喷雾干燥毕业设计.doc

I 摘 要 本设计拟采用了压力喷雾干燥系统来生产处理量为 100T/d 的牛乳。设计中采用了 旋转型压力式喷嘴，以及并流喷嘴雾化式干燥装置。通过物料衡算和热量衡算确定了 操作参数和干燥器的结构参数以及通过通风量、喷嘴结构及进料量计算干燥塔的直径， 塔高的计算时采用干燥强度法估算然后应用高径比进行核算等基础性运算对干燥器进 行了全面设计，使干燥塔的结构更合理，效率更高并且尽可能的克服干燥器原有的不 足，发挥设备本身的最大效能，达到节能降耗的目的，以提高乳品的生产率。除尘装 置方面本文采用袋滤器和旋风分离器对粉尘进行回收，使其进行再造粒，能够使颗粒 的溶解性能更好，提高产品的质量。并且在适当的压力降和操作弹性的前提下，对干 燥塔附属装置进行了合理的设计并严格按照国家标准选取标准件的规格，从而进一步 达到提高喷雾干燥系统的效率和产率，节能降耗的目的。通过设计算出了干燥塔的塔 高为 19m，塔径为 4.6m，下部锥体高度为 4.42m，锥角为 55，空气消耗量为 27779.65kg/h，实际的进口空气量为 28071.34kg/h，体积消耗量为 23636.07m3/h，干 燥器的热效率为 56.5%。随着喷雾干燥技术的发展，喷雾干燥已经成为工业生产中较为 广泛的干燥方法。 关键词：喷雾干燥；节能；降耗；结构；除尘装置 II Abstract This design adopted the press of spray drying system to produce that the milks productivity is 100T/d. This design adopts the rotating pressure nozzle and the concurrent flow atomizing nozzle drying equipment. Through the material balance and quantity of heat ensure operate parameter and structure parameter of drying tower, and through blowing rate structure of the nozzle and inlet amount to calculate the diameter of drying tower, using the method of drying strength to estimate tall of the tower, the apply aspect ratio to adjust accounts . So that make sure the reasonable of the structure, improve the effect and express the maximum efficacy of the device achieve the aim of energy conservation. The dedusting device adopts the bag filter and cyclone to recover the dust, and the particles can be dissolved a better performance. Under the premise of drying tower subsidiary of the device structure, spray drying system to improve the efficiency and yield to achieve the purpose of energy saving. Through the design, it works out that the drying towers height is 19m, diameter is 4.6m, bottom cones height is 4.42m, cone angle is 55, air consumption is 27779.65kg/h, practical import air amount is 28071.34kg/h, volume consumption is 23636.07m3/h, the drying towers heat efficiency is 56.5%. Along with the development of the spray drying technology, it has been a more extensive drying method in the industry production. Key words：Spray drying；Energy-saving；Energy