(整理)喷雾干燥器的设计

--------------------------喷雾干燥器的设计一、概述(一)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等速阶段和降速阶段。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，等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，干燥进入降速阶段，降速阶段又称为内部迁移控制阶段。(二)喷雾干燥的特点1.喷雾干燥的优点主要是：（1）干燥速度快。（2）产品具有良好的分散性和溶解性。（3）生产过程简化，操作控制方便。（4）产品纯度高，生产环境好。（5）适宜于连续化大规模生产。2.喷雾干燥的缺点有：（1）低温操作时，传质速率较低，热效率较低，空气消耗量大，动力消耗也随之增大。（2）从废气中回收粉尘的设备投资大。（3）干燥膏糊状物料时，干燥设备的负荷较大。二、工艺设计条件干燥物料为悬浮液，干燥介质为空气，热源为蒸汽和电；雾化器采用旋转型压力式喷嘴，选用热风——雾滴并流向下的操作方式。具体工艺参数如下：料液处理量hkgG/3301料液含水量%801w（湿基）；产品含水量%22w（湿基）料液密度31/1100mkg；产品密度32/900mkg热风入塔温度℃t3001；热风出塔温度℃t1002料液入塔温度℃201；产品出塔温度℃902产品平均粒径md1252；产品比热容)/(5.22℃kgkJc加热蒸汽压力（表压）MPa4.0；料液雾化压力（表压）MPa4年平均温度12℃；年平均相对湿度70%--------------------------三、干燥装置流程干燥装置采用开放式流程。热风在系统中使用一次，经袋滤器除尘后，就排入大气中，不再循环使用。四、工艺流程图1——料液贮罐2——料液过滤器3——截止阀4——隔膜泵5——稳压罐6——空气过滤器7——鼓风机8——翅片式加热器9——电加热器10——干燥塔11——星形卸料阀12——旋风分离器13——雾化器14——袋滤器15——碟阀16——引风机17——消音器图1喷雾干燥装置工艺流程示意图五、工艺设计计算(一)物料衡算1.绝干物料流量GhkgwGG/66%)801(330)1(112.产品产量2GhkgwwGG/3.67%21%)801(3301)1(21123.水分蒸发量WhkgGGW/7.2623.6733021(二)热量衡算--------------------------1.物料升温所需热量mq水kgkJWcGqm/8.447.26220905.23.6712222.汽化kg1水的热损失lqWtFqq11按经验公式计算wt，21.04.33气的传热系数—干燥塔表面对周围空—℃t，tww40——取干燥塔外表面温度h℃mkJ2/8.414021.04.33230——mF，F取干燥塔散热面积室温壁温——t，℃t281240水kgkJWtFq/6.1337.26228308.4113.干燥塔出口空气的湿度2H根据热量衡算水kgkJcqqHHIIHHIIwml/7.9420187.48.446.1331111212即7.9411HHII，为一直线方程根据给出的工艺设计条件，℃t120，%70，由湿空气的H-I图查出，绝干气水kgkgHH/006.001。当℃t3001时，由湿空气的H-I图查出，绝干气kgkJI/3201。任取绝干气水kgkgH/05.0，则绝干气kgkJI/8.315320006.005.07.94连结点绝干气绝干气水kgkJ，IkgkgHA/320/006.011和点绝干气绝干气水kgkJ，IkgkgHB/8.315/05.0，并延长与℃t1002线相交于点D，点D就是出口空气状态点。由H-I图查出，。kgkgH绝干气水/073.02--------------------------t=125℃t=100℃I1=320kJ/kg绝干气tw=54℃t1=300℃CBDAIH0.0730.0630.050.006H2HcH1图22H求解过程示意图4.空气消耗量绝干空气的消耗量为hkgHHWL/3921006.0073.07.26212实际空气消耗量为hkgHLL/3944006.0139211'0(三)雾滴干燥所需时间1.雾滴临界含水量CX物料在干燥塔进出口处的干基含水量分别为绝干料水kgkgwwX/4%801%801111绝干料水kgkgwwX/020.0%21%2122263.041020.01900110011313112211XXddc--------------------------初始液滴滴径液滴临界滴径——125——12dmd，ddcc即在恒速干燥阶段液滴体积收缩了37%液滴在恒速干燥阶段由于收缩而减小的体积为675.063.06333ddd除去的水分质量为`wd675.03剩余的水分质量为wd75.080.0613临界含水量为绝干料水kgkgddXwwc/59.0110020.0100075.0420.075.0420.0675.080.06113132.初始滴径1d由63.01ddcmddc19863.012563.013.