《化工原理课程设计》-喷雾干燥设计

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化工原理

课程论文(设计)

授课时间：2013——2014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

4

1.1喷雾干燥的原理

4

2.喷雾干燥系统设计方案的确定

5

3加热器[4]

7

4.计算热流量及平均温差[6]

7

4.3阻力损失计算

9

4.4传热计算

10

5.进风机的选择

11

5.1风量计算

11

5.2风压计算

12

6排风机的选型

13

6.1风量计算

13

6.2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%（①45；②50；③55）

3、生产率(原料量)：0.5t/h（①0.3；②0.5；③0.7）

4、产品(乳粉)含水量：2%

5、加热蒸汽压力：700KPa（绝压）

6、车间空气温度：20℃

7、车间空气湿度：0.012kg/kg（①0.012；②0.014；③0.016）

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：0.12kg/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：①物聊干燥所需的时间很短,通常只要15-30秒,甚至只要几秒.

②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。

③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。

④简化了工艺流程。

缺点：①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。

②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]

⑴喷雾干燥工艺流程包括四个阶段：

①雾化；

②料物与空气接触（混合流动）；

③料物干燥（水分及挥发性物质蒸发）；

④干粉制品从空气中分离。

⑵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10％～25％[]，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m＝4000～8000为宜。

设取m＝5000，由2.1，可知L＝=2336.10。所以代入数据得过滤面积A＝0.467。

空气过滤器选型为AF30-N02D-2-X2149

2.3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140～200；

取＝150代入上式，得F＝14.77。

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，

2～4

滤袋条数，条

24

处理气量，

2160~4300

滤袋规格

φ120×200

脉冲阀数量，个

4

压力损失，

120～150

最大外形尺寸（长×宽×高），mm

1025×1678×3660

除尘效率，％

99～99.5

质量，kg

850

3加热器[4]

基于设计基本要求的条件，车间温度t0＝20℃；热空气温度t1＝150℃；

所以，根据平均温度查表可得，

定比热熔Cp1＝1.022kJ/(kg·℃)，热导率λ1＝3.087×10－2W·m－1·℃－1，密度ρ＝0.986kg/m3，，粘度μ1＝2.13×10－5Pa·s；

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T1＝164.7℃，

假设用于加热的蒸汽处理量：ms2＝2000kg/h，

4.计算热流量及平均温差[6]

4.1.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12～35，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5～30，设取＝25。设所需单程管数为n，φ25mm×2.5的管内径为0.02m，则管内流量：

解得，n=84根。又有传热面积A＝75.63m2

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4.5×84＝378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

600mm

2

198

11

0.0311

管尺寸

管长（L）

管排列方式

管心距

传热面积A

φ25mm×2.5mm

4.5m

正方形斜转45°

28mm

68.2

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2－1，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ε＝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h＝0.2m

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=0.02

4.4.2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，；

δ——加热管的壁厚，m；

λ——加热管导热系数，，铁管λ＝45×1.163＝53。

所以，将数值代入，可得K＝33.90.

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

KW

5.6

2900

7182

2622

Y160M1-2

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6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)

2.5A

2800

2.2

2510-3862

1753-1454

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