consumption-reducing；Structure； Dedusting devices I 目 录 摘 要 1 ABSTRACT 2 1 章 绪论7 1.1 课题背景 7 1.2 喷雾干燥技术研究现状 8 1.2.1 国内干燥技术研究现状.8 1.2.2 国外干燥技术研究现状.8 1.2.3 目前国内与国外干燥技术的差距.8 1.3 喷雾干燥的特点 9 1.3.1 喷雾干燥的优点.9 1.3.2 喷雾干燥的缺点.9 1.4 本设计拟采取的方案 9 1.5 环境评价 .10 第 2 章 干燥过程的物料衡算和热量衡算 11 2.1 干燥过程的物料衡算 .11 2.1.1 干燥后的物料质量 G2 和水分蒸发量的计算.11 2.1.2 计算空气消耗量12 2.2 干燥过程的热量衡算 .15 2.2.1 输入热量15 2.2.2 输出热量16 II 第 3 章 干燥塔基本参数计算 17 3.1 压力喷嘴尺寸的确定 .17 3.1.1 喷嘴孔直径计算17 3.1.2 喷嘴旋转室尺寸确定18 3.1.3 校核喷嘴的生产能力18 3.1.4 空气芯半径 c r 的计算 19 3.1.5 计算在喷嘴孔出口处的液膜平均速度 0 U、 0x U和 0y U19 3.2 干燥器塔直径的计算 .20 3.2.1 通过雾滴的水平运动计算塔径20 3.2.2 通过风量计算塔径23 3.3 干燥器高度的计算 .23 3.3.1 用干燥强度法估算干燥器容积 .23 3.3.2 利用经验公式法计算塔高24 3.3.3 利用高径比进行塔高核算25 3.3.4 干燥器底部锥角和锥体高度的计算25 3.4 热风进出口接管直径的确定 .25 3.4.1 热风进口管直径25 3.4.2 热风出口接管直径26 3.4.3 喷雾干燥系统的热效率26 第 4 章 干燥塔结构设计 28 4.1 壁厚设计 .28 4.2 保温层设计 .28 4.3 零部件设计 .29 III 4.3.1 视镜设计选型29 4.3.2 手孔设计29 4.3.3 清扫门设计29 4.3.4 接管法兰设计29 4.3.5 灯孔设计29 4.3.6 空气振荡器设计29 4.4 设备具体的安装位置 29 4.4.1 袋滤器的安装位置29 4.4.2 旋风分离器的安装位置29 第 5 章 喷雾干燥系统的附属装置 31 5.1 空气加热器 .31 5.1.1 加热器设计原理31 5.1.2 加热器的设计选型31 5.2 旋风分离器 .33 5.2.1 旋风分离器工作原理及选用依据33 5.2.2 旋风分离器的设计计算33 5.3 袋滤器34 5.3.1 袋滤器工作原理及选用依据34 5.3.2 袋滤器的设计计算34 5.4 空气过滤器 .36 5.4.1 空气过滤器性质36 5.4.2 空气过滤器设计计算36 5.5 热风分配盘的选择 .37 5.6 风机的选择 .38 IV 5.7 柱塞泵的选择 38 5.7.1 柱塞泵的作用及应用38 5.7.2 柱塞泵的设计计算39 5.8 雾化器类型设计 39 结 论 .42 参考文献 .44 致 谢 .46 1 1 章 绪论 1.1 课题背景 喷雾干燥应用的领域已非常广泛，从最早的奶粉领域发展到现在几乎涉及到所有 的加工和生产领域，例如医药、食品、环保、化工、催化剂、染料、颜料、色素、精 细化工品、林化产品、天然提取物、环境保护等领域3。目前在喷雾干燥方面，大部 分集中在对于该技术的应用性研究，特别是对于一些特殊物料如含糖量高、带有活性 物质等的喷雾干燥。 喷雾干燥过程是物料由泵送至喷雾干燥器内，由雾化器将其分散为小雾滴；空气 经加热后送入干燥室内与料雾混和、接触。经喷雾干燥法生产的奶粉是均匀粉状产品， 不需再烘干、凉粉、粉碎等工艺过程，可直接进行包装为成品，使奶粉的生产过程实 现了机械化、连续化和大型化2，并因物料表面温度不会太高而提高了奶粉产品的质 量，因此喷雾干燥设备在奶粉工业生产中发挥了巨大的作用。但喷雾干燥是一个高能 耗过程，而且由于干燥后产品质量要求较高，湿含量不能波动很大，就要求对干燥温 度等操作参数进行严格控制，因此喷雾干燥设备的正确选型和操作及控制系统的合理 设计对确保产品质量、节能降耗至关重要。 干燥技术是一种古老而通用的单元操作技术，然而它又是很复杂的，且与我们的 日常生活联系的较为密切。随着科学技术的迅猛发展以及各技术领域的交叉、渗透， 干燥设备、干燥过程和干燥理论的研究有较大进展1。喷雾干燥工艺是多种产品干燥 的最优方法，其应用范围也在不断地扩大，它的操作在许多工业中能满足干料质量指 标的要求，产品便于作进一步加工或直接供消费者使用。它已在所有主要工业部门中 推广使用，从条件要求较高的食品及制药厂到重化学工业中产量大的部门。随着工业 生产对干燥技术的需求剧增，便促使了干燥设备的发展。 很多工业产品是从溶液制成粉末的，传统的方法需要经过蒸发、结晶、过滤、干 燥、粉碎、筛析等一系列过程。