化工原理蒸发课程设计设计日处理30吨鲜奶的全脂奶粉干燥装置

1、目 录1.任务书21.1 设计任务21.2 任务说明21.3 设计内容22.前言22.1 工艺背景22.1.1 概述22.1.2 奶粉干燥简介32.1.3 喷雾干燥的原理32.1.4 喷雾干燥的特点32.2 喷雾干燥方案的选定42.2.1 干燥装置流程42.2.2 干燥器内热空气和雾滴的流动方向92.2.3 操作条件112.2.4 雾化器型式123.工艺计算163.1 物料衡算173.2 热量衡算173.3 雾化器的主要尺寸计算193.4 干燥器的主要尺寸计算203.4.1 临界点几个参数的计算203.4.2 干燥时间计算203.4.3 塔径计算213.4.4 塔高的计算223.5 附属设备的

2、设计和选型243.5.1 空气加热器243.5.2 风机243.5.3 气固分离器253.5.4 进料泵的选型273.5.5 热风进口分布装置283.5.6 排料装置284.设计结果汇总表295.主要参考书目306.设计体会301.任务书1.1 设计任务设计日处理 30 吨鲜奶的全脂奶粉干燥装置。1.2 任务说明原料为已经浓缩至浓奶含水 58 %，成品奶粉含水控制在小于 3%。1.3 设计内容1、生产流程的确定，工艺条件选定。2、确定雾化器的形式及计算3、干燥塔工艺计算。包括空气消耗量、加热介质消耗量及塔径和塔高的计算。4、附属设备的计算和选型。包括空气加热器、气固分离器、气液输送机械、热风进

3、口及分布装置和排料装置。5、绘制喷雾干燥装置工艺流程图。6、编写设计说明书一份。2.前言2.1 工艺背景2.1.1 概述干燥器的种类有很多。常见的几种干燥器的分类方法如下：（1）按操作压力可分为常压型和真空型干燥器。（2）按操作方式可分为连续式和间歇式干燥器。（3）按热量传递的方式可分为：对流加热型干燥器，如喷雾干燥器、气流干燥器、流化床干燥器等；传导加热型干燥器，如耙式真空干燥器、滚筒干燥器、冷冻干燥器等；辐射加热型干燥器，如红外线干燥器、远红外线干燥器等；介电加热型干燥器，如微波加热干燥器等。在众多干燥器中，对流加热型干燥器的应用最多。如化学工业中，干燥塑料、树脂等；食品工业中，奶粉及调味

4、品的干燥；医学和生物化学领域中，干燥抗生素、酶、维生素、血浆等。2.1.2 奶粉干燥简介鲜奶的主要成分有水分：87%88%，总乳固体：12%13%，其中脂肪3.4%3.8%、蛋白质3.3%3.5%、乳糖4.6%4.7%、无机盐0.7%0.75%，使用喷雾干燥器制成奶粉。鲜奶中含水量大，所以在喷雾干燥之前，总是需要将奶用蒸发方式浓缩到40%50%的固含量，因为在蒸发器中蒸发水约比喷雾干燥器中蒸发水便宜十倍。2.1.3 喷雾干燥的原理将溶液、乳浊液、悬浮液或浆料在热风中喷雾成细小的液滴，在它下落的过程中，液滴中的水分被蒸发而形成粉末或颗粒状的产品，这样的过程成为喷雾干燥。喷雾干燥的原理如图11所示

5、。图1- Error! Main Document Only. 喷雾干燥示意图在干燥塔的顶部导入热风，同时用泵将料液送至塔顶，经过雾化器喷成雾状的液滴，这些液滴群的表面积很大，与高温热风接触后其中的水分蒸发，在极短的时间内便成为干燥产品，从干燥塔底部排出。热风与液滴接触后高温显著降低，湿度增大，它作为废气由排风机抽出。废气夹带的微粉用分离装置回收。物料干燥分等速阶段和降速阶段两个部分进行。在等速阶段，水分通过颗粒的扩散速度大于蒸发速度。水分蒸发是在液滴表面发生，蒸发速度由蒸气通过周围热风的扩散速度所控制。主要的推动力是周围热风和液滴的温度差，温差越大蒸发速度越快。当水分通过颗粒的扩散速度开始减

6、慢，干燥进入减速阶段。此时物料温度开始上升，干燥结束时物料的温度接近于周围空气的温度。2.1.4 喷雾干燥的特点喷雾干燥具有许多优点，主要的有以下几个方面：干燥速度快。由于料液经喷雾后被雾化成几十微米大小的液滴，所以单位体积液滴具有的表面积很大，每升料液经喷雾后表面积可达300m2左右，因此传质、传热迅速，水分蒸发极快，干燥时间一般仅540s。干燥过程中液滴的温度较低。喷雾干燥可以采用较高温度的热载体，但是干燥塔内的温度一般不会很高。在干燥初期，物料温度不超过周围热空气的湿球温度，干燥产品质量好，适合于热敏性物料的干燥。产品具有良好的分散性和溶解性。根据工艺要求，选用适当的雾化器，可将料液喷成

