食品工程原理课程设计报告奶粉喷雾干燥模板

1、-. z. 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：*班级：*：*计题目：年产全脂奶粉奶粉喷雾枯燥二、设计条件：生产任务：年产全脂奶粉750吨*：1-9； 800吨 ( 例 850吨 *：10-18； 900吨*：19-24； 950吨*：25-30 以年工作日310天例，300*尾号为单数；330天*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。进料状态：浓缩奶总固形物含量48%例 46%*5,6,11,12,17,18,23,24,29,3050%*：3,4,9,10,15,16,21,22,27,2852%*：1,2,8,7,13,14

2、,19,20,25,26温度55、密度1120kg/m2、外表力0.049N/m、黏度15cp。成品奶粉含水量2.5%一级品、密度600 kg/m2、比热2.1kJ/kg.K。3、新鲜空气状态：t0=20、0=50%例 t0=22、0=52%*110； t0=23、0=55%*1120；t0=25、0=60%*2130 大气压760mmHg热源：饱和水蒸气。三、设计工程：工艺流程确实定喷雾枯燥装置的计算辅助设备的选型及计算绘制工艺流程图涉及各设备平面图编制设计说明书四、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

3、按照要求标明章节和页码如：工艺流程确定及论证41.1论证41.2喷雾枯燥流程图 5喷雾枯燥的计算 52.1物料及热量衡算 5空气状态参数确实定 5物料衡算8热量衡算92.2离心式雾化器的计算 10雾滴直径dL的计算10液滴离开转盘的初速度11雾滴水平飞行距离12离心喷雾器所需功率132.3喷雾枯燥塔主要尺寸的计算13塔径D 13塔高H14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设计结果的汇总 204.1主要工艺参数204.2枯燥装置及主要辅助设计一览表2

4、1工艺流程图22设计说明22对枯燥设计过程中*些问题的探讨23完毕语24参考文献 241、工艺流程确定及论证本工艺采用并流、离心式喷雾枯燥法进展奶粉的喷雾枯燥。首先应初选你的工艺流程，如：选用并流、离心式喷雾枯燥法进展奶粉的喷雾枯燥。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，以及喷雾枯燥的特性或优势，以说明要喷雾枯燥这个单元操作是比拟适合用来加工牛奶成为奶粉的在接着要进展比照论证：为什么要采用并流立式？优缺点，当然重点要突出优点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比照，要充

5、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论证奶粉喷雾枯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，大大增加了其外表积，同时送入热风的情况下雾滴和热风接触，浓乳中的水分便在的瞬间蒸发完毕，雾滴被枯燥成球形颗粒落入枯燥室的底部，水蒸气被热风带走，从枯燥室排风口排出，而且微粒外表的温度为枯燥介质的湿球温度5060，假设连续出料，整个枯燥过程仅需1030s，故特别适用于热敏性物料的枯燥，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

6、较高的溶解度及冲调性，保持其原有的营养成分及色、香、味。喷雾枯燥的特点是：.枯燥速度十分迅速。.枯燥过程中的液滴温度不高，产品质量较好。.产品具有良好的分散性、流动性和溶解性。.生产过程简化，操作控制方便。.防止发生公害，改善生产环境。.适宜于连续化生产。.容易改变操作条件，控制或调节产品的质量指标。.可以满足对产品的各种要求。适用于热敏性和非热敏性的枯燥但是其缺点是：.设备比拟复杂，一次投资大。.投资费用比拟高。.设备的热效率不高，热消耗大，热效率约为30%-40%。.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

7、、钼的含量都很多。最难得的是，牛乳是人体钙的最正确来源，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，这对于枯燥来说是需要较高的要求，而通过上述喷雾枯燥优缺点的比照我们发现喷雾枯燥法适合于热敏性、易氧化物料的枯燥。综上所述，该工艺适合采用喷雾枯燥技术制备乳粉。喷雾枯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枯燥。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枯燥，而且假设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

8、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，故枯燥不均匀，壁局部粘粉严重。3并流型操作特点是：.被枯燥物料允许在低温下进展枯燥。.由于热风进入枯燥室立即与喷雾液滴接触，室温度急降，不会使枯燥物料受热过度，因此，适宜于热敏性物料的枯燥。.塔壁粘粉较少。.由于在枯燥室细粒枯燥时间短、粗粒枯燥时间长，产品具有比拟均匀枯燥的特点，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枯燥。喷雾枯燥按照雾化方法分为压力式、离心式和气流式喷雾枯燥。本工艺采用并离心式喷雾枯燥。1压力式喷雾枯燥的操作特点是构造简单，制造本钱低；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

