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1、喷雾干燥器的设计一、概述（一）喷雾干燥的原理喷雾干燥是将溶液、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，从而获得粉末或颗粒状的产品。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。（二）喷雾干燥的特点1. 喷雾干燥的优点主要是：（1）干燥速度快。（2）产品具有良好的分散性和溶解性。（3）生产过程简化，操作控制方便。（4）产品
2、纯度高，生产环境好。（5）适宜于连续化大规模生产。2. 喷雾干燥的缺点有：（1）低温操作时，传质速率较低，热效率较低，空气消耗量大，动力消耗也随之增 大。（2）从废气中回收粉尘的设备投资大。（3）干燥膏糊状物料时，干燥设备的负荷较大。二、工艺设计条件干燥物料为悬浮液，干燥介质为空气，热源为蒸汽和电；雾化器采用旋转型压力式喷嘴选用热风雾滴并流向下的操作方式。具体工艺参数如下：料液处理量 G = 330kg / h1料液含水量 w = 80% （湿基）；1料液密度P = 1100 kg / m3 ；1热风入塔温度t = 300C ；1料液入塔温度e = 20c ；1产品平均粒径d = 125卩m
3、；2加热蒸汽压力（表压） 0.4MPa年平均温度12C；产品含水量 w = 2% （湿基）2产品密度 P =900kg/m32热风出塔温度 t =100C2产品出塔温度 e =90C2产品比热容c = 2.5kJ /（kg c ）2 料液雾化压力（表压） 4MPa 年平均相对湿度 70%三、干燥装置流程干燥装置采用开放式流程。热风在系统中使用一次，经袋滤器除尘后，就排入大气中, 不再循环使用。工艺流程图艮|-X严“-：-211料液贮罐 2料液过滤器 3截止阀 4隔膜泵 5稳压罐6空气过滤器 7鼓风机 8翅片式加热器 9电加热器10干燥塔 11星形卸料阀12旋风分离器 13雾化器14袋滤器 15
4、碟阀 16引风机 17消音器图1喷雾干燥装置工艺流程示意图五、工艺设计计算（一）物料衡算1.绝干物料流量GG = G (1 - w ) = 330(1 - 80%) = 66kg / h1 12.产品产量G2G (1 - w )330(1 80%)=11 = 67.3kg / h1-w1-2%23.水分蒸发量WW = G G = 330 67.3 = 262.7kg / h1 2（二）热量衡算1. 物料升温所需热量 qq = G2c2 Q-e1)= 23 x 泓0 一 2) = 44.8kj /kg水 mw262.72.汽化1kg水的热损失ql q按经验公式q =巴譽计算a干燥塔表面对周围空气
5、的传热系数,a二33.4 + 0.21twt干燥塔外表面温度，取t二40Cwwa 二 33.4 + 0.21 x 40 二 41.8kJ /C2 C - JF干燥塔散热面积，取F = 30m2At壁温-室温，At = 40 12 = 2Ca FAt 41.8 x 30 x 28.q = 133.6kJ / kg 水1 W262.73干燥塔出口空气的湿度H2II 1二=1=CH H H H2 1 1根据热量衡算+ q )+ c e =-(133.6 + 44.8)+ 4.187 x 20 = 94.7 kJ / kg水l m w 1即：=94.7，为一直线方程HH1根据给出的工艺设计条件，t =
6、 12C，p = 70%，由湿空气的H-I图查出，0H = H = 0.006kg水/ kg绝干气。当t = 300C时，由湿空气的H-I图查出， 1 0 1I = 320kJ / kg绝干气。任取H = 0.05kg水/ kg绝干气，则1I = 94.7 x （0.05 0.006）+ 320 = 315.8kJ / kg绝干气连结点A（H = 0.006kg水/ kg绝干气，1= 320kJ / kg绝干气）和点11B（H = 0.05kg水/ kg绝干气，1 = 315.8kJ / kg绝干气），并延长与t = 100C线相交于点2D,点D就是出口空气状态点。由H-I图查出，H = 0.