7、球状液滴，由于干燥过程是在空气中完成的，所得到的粉粒能保持与液滴相近似的球状，因此具有良好的疏松性、流动性、分散性和溶解性。生产过程简化，操作控制方便。即使是含水量高达90%的料液，不经浓缩，同样能一次获得均匀的产品。大部分产品干燥后不需粉碎和筛选，从而简化了生产工艺流程。对于产品粒径大小、松密度、含水量等质量指标，可改变操作条件进行调整，控制管理都很方便。产品纯度高，生产环境好。由于干燥是在密闭的容器内进行的，杂质不会混入产品，保证了产品纯度。对于有毒气和臭气的物料。可采用闭路循环系统的喷雾干燥设备，防止污染，改善环境。适宜于连续化大规模生产。干燥后的产品经连续排料，在后处理上结合冷却器和风

8、力输送，组成连续生产作业线，实现自动化大规模生产。基于上述优点，喷雾干燥自20世纪40年代用于工业生产以来，已在化学工业、食品工业、医药、农药、陶瓷、水泥及冶金行业中获得了广泛的应用。喷雾干燥也具有以下几个缺点：当热风温度较低（低于150）时，传质速率较低，需要的设备体积大，且低温操作时空气消耗量大，因而动力消耗随之增大；从废气中回收粉尘的分离设备要求高，附属装置结构复杂，费用较高；对一些糊状物料，干燥时需加水稀释，增大了干燥设备的负荷。但是这些缺点并不影响它的广泛应用，尤其是在大规模生产中，喷雾干燥的经济性极为突出。2.2 喷雾干燥方案的选定2.2.1 干燥装置流程喷雾干燥获得的产品达数百种

9、，因此，喷雾干燥的流程也是多种多样的。这里介绍的是基本类型。在实际生产中，可能多加几件或者减少几件设备，构成生产流程，但离不开这种基本类型。2.2.1.1 开放式喷雾干燥系统图1- Error! Main Document Only. 开放式喷雾干燥系统1-空气过滤器；2-空气加热器；3-精过滤器；4-物料过滤器；5-气流式雾化器；6-旋风除尘器；7-干燥塔该系统的特征是喷雾的料液全部是水溶液，干燥介质是来自大气的空气，空气通过干燥器及除尘系统后，再排放到大气中，不再循环使用，这是一种标准的流程。在工业生产中最为常见的是这种流程，如图12所示。开放式喷雾干燥系统流程比较简单，各种型式的雾化设备

10、装置都能使用，该系统的缺点是载热体消耗量较大。2.2.1.2 闭路循环喷雾干燥系统闭路循环喷雾干燥系统，是基于干燥介质为惰性气体（例如N2气）的再循环和再利用。当然，特殊情况下也可以用空气（如空气四氯化碳系统）。干燥系统部件间连接处要保证气密性密封，干燥室在低压0.196MPa（200mmH2O）下操作。起流程如图13所示。图13闭路循环喷雾干燥系统1贮料槽；2冷却塔；3加热器；4鼓风机；5洗涤冷凝器；6冷却器；7引风机；8旋风分离器通常在下述情况下需选择闭路循环流程：原料液由固体和有机溶剂组成；要求有机溶剂全部回收；干燥有毒的固体粉粒状产品；不允许气味、溶剂蒸发和颗粒状物质的逸出，防止对环境

11、大气造成污染；粉尘在空气中可能形成爆炸混合物；必须防止有机溶剂的爆炸和燃烧的危险；在干燥过程中，由于氧化作用，粉尘不允许和氧接触。在流程中，设置的洗涤冷凝器，其目的之一是冷凝从物料中出来的进入惰性气体中的有机蒸汽，洗涤液就是固体中的有机溶剂；目的之二是洗涤气体中的粉尘，防止堵塞加热器。2.2.1.3 半闭路循环喷雾干燥系统这种流程表示在图14上。此系统用空气作为干燥介质。这个系统的部件间的连接是非气密性的，由系统排放到大气中的空气量，相当于漏入干燥系统的空气量。干燥器在微真空下操作，压力约在1030mmH2O。排放的少量气体，能够较容易地处理，一般用作燃料的空气。该系统用于有气味和有毒的水溶液

12、物料。但是，粉尘没有爆炸和燃烧的危险。需要间接加热，以防止粉体（产品）同燃烧产物接触。含有毒性颗粒或气味的少量排放气体，通过燃烧室的火焰区域，将其惰性化（即氧化）或脱味，然后排放到大气中。图1- Error! Main Document Only. 半闭路循环喷雾干燥系统1-干燥塔；2-燃烧炉间接换热器；3-鼓风机；4-洗涤-冷凝器；5-冷却器；6-循环泵；7-引风机；8-旋风分离器2.2.1.4 自惰化（Selfinertizing）喷雾干燥系统它也是一个半闭路循环系统。此流程表示在图15上。加热器采用直接燃烧，允许采用高的干燥空气入口温度，可以提高干燥器热效率。排放的气体量等于在燃烧室燃烧

