喷雾干燥器设计计算

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1、广东工业大学课程设计任务书一、课程设计的内容1设计任务与要求设计一喷雾干燥装置以干燥某种物料悬浮液。干燥介质为空气，热源为蒸气和电； 雾化器采用旋转型压力喷嘴，选用热风-雾滴（或颗粒）并流向下的操作方式。 2概述、原理、优点、流程通过查阅喷雾干燥有关资料，熟悉喷雾干燥基本原理、优点和工艺流程。 3根据计算的最主要尺寸绘制流程示意图二、课程设计的要求与数据料液处理量G =300 kg / H料液含水量w =80%（湿基，质量分数） 产品含水量w =2%（湿基，质量分数）1料液密度P =1100 kg / M3L热风入塔温度t =300C1料液入塔温度0 =20 C1产品平均粒径dp =125 口

2、 m加热蒸汽压力（表压） 0.4MPa年平均空气温度 12C产品密度 P =900kg / m3D热风出塔温度t =100C2产品出塔温度0 =90C2干物料比容热c =2.5kJ/（kg. C）m料液雾化压力（表压） 4MPa年平均空气相对湿度 70%注意：以上数据仅作为例子，每个学生设计时应按下表要求独立自选参数 3 个，并登记入点名册，所选参数完全一致的学生无效，上述示例数据不能选。自选参数料液处理量G，kg/h料液含水量3 , %1产品含水 量3, %热风入塔温度t , C1热风出塔温度t ,C2雾化角e自选范围20060040 901820030090 12040 60必选任选任选必

3、选三、课程设计应完成的工作1、通过查阅喷雾干燥有关资料，熟悉喷雾干燥基本原理、优点和工艺流程2、工艺计算3、主要设备尺寸的设计4、绘制工艺流程5、撰写课程设计说明书四、课程设计进程安排序号设计各阶段内容地点起止日期1布置课程设计内容与课题讲授教1-3196.22-6.232查阅喷雾干燥有关资料教1-3196.243工艺计算教1-3196.25-6.264主要设备尺寸的设计教1-3196.27-6.295绘制工艺流程教1-3196.306撰写课程设计说明书教1-3197.1-7.2五、应收集的资料及主要参考文献陈英南 刘玉兰主编. 常用化工单元设备的设计. 华东理工大学出版社 2005 年第一版

4、。发出任务书日期：2009年6月22日 指导教师签名：计划完成日期： 2009年7月2日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章：摘要物料在加工成为成品之前，必须除去其中超过规定的湿分。化学工业中常用 干燥法除湿，它是利用热能使湿物料中的水分汽化，并排出生成的蒸汽，以获得 湿含量达到要求的产品。干燥过程中物料表面的水汽压强必须大于干燥介质中的 水汽的分压，两者差别越大，干燥操作进行得越快。所以干燥介质应及时将汽化 的水汽带走，以维持一定的扩散推动力。喷雾干燥器是将溶液、浆液或悬浮液在热风中喷雾成细小液滴，液滴在下降 过程中，水分被迅速汽化而达到干燥目的，从而获得粉末状或颗粒状的干产品。 本文是设

5、计一个喷雾干燥装置以干燥某种物料悬浮液。干燥介质为空气，热源为 蒸汽和电；雾化器采用旋转型压力喷嘴，选用热风-雾滴（或颗粒）并流向下的 操作方式。本文就设计任务与要求，和所规定的工艺设计条件，在喷雾干燥器的原理， 优点和流程方面作了详细的描述，同时在工艺设计计算过程中有详细，严谨的计 算过程。主要针对的是物料、热量的衡算，喷雾干燥所需的时间，压力喷嘴主要 尺寸的确定和干燥塔主要尺寸的确定，在文章的最后绘制了喷雾干燥装置的流程 示意图。关键词：喷雾干燥器干燥塔 压力喷嘴一、工艺设计条件料液处理量G =340kg/h料液含水量3 =59% （湿基，质量分数） 产品含水量3=2%（湿基，质量分数）料

6、液密度P厶=1100kg/m3热风入塔温度t =245 C1料液入塔温度e =20 C1产品平均粒径dp=125卩m加热蒸汽压力（表压） 0.4MPa年平均空气温度 12C产品密度P =900kg/m3热风出塔温度 t =100C2产品出塔温度e =90C2干物料比容热c =2.5kJ/（kg.C）m2料液雾化压力（表压） 4MPa年平均空气相对湿度 70%注意：以上数据仅作为例子，每个学生设计时应按下表要求独立自选参数 3 个，并登记入 点名册，所选参数完全一致的学生无效，上述示例数据不能选。自选参数料液处理量G, kg/h料液含水量3 ,%1产品含水量3, %热风入塔温度t , C1热风出

7、塔温度 t2，C雾化角e自选范围20060040 901820030090 12040 60必选任选一任选一必选二、设计基本内容1设计任务与要求 设计一喷雾干燥装置以干燥某种物料悬浮液。干燥介质为空气，热源为蒸气和电；雾化 器采用旋转型压力喷嘴，选用热风-雾滴（或颗粒）并流向下的操作方式。2概述、原理、优点、流程（ 1 ）概述 喷雾干燥器是将溶液、浆液或悬浮液在热风中喷雾成细小液滴，液滴在下降过程中，水 分被迅速汽化而达到干燥目的，从而获得粉末状或颗粒状的干产品。（ 2）原理在干燥塔顶部导入热风，同时将料液泵送至塔顶，经过雾化器喷成雾状的液滴，这些液 滴群的表面积很大，与高温热风接触后水分迅速