采用喷雾干燥技术后，用雾化器喷出溶液，在热气流 作用下直接生成粉末产品，因而大大地简化了生产流程，节省了投资费用，改善了劳 动条件，而且还提高了产品的产量和质量。 2 1.2 喷雾干燥技术研究现状 1.2.1 国内干燥技术研究现状 我国的干燥设备发展较晚，但发展速度很快。国内制造的常用设备，基本上以能 满足国内市场的需求，其中喷雾干燥装置均接近 90 年代国际先进水平，如鹏飞化工设 备喷雾干燥机，多层振动流化床干燥机，多功能喷雾造粒干燥机国内领先；四川吉龙 年产 1.5 万吨减水剂喷雾干燥机安装完毕；LPG-25 喷雾干燥机日产量可达 100kg；常 州先峰设备有限公司的离心喷雾干燥机以及苏州诚信干燥设备有限公司的 YPG 系列压 力喷雾干燥机等6。 1.2.2 国外干燥技术研究现状 对于喷雾干燥设备的研究来说，国外要先进于国内水平，美国纸化学研究所 （IPC）开发的“高强度干燥器”干燥速度最大可达 5000kg/（mh） ；日本东京的 Yamato Sankyo 制造公司研制了一台转筒干燥器，它的热质传递速率近乎翻倍，且具 有尺寸小、结构简单和成本低等优点；瑞士研制的间接加热浆料的气流干燥器、SALIS 干燥箱具有操作安全，干燥速率大，效率高，产品质量好等特点。据调查，国外干燥 实验设备折旧率高达 710%，也就是说，每隔十年实验设备就彻底更新一次，可见干 燥技术发展十分迅速。国外干燥设备的发展趋势表现为：更有效地利用能源，强化干 燥操作，使设备紧凑，改善产品质量及生产环境，提高干燥速度。近年来，各种组合 型干燥法显示出许多优点。 1.2.3 目前国内与国外干燥技术的差距 我国干燥技术与先进国家的差距，首先在理论研究方面：我国与丹麦、加拿大、 日本等国家相比还有不小的差距。我国的干燥技术若有一个新的飞跃，加强基础理论 的研究非常重要，应当引起国人的高度重视。被干燥物料的物性多种多样，仅靠几种 干燥设备并不能满足生产的需要。理论研究是开发新型干燥机的基础，中国干燥技术 的发展，必需培养一批理论研究、干燥技术开发工作者，以提高我国干燥设备的技术 含量。其次在实验方面：到目前为止，不论是干燥设备厂还是理论研究单位，我国都 没有一个完善的实验基地。干燥是实验性很强的技术，不论是理论研究还是干燥设备 DN h H 3 制造，实验手段都必不可少。现今，实验手段薄弱主要有这几个方面，一方面是设备 制造厂对实验过程认识不足，认为可有可无。另一方面实验装置机型较多，投资巨大， 非一般企业所能承受。建成完善的实验基地是我国干燥技术研究的当务之急。第三个 方面是缺少实验人员，对实验结果的分析能力较弱。再次在加工技术方面：多年来， 我国干燥设备的加工手段、加工设备还采取比较传统的手工制造，不论是设备的使用 功能、外观上都受很大影响。不仅如此，手工单件制造使部件的尺寸不能保证具有良 好的互换性，对干燥设备的维修、易损件的互换带来诸多不便。我国目前模压率较低 的原因主要是设备生产量较小，开模费用较高，达不到一定的生产规模。但这样下去 中国干燥设备的质量不会有质的飞跃，干燥设备大量走出国门，占领国际市场也难以 实现。最后在控制水平方面：我国生产的干燥设备主要以手动或半自动控制手段，各 参数间不能相互关联，操作中人为因素较多，客观上也影响产品质量。应尽快提高我 国干燥设备的自动化水平，采用微机控制、模糊逻辑控制都有许多成功的实例。增加 装置整体技术含量，让其发挥应有的作用，提高干燥设备的使用价值是可以做到的。 1.3 喷雾干燥的特点 1.3.1 喷雾干燥的优点 喷雾干燥机是将溶液或悬浮液直接干燥为固体颗粒的干燥设备。可由料液直接获 得干燥产品，省去蒸发、结晶、分离及粉碎等单元操作，可连续、自动化生产，操作 稳定。采用这种干燥方法，喷雾干燥机中气固两相接触表面积大，干燥时间短，一般 干燥时间为 530s，适宜于干燥热敏性物料。干燥所得产品质量良好，可获得 3050m 的微粒，产品流动性和速溶性好。具体变现如下： (1)只要干燥条件保持恒定，干燥产品特性就保持恒定。 (2)喷雾干燥的操作是连续的，其系统可以使全自动控制操作。 (3)喷雾干燥系统适用于热敏性和非热敏性物料的干燥，适用于水溶液和有机溶剂 物料的干燥。 (4)原料液可以是溶液、泥浆、乳浊液，糊状物或融熔物，甚至是滤饼等均可处理。 (5)喷雾干燥操作具有非常大的灵活性。 1.3.2 喷雾干燥的缺点 干燥器的体积大，传热系数低，导致热效率低，动力消耗大，投资费用比较高。 4 1.4 本设计拟采取的方案 一、工艺及强度设计与计算： (1)物料衡算确定水分蒸发量和乳粉产量； (2)热量衡算确定离开干燥室废气的湿含量； (3)通过干燥室的绝对干燥的空气的含量以及干燥室所需的全部理论热量。 二、结构设计： (1)通过雾滴的水平运动和风量来计算塔径；利用高径比进行塔高核算； (2)对喷嘴进行结构尺寸设计和计算，计算料液在塔内的初始水平和垂直速度以及 喷嘴孔直径等。 (3)用干燥强度法、经验公式等方法估算干燥器的容积。 三、总体设计 对雾化器以及其附属设备进行设计和造型；最后是对塔进行强度计算和 校核以及对塔进行结构设计。例如根据热风的导入方式和传热面积选取风机类型。 5 1.5 环境评价 12 63111 5 600 在国际倡导绿色和谐社会的今天，环境问题也越来越突出的展现在各国面前。环 保一直是存在于世界各国之间的一个不变的主题，减少环境污染，走可持续发展的道 路已经成为了国际倡导的一个热门话题。 乳品的生产需要严格按照国家环境保护法的规定严格执行。首先乳品厂必须 建在交通方便，水源充足，无有害气体烟雾、灰沙及其他污染源的地区。同时工厂应 有符合 GB5749 规定足够的生产用水，其配备的贮水设施应有防污染工序并且要定期清 洗、消毒。生产车间应安装通风设施，及时排出潮湿和污浊的空气。排气时应使车间 内的空气流向合理，不得使污浊空气流向清洁区。工厂必须设有废水、废气处理设施， 排放的废水和废气必须严格符合国家环境保护的规定。洗手设施的下水管应经水封通 入排水管，废水不得外溢。应在远离乳品加工车间的适当地点设置废弃物临时存放设 施；采用便于清洗和消毒的材料制作；结构应严密，防止害虫侵入和废弃物污染周围 环境。 奶粉生产时要严格按照国家关于乳制品的安全生产条例进行。生产过程中应 该对废气做细致的处理，利用空气过滤器对空气进行净化，然后经加热器进行加热， 循环使用后在废气出口出利用旋风分离器进行废气的二次回收，使废气的污染降到最 低，工厂应设有处理废水和废弃物的有效设施。所有排水线路（包括管路系统）要足 够能承载最高运输量，且其构造要避免对饮用水的污染。原料始应当终处于密闭状态， 6 防止空气中的污染物混入影响产品质量。附属设备应当尽量选择能耗少、噪音小的新 型产品，附属设备的布置应当尽量紧凑，使干燥塔的整体规划做到最好。 7 第 2 章 干燥过程的物料衡算和热量衡算 2.1 干燥过程的物料衡算 图 2-1 牛乳喷雾干燥流程图 1.柱塞泵 2.空气过滤器 3.风机 4.空气加热器 5.热风分配盘 6.喷 嘴 7.排风机 8.滤袋器 9.旋风分离器 10.干燥塔 2.1.1 干燥后的物料质量 G2 和水分蒸发量的计算 如果忽略物料在生产过程中的损失，则对物料作衡算得： ( 2-1) 12 GGW 式中： 进入干燥器的原料液质量，； 1 Ghkg / 干燥后产品质量，； 2 Ghkg / 水分蒸发量，Whkg / 令为湿物料中绝对干物料的质量（） ，因干燥前后绝对干物料的质量不变，则对绝 c Ghkg / 对干物料作衡算得： 8 3 (2-2) 100 100 100 100 2 2 1 1 GGGc 由此得到干燥后的物料质量： (2-3 2 1 12 100 100 GG 式中： 干燥前后的水分含量（湿基） 21, 由给定的设计参数： 处理量为 100，实际设备运行%45 1 %5 2 dT / 时间为 6.5 小时/班、每天两班， 所以 hkgG/34.1880 %4525 . 6 %101 . 110100 3 1 hkgGG/62.1088 5100 45100 34.1880 100 100 2 1 12 hkgGGW/72.79162.108834.1880 21 2.1.2 计算空气消耗量 通过干燥器的绝干空气量（以绝干空气/计）是不变的，故对汽化的水分作物kgh 料衡算得： (2-WxxL)( 12 4)式中： 分别为进出干燥器的空气湿含量，水气/绝干空气 21,x xkgkg 令，称为单位空气消耗量，即汽化 1水分所需要的绝干空气 W L l kg 12 1 xxW L l 由于干燥过程中有热量损失和物料的升温，出口空气湿含量不能按等湿球温度 2 x 线变化，而应按下式得到空气进出干燥器是热量的变化关系： 2 (2-5) 11 1 1 12 12 M tcq xx II xx II 式中： 分别代表进出口及干燥器任意截面上空气热含量，；III, 21 kgkJ / 9 分别代表进出口及干燥器任意截面上空气湿含量，；xxx, 21 kgkg / 进入干燥器的物料温度，； 1M t 包括干燥器表面散热损失及物料升温所需要的热量。q ； (2-6) M qqq 1 式中 ： 散热损失， ； 1 qkgkj/ 物料升温所需热量， M qkgkj/ kgkJ W ttCG q MMM M /03.54 72.791 )4565(18. 447. 062.1088)( 122 假设损失的热量为 15 万，则：hkJ / kgkJ W Q q e /46.189 72.791 1015 4 1 故 kgkJqqq M /49.24303.5446.189 1 根据空气进口处状态： ，在图上确定点位置。此点湿20 0 t%70xI A 含量 ，空气进入干燥塔温度 160，干空气水 kgkgx/0105 . 0 0 干空气kgkJI/ 2 . 