13、产生的气体体积量（大约为总气体量的10%15%）。如果排出的气体有臭味，还可以将此部分气体通入燃烧室进行燃烧，并回收这部分热量，如图16所示。图15自惰化喷雾干燥系统1干燥器；2直接燃烧加热器；3鼓风机；4洗涤冷凝器；5冷却器；6循环泵；7引风机；8旋风分离器图16带有预热和燃烧的自惰化喷雾干燥系统1干燥塔；2直接燃烧加热器；3废气回收热交换器；4鼓风机；5冷却器；6循环泵；7洗涤冷凝器；8引风机；9旋风分离器直接燃烧加热这样的流程，如果燃烧炉设计适宜，它可经获得完全燃烧的条件，采用非常少的过量燃料空气操作，可以建立起自惰化系统。该流程用于水溶液物料，干燥产品不能和空气及氧气接触，或有爆炸的危

14、险，或通过氧化作用，破坏产品质量。图1- Error! Main Document Only. 无菌的喷雾干燥系统1-压缩空气预过滤器（只用于二流体喷嘴）；2-间接空气加热器；3-高效颗粒空气过滤器；4-料液消毒过滤器；5-二流体喷嘴（或压力式喷嘴）；6-喷雾干燥器；7-高效颗粒空气过滤器；8-间接空气加热器；9-鼓风机；10-干燥空气预过滤器；11-旋风分离器；12-净化室隔层该系统的特征就是采用直接燃烧加热器，用燃烧气体更可取，容易控制燃烧。在燃烧室中，采用精确调节过剩燃烧用空气量，以得到低氧含量的循环干燥空气流。一个自惰化系统，不需要氮气及其他惰性气体。系统不需要气密性密封。干燥室在微真

15、空下操作，在干燥器附近没有粉尘。2.2.1.5 无菌的喷雾干燥系统药品的喷雾干燥，要求生产得到的产品没有污染和外来的特殊物质，要求非常净化的条件，采用无菌的喷雾干燥流程能满足这些条件。在无菌的流程中，设置高温高效颗粒空气过滤器和无菌液体过滤器，并结合无污染的雾化及粉体卸料系统。无菌系统主要用于制药工业。无菌的喷雾干燥流程，示于图17上。2.2.1.6 二级干燥系统图1- Error! Main Document Only. 二级干燥流程1-过滤器；2-加热器；3-干燥器；4-旋风分离器；5-引风机；6-振动流化床；7-加热器；8-冷却器；9-过滤器上述的全部喷雾干燥流程，在一般情况下，都能满足

16、产品质量（如颗粒尺寸分布、残余湿含量、体积密度等）要求。上述的一级流程，代表着绝大多数的喷雾干燥系统。但是，为了进一步改善产品质量和提高干燥器的热效率（这是永恒的要求），就需要增设喷雾干燥的流化床干燥的二级干燥系统。对于干燥非常复杂的产品，技术要求又非常严格，在一级流程中很难完成时，这时就采用二级流程（或其他组合方式）。喷雾干燥作为第一级，流化床作为二级干燥器或冷却器，或两者兼而有之，此流程如图18所示。2.2.2 干燥器内热空气和雾滴的流动方向在喷雾干燥塔内，气体和雾滴的运动方向和混合情况，直接影响到干燥产品的性质和干燥时间，应根据具体的工艺要求，合理选择。气体和雾滴的运动方向，取决于空气入

17、口和雾化器的相对位置，据此可分为并流、逆流和混合流三大类。2.2.2.1 并流型喷雾干燥器在干燥室内，雾滴和热风呈同方向流动，这类干燥器的特点是被干燥物料容许在低温情况下进行干燥。由于热风进入干燥器内立即与雾滴接触，室内温度急降，不会使干燥物料受热过度，因此适用于热敏性物料的干燥。排出产品的温度取决于排风温度。并流式喷雾干燥器是工业上常用的基本型式，如图19所示。图中（a）、（b）为垂直下降并流型，这种型式塔壁粘粉较少，但由于喷嘴安装在塔顶部，检修和更换不方便。图中（c）为垂直上升流型，这种型式要求干燥塔截面风速大于干燥物料的沉降速度，以保证干燥物料能被带走。由于细颗粒干燥时间短，粗颗粒干燥时

18、间长，过大的颗粒或粘壁成块，或落入塔底（定期排出，一般另作处理，不作产品）。故产品干燥均匀，且喷嘴维修方便，但动力消耗较大。图中（d）为水平并流式，热风在干燥室内运动的轨迹呈螺旋状，干燥产品绝大部分从空气中分离出来，落至室底，间歇或连续排出，小部分被气流夹带的产品经气固分离器加以回收。这种干燥器的优点是设备高度低，对厂房要求低。缺点是气流与雾滴混合效果较差，大颗粒可能未得到干燥即落入底面，从而影响产品质量。图19并流型喷雾干燥器2.2.2.2 逆流型喷雾干燥器在干燥室内，雾滴与热风呈反向流动。这类干燥器的特点是高温热风进入干燥室内首先与将要完成干燥的粒子接触，能最大限度的除掉产品的水分，过程的