9、，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；压力式喷雾枯燥的体积蒸发强度较低。2气流式喷雾枯燥的操作特点是构造简单，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离心式喷雾枯燥的操作特点是：.塔只安装一个雾化器便可完成生产任务。.在一定围，可以调节雾滴尺寸。.生产能力调节围大。.在调节处理量时，不需要改变雾化器工作状态。.与压力式喷雾枯燥相比，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枯燥。虽然离心式喷雾枯燥的缺乏之处有，喷雾机构造复杂，维修麻烦，钢材要求高质；高速旋

10、转的传动局部要注润滑油，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，离心喷雾枯燥还是经济的，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，此法要比其他枯燥方法来得经济。在喷雾枯燥设备中，每蒸发一公斤水分所需的热量消耗约为8501400千卡。因此最终确定本生产工艺选用并流、离心式喷雾枯燥法进展奶粉的喷雾枯燥。1.2喷雾枯燥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 旋风别离器喷雾枯燥离心式喷雾器浓缩乳图1：喷雾枯燥流程图二、喷雾枯燥装置的计算：2.1物料及热量衡算空

11、气状态参数确实定G1 tM1=55新鲜空气蒸汽热空气浓奶排气L t00 H0H0 I0L t1H1H1 I1L t2H2H2 I22t0=20，0=50% t1=150,H1=0.00726 t2=80，H2=0.0339H0=0.00726热损失QL空气加热器冷凝水枯燥塔奶粉G2 tM2=70图2物料、热量衡算图2.1.1.1新鲜空气状态参数由设计任务书给定条件：t020,050%查得20饱和水蒸汽压Ps017.54 mmHg (2338.59Pa)湿度H0=0.6220Ps0/(P-0Ps0)=0.622*0.5*17.54/(760-0.5*17.54)=0.00726kg水/kg绝干气

12、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H0=(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，喷雾枯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，送入喷雾枯燥室。如用电热或燃油炉加热，可使枯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

13、化枯燥过程，减少枯燥塔所需容积，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，所以枯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到达标准。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H1(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

14、.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/h 2.1.2.3每蒸发1kg水干空气用量绝干量计L=1/(H2H1)1/(0.03388-0.00726=37.566k

15、g绝干气/kg水每小时干空气量LW/(H2H1)221.77/0.03388-0.00726=8330.9542Kg绝干气/h新鲜空气体积流量V0=LH0=8330.9542*0.8387=6987.1713m3/h热空气体积流量V1=LH1=8330.9542*1.211=10088.785m3/h排气体积流量V2=LH28330.9542*1.0533=8774.994m3/h2.1.3热量衡算2.1.3.1输入系统热量新鲜空气输入:Q1=LI0=8330.9542*38.554=321191.61kJ/h加热器输入热量：Q2=L(I1- I0)8330.9542*(171.628 -38

16、.554)=1108633.4 kJ/h浓奶带入的热量：Q3=G2CMtM1+WCl tM1215.05*2.1*55+221.77*4.187*55=75908.579KJ/h Q入=Q1+ Q2+ Q3=321191.61+1108633.4+75908.579=1505733.6kJ/h2.1.3.2输出系统的热量排气带出的热量:Q1=LI2 =8330.9542*170.25675 =1418401.2KJ/h产品奶粉带出的热量：Q2G2CMtM2215.05*2.1*70=31612.35KJ/h枯燥室热损失：Q3= WQL221.77*251=55664.27KJ/hQ出Q1+ Q

17、2+ Q3= 1418401.2+31612.35+55664.27=1505677.8 KJ/h由于Q出Q入，可见热量收支平衡。2.1.3.3 枯燥过程的热效率：表示每蒸发1kg水分，枯燥器所需参加的热量中用于汽化水分所耗热量的百分率。=(r0+CWt2)-CltM1)/l(I2I0) =(2490+1.88*80)-4.187*55)/37.566(170.25675-38.554)=48.7% 2.1.3.4 空气加热器蒸汽消耗量：选取加热用饱和水蒸气温度T= t1+10=150+10=160查得其饱和蒸汽压为6.303Kgf/cm2(绝压)，汽化潜热为2087.1kJ/kg并取热效率k

18、=95%蒸汽消耗量:Dk=Q2/rk=1108633.4/2087.1*0.95=504.62kg/h2.2离心式雾化器的计算：根据现有的定型设备LP150，用其有关数据进展参考设计。 G1=436.82kg/h =1120kg/m3 V1=故可选取生产能力为400L/h的离心雾化器。2.2.1雾滴直径dL的计算在忽略了分散盘形状对雾滴的影响时，有人提出下面的多管式分散盘雾滴直径计算的经历公式：式中：dL-雾滴直径(m) N-分散盘转速7300(r/min) r-分散盘半径0.14(m)-料液外表力0.049/9.81=0.005(kg/m)-料液密度1120(kg/m3)2.2.2液滴离开转