45 0 即，由于空气升温时湿含量不变，故。从点向上引垂线至160 1 t 10 xx A160 1 t ，得交点，此点为预热后空气状态，从图查得。BxI 干空气kgkJI/190 1 根据干燥线斜率 11 () M mqct 得： kgkJm/08.55)45187 . 4 49.243( C1水的比热容，)/(187 . 4 1 CkgkJc 所以干燥线斜率BC 08.55m 即： 08.55 1 1 xx II e e 取 ，代入上式中得 02 . 0 e x干空气kgkJIe/48.189 10 由值在图上定出点，联结两点，并使连线通过等温线),( ee xIxI EEB、80 2 t ，得交点，即代表处干燥器的空气状态。在图上查得此点的、值为： CxI 22 Ix 、 。 干空气水 kgkgx/039. 0 2 干空气kgkJI/ 5 . 186 2 图 2-1 空气状态的 I-x 图 空气消耗量为： 水干空气 kgkg xx l/09.35 0105 . 0 039 . 0 11 12 hkglWL/65.2777972.79109.35 实际进口空气量： hkgxLL/34.28071)0105 . 0 1 (65.27779)1 ( 0 湿空气的比容： 绝干气新鲜湿空气 kgmx H /842 . 0 273 20273 ) 18 4 . 22 29 4 . 22 ( 3 0 湿空气的体积消耗量（风机风量）： hmLV H /07.23636842 . 0 34.28071 3 11 2.2 干燥过程的热量衡算 对干燥过程进行热量衡算，空气和物料进、出口的各有关数值，说明如下： 绝干空气进、出口量； L）（hkgL/65.27779 空气在预热前、后和离开系统的热含量； 210 III、绝干空气kgkJ / 空气在预热前、后和离开系统的湿含量； 210 xxx、绝干空气水 kgkg/ 干燥前、后物料的温度 ； 2 1 MM tt、 单位空气消耗量； l水）干空气（kgkgl/09.35 每汽化水在预热器中供给的热量； 0 qkg1 水kgkJIIlq/03.5081)2 .45190(09.35)( 010 每汽化水损失到周围的热量； 1 qkg1水kgkJ / 表示使物料升温所需热量； M q kgkJ W ttCG q MMM M /03.54 72.791 )4565(18. 447. 062.1088)( 122 2.2.1 输入热量 (1).物料带入的热量： 因为可将物料带入的热量分成两部分：WGG 211 G G1中 G2部分带入的热量为： kgkJ W tcG MM /56.121 72.791 4518 . 4 47 . 0 62.1088 12 G1中水分 W 带入的热量为： kgkJtc W tWc M M /42.18845187 . 4 11 11 (2).空气带入的热量： kgkJlI W LI /07.1586 2 . 4509.35 0 0 12 (3).预热器中加入的热量： kgkJq/03.5081 0 2.2.2 输出热量 (1).干燥后物料带走的热量： kgkJ W tcG MM /59.175 72.791 6518 . 4 47 . 0 62.1088 22 (2).废气带走的热量： kgkJlI W LI /29.6544 5 . 18609.35 2 2 (3).损失到周围的热量： 1 q 由于 输入的热量 = 输出的热量 (2-7) 12 122 0011 12 )( qlI W ttcG qlItc W tcG MMM M MM 整理得： (2-8) 111 122 020 )( )( M MMM tcq W ttcG IIlq 因 1qM qq W ttCG q MMM M )( 122 故上式可转换为： (2-9) 1 1010 )( 1 Mq tcIIq kgkJq/2 .257)29.654459.175(03.508107.158642.18856.121 1 13 第 3 章 干燥塔基本参数计算 3.1 压力喷嘴尺寸的确定 3.1.1 喷嘴孔直径计算 物料衡算中已算出进料量为，密度，选择喷嘴的压力hkg /34.1880 3 /1090mkg 差为，经验选取喷嘴个数为 4 个。MPaP12 1) 为了防止严重粘壁现象，根据经验选用雾化角 65 2) 当时，查的关联图3得： 65 A5 . 2 A 3) 当时，查的关联图1得：5 . 2 A ACD25 . 0 D C 4) 当时，可以算出喷嘴孔的直径。25. 0 D C 0 d 喷嘴流量： gHFCV D 2 (3-1) 得 26 6 1012 . 4 1090 101281 . 9 2 25 . 