水蒸气被热风带走，从干燥室排风口排出，而且微粒表面的温度为干燥介质的湿球温度（50～60℃），若连续出料，整个干燥过程仅需10～30s，故特别适用于热敏性物料的干燥，蛋白质的变性很少，乳清蛋白依然保持良好的溶解性，酶的活性也没有丧失。具有较高的溶解度及冲调性，保持其原有的营养成分及色、香、味。喷雾干燥的特点是：①.干燥速度十分迅速。②.干燥过程中的液滴温度不高，产品质量较好。③.产品具有良好的分散性、流动性和溶解性。④.生产过程简化，操作控制方便。⑤.防止发生公害，改善生产环境。⑥.适宜于连续化生产。⑦.容易改变操作条件，控制或调节产品的质量指标。⑧.可以满足对产品的各种要求。⑨适用于热敏性和非热敏性的干燥但是其缺点是：①.设备比较复杂，一次投资大。②.投资费用比较高。③.设备的热效率不高，热消耗大，热效率约为30%-40%。④.对生产卫生要求高的产品，设备的清扫工作量大。牛乳的化学成分中的矿物质种类非常丰富，除了我们所熟知的钙以外，磷、铁、锌、铜、锰、钼的含量都很多。最难得的是，牛乳是人体钙的最佳来源，而且钙磷比例非常适当，利于钙的吸收。其主要成分由水、脂肪、磷脂、蛋白质、乳糖、无机盐等组成。可以看出牛乳的主要成分中含有脂肪等易氧化和热敏性的成分，这对于干燥来说是需要较高的要求，而通过上述喷雾干燥优缺点的对比我们发现喷雾干燥法适合于热敏性、易氧化物料的干燥。综上所述，该工艺适合采用喷雾干燥技术制备乳粉。1.1.1喷雾干燥按照喷雾和流体流动方向分为并流型、逆流型和混合型。本工艺采用并流型喷雾干燥。（1）逆流型操作特点是热利用率较高，但只适用于非热敏性物料的干燥，而且若空塔速度超过限度将引起颗粒的严重夹带，给回收系统增加负荷。（2）混合型操作特点是气流与产品较充分接触，脱水效率高，但产品有时与湿的热空气流接触，故干燥不均匀，内壁局部粘粉严重。（3）并流型操作特点是：①.被干燥物料允许在低温下进行干燥。②.由于热风进入干燥室立即与喷雾液滴接触，室内温度急降，不会使干燥物料受热过度，因此，适宜于热敏性物料的干燥。③.塔壁粘粉较少。④.由于在干燥室内细粒干燥时间短、粗粒干燥时间长，产品具有比较均匀干燥的特点，适合于液滴高度分散均一的喷雾场合。综上所述，本工艺适合采用并流型喷雾干燥。1.1.2喷雾干燥按照雾化方法分为压力式、离心式和气流式喷雾干燥。本工艺采用并离心式喷雾干燥。（1）压力式喷雾干燥的操作特点是结构简单，制造成本低；维修简单，拆装方便；与气流式喷嘴相比，大大节省雾化用动力，但在生产过程中流量调节能力差；不适应于处理纤维状或含大颗粒料液和高粘度料液或有固液相界面悬浮液；压力式喷雾干燥的体积蒸发强度较低。（2）气流式喷雾干燥的操作特点是结构简单，加工方便、操作弹性大、易于调节，但用于雾化的压缩空气的动力消耗较大，约为压力式和离心式雾化器的5-8倍。（3）离心式喷雾干燥的操作特点是：①.塔内只安装一个雾化器便可完成生产任务。②.在一定范围内，可以调节雾滴尺寸。③.生产能力调节范围大。④.在调节处理量时，不需要改变雾化器工作状态。⑤.与压力式喷雾干燥相比，可以适应叫高粘度的料液。综上所述，本工艺采用并离心式喷雾干燥。虽然离心式喷雾干燥的不足之处有，喷雾机构造复杂，维修麻烦，钢材要求高质；高速旋转的传动部分要注润滑油，常漏油污染奶粉；乳粉颗粒中空气多，容重小，保存贮藏性差；无均质作用，只可适于立式烘箱。但是这些缺点并不影响它的广泛使用。