19、传质传热推动力大，热利用率高。物料在干燥室内停留时间长，适用于含水量较高物料的干燥。因产品与高温气体相接触，故对于热敏性物料一般不选用。设计时应注意塔内气流速度应小于成品粉粒的沉降速度，以免产品的夹带。常用于有压力喷嘴的场合，如图110所示。图1- Error! Main Document Only. 逆流型喷雾干燥器2.2.2.3 混合流型喷雾干燥器在喷雾干燥室内，雾滴与热风呈混合交错的流动，如图111所示。其干燥性能介于并流和逆流之间，特点是雾滴运动轨迹较长，适用于不易干燥的物料。但若设计不当，则会造成气流分布不均匀，内壁局部粘粉严重等弊病。图1- Error! Main Document

20、 Only. 混合流型喷雾干燥器雾滴和热风的接触方式不同，对干燥室内的温度分布、雾滴（或颗粒）的运动轨迹、物料在干燥室中的停留时间以及产品质量都很大影响。对于并流式，最热的热风与湿含量最大的雾滴接触，因而湿分迅速蒸发，雾滴表面温度接近空气的湿球温度，同时热空气温度也显著降低，因此从雾滴到干燥成品的整个过程中，物料的温度不高，这对于热敏性物料的干燥特别有利。由于湿分的迅速蒸发，雾滴膨胀甚至破裂，因此并流式所得的干燥产品常为非球形的多孔颗粒，具有较低的松密度。对于逆流式，塔顶喷出的雾滴与塔底上来的较湿空气相接触，因此湿分蒸发速率较并流式为慢。塔顶最热的干空气与最干的颗粒相接触，所以对于能经受高温、

21、要求湿含量较低和松密度较高的非热敏性物料，采用逆流式最合适。此外，在逆流操作过程中，全过程的平均温度差和分压差较大，物料停留时间长，有利于过程的传热传质，热能的利用率也较高。对于混合流操作，实际上是并流和逆流两者的结合，其特性也介于两者之间。对于能耐高温的物料，采用这种操作方式最为合适。2.2.3 操作条件在设计喷雾干燥器时，首先必须确定设计参数，它包括以下内容：要求获得的产品的性质，粗粒或是细粒，空心或是实心结构，松密度的高低等；选用的雾化方法；进料的浓度；干燥温度，包括进气温度和排气温度；产品的排出方法及粉尘的回收形式；热源；对设备材料的要求。2.2.4 雾化器型式雾化器是喷雾干燥装置中的

22、关键部件，它的设计直接影响到产品质量的技术经济指标。根据能量使用的不同，通常将雾化器分为气流式、旋转式及压力式三种。2.2.4.1 气流式雾化器图1- Error! Main Document Only. 典型的气流式雾化器1-锁紧帽；2-空气喷嘴；3-喷嘴；4-垫片；5-喷嘴本体；6-堵丝气流式喷雾是利用蒸汽或压缩空气的高速运动（一般为200300m/s），使料液在喷嘴出口处即产生液膜分裂并被雾化。由于料液速度不大（一般低于2m/s），而气流速度很高，两种流体存在着相当高的相对速度，液膜被拉成丝状，然后分裂成细小的雾滴。气体压力一般为0.30.7MPa。根据流体通道的多少将气流式喷嘴分为二流

23、式、三流式及四流式几种。典型的气流式雾化器结构如图112所示。图1- Error! Main Document Only. 旋转式雾化器1-电动机；2-小齿轮；3-大齿轮；4-机体；5-底座；6、8-轴承；7-调节套筒；9-主轴；10雾化盘；11-分配器2.2.4.2 旋转式雾化器旋转式雾化器是将溶液供给到高速旋转的离心盘上，由于受到离心力及气液间的相对速度而产生的摩擦力的作用，液体被拉成薄膜，并以不断增长的速度由盘的边缘甩出而形成雾滴。根据圆盘的结构的不同，旋转式雾化器可分为光滑盘和非光滑盘式雾化器。典型的旋转式雾化器的结构如图113图115所示。2.2.4.3 压力式雾化器压力式雾化器又称

24、机械式雾化器，它是利用高压泵使液体获得很高的压力（220MPa），并以一定的速度沿切线方向进入喷嘴的旋转室，使液体形成旋转运动，根据角动量守恒定律，愈靠近轴心，旋转速度愈大，其静压强愈小，在喷嘴中央形成一股空气流，而液体则形成绕空气心旋转的环形薄膜从喷嘴喷出，然后液膜伸长变薄并拉成丝，最后分裂成小雾滴，其过程可见图116。压力式雾化器可分为旋转型及离心型两类。图114光滑盘旋转雾化器的主要类型图115非光滑式雾化器结构示意图图116压力式喷嘴的工作原理示意图2.2.4.4 雾化器的比较和选择A 雾化器的比较工业喷雾干燥常采用的压力式、旋转式和气流式三种雾化器各有特点，如表格1所示，其缺点如表1