0 )10903600/(34.1880 2 2 m P gC V gHC V F D D 式中： 喷嘴的流量； V)/( 3 hm 喷嘴的流量系数； D C 喷嘴孔截面积； F )( 2 m 浓乳重度； )/( 3 mkg 喷嘴孔处的压头； H g P H 因为 (3-2) 2 0 4 dF 14 故 F d 4 0 md 3 6 0 1029 . 2 1012 . 4 4 圆整得： mmd3 . 2 0 mmr15. 1 0 3.1.2 喷嘴旋转室尺寸确定 已知 ，选用矩形切向通道，选用的切向通道宽度为5 . 2)( 2 1 1 0 1 0 R r A Rr A ，旋转室的直径为 ，即旋转室半径 。mmb2 . 1mm10mmR5 mm b RR4 . 46 . 05 2 1 bhA2 1 而 2 1 1 00 2 1 1 0 1 0 )( 2 ()( R r bh Rr R r A Rr A 由此求得矩形通道的高度 值：h mm R r bA Rr h537 . 1 ) 4 . 4 15 . 1 )( 5 . 22 . 12 515. 1 ()( 2 ( 2 1 2 1 1 0 0 现圆整取： mmh54 . 1 式中： 结构参数 A 3.1.3 校核喷嘴的生产能力 因为和 是经过圆整的，圆整后要发生变化，进而影响。 0 dh A D C 首先核算： 1 A696 . 3 54 . 1 2 . 122 1 bhA 5 . 2) 4 . 4 15 . 1 )( 696. 3 515. 1 ()( 2 1 2 1 1 0 1 0 R r A Rr A 由关联图查得：当 时 ，故液体质量流量 为： ACD5 . 2 A25 . 0 D CG hkg gHrCVG D /3 .189436001090 1090 101281 . 9 2 )1015. 1 (25 . 0 360010902)(3600 6 23 2 0 15 故此喷嘴满足设计要求。 旋转室通道长度和宽度之间的关系，可按选取：LbbL3 mmbL6 . 32 . 133 3.1.4 空气芯半径的计算 c r 已知： 9 . 4 69 . 3 515. 1 2 0 1 0 bh Rr A Rr A 由： 的关联图可以查得，当时，由 得： aA9 . 4A34 . 0 a 2 0 2 1 r r a c mmarrc93 . 0 34. 0115 . 1 1 0 3.1.5 计算在喷嘴孔出口处的液膜平均速度、和 0 U 0x U 0y U 已知smV/102 . 14/ 10903600 34.1880 34 mmrmmr c 93 . 0 15 . 1 0 、 则sm rr V U c /47.83 )000963. 000115 . 0 ( 102 . 1 )( 22 4 22 0 0 因为雾化角，而液膜是与轴线成角喷射出去的，所以可以分解为 65 2 0 U 及： 0x U 0y U 图 3-1 水平与垂直速度示意图 smUUx/85.44 2 65 sin47.83 2 sin 00 smUUy/4 .70 2 65 cos47.83 2 cos 00 16 3.2 干燥器塔直径的计算 3.2.1 通过雾滴的水平运动计算塔径 已知雾滴初始水平分速度为，塔内平均温度smUx/85.44 0 120)80160( 2 1 t ，塔内的各个参数按常压操作计算。由手册查得空气的黏度 4 0.229 10 a Pa s 得空气的密度为 3 29273 0.899/ 22.4393 a kg m 雾滴的平均直径： m P r D 6 . 125 4 100 3 0 0 式中： 雾滴的平均直径 ； 0 Dm 通过喷嘴时的压力降。 P 2 /cmkg 1) 根据初始的水平分速度，计算初始的，smUx/ 5 . 39 0 0e R 。 221 10229 . 0 899 . 0 85.4410256 . 1 4 4 00 0 a ax e UD R 2) 查图与、的列线图 e R 2 e R e R 5 102 2 e R e e R dR 当时，查得：221 0 e R 3 102 2 102 . 8 5 0 e R e e R dR I 3) 当初始的瞬间，即当时，故： 0 0ee RR 0100 . 8100 . 8 33 102 2 102 2 5 0 5 ee R e e R e e R dR R dR 4) 计算雾滴在器内的停留时间： (3-3)( 3 4 55 0 102102 22 0 ee RR e e e e a W R dR R dRD 17 根据雷诺数，计算雾滴速度，因为，此时速度 e RU0smUU x /85.44 0 当雷诺数由降到 200 时，查图得221 e R 3 102 2 108 . 8 5 e R e e R dR I 此时 3 . 33 102 2 102 2 106 . 0102 . 8108 . 8 5 0 5 ee R e e R e e R dR R dR 所以雾滴飞行时间为： s R dR R dRD ee RR e e e e a W33 4 2 4 102102 22 2 0 106 . 