《化工原理课程设计》--喷雾干燥设计.doc

化工原理课程论文(设计)授课时间：20132014年度 第一学期题 目： 喷雾干燥 课程名称： 化工原理课程设计 _ 专业年级： _学 号：_ _ 姓名：_ _ _ 成 绩：_指导教师： _ _年 月 日 目 录1.喷雾干燥的简介41.1喷雾干燥的原理42.喷雾干燥系统设计方案的确定53加热器474.计算热流量及平均温差674.3 阻力损失计算94.4 传热计算105.进风机的选择115.1 风量计算115.2 风压计算126 排风机的选型136.1风量计算136.2 风压计算13参考文献：14 化工原理课程设计任务书姓名 学号 一、设计题目 喷雾干燥系统设计二、设计条件1、物系： 牛奶2、原料含水率： 45 % （ 45； 50； 55）3、生产率(原料量)： 0.5 t / h （ 0.3； 0.5； 0.7） 4、产品(乳粉)含水量：2 %5、加热蒸汽压力： 700 KPa （绝压）6、车间空气温度：20 7、车间空气湿度： 0.012 kg / kg （ 0.012； 0.014； 0.016）8、预热后进入干燥室的空气温度：150 9、离开干燥室的废气温度： 80 10、离开干燥室的废气湿度： 0.12 kg / kg 三、设计内容 1、计算所需过滤面积，选择新鲜空气过滤器和废气除尘器的型号。2、计算所需空气流量和风压，选择进风机和排风机的型号。3、计算所需换热面积，选择换热器（预热器）的型号。4、画出整个喷雾干燥系统设备布置的流程图（设备可用方框加文字表示）。 四、编写设计说明书喷雾干燥系统设计1.喷雾干燥的简介喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴,并用热气体(空气、氮气或过热水蒸气)干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。原料液可以是溶液、悬浮液或乳浊液，也可以是熔融液或膏糊液。根据干燥产品的要求，可以制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状1。喷雾干燥有以下优缺点1：优点： 物聊干燥所需的时间很短,通常只要15-30秒,甚至只要几秒. 容易改变操作条件以调节或控制产品的质量指标，例如粒度分布、最终湿含量等。 根据工艺上的要求，产品可制成粉末状、空心球状或疏松团粒状，通常不需要粉碎即得成品，而且能在水中迅速溶解，例如殊荣脱脂奶粉、速溶咖啡等。 简化了工艺流程。缺点： 容积给热系数较小，对于不能用高温在热体干燥的物料，所用设备就显得庞大了一些。而在低温操作时，空气消耗量大，因而动力消耗量也随之增大。 对气固混合物的分离要求较高。对于很细的粉末状产品，要选择可靠的气固分离装置，以免产品的损失和对周围环境的污染。因此分离装置比较复杂1.1喷雾干燥的原理2喷雾干燥是一种悬浮粒子加工技术。将流体物料通过雾化器的作用，形成细微的液滴，使液滴与高温空气接触，水分迅速蒸发从而成为粉末状产品。1.2喷雾干燥工艺流程及其流程图2喷雾干燥工艺流程包括四个阶段：雾化；料物与空气接触（混合流动）； 料物干燥（水分及挥发性物质蒸发）； 干粉制品从空气中分离。喷雾干燥的流程图包装成品 新鲜空气过 筛 空气过滤器排 放冷 却 送风机奶 粉排风机 空气预热器 旋风分离器喷雾干燥 离心式喷雾器浓缩乳图1： 喷雾干燥流程图2.喷雾干燥系统设计方案的确定2.1空气用量计算1：原料奶含水率；产品奶粉含水率； 进入干燥塔的物料量。备水分蒸发量：气湿含量： 因为空气经预热器温度保持不变，热空气湿含量： 废空气湿含量：绝干空气消耗量：但是，实际空气用量要比计算值多1025，所以：（20时， 查表得，此时空气密度）离开干燥室的废弃温度：，查表得离开干燥室空气量：废气体积： 2.2空气过滤器选型5过滤面积计算公式：式中，A滤层的面积，；L通过滤层的空气量，M滤层的过滤强度，一般取m40008000为宜。设取m5000，由2.1，可知L=2336.10。所以代入数据得过滤面积A0.467。空气过滤器选型为AF30-N02D-2-X21492.3废弃除尘器选型由2.1，知废气量为过滤面积计算：式中，F布袋的过滤总面积， 通过布袋过滤器的空气量， 布袋的单位面积负荷，；值为140200 ；取150代入上式，得F14.77。实际过滤面积 根据过滤面积，查得MC24-1型脉冲袋式除尘器与之相近4，可以选用此除尘器，其参数如下：项目数据项目数据过滤面积，18过滤气速，24滤袋条数，条24处理气量，21604300滤袋规格120200脉冲阀数量，个4压力损失，120150最大外形尺寸（长宽高），mm102516783660除尘效率，9999.5质量，kg8503加热器4基于设计基本要求的条件，车间温度t020；热空气温度t1150；所以，根据平均温度查表可得，定比热熔Cp11.022kJ/(kg) ，热导率13.087102 Wm11，密度0.986kg/m3，粘度12.13105 Pas；由2.1可知，新鲜空气用量;已知加热蒸汽在700kPa（绝压）下处理，查附录6得此时温度T1164.7，假设用于加热的蒸汽处理量：ms22000kg/h，4.计算热流量及平均温差64.1.