25、2所示。表格1三种雾化器的比较比较的条件气流式压力式旋转式料液条件一般溶液悬浮液膏糊状料液处理量可以可以可以调节范围较大可以可以不可以调节范围最窄可以可以不可以调节范围广，处理量大加料方式压力泵泵的维修泵的价格低压0.3MPa离心泵容易低高压1.020.0MPa多用柱塞泵困难高低压0.3MPa离心泵或其他容易低雾化器价格维修动力消耗低最容易最大低容易较小高不容易最小产品颗粒粒度颗粒的均匀性最终含水量较细不均匀最低粗大均匀较高微细均匀较低塔塔径塔高小较低小最高最大最低型式优点缺点旋转式操作简单，对物料适应性强，操作弹性大；可以同时雾化两种以上的物料；操作压力低；不易堵塞，腐蚀性小；产品粒度分布均

26、匀不适于逆流操作；雾化器及动力机械的造价高；不适于卧式干燥器，制备粗大颗粒时，设计上有上限压力式大型干燥塔可以用几个雾化器；适于逆流操作；雾化器造价便宜；产品颗粒粗大料液物性及处理量改变时，操作弹性变化小；喷嘴易磨损，磨损后引起雾化性能变化；要有高压泵，对于腐蚀性物料要有特殊材料；要生产微细颗粒时，设计上有下限气流式适于小型生产或实验设备；可以得到20m以下的雾滴；能处理粘度较高的物料动力消耗大B 雾化器的选择对于任何雾化器的要求都是产生尽可能均匀的雾滴。如果有几种不同的雾滴可供选择时，就应考虑哪一种能经济地生产出性能最佳的雾滴。根据基本要求进行选择。一个理想的雾化器应具有下列基本特征：结构简

27、单；维修方便；大小型干燥器都可采用；可以通过调整雾化器的操作条件控制雾滴直径分布；可用泵输送设备、重力供料或虹吸进料操作；处理物料时无内部磨损。有些雾化器虽然具有上述部分或全部特点，但由于出现下列不希望产生的情况也不应选用，如：雾化器操作方法与所需的供料系统不相匹配；雾化器产生的液滴特征与干燥室的结构不相适应；雾化器的安装空间不够。根据雾滴要求进行选择。在适当的操作条件下，三种雾化器可以产生出粒度分布类似的料雾。在工业进料速率情况下，如果要求产生粗液滴时，一般都采用压力式喷嘴；如果要产生细液滴时，则采用旋转式雾化器。选择的依据。若已确定某种物料适用于喷雾干燥法进行干燥，那么，接着要解决的问题是

28、选择雾化器。在选择时，应考虑下列几个方面。在雾化器进料范围内，能达到完全雾化。旋转式或喷嘴式雾化器（包括压力式和气流式）在低、中、高速的供料范围内，都能满足各种生产能力的要求。料液完全雾化时，雾化器所需的功率（雾化器效率）问题。对于大多数喷雾干燥来说，各种雾化器所需的功率大致为同一数量级。在选择雾化器时，很少把所需功率作为一个重要问题来考虑。实际上，输入雾化器的能量远远超过理论上用于分裂液体为雾滴所需的能量，因此，其效率相当低。通常只要在额定容量下能够满足所要求的喷雾特性就可以了，而不考虑效率这一问题。例如三流体喷嘴的效率特别低，然而只有用这种雾化器才能使某种高粘度料液雾化时，效率问题也就无关

29、紧要了。在相同进料速率条件下，滴径的分布情况。在低等和中等进料速率时，旋转式和喷嘴式雾化器得到的雾滴直径分布可以具有相同的特征。在高进料速率时，旋转式雾化器所产生的雾滴一般具有较高的均匀性。最大和最低滴径（雾滴的均匀性）的要求。最大、最小或平均滴径通常有一个范围，这个范围是产品特性所要求的。叶片式雾化轮、二流体喷嘴或旋转气流杯雾化器，有利于要产生细雾滴的情况。叶片式雾化轮或压力式喷嘴一般用于生产中等滴径的情况，而光滑盘雾化轮或压力式喷嘴适用于粗雾滴的生产。操作弹性问题。从运行的观点出发，旋转式雾化器比喷嘴式雾化器的操作弹性要大。旋转式雾化器可以在较宽的进料速率下操作，而不至于使产品粒度有明显的

30、变化，干燥器的操作条件也不需改变雾化轮的转速。对于给定的喷嘴来说，要增加进料速率，就需增加雾化压力，同时滴径分布也就改变了。如果对雾滴特性有严格的要求，就需采用多个相同的喷嘴。如果雾化压力受到限制，而对雾滴特性的要求也不是很高时，只需改变喷嘴孔径就可以满足要求。干燥室的结构要适应于雾化器的操作。选择各种雾化器时，干燥室的结构起着重要作用。从这一观点出发，喷嘴型雾化器的适应性很强。喷嘴喷雾的狭长性质，能够使其被置于并流、逆流和混合流操作的干燥室中，热风分布器产生旋转的或平行的气流都可以，而旋转式雾化器一般需要配置旋转的热风流动方式。物料的性质要适应于雾化器的操作。对于低粘度、非腐蚀性、非磨蚀性的