7、073kg水/kg绝干气。4. 空气消耗量绝干空气的消耗量为0.00610.050.07320.063Hl=320kJ/kg 绝干气t =54Cwt=300C图2H 2 求解过程示意图H - H0.072627丽=3921kg / h21实际空气消耗量为L = L（1）6）= 3944kg / h0（三）雾滴干燥所需时间1. 雾滴临界含水量 XC物料在干燥塔进出口处的干基含水量分别为X=1wi1 一 w1得=4kg水他绝干料w2 2%=0.020kg水/ kg绝干料 1 一 w 1 一 2%2d pc =1d11 + XX2p 1 + X211100 1 + 0.020X 9001+413 =
8、 0.63d液滴临界滴径，d = d = 125pmc c 2d 初始液滴滴径1 即在恒速干燥阶段液滴体积收缩了37% 液滴在恒速干燥阶段由于收缩而减小的体积为-L 3 (0.63d)3 L 0.75 竺36 6除去的水分质量为-d30.75- p6 w剩余的水分质量为型(0.80p 0.75p )61w竺(0.80p 0.75p )6 1 wx 0.20 p6临界含水量为0.75p0.75x1000=4 w = 4 = 0.59kg 水 / kg 绝干料0.20 p0.20 x 110012. 初始滴径 d1d由一-=0.63 d1|缶=牆=19沖3. 汽化潜热 r热空气入塔温度ti = 3
9、0C 湿度Hi = 0.006kg /kg绝干气由湿空气H-1图查出,热空气入塔状态下的湿球温度t二540，查手册得水在54C的汽化潜热r = 2369kJ /kg。 w4. 导热系数九54 +100 十平均气膜温度为 2 = 77C查手册得空气在77C下的导热系数九二3 x 10-5 kW /(mC)5. 恒速阶段物料表面温度即空气的绝热饱和温度t ，可以取空气入塔状态下的湿球温度taswt 二 t 二 54Cas6. 空气临界温度 t c恒速阶段的水分蒸发量为W 二 G（X - X ）= 66（4 - 0.59）= 225.1kg /h1 1 c空气的临界湿度为0L225.1=.006+聞
10、=祗盹水%绝干气在H-I图中，过H作垂线，与AD交于点C,点C温度即为空气临界温度t，由H-Icc查出=125C7-雾滴在恒速阶段的干燥时间T 1恒速阶段热空气与液滴的温度变化空气：300C t 125C 液滴：20C t 54C平均推动力为At =(300 - 20)-(125 - 54)= 152.3C1300- 20In125 54rpC d 2) 2369x 1100.98x 10-4)-(.25x 10-4)1 1c = 1.68s8XAt18 x 3 x 10-5 x 152.38.雾滴在降速阶段的干燥时间t2降速阶段热空气与物料的温度变化 空气： 125C t100C 物料： 5
11、4C t 90C 平均推动力为At2(125 - 54)-(100 - 90)=31.1C125-54In100 90rd 2p (X - X )T = c 2 c=212九At29.雾滴干燥所需时间T2369x(.25x 10-4x900心59-0.020)= 1.70s12 x 3 x 10 -5 x 31.1T = T + T = 1.68 + 1.70 = 3.38 s12（四）压力喷嘴主要尺寸的确定1. 雾化角0为了了使塔径不致过大，根据经验，选取0 = 49。2. 流量系数 C00= 49。，由0与A的关联图查出，喷嘴结构参数A = 1.0oA = 1-0，由 A与Co的关联图查出
12、,流量系数=045。3. 喷嘴孔径 d02Ap3301100 x 3600=2.17 x 10-62 x 4 x 1060.45 x1100兀 由 F = Jdo2：4 F；4 X 2.17 X10 -6 = 1.66 X10 - 3 m3.14圆整，取 d = 2mm 。04. 喷嘴旋转室尺寸喷嘴孔半径取1mm，即r0 = 1mm选用矩形切向通道，切身通道宽度取1.2m m,即b = 1.2mm 旋转室直径为10m m,则半径R = 5 mm= 4.4 mmn r R r由 A = 2bh 及 A =04 = 1.0由 1A R1 x 1A nr R i r3.14x 1 x5 | 1-h
13、= =04 = 3.12mm2b 2bA R2 x 1.2 x 1.0 4.4“ 1圆整，取 h = 3.0mm5. 核算喷嘴的生产能力d 0和经圆整后兀r R I1 r 3.14 x 1 x 5 i 1 A = o r =2bhR 2 x 1.2 x 3.0 4.4i i=1.04与原A二1.0很接近，不必复算，可以满足设计要求。6. 空气心半径rC,兀r RA = =2bh3.14 x 1 x 52 x 1.2 x 3.0A = 2.18，由a与A的关联图查出，a= 0.47cr = r V1 -a = 1 x v 1 - 0.47 = 0.73mmc 07. 喷嘴出口处液膜速度u及其分速度u、u0xy兀0c3303.14 xC001x3Z00732) = 56.8m / S9液膜与轴线成怎角喷出，u可分解成径向速度u和轴向速度u2xy949。u = u - sin = 56.8 x sin= 23.6m/sx 0 2 2949u = u - cos = 56.8 x cos=