0106 . 0 10229. 03 109010256. 14 )( 3 4 55 0 与相对应的雾滴飞翔速度：221 e R sm D RU a a e / 8 . 44221 899 . 0 10635. 1 10229 . 0 4 4 0 依此类推，一直算到，将计算结果填到下表 3-1 中，如表所示：5 . 0 e R 表 3-1 停留时间与雾滴水平速度的关系图 x u e R 3 102 10 5 e R e e R dR 5 0 5 102 3 2 102 2 10 ee R e e R e e R dR R dR ， s 3 10 ，U )/(sm 18 2218.28.2 - 8.2 = 0044.8 2008.88.8 - 8.2 = 0.6 6 . 0 40.56 1509.889.88 - 8.2 = 1.681.6830.42 10015.015.0 - 8.2 = 6.86.820.28 5022.022.0 -8.2 = 13.813.810.14 2533.033.0- 8.2 = 24.824.85.07 1543.843.8 -8.2 = 35.635.63.12 1053.053.0- 8.2 = 44.844.82.03 858.058.0 - 8.2 = 49.849.81.62 666.066.0 - 8.2= 57.857.81.22 478.078.0 - 8.2 = 69.869.80.81 2113.0113.0 - 8.2 = 104.8104.80.41 1125.0125.0 - 8.2 = 116.8116.80.20 0.5154.0154.0 - 8.2 = 145.8145.80.10 将与的数据作成曲线图，如下所示，以为横坐标，为纵坐标，其曲线下UU 的面积用图解积分法求得：，上述算出的就是雾滴在半径方向飞行mUdS46. 1S 的距离，所以经过圆整，塔的直径取： 圆整为 3m92 . 2 246 . 1 2SD 图 3-2 -U 曲线图 19 3.2.2 通过风量计算塔径 塔内的平均风速以控制在以下为佳，则：sm/4 . 0 2 41.16 4 . 0 360007.23636 m V F 因 则： 2 RFm F R286 . 2 41.16 式中： F干燥塔的横截面积，； 2 m V进入干燥塔的干空气消耗量，；m 3 干燥塔内的风速，。m 3 因为 Rs，所以干燥塔的直径取大值，所以干燥塔直径mRD57 . 4 286. 222 圆整后得 。 mD6 . 4 3.3 干燥器高度的计算 3.3.1 用干燥强度法估算干燥器容积 (3-4) A q W V 对于牛奶，入口温度为 160，取，则：)/(4 3 hmkgqA 3 198 4 792 m q W V A m F V H 1 . 12 41.16 198 式中： 干燥器的容积，；V 3 m 水分蒸发量，；Whkg / 干燥强度，； A q)/( 3 hmkg 塔高，。Hm 圆整后： 。mH13 20 3.3.2 利用经验公式法计算塔高 干燥塔内的实际截面风速 s V (3-5)F vvV F V V V S 2 )( 21 kgm t xv/25 . 1 273 160273 0105 . 0 244 . 1 772 . 0 273 273 244 . 1 772. 0 31 11 kgm t xv/06 . 1 273 80273 039 . 0 244 . 1 772 . 0 273 273 244 . 1 772 . 0 32 22 smF V F V V v S /46 . 0 41.163600 2 )07 . 1 25. 1 ( 8 . 23236 2 )( 21 满足截面风速在 0.2-0.5 米/秒的范围内。 s V 式中： 实际截面风速， ； s Vsm/ 干燥塔内的提及流量，； V Vhm / 3 热空气的比容，；1 vhm / 3 湿空气的比容，；2 vhm / 3 取停留时间为 35 秒 mVH s 8 . 133546. 0 在塔高上应增加 0.5-2 米的余量，圆整取。mH15 3.3.3 利用高径比进行塔高核算 2 . 3 6 . 4 15 D H 满足高径比在 35 的范围内，可以选用。 3.3.4 干燥器底部锥角和锥体高度的计算 为了使干燥产品能从干燥器底部顺利地排出，喷雾干燥器下锥角等于或小于。60 21 取锥角为，则锥体的高度为。55 h m R h2 . 4 2 55 tan 3 . 2 2 tan 喷嘴距干燥室顶部取余量为 0.5m。 3.4 热风进出口接管直径的确定 3.4.1 热风进口管直径 (3-6) 1 4 3600 V d 通过均风导板的热风速度在为宜，现在取，则：sm/129smv/10 ，md91 . 