总的来看，离心喷雾干燥还是经济的，特别是大规模生产时，其经济性极为突出。当蒸发同样水分时，此法要比其他干燥方法来得经济。在喷雾干燥设备中，每蒸发一公斤水分所需的热量消耗约为850～1400千卡。因此最终确定本生产工艺选用并流、离心式喷雾干燥法进行奶粉的喷雾干燥。1.2喷雾干燥流程图图1：喷雾干燥流程图二、喷雾干燥装置的计算：2.1物料及热量衡算2.1.1空气状态参数的确定G1tM1=55℃新鲜空气蒸汽热空气浓奶排气Lt0ф0H0υH0I0Lt1H1υH1I1Lt2H2υH2I2ф2t0=20℃，ф0=50%t1=150℃,H1=0.00726t2=80℃，H2=0.0339H0=0.00726热损失QL空气加热器冷凝水干燥塔奶粉G2tM2=70℃图2物料、热量衡算图新鲜空气空气过滤器送风机空气预热器浓缩乳离心式喷雾器喷雾干燥旋风分离器排风机排放奶粉冷却过筛包装成品2.1.1.1新鲜空气状态参数由设计任务书给定条件：t0＝20℃,ф0＝50%查得20℃饱和水蒸汽压Ps0＝17.54mmHg(2338.59Pa)湿度H0=0.622ф0Ps0/(P-ф0Ps0)=0.622*0.5*17.54/(760-0.5*17.54)=0.00726kg水/kg绝干气热焓I0=(1.01+1.88H0)t0+2490H0=(1.01+1.88*0.00726)*20+2490*0.00726=38.554kJ/kg绝干气湿比容υH0=(1/29+H/18)*22.4*(273+t0)/273=(1/29+0.00726/18)*22.4*(273+20)/273=0.8387m3(湿空气)/kg绝干气2.1.1.2加热后空气的状态参数：全脂乳粉的加工工艺流程中，喷雾干燥的操作要点为先将过滤的空气由鼓风机吸进，通过空气加热器加热至130-160℃后，送入喷雾干燥室。如用电热或燃油炉加热，可使干燥介质的温度提高至200℃以上。虽然提高热空气温度可以提高热效率，强化干燥过程，减少干燥塔所需容积，但是考虑到温度过高会影响乳粉的质量，如发生龟裂或焦化，所以干燥介质的温度会受到限制。同时温度过低会使产品水分含量过高而不能达到标准。故加热后的空气温度可确定为150℃。湿度H1=H0=0.00726Kg水/Kg绝干气热焓I1=(1.01+1.88*H1)*t1+2490H1=(1.01+1.88*0.00726)*150+2490*0.00726=171.628KJ/Kg绝干气湿比容υH1＝(1/29+H1/18)*22.4*(273+t1)/273=(1/29+0.00726/18)*22.4*(273+150)/273=1.211m3(湿空气)/kg绝干气2.1.2物料衡算：2.1.2.1每小时需得奶粉量G2可由年产量，年工作日，日工作班数及喷雾时间求取（相关数据由任务书给定：年产全脂奶粉800吨，年工作日为310天，日工作二班，班实际喷雾时间6小时）G2=800*1000/(310*2*6)=215.05kg/h2.1.2.2每小时喷雾浓奶量及蒸发水分量WG1=G2*(1-W2)/(1-W1)=215.05*(1-0.025)/(1-0.52)=436.82Kg/hW=G1-G2=436.82-215.05=221.77kg/h2.1.2.3每蒸发1kg水干空气用量（绝干量计）L=1/(H2－H1)＝1/(0.03388-0.00726）=