按空气加热所需来计算换热器的热流量=86215w计算平均温差：查书6，得气体和气体间进行换热是的K值大致为1235 ，先取K值为20 ,则所需传热面积为：4.2初步选定换热器的型号在决定管数和管长时，要先选定管内流速。空气在管内流速范围为530，设取25。设所需单程管数为n，25mm2.5的管内径为0.02m，则管内流量：解得，n=84根。又有传热面积 A75.63m2可求得单程管长：若选用4.5m长的管，2管程，则一台换热器的总管数为4.584378 根。查化工原理附录十九得相近浮头式换热器的主要参数，见表2-1项目数据项目数据壳径D（DN）管程数Np(N)管数n中心排管数nc管程流通面积600mm2198110.0311管尺寸管长（L）管排列方式管心距传热面积A25mm2.5mm4.5m正方形斜转4528mm68.2可对表2-1中的数据做核算如下：每程的管数：，管程流通面积：，由表21，查得的0.0311很符合。传热面积：，比查得的68.2m2稍大，这是由于管长的一小部分需用于在管板上固定管子。应以查得的68.2m2为准。中心排管数，查得的11似乎太小；现未知浮式6管程的具体排管方式，暂存疑。以下按式：，取整17。4.3 阻力损失计算4.3.1 管程6流速： 雷诺数： 摩擦系数：取钢管绝对粗糙度0.1mm，得相对粗糙度；根据，查图，得0.035管内阻力损失：回弯阻力损失：管程总损失： 4.3.2 壳程 取折流挡板间距h0.2m计算截面积：计算流速：雷诺数：由于，摩擦系数：折流挡板数：取NB=22管束损失： 缺口损失：壳程损失：核算下来，管程及壳程的阻力损失都不从多10kPa，又都不小于1kPa。故适用。4.4 传热计算4.4.1 管程给热系数9由4.3.1已算出的，由于是对于空气，Nu=0.02Re0.8=0.024.4.2壳程给热系数查资料知饱和水蒸汽对管壁的给热系数或。4.4.3 传热系数K。计算公式为：式中，K空气加热器的传热系数，；加热管的壁厚，m； 加热管导热系数，铁管451.16353。所以，将数值代入，可得K33.90.4.4.4 所需的传热面积：与所选的换热器列出的面积A=68.2比较，有近30的裕度。从阻力损失和换热面积的核算看，原选的换热器适用。5.进风机的选择5.1 风量计算从进风机到干燥塔，需经过加热器，假设全程管长15m,其中进风机到加热器为5m，加热器到干燥塔10m为其中经过3个90弯头，干燥塔器内维持147负压。已知新鲜空气温度，查得此温度下空气密度，粘度。热空气温度，温度下空气密度，粘度。查得90弯头阻力系数0.75。由（1）可知干燥器所需新鲜空气用量为： 所以风机的风量为： 5.2 风压计算：计算公式为：5.2.1进风管直径计算：取空气流速，风机出口出动压为500Pa。5.2.2沿程损失1：从进风机到加热器雷诺数： 取钢管的绝对粗糙度，则相对粗糙度，可查得沿程损失：5.2.3沿程损失2：从加热器到干燥塔雷诺数： 取钢管的绝对粗糙度，则相对粗糙度，可查得沿程损失： 5.2.4总弯头损失：加热管阻力损失：因为空气走管程，由（4）可知风机出口处的静压5.2.5风机出口全压： 取风机入口前的全压为0，所以所需的全压为： 5.3风机选型7根据流量、风压的要求，可选9-19型离心式通风机机号()转速(r/min)全压(Pa)流量（m3/h）电动机型号电动机功率KW5.6290071822622Y160M1-2116 排风机的选型6.1风量计算从干燥塔到排风机，全程管长15m,其中干燥塔到除尘器为5m，除尘器到排风机10m为其中经过2个90弯头，干燥塔器内维持147负压。已知废空气，查得此温度下空气密度，粘度。，查得90弯头阻力系数0.75。由（1）可知干燥器排除的废空气量为： 所以排风机的风量为： 6.2 风压计算8：计算公式为：6.2.1排风机直径计算：取废空气流速风机进口处动压为500Pa。6.2.2沿程损失：雷诺数： 取钢管的绝对粗糙度，则相对粗糙度，可查得沿程损失： 6.2.4总弯头损失： 6.2.5除尘器阻力损失：由3.中选型的除尘器可知，阻力损,本次取 风机出口处的静压： 排风机选型CF(A)-2.5A主要参数机号()转速(r/min)配用电机（kW-P）流量（m3/h）全压(Pa)2.5A28002.22510-38621753-1454参考文献：1郭宜祜 王喜忠编.喷雾干燥.化学工业出版社,1983年09月第1版.2黄照柏 冯尔健等译.喷雾干燥手册.中国建筑工业出版社,1983年08月第1版.3 无锡轻工业学院 天津轻工业学院.食品工程原理 （上册）.中国轻工业出版社,1985年08月第1版.4王喜中 于才源 周才君编. 喷雾干燥.化学工业出版社，2003年2月第2版5郭成宇主编. 现代乳品工程技术 . 北京：化学工业出版社，2004.036谭天恩 窦梅 周明华等编著.化工原理（上册）.化学工业出版社，2011年06月第3版.7吴建章 李东森主编.通风除尘与气力输送。中国轻工业出版社，2009年05月第1版8 无锡轻工业学院，天津轻工业学院编. 食品工厂机械与设备. 轻工业出版社，19819 张麟麟 . 乳品生产常用设备. 北京：中国轻工业出版社，199510 高福成编著，食品的干燥及其设备.中国食品出版社，1987 化工原理课程论文(设计)评分表学生姓名：_ _ 学号：_ _ 填表日期： 年 月 日题目评价内容评价指标评分权值评定成绩工作量