31、物料，旋转式和喷嘴式雾化器都适用，具有相同的功效。雾化轮还适用于处理腐蚀性和磨蚀性的泥浆及各种粉末状物料，在高压下用泵输送有问题的产品，通常首先选用雾化轮（尽管气流式喷嘴也能处理这样的物料）。气流式喷嘴是处理长分子链结构的料液（通常是高粘度及非牛顿型流体）的最好雾化设备。对于许多高粘度非牛顿型料液还可先预热以最大限度地降低粘度，然后再用旋转型或喷嘴型雾化器进行雾化。每一种雾化器都可能有一些它不能适用的情况。例如含纤维质的料液不宜用压力式喷嘴进行雾化。如果料液不能经受撞击，或虽然能够满足喷料量的要求，但需要的雾化空气量太大，则气流式喷嘴不适合。如果料液是含有长链分子的聚合物，用叶轮式雾化器只能得

32、到丝状产物而不是颗粒产品。有关该产品的雾化器实际运行经验。对于一套新的喷雾干燥装置，一般要根据该产品喷雾干燥的已有经验来选择雾化器。对于一个新产品，必须经过实验室试验及中间试验，然后根据试验结果选择最合适的雾化器。3.工艺计算根据以上原理及理论，本干燥过程选取开放式喷雾干燥装置系统，并流干燥及压力式雾化器。已知日处理量30吨鲜奶，三班（8小时/班）鲜奶含水量x088%；浓缩奶含水量x158%；成品含水量x23%3.1 物料衡算时处理量GcG0(1x0)/(3×8)30×103×(188%)/24150kg/hX1x1/(1x1)58%/(158%)1.381X2x

33、2/(1x2)3%/(13%)0.0309WGc(X1X2)150×(1.3810.0309)202.515kg/h图117喷雾干燥流程图3.2 热量衡算根据湿焓图查得夏季：t025，078%，H00.0156kg/kg干气冬季：t015，070%，H00.007425kg/kg干气已知：r02500kJ/kg，Cpg1.01 kJ/(kg·)，Cpl4.18 kJ/(kg·)cpm22.09 kJ/(kg·)，150，260，Cpv1.88 kJ/(kg·)取热空气进口温度t1160，出口温度t285。夏季时，H1H00.0156kg/kg干

34、气则QV(cpg+cpvH1)(t1t0)V(1.01+1.88×0.0156)(16025)140.32VQ1W(r0+cpvt2cpl1)202.515×(2500+1.88×854.18×50)496323.762kJ Q2Gc(21)cpm2150×（6050）×2.093135kJ Q3V(cpg+cpvH1)(t2t0)V(1.01+1.88×0.0156)(8525)62.360VQ损0.1Q110%×496323.76249632.376kJ由QQ1+Q2+Q3+Q损得140.32V496323.7

35、62+3135+62.360V+49632.376空气消耗量V7043.24kg干气/h。由WV（H2H1）得H2W/V+H1202.515/7043.24+0.01560.0444kg/kg干气查湿焓图得212%在11%13%之间。空气用量H（2.83×103+4.56×103H0）（t0+273）(m3/kg干气)0.8645 m3/kg干气 VV×H7043.24×0.86456088.88m3/h在10atm下，以180的饱和蒸汽加热r1802019.3kJ/kg ；Q988307.43kJ/kg蒸汽耗用量D180Q/r489.43kg/h冬季时

36、，H1H00.007425kg/kg干气QV(cpg+cpvH1)(t1t0)V(1.01+1.88×0.007425)(16015)148.47VQ1W(r0+cpvt2cpl1)202.515×(2500+1.88×854.18×50)496323.762kJQ2Gc(21)cpm2150×（6050）×2.093135kJQ3V(cpg+cpvH1)(t2t0) V(1.01+1.88×0.007425)(8515)71.68VQ损0.1Q110%×496323.76249632.376kJ由QQ1+Q2+Q

37、3+Q损得148.47V496323.762+3135+71.68V +49632.376空气消耗量V7150.56kg干气/h。由WV（H2H1）得H2W/V+H1202.515/7150.56+0.0074250.03575kg/kg干气查湿焓图得212%在11%13%之间。空气用量H（2.83×103+4.56×103H0）（t0+273）(m3/kg干气)0.8248 m3/kg干气 VV×H7150.56×0.82485897.78m3/h在10atm下，以180的饱和蒸汽加热r1802019.3kJ/kg ；Q988307.43kJ/kg蒸汽

38、耗用量D180Q/r525.75kg/h由于夏季时的V比较大，故以下计算取V6088.88m3/h3.3 雾化器的主要尺寸计算1、选雾化器雾化角57°，喷嘴压差p12MPa，切入口为矩形。2、根据43.5log（14A）得A1.45953、根据CDa1-a1-a+a2A2得A1.4595时，CD0.39由Gc150kg/h得G1Gc/(1x1)150/(158%)357.14kg/hqvG1/(3600×w)A0CD2pw9.07×105kg/sA01.57×106m2由A04d02得d01.41mm圆整后得1.4mm4、取R8mm，b1mm由d01.4