0 103600 407.23636 1 经圆整后干燥塔的热风进口接管直径： 。md9 . 0 1 式中：干燥塔的热风消耗量，；Vhm / 3 热风进口管直径，； 1 dm 热风在进口管中的风速，取； smv/10 3.4.2 热风出口接管直径 (3-7) 2 4 3600 V d 热风出口风速取，则：smv/9 “ md96 . 0 93600 407.23636 2 经圆整后干燥塔的热风出口接管直径： 22 md0 . 1 2 3.4.3 喷雾干燥系统的热效率 (3-8)%100 向系统输入的总热量 蒸发水分需要的热量 蒸发水分需要的热量为： WQtWQv 12 187 . 4 )88. 12491( (3-9) 如果忽略湿物料中水分带入系统中的焓，可以简化为： )88 . 1 2491( 2 tWQv (3-10) 输入的总热量为： 1121 )( Mv tcqIIlWQ %1 .57%100 45187 . 4 37.2436 .4975 8088 . 1 2491 %100 Q Qv 23 第 4 章 干燥塔结构设计 4.1 壁厚设计 本设计中塔身采用不锈钢材料 1Cr18Ni9Ti，内壁厚 3mm，外壁采用 1.8mm，用不锈 钢加固，槽钢支承。中间夹有厚度为 100mm 保温层，保温材料采用硅酸铝成形棉，材 质较轻，不易变质。 4.2 保温层设计 保温层通过垫木连接于塔体加强筋上，选用热轧槽钢基本 88700235 83707970180 GBQ GB 参数如下表所示： 表 4-1 热轧槽钢基本参数 尺寸(mm)参考数 值 x -x y -y 型 号 hdTrR 1 横面 面积 (cm) w x w y 重 心距 离 1 0 1 00 4 8 5 .3 8 .5 9 .0 4 .2 12.7 4 3 9.7 7 .8 1 .52 本设计选用槽钢型号 10，b=100mm，d=8mm，r=10mm，单位重量 15.633kg, 其中 一边切直处理。垫木基本尺寸 118100，其中一边做切倒角处理。紧固螺栓选用 M26130，垫片选用标准为 GB848-85，选用 M30，d1=31.33。 24 4.3 零部件设计 4.3.1 视镜设计选型 选用 C 型带 XT 有颈视镜，公称直径 DN=150mm，公称压力接常压设计。 具体尺寸如下： D=250mm，D1=215mm，dHS=1594.5，h=80mm，H=260mm，n-d=1.2M16，视镜重 17.4，材料采用不锈钢 1Cr18Ni9Ti。视孔采用组合件组装。 4.3.2 手孔设计 根据经验选取板式平焊法兰手孔，标准选用 HG-T21529-2005，DN=150mm。 4.3.3 清扫门设计 在干燥塔中设计 2 个清扫门，门高 1050mm，宽 840mm，定位见布局图，门与塔体 连接部分采用无毒副作用的橡胶强制密封，在清扫门中设计视镜和探照灯。 4.3.4 接管法兰设计 本设计中计算出热风进气口接管直径 d=900mm，出口直径 d=1000mm，风机接管直 径 d=160mm。采用甲型平焊法兰连接，具体参照标准 JB/T4701-2000。 4.3.5 灯孔设计 在干燥塔中设计 2 个灯孔，直径为 d=150mm，具体安装位置见干燥塔装备图。 4.3.6 空气振荡器设计 根据干燥塔的具体特性，选择标准件空气振荡器型号 HZQ-C，具体安装位置见 干燥塔装备图。 4.4 设备具体的安装位置 4.4.1 袋滤器的安装位置 根据经验，由于袋滤器的规格为，安装时应将袋滤器安装在椎体下部42005600 1 米处。 4.4.2 旋风分离器的安装位置 旋风除尘器与塔的连接口应在锥体下方 1 米左右处。 25 26 第 5 章 喷雾干燥系统的附属装置 5.1 空气加热器 5.1.1 加热器设计原理 喷雾干燥所用的干燥介质通常是热空气，利用空气加热器将空气加热到预热温度， 根据产品的品质要求，采用间接式加热器。 5.1.2 加热器的设计选型 已知进风温度，出风温度，热媒为蒸汽，选择操作压力Ct 20 12 160tC 。)(08表压MPaP 1) 从蒸汽性能表中可以查得，当蒸汽的表压力（绝压为）时，MPaP8 . 0MPa9 . 0 饱和蒸汽温度。CtH 1 . 175 2) 空气平均温度时，由空气性能表中查得，当空气温 12 20 160 90 22 tt TC 度为 90时，空气的密度。 3 0.972/kg m 3) 根据蒸汽加热器散热排管性能规格表1初选型号为，单元组件的散15 7SRZD 热面积，通风的净截面积，受风面积： 2 49.90 a Am 2 0.788 f Am 2 26 . 1 17505 .717mABAs 4) 确定空气从 20升到 160所需要的热量 hkJttCVQ p /10386)20160(2 . 1972. 007.23636)( 4 12 式中： 空气的比热容，。 p