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1、吉林化工学院 食品工程原理 课程设计题目年处理量为万吨浓缩牛乳喷雾干燥塔的设计教学院专业班级学生姓名学生学号指导教师年月日目录摘要1食品工程原理课程设计任务书21、工艺流程确定及论证41.1喷雾干燥流程图41.2论证41.2.1工艺概况41.2.2喷雾干燥雾化方法51.2.3工艺的选型61.2.4工艺流程的定论62、工艺设计计算72.1物料及热量核算72.2空气状态参数的确定72.2.1新鲜空气参数82.22加热后热空气参数82.2.3废气的参数82.3物料衡算82.3.1产品产量82.3.2每小时喷雾浓乳量及蒸发水分量W92.3.3湿物料处理量92.3.4每蒸发1水干空气用量92.3.5 各
2、阶段的空气流量92.4热量衡算102.4.1输入系统热量102.4.2 输出系统的热量103、干燥塔基本参数计算113.1喷嘴参数计算113.1.1喷嘴孔直径计算113.1.2喷嘴旋转室尺寸确定123.1.3校核喷嘴的生产能力123.1.4空气芯半径的计算133.1.5计算在喷嘴孔出口处的液膜平均速度133.2干燥塔直径的计算143.3干燥塔高度的计算143.3.1高度计算143.3.2塔高核算153.3.3热风进出口接管直径的确定154、辅助设备的选型计算164.1空气加热器164.1.1加热器设计原理164.1.2加热器的设计选型164.2旋风分离器174.2.1工作原理及选用依据174.
3、2.2旋风分离器的设计计算174.3布袋过滤器的选择184.4风机的选择184.4.1鼓风机的选型194.4.2引风机的选型195、设计结果汇总206、结果与讨论22结束语23参考文献24附录一25附录二（设备中所查关联图）27摘要喷雾干燥通过机械作用，将需干燥的物料，分散成很细的像雾一样的微粒，（增大水分蒸发面积，加速干燥过程）与热空气接触，在瞬间将大部分水分除去，使物料中的固体物质干燥成粉末的技术。物料的干燥过程分为等速阶段和降速阶段。在等速阶段，水分通过颗粒的扩散速率大于汽化速率，水分汽化是在液滴表面发生，等速阶段又称为表面汽化控制阶段。当水分通过颗粒的扩散速率降低而不能维持颗粒表面的充
4、分润湿时，汽化速率开始减慢，干燥进入降速阶段，降速阶段又称为内部迁移控制阶段。设计题目是：年处理2.75万吨浓缩牛乳喷雾干燥塔的设计。在设计过程中，严格按照工业化干燥原理与设备的标准进行计算设计，并且综合各种考虑因素，结合科学合理、经济环保、易于操作等方面对设备进行了一系列优化。在本设计中进行了必要的物料，热量衡算，并根据计算数据选择了合适尺寸的干燥塔及其辅助设备，使得设计更加完整，并用cad绘制了干燥工艺流程图。本次课程设计完美地将理论与实际相结合，是一次对我们各方面能力较为完整的考察，在设计过程中，使我能够独立的去思考、解决问题，并且促进了同学、老师之间的交流，培养了我们发现和解决问题的能
5、力。关键词：喷雾干燥；浓缩牛乳；离心式；并流；压力式雾化器1、工艺流程确定及论证本工艺采用并流离心式喷雾干燥法对牛乳进行喷雾干燥。包装成品1.1喷雾干燥流程图新鲜空气过 筛空气过滤器排 放冷 却浓缩乳粉 送风机排风机空气预热器 旋风分离器喷雾干燥牛乳压力式喷雾器图1-1：喷雾干燥流程图1.2论证1.2.1工艺概况喷雾干燥的特点如下：（1）干燥速度快：由于料液经喷雾后雾化成几十微米大小的液滴，所以单位重量的表面积很大，每公升料液经喷雾后表面积可达300左右，因此热交换迅速，水分蒸发极快，干燥时间一般只要几秒钟，多则几十秒钟，具有瞬间干燥的特点。（2）干燥过程中液滴的温度比较低：喷雾干燥可以采用较
6、高的温度的载热体，但是干燥塔内的温度一般不会很高。当液滴仍有大量水分存在时，它的温度不超过热空气的湿球温度，例如塔内热空气温度100时，物料温度约5060。所以适合于热敏性物料的干燥，能够保持产品良好的色泽和香味。（3）干燥产品具有良好的分散性和溶解性能：根据工艺上的要求，选用适当的雾化器，可将料液喷成球状液滴，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，冲调时能迅速溶解。（4）产品纯度高，环境卫生好：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。生产有毒气、臭气物料时，可采用封闭循环或“自惰”循环系统的喷雾干燥
7、设备，将毒气、臭气烧毁，防止公害，改善环境。（5）生产过程简化，操作控制方便：即使含水量高达90%的料液，不经浓缩，同样能一次获得均匀的干燥产品。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。（6）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力输送，组成连续生产作业线，实现自动化大规模生产。其主要缺点有：（1）当热风温度低于150 时，热交换的情况较差，需要的设备体积大。在用低温操作时空气消耗量大，因而动力耗用量随之增大。（2）为了保证乳粉水分含量的要求，必须严格控制各种