39、mm得r00.7mmR1Rb27.5mm双矩形切向通道，A12bh由A'=(r0RA1)(r0R1)12得h(r0R2bA')(r0R1)121.8413mm圆整后，取h2.0mm5、此时，A'=(r0RA1)(r0R1)121.3437mm满足设计要求。6、由A(r0R2bh)4.3982mm查图6-21得a0.3488则rcr01a0.6052mm7、液膜速度u0qV(r02rc2)2.22×10-4233.33m/s100m/s符合要求ux= u0 sin2111.34 m/suy= u0 cos2205.05 m/s3.4 干燥器的主要尺寸计算3.4.

40、1 临界点几个参数的计算已知w1094kg/m3，D600kg/m3查得t45，H2O990.15kg/m3故DDDWwD×1X21X1130.9242即雾滴的尺寸收缩了7.58%由于收缩而减少的值6D30.63D30.3927D3除去的水分0.75D36·H2O388.83 D3剩下的水分D360.8w0.75H2O69.4227 D3临界湿含量XcD360.8w0.75H2OD36×0.2w0.6060kg水/kg干料换算成湿基为c0.606010.60600.3773，即含水37.73%以下计算临界点处空气的温度tc。干燥第一阶段水分蒸发量为W1GC

41、5;(X1XC)150×（1.3810.6060）116.25kg/h此时空气的湿含量HcH0+W1/V0.03211kg水/kg干气在IH图中，查得tc116；t463.4.2 干燥时间计算（1）雾滴周围气膜的平均导热系数。t平均（t2t）/265.5根据查得该温度下空气的导热系数29.315mW·m-1·K-10.1055kJ/(m·h·)（2）雾滴干燥前后的尺寸变化。已知平均雾滴直径Dw5003p101.94m，DD/DW0.9242。所以DD94.21m。可以认为临界液滴直径DC近似等于产品颗粒直径DD，故DCDD94.21m。（3）干

42、燥第一阶段所需时间1。第一阶段平均推动力的计算。空气温度160116雾滴温度5046tm188.50，水的汽化潜热r2257kJ/kg。故1rwDw2Dc28tm15.0122×10-5h0.1804s（4）干燥第二阶段所需时间2。已知物料临界含湿量Xc0.6060kg水/kg干料。该阶段，空气从11685物料从4660tm243.71，2rDc2DXcX212tm21.2493×10-4h0.4497s（5）雾滴干燥所需时间120.6301s3.4.3 塔径计算已知雾滴初始水平分速度ux111.34 m/s。塔内平均空气温度t(16085)/2122.5，压力按常压计。可

43、查的空气黏度0.023mPa·s2922.4×273395.50.8936kg/m3（1） ux111.34 m/s，则ReDwux440.9722根据4Dw2w3Re2×105dRe·ReRe02×105dRe·Re计算停留时间。（2） ReRe0时，ux111.34 m/s，Re0440.9722，0。取Re400，查图6-25得4002×105dRe·Re440.97222×105dRe·Re5.3×10-34.8×10-30.00054Dw2w3×0.000

44、50.6591s与此Re400对应的雾滴水平飞行速度为uxReDw0.2525Re101m/s以此类推，得到计算值列于表格2表格2停留时间与雾滴水平速度ux的关系ReRe2×105dRe·ReRe02×105dRe·Re/suxReDw0.2525Re440.972200111.34548054000.00050.000329551013500.00110.0007250188.3753000.00180.0011863875.752500.00280.0018454863.1252000.00390.0025704950.51500.00510.003

45、3614137.8751000.00970.0063932725.25500.01740.0114683412.625250.02760.018191166.3125150.03870.025507173.7875100.04770.031439072.52580.05280.034800482.0260.06090.040139191.51540.07220.047587021.0120.09720.064064520.5050.50.14720.097019520.12625以为横坐标，ux为纵坐标作图，积分可得Sx00.097uxd0.5927m即雾滴由塔沿径向运动的半径距离为0.592

46、7m，因而塔直径1.1854m，圆整后取D1.2m。3.4.4 塔高的计算（1）雾滴沉降速度的计算fRef24Dw3wg3225.5854查图6-25得Ref1.05ufRef·Dw0.2651m/s（2）雾滴减速运动所需时间。已知uy205.05 m/sRe0Dwuy812.11914Dw3wg32f·Ref225.5854利用4Dw2w3ReRe0dReRe2计算时间。表格3Re与1Re2关系（25.5854）ReRe21Re2uyRe·Dw0.2525Re/s812.1191310003.22847E-05205.06010800305003.28144E-

47、052020.000394700250004.0041E-05176.750.00404600190005.27025E-05151.50.008675001050009.52613E-06126.250.01179400885711.12936E-051010.01283300585001.71015E-0575.750.01425200308003.24945E-0550.50.01673100107009.3682E-0525.250.023045037500.00026849912.6250.032092010200.0010056175.050.0512104100.00260135

48、82.5250.0692451730.0067835891.26250.092741330.0093097211.010.100751.0525.58540.265125同样取一系列Re值，查得相应Re2，以Re为横轴，以1Re2为纵轴作图，用图解积分法求ReRe0dReRe2值，或用近似解法计算，结果见表格3。可见雾滴减速运动所需时间为0.1007s。（3）计算减速运动时间内雾滴下降的距离。由表格3中的数据，做uy曲线，按Sy00.1007uyd，用图解积分法可得到雾滴减速下降的距离为2.9635m。因干燥所需时间为0.6301s，扣除减速运动所需时间0.1007s，即为等速下降所需时间0.