8、蒸发，在极短的时间内便成为干燥产品，从 干燥塔底部排出。热风与液滴接触后温度显著降低，湿度增大，它作为废气由排风机排出， 废气中夹带的微粉用分离装置回收。物料干燥过程分为等速阶段和减速阶段两个部分进行。在等速阶段，水分蒸发是在液滴 表面发生，蒸发速度由蒸汽通过周围气膜的扩散速度所控制。主要的推动力是周围热风和液 滴的温度差，温度差越大蒸发速度越快，水分通过颗粒的扩散速度大于蒸发速度。当扩散速 度降低而不能再维持颗粒表面的饱和时，蒸发速度 开始减慢，干燥进入减速阶段。在减速 阶段中，颗粒温度开始上升，干燥结束时，物料的温度接近于周围空气的温度。 (3)优点：(a) 干燥速度十分迅速。料液经喷雾后

9、，表面积很大。在热风气流中热交换迅速，水分 蒸发极快，瞬间就可蒸发95%98%的水分，完成干燥的时间一般仅需540s左右。(b) 干燥过程中液滴的温度不高，产品质量较好。喷雾干燥使用的温度范围非常广(80 800C),即使采用高温热风，其排风温度仍不会很高。在干燥初期，物料温度不超过周围热 空气的湿球温度5060C，干燥产品质量较好，不容易发生蛋白质变化，维生素损失，氧 化等缺陷。对热敏性物料和产品的质量，基本上接近在真空下干燥的标准，防止物料过热变 质。(c) 产品具有良好的分散性，流动性和溶解性。由于干燥过程是在空气中完成的，产品 基本上能保持与液滴相近似的中空球状或疏松团粒状的粉末状，具

10、有良好的分散性，流动性 和溶解性。(d) 生产过程简化，操作控制方便。喷雾干燥通常用于处理湿含量40%60%的溶液， 特殊浆料即使湿含量高达 90%，也可不经浓缩，同样能一次干燥成粉状产品。大部分产品 干燥后不需要再进行粉碎和筛选，从而减少了生产工序，简化了生产工艺流程。产品的粒经， 松密度，水分，在一定范围内，可用改变操作条件进行调整，控制管理都很方便。(e) 防止发生公害，改善生产环境。由于喷雾干燥是在密闭的干燥塔内进行的，这就避 免了干燥产品在车间里飞扬。(f) 适宜于连续化大规模生产。喷雾干燥能适应工业上大规模生产的要求，干燥产品经 连续排料，在后处理上可结合冷却器和风力输送，组成连续

11、生产作业线。(g) 容易改变操错条件，控制或调节产品的质量指标。改变原料的浓度，热风温度等喷 雾条件，可获得不同水分和粒度的产品。(h) 可以满足对产品的各种要求。增加某些措施或运用操作上的灵活性，能制成不同形状(球形、粉末、疏松团粒)、性质(流动性、速溶性)、色、香、味的产品。(4) 流程常用喷雾干燥工艺流程：雾化一热气流中加热一水分蒸发干燥一气固分离一收集产品;主要构成：干燥器、雾化器、旋风分离器、卸料器、空气加热器、过滤器、风机和泵等 3工艺设计计算3.1 物料衡算 产品产量 G21 _31 - 0 59G =G X=340X=142.2(kg/h)21 1-31 - 0.022 水分蒸

12、发量 WW=G -G =340-142.2 = 197.8(kg/h)123.2 热量衡算 物料升温所需的热量 qmG c (e -e)q 2 m2 21mW142.2 x 2.5 x(90 - 20)= 125.88 (kJ/kg 水) 热损失 q根据经验取q, =210 (kJ/kg水) 干燥塔出口空气的湿含量 H212 _11 =-(q +q -C e )=(125.88 + 2104.186X20)=252.16H - Hm l W 121C为水的比热；4.186kJ/(kg C)WI , I2分别为空气进入干燥器前和离开干燥器时的热焓，kJ/kg干气； 12H , H2分别为空气进入

13、干燥器前和离开干燥器时的湿度，kg水/kg干气； 12根据年平均空气温度为12C，年平均空气相对湿度70%，查空气的IH图得H = H =0.006, I =320kJ/kg，任取=He =0.04，代入上式得:0 1 1 1I = Ie=320223.50X(0.040.006)=311.43 kJ/kg2根据HI图，查得H =0.078 （kg水/kg干空气）2 干空气的消耗量=2746.6 （kg 干空气/h）L_W =197.8H H =0.078 - 0.006213.3 雾滴干燥所需时间 汽化潜热 r 的确定 由I-H图查得空气入塔状态下的湿球温度t =54C，该温度下水的汽化潜热

14、r=W2400kJ/kg 导热系数入的确定平均气膜温度为（54+100） /2 = 77 C，在该温度下空气的导热系数入=3 X10 -5 KW/（m K） 初始滴径 d d 可由下式计算p 0p 0d =（匕 X 2 X1）1/3 d p0 P1 + Xpl2（X 表示溶液每千克干固体含湿量， X 表示干产品每千克干固体含湿量，） 12592由于X =1.44 （kg水/kg干物料），X2 = 矿0.0204kg水/kg干物料，9001 +1.44所以 d =（ X） 1/3 X 125 = 156 u mp01100 1 + 0.0204 雾滴临界直径 dd = d = 125u mpcp 雾滴临界湿含量 XCdP1PC ）3 3= dP1 - 0.59p0l可以下式计算1X = 1 一C 1 -311125。59- 1（吊）31000 = 0.36kg 水/kg 干料步换算成湿基湿含量：C =0.36/（1+0.36）=0.262，即含水量 26.2。C 空气临界湿含量 HC干燥第一阶段