汽化潜热r热空气入塔温度℃t3001，湿度绝干气kgkgH/006.01，由湿空气H-I图查出，热空气入塔状态下的湿球温度℃tw54，查手册得水在℃54的汽化潜热kgkJr/2369。4.导热系数平均气膜温度为℃77210054查手册得空气在77℃下的导热系数)/(1035℃mkW5.恒速阶段物料表面温度即空气的绝热饱和温度ast，可以取空气入塔状态下的湿球温度wt℃ttwas54--------------------------6.空气临界温度ct恒速阶段的水分蒸发量为hkgXXGWc/1.22559.046611空气的临界湿度为绝干气水kgkgLWHHc/063.039211.225006.010在H-I图中，过cH作垂线，与AD交于点C，点C温度即为空气临界温度ct，由H-I查出℃tc1257.雾滴在恒速阶段的干燥时间1恒速阶段热空气与液滴的温度变化空气：℃℃125300液滴：℃℃5420平均推动力为℃t3.1525412520300ln54125203001stddrc68.13.15210381025.11098.1110023698524241221118.雾滴在降速阶段的干燥时间2降速阶段热空气与物料的温度变化空气：℃℃100125物料：℃℃9054平均推动力为℃t1.319010054125ln90100541252stXXrdcc70.11.3110312020.059.09001025.1236912524222229.雾滴干燥所需时间s38.370.168.121--------------------------(四)压力喷嘴主要尺寸的确定1.雾化角为了了使塔径不致过大，根据经验，选取49。2.流量系数0C49，由'A与的关联图查出，喷嘴结构参数0.1'A。0.1'A，由0'CA与的关联图查出，流量系数45.00C。3.喷嘴孔径0d由102pCFQ66101017.21100104245.0360011003302pCQF由204dFmFd3601066.114.31017.244圆整，取mmd20。4.喷嘴旋转室尺寸喷嘴孔半径取1mm，即mmr10选用矩形切向通道，切身通道宽度取1.2mm，即mmb2.1旋转室直径为10mm，则半径mmR5mmbRR4.422.1521由bhA21及0.1'1010RrARrAmmRrbARrbAh12.34.410.12.125114.3'221001圆整，取mmh0.35.核算喷嘴的生产能力hd和0经圆整后--------------------------04.14.410.32.125114.32'100RrbhRrA与原0.1'A很接近，不必复算，可以满足设计要求。6.空气心半径Cr18.20.32.125114.320bhRrA18.2A，由A与的关联图查出，47.0由2021rrcmmrrc73.047.011107.喷嘴出口处液膜速度0u及其分速度xu、yusmrrQuc/8.5600073.0001.014.336001100330222200液膜与轴线成2角喷出，u可分解成径向速度xu和轴向速度yusmuux/6.23249sin8.562sin0smuuy/7.51249cos8.562cos0图3离心型压力式雾化器结构示意图表1压力喷嘴主要尺寸单位：mm0dcr喷嘴旋转室尺寸0rbR1Rh49°20.7311.254.43.0--------------------------(五)干燥塔主要尺寸的确定1.塔径塔内空气的平均温度为℃t2002100300由手册查出，在200℃下，空气的动力粘度为smPaa026.0，空气的密度为3/75.0mkga。（1）由径向分速度xu，计算0时的雷诺数0Re13510026.075.06.231098.1Re3410aaxud0/6.23135ReRe0s，m，ux时（2）取一系列Re，求出相应的雾滴水平飞行速度xu和停留时间。如取Re=100，由aaxud10Re，与100Re对应的雾滴水平飞行速度为smduaax/5.1775.01098.110026.0100Re431由Re与5102Re2Re(Re)d的列线图查出22210213521021002103.01015.11045.1Re(Re)Re(Re)55ddA相应的的停留时间为s　Ada332421211063.610026.0311001098.1103.0434其余各项计算结果列于表2。表2停留时间与雾滴水平运动速度xu的关系Re505102Re2102Re2Re(Re)Re(Re)dd，saaxdu1Re13501015.115.12023.610022103.01015.145.10.0066317.5--------------------------50221006.11015.121.20.02348.752522101.21015.125.30.04644.3815221023.31015.138.40.07142.6310221013.41015.128.50.09131.758221065.41015.180.50.1031.406221043.51015.158.60.120