49、6301s 0.1007s0.5294s，考虑安全因素，取等速下降时间为1.0588s。已知uf0.2651m/s，故等速下降距离0.2651×1.05880.2807m，加上降速运动距离2.9635m，喷雾干燥塔的有效高度H2.96350.28073.2442m，实际塔高尚需考虑塔内其他装置所需高度。3.5 附属设备的设计和选型在喷雾干燥系统中，主要的附属设备有空气加热器、风机、气固分离设备、热风进口分布装置及排料装置，以下分别加以计算。3.5.1 空气加热器适用于喷雾干燥的空气加热器有五种类型：蒸汽间接加热器；燃油或煤气间接加热器；燃油或煤气直接加热器；电加热器；液相加热器。允许

50、被喷雾干燥的物料与燃烧产物接触时用空气直接加热器，不允许接触时用间接加热器。在热空气温度要求不高的情况下（低于160），蒸汽间接加热器受到广泛应用。它具有卫生条件好，能保证产品质量的优点，且以翅片式换热器的应用为最多。当空气速度为5m/s时，传热系数约为55.6W/(m2·)。当温度要求较高时，可采用其他型式的加热器。采用饱和水蒸气经换热器对空气加热QKAtmtm65.93A149.91m2选用换热面积为150.8 m2，19mm，L4500mm的换热器。3.5.2 风机喷雾干燥系统中采用的风机一般均为离心式通风机，其风压一般为100015000Pa。风机在干燥系统中主要有两种布置方

51、式：即单台引风机和双台鼓-引风机结合方式。如图1-18所示，单台引风机放置在粉尘回收装置之后，使干燥器处于负压操作。这种系统的优点是粉尘及有害气体不会泄漏至大气环境中，但由于干燥器内的负压较高，风机频繁启动和停止会引起器内局部失稳以及外部空气漏入塔内。因此，单台引风机方式仅适用于小型喷雾干燥系统。对于大型喷雾干燥系统，主要采用两台风机，一台作为鼓风机，另一台作为引风机。这种系统具有很大的灵活性，可以通过调节管路压力分布，改善干燥器的操作条件，使之处于接近大气压的微负压下操作。这不仅兼顾了负压操作的优点，又避免了由于大的负压操作，使空气落入系统中，造成干燥效率降低的缺点，同时，微负压操作又可保证

52、粉尘回收装置具有最高的回收率。在选择通风机时应注意以下几点：图1- Error! Main Document Only.风机在干燥系统的布置方式（1）首先应根据排、送空气的不同性质，如清洁空气，含有易燃、易爆、易腐蚀性气体及含尘或高温气体，选择不同类型的通风机；（2）根据计算所需的通风量、风压及已确定采用的风机类型，由通风机产品样本的性能曲线或性能选择表，选取风机型号；（3）由于系统难以保证绝对密封，故对计算的空气量，应考虑必要的安全系数，一般取附加量为10%15%；（4）为保证干燥塔内处于一定的负压（一般为100300Pa），设计时分别用进风和排风两台风机串联使用，排风机风量和风压都要大于进

53、风机。为保证干燥塔内在一定的负压（100300Pa）下操作，设计时分别用进风和排风两台风机串联使用，排风风量和风压都要大于进风机。选择依据：（1）根据被输送气体的性质和操作条件确定泵的类型（2）根据具体管路对风机提出的流量和压头要求确定泵的型号风压：进风机 120160mmH2O排风机 180240mmH2O风量：按实际计算的风量（m3/h）进风增加10%20%，出风增加20%40%。进风机VaV×（115%）7002.212m3/h选用8-18-101No7排风机VbV×（130%）7915.544m3/h选用8-18-101No83.5.3 气固分离器料液经喷雾干燥之后，大部分颗粒较大的产品落到干燥室底部排出，还有一部分细颗粒产品需由气固分离装置加以回收，通常采用分离器、袋滤器及湿式除尘器。电除尘器虽具有效率高、占地面积小、操作自动化等优点，但需用很高的电压，设备费用高，喷雾干燥过程中一般不用。分离装置的选择，应按喷雾干燥的不同操作条件、卸料方法、物料性质等进行合理的选择、通常在喷雾干燥过程中，采用二级净制回收系统，如先经过旋风分离器再经过袋滤器，或先通过旋风分离器再用湿法洗涤器作为二级净制。表格4列出了常用分离装置的性能