8、产品干燥时排风的相对湿度，一般为10%13%，故需消耗较多的空气量，从而增加了风机的容量及电耗，同时也增加了粉尘回收装置的负荷，影响了产品得率。（3）对某些膏糊状物料，干燥时需加水稀释，这样就增加了干燥设备的负荷。（4）由于设备体积庞大，对生产卫生要求高的产品时，设备的清扫工作量较大。（5）设备的热效率较低，在进风温度不高时，热效率约3040%左右。1.2.2喷雾干燥雾化方法喷雾干燥按照雾化方法分为压力式、离心式和气流式喷雾干燥。离心喷雾是将浓奶送入离心盘雾化机中，由于离心盘的高速旋转，被喷成雾状，遇热空气干燥成乳粉。离心喷雾盘的线速度为100150m/s。用离心喷雾法生产奶粉时，离心喷雾盘的
9、线速度越高，雾滴越小。乳粉颗粒越小，同热空气接触的比表面积越大，热交换速度越快，热效率也越高，热效率也越高，但是小颗粒奶粉的冲调性能较差。离心式喷雾干燥的操作特点有：（1）塔内只安装一个雾化器便可完成生产任务。（2）在一定范围内，可以调节雾滴尺寸。（3）生产能力调节范围大。（4）在调节处理量时，不需要改变雾化器工作状态。（5）与压力式喷雾干燥相比，可以适应叫高粘度的料液。1.2.3工艺的选型喷雾干燥按照喷雾和流体流动方向分为并流型、逆流型和混合型三类。（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干燥，而且若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
10、作特点是气流与产品较充分接触，脱水效率高，但产品有时与湿的热空气流接触，故干燥不均匀，内壁局部粘粉严重。（3）并流型操作特点是：被干燥物料允许在低温下进行干燥。由于热风进入干燥室立即与喷雾液滴接触，室内温度急降，不会使干燥物料受热过度，因此，适宜于热敏性物料的干燥。塔壁粘粉较少。由于在干燥室内细粒干燥时间短、粗粒干燥时间长，产品具有比较均匀干燥的特点，适合于液滴高度分散均一的喷雾场合。1.2.4工艺流程的定论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、钼的含量都很多。最难得的是，牛乳是人体钙的最佳来源，而且钙磷比例非常适当，利于钙的吸收。其主要成分由水、脂
11、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，这对于干燥来说是需要较高的要求，而通过上述喷雾干燥优缺点的对比我们发现喷雾干燥法适合于热敏性、易氧化物料的干燥。故综上所述，该工艺适合采用喷雾干燥技术制备乳粉。2、工艺设计计算2.1物料及热量核算对干燥过程进行物料及热量核算,空气和物料进出口的有关数值,说明如下:QL-每蒸发1kg水干燥室的热损失，按工业生产经验取251kJ/kg水（对于保温适宜的干燥室而言：其散失的热量可取60千卡/公斤水，相当于251.04kJ/kg水，而对于空气加热器的热损失可取40千卡/公斤水，相当于167.36kJ/kg水。
12、本工艺保温适宜，故采用热损失为251kJ/kg水。）2.2空气状态参数的确定G1=45=52%新鲜空气蒸汽热空气牛乳排气2=12 =176=49=1821=0=21，0=65% =150,=0.011 =82，=0.035=0.011 热损失QL空气加热器冷凝水干燥塔乳粉G2=70=8%图2-1物料、热量衡算图2.2.1新鲜空气参数空气湿度=0.011kg水/kg干， =21（任务书给定）所以湿空气的比容=0.84662.22加热后热空气参数加热前后湿度不变，即=0.011kg水/kg干 =150,（任务书给定）所以热空气的比容=1.2182.2.3废气的参数排出废气的湿度=0.035kg水/
13、kg干=82，（任务书给定）所以废气的比容=1.0612.3物料衡算2.3.1产品产量由设计任务书所给条件（年处理为2.75万吨，每年工作270天，每天10小时以求出每小时需产浓缩牛乳粉2.3.2每小时喷雾浓乳量及蒸发水分量WW=-=19521.61-10185.19=9336.422.3.3湿物料处理量 = =19521.612.3.4每蒸发1水干空气用量41.67/每小时干空气量9336.42(0.035-0.011)=389017.5 /h2.3.5 各阶段的空气流量新鲜空气体积流量=329342.22热空气体积流量=473823.32废气体积流量=412747.572.4热量衡算2.4
14、.1输入系统热量新鲜空气输入:=19061857.5加热器输入热量：=51739327.5牛乳带入的热量:2717038.6919061857.5+51739327.5+2717038.69=73518223.692.4.2输出系统的热量排气带出的热量:389017.568467080产品牛乳粉带出的热量：干燥室热损失:68467080+1490093.30+2343441.42=72300614.7由于,所以热量收支平衡3、干燥塔基本参数计算3.1喷嘴参数计算3.1.1喷嘴孔直径计算物料恒算中已算出进料量为19521.61, 密度, 选择喷嘴的压力差为。为了防止严重粘壁现象，根据对比选用雾化角当时，由。喷嘴流量得0.0000477圆整得：3.1.