19、盘的初速度2.2.2.1径向速度的计算圆形通道分散盘，雾滴离开分散盘时径向速度按下式计算：式中：-雾滴的径向初速度(m/s)-分散盘的角速度-分散盘半径0.14(m) c-常数；-通道半径0.0025(m)-料液运动粘度(m2/s)-料液的体积流量 N-分转盘转速7300(r/min)。将以上数据代入式2.2.2.2切向速度的计算由于浅槽或叶片阻止了料液的滑动，离开分散盘边缘时的切向速度近似等于分散盘上圆周速度：式中：d-分散盘直径0.28(m)-切向速度(m/s)。2.2.2.3料液离开分散盘时的合成速度料液离开分散盘时是径向速度与切向速度的合成速度的运动形式，因此最后雾滴离开分散盘时的速度

20、为：式中：-料液离开分散盘时的初速度(m/s)。2.2.3雾滴水平飞行距离雾滴离开分散盘边缘沿水平方向飞出，雾滴飞出的最大距离是确定枯燥器直径的主要依据。分散盘产生的雾距，通常是以90%-99%雾滴的降落半径作为最大雾距。但是实际雾距和理论值不能吻合，主要原因在于： 雾滴在喷出后因水分迅速蒸发而使雾滴密度减小，因此飞行距离也缩短。 在枯燥过程中雾滴的直径收缩或因崩裂而减小。 枯燥器热风的流动，雾滴的飞行受到影响。所以考虑到空气阻力的影响，计算雾距有以下公式：式中：-雾滴直径-料液密度1120(kg/m3)-空气密度(kg/m3)-雾滴的初速度-雾滴的运动终速度(m/s)，可按雾滴在枯燥室的浮翔

21、速度考虑。-空气在平均温度下的运动粘度(m2/s)20时，干空气的黏度：=1.81干空气的运动黏度：80时，干空气的黏度：=2.11干空气的运动黏度：-阻力系数，是Re的函数。阻力系数将以上数据代入公式得：2.2.4离心喷雾器所需功率分散盘雾化料液时理论上消耗功率：式中：-离心盘的圆周速度，即离心盘线速度104(m/s)-离心盘的生产能力，即(=)=2.3 喷雾枯燥塔主要尺寸的计算2.3.1 塔径D离心雾化器的枯燥塔直径在一般情况下，塔径D按照下式计算：D=(22.8)R式中：R-离心雾化器喷雾距半径，即雾滴水平飞行距离1.573m。选取：D= 2.25R=2.251.573=3.54m 圆整

22、为D=4m验算：塔空气平均流速U，应在0.10.3m/s之间。式中：U-空气平均流速(m/s) L-绝干空气流量8330.9542kg绝干气/h D-喷雾枯燥塔径12.5m- 平均湿比容，=1.211和1.0533m3(湿空气)/kg绝干气0.1m/sU=0.20850.3m/s，所以选择D=4m适宜。2.3.2 塔高 DH1=1.2D=1.24=4.8mH2=D=4m选鼓形阀d=400mm H1 H2=48.45240离心式 分布百分率 2.0 31.2 24.0 18.6 24.0压力式 分布百分率 66.4 24.6 5.4 2.2 1.5别离器尺寸及进口风速和阻力计算进口风速ui一般可

23、取1525m/s，取ui=20m/s进口截面积F=F=0.122m2D=0.987m 圆整为D=1mA= B=D1=D/2=0.5m H1=2D=2m H2=2D=2mS1=D/8=0.125m D2=D/4=0.25m3.4 风机的选型计算1送风机：风量一般应有1020%富裕量，取15%。 Q送=LvHO(1+0.15)= (1+0.15)=10091.243m3/h Pt=(枯燥室压-大气压)+过滤器阻力降+加热器压降+热风分配器压降+沿程与局部压降一般要求枯燥室压为负压1015mmH2O，取15mmH2O过滤器阻力升至1520mmH2O时需取下洗涤，取其阻力降为15mmH2O。热风分配器

24、压降计算复杂，无资料介绍，估计为3040mmH2O，取40mmH2O。沿程与局部阻力估为：3040mmH2O，取40mmH2O。Pt= -15-0+15+7.67+40+40=87.67mmH2OPto=Pt据Pto=87.599mmH2O Q送=10091.243m3/h查 1 P365表25选送风机型号为： 离心通风机 4-72-11 8C主要性能参数：转速1250rpm 全压：137mmH2O流量：20800m3/h 效率：91% 所需功率：10.3KW 2排风机排风机富裕量一般为1530%，取25%。Q排=LvH2(1+0.25)= 1.25=10968.743m3/hPt=出口动压-

25、进口静压+旋风别离器压降+沿程、局部压降出口动压一般取15mmH2O，进口静压取-15mmH2O。旋风别离器压降152.49mmH2O沿程、局部压降估为35mmH2OPt=15-(-15)+ 152.49+35=187.49mmH2OPto=Pt据Pto=229.214mmH2O Q排= 10968.743m3h 查 1 P365表25选排风机型号为： 离心通风机 4-72-11 6C主要性能参数：转速2240rpm 全压248mmH2O流量： 15800m3/h 效率：91% 所需功率：14.1kw一般为使枯燥室形成1020mmH2O的负压，排风机的风量需比送负机的风量大2040%。由于,所

26、以风机选择适宜3.5、高压泵根据设计压力一般在100150Kgf/cm2，如120 Kgf/cm2，流量如430Kg/h选取适宜的泵3.6、其它辅助设备选用1浓奶保温槽：选RP6L5型，其贮液容积为500L，加热面积2.67m2， 容积径900mm，电机功率0.37kw，2台。2集粉箱：无具体型号，设计用长1m，宽0.5m，高0.5m的箱体。3旋转阀：采用普通式即可，动配合间隙小于0.05mm以保证气密性， 用型号l的旋转阀，叶轮容积1.0升，叶轮转速30rpm，所需功率0.4kw，排料量1吨/小时。4仪表盘：将就地集中测量的仪表读数全部在仪表盘上显示出，包括差压计、温度计、电流表送风机、排风

27、机、雾化器的电流。四、设计结果的汇总：4.1主要工艺参数1产量：年产全脂奶粉800吨，每小时产量为215.05kg，产品质量符合轻工部全脂奶粉质量标准。轻工部全脂乳粉一级产品的理化指标。化学指标：水分不超过2.50%，脂肪2530%。 复原后的酸度不超过190T，铜不超过6mg/kg。 锡不超过100mg/kg，铅不超过2mg/kg。物理指标：溶解度不低于97%，杂质度不超过16ppm。微生物指标：杂菌数不超过50000个/g，大肠菌不检出。2浓奶：总固形物含量48%，温度55，每小时喷雾量G1=436.82kg/h。3蒸发水量：W=221.77kg/h4枯燥空气用量：L=37.566kg绝干

28、气/kg水5新鲜空气的状态及流量：t0=20 0=0.5 H0=0.00726kg水/kg绝干气 I0=38.554kJ/kg绝干气 VH0=0.8387m3(湿空气)/kg绝干气 V0=6987.1713m3/h6热空气的状态及流量：t1=150 H1=0.00726kg水/kg绝干气 I1=171.628KJ/Kg绝干气 VH1=1.211m3(湿空气)/kg绝干气 V1=10088.785m3/h7排气的状态及流量：t2=80 2=0.1106 H2=0.03388 Kg水/Kg绝干气 I2=170.25675kJ/kg绝干气 VH2=1.0533m3(湿空气)/kg绝干气 V2=877

29、4.994m3/h8加热蒸汽的状态及流量：T3=170 P=8.0kgf/cm2 Dk=504.62kg/h4.2枯燥装置及主要辅助设计一览表序号名 称型 号数量主 要 性 能 参 数1送风机离心式通风机4-72-11 6C1全风压：137mmH2O 转速：1250rpm流量：20800m3/h 效率：91 % 所需功率：10.3kw2空气过滤器板式过滤器中空泡沫塑料1过滤面积：1.5m2阻力降：7.95mmH2O3空气加热器GLII2-15-544组总散热面积：208.96m2 受风面积：0.828m2通风净截面积：0.438 m2阻力降：7.67mmH2O4(1)枯燥塔立式、并流、离心式1

30、塔径：4. 0m 塔高：8. 8m 有效容积：60.3m2蒸发强度：3.68kg水/m3h 蒸发水量：221.77kg/h(2)雾化器LP400离心式雾化器1喷雾量：390.02L/h 转盘转速：7300rpm 喷嘴孔径：5mm喷嘴数：6个 离心盘喷嘴外径：280 mm5旋风别离器标准切线型进口1别离器尺寸：D=1m，A=0.5m，B=0.25mmH2O,D1=0.5m，D2=0.25m, H1=H2=2m, S1=0.125m, H=4m6排风机离心通风机4-72-11 6C1风压：248mmH2O，转速： 2240rpm，流量： 15800m3/h，效率： 91% 所需功率：14.1 kw7浓奶保温槽RP6L5型1贮液容积：500 ml 加热面积：2.67m2容器径：900 mm 电机功率：0.37KW 2台8集粉箱无具体型号1长1m 宽0.5m 高0.5m9旋转阀普通式1型1叶轮容积：1.0升 叶轮转速：30rpm 所需功率：0.4kw排料量：1吨/