喷雾干燥器设计计算

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1、工业大学课程设计任务书一、课程设计的容1 .设计任务与要求设计一喷雾枯燥装置以枯燥某种物料悬浮液。 枯燥介质为空气，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、流程通过查阅喷雾枯燥有关资料，熟悉喷雾枯燥根本原理、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G1 = 300kg / h料液含水量1=80%湿基，质量分数料液密度 L=1100kg/m3热风入塔温度3=300C料液入塔温度1=20 C产品平均粒径dp =125 m加热蒸汽压力表压0.4MPa年平均空气温度12C产品含水量 =2

2、%(湿基，质量分数)产品密度 D=900kg/m3热风出塔温度t2=100 C产品出塔温度2=90C干物料比容热Cm=2.5kJ/(kg. C)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，上述例如数据不能选。自选参数料液处理量Gi, kg/h料液含水量孙，产品含水量，%热风入塔温度L, c热风出塔温度 t2 , 雾化角9自选围20060040 901820030090 12040 60必选任I任I必选三、课程设计应完成的工作1、通过查阅喷雾枯燥有关资料，熟悉喷雾枯燥根本原理、优

3、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、课程设计进程安排在舁 厅P设计各阶段容地点起止日期1布置课程设计容与课题讲授教 1-3196.22-6.232查阅喷雾枯燥肩关资料教 1-3196.243工2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2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英南玉兰主编.常用化工单元设备的设计.华东理工大学2005年第一版发出任务书日期：2009年6月22日指导教师签名：方案完成日期： 2009年7月2日基

4、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。 化学工业中常用枯燥法除湿， 它是利用热能使湿物料中的水分汽化， 并排出生成的蒸汽， 以获得湿含量到达要求的产品。 枯燥过程中物料外表的水汽压强必须大于枯燥介质中的水汽的分压， 两者差异越大， 枯燥操作进展得越快。 所以枯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。喷雾枯燥器是将溶液、 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，水分被迅速汽化而到达枯燥目的，从而获得粉末状或颗粒状的干产品。本文是设计一个喷雾枯燥装置以枯燥某种物料悬浮液。 枯燥介质为空气， 热源为蒸汽和电；雾化器

5、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，在喷雾枯燥器的原理，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，喷雾枯燥所需的时间，压力喷嘴主要尺寸确实定和枯燥塔主要尺寸确实定， 在文章的最后绘制了喷雾枯燥装置的流程示意图。关键词： 喷雾枯燥器枯燥塔压力喷嘴一、工艺设计条件料液处理量 G 1 = 340kg/h料液含水量-1 = 59%湿基，质量分数产品含水量3 =2%(湿基，质量分数)料液密度p L=1100kg/m热风入塔温度t1=245C料液入塔温度。1 =20

6、C产品平均粒径dp=125 m加热蒸汽压力表压0.4MPa年平均空气温度12C产品密度P D=900kg/m热风出塔温度t2=100C产品出塔温度。2 =90C干物料比容热 Cm2=2.5kJ/(kg. - C )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，上述例如数据不能选。自选参数料液处理量G1, kg/h料液含水量3，产品含水量3 , %热风入塔温度t1, c热风出塔温度 t 2 , 雾化角0自选围20060040 901820030090 12040 60必选任氏-任

7、必选二、设计根本容1 .设计任务与要求设计一喷雾枯燥装置以枯燥某种物料悬浮液。枯燥介质为空气，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概述液滴在下降过程中， 水喷雾枯燥器是将溶液、 浆液或悬浮液在热风中喷雾成细小液滴, 分被迅速汽化而到达枯燥目的，从而获得粉末状或颗粒状的干产品。2原理在枯燥塔顶部导入热风， 同时将料液泵送至塔顶， 经过雾化器喷成雾状的液滴， 这些液滴群的外表积很大， 与高温热风接触后水分迅速蒸发， 在极短的时间便成为枯燥产品， 从枯燥塔底部排出。 热风与液滴接触后温度显著降低， 湿度增大， 它作为废气由

8、排风机排出，废气中夹带的微粉用别离装置回收。物料枯燥过程分为等速阶段和减速阶段两个局部进展。 在等速阶段， 水分蒸发是在液滴外表发生， 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外表的饱和时，蒸发速度开场减慢，枯燥进入减速阶段。在减速阶段中，颗粒温度开场上升，枯燥完毕时，物料的温度接近于周围空气的温度。 3 优点：(a) 枯燥速度十分迅速。料液经喷雾后，外表积很大。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，完成枯燥的时间一般仅需5

9、40s左右。(b)枯燥过程中液滴的温度不高，产品质量较好。喷雾枯燥使用的温度围非常广80800 ，即使采用高温热风，其排风温度仍不会很高。在枯燥初期，物料温度不超过周围热空气的湿球温度5060C,枯燥产品质量较好，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， 根本上接近在真空下枯燥的标准， 防止物料过热变质。产品具有良好的分散性，流动性和溶解性。由于枯燥过程是在空气中完成的，产品根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。喷雾枯燥通常用于处理湿含量40%60%的溶液，特殊浆料即使湿

10、含量高达90，也可不经浓缩，同样能一次枯燥成粉状产品。大局部产品枯燥后不需要再进展粉碎和筛选， 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，在一定围，可用改变操作条件进展调整，控制管理都很方便。(e) 防止发生公害，改善生产环境。由于喷雾枯燥是在密闭的枯燥塔进展的，这就防止了枯燥产品在车间里飞扬。(f) 适宜于连续化大规模生产。喷雾枯燥能适应工业上大规模生产的要求，枯燥产品经连续排料，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

11、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)流程常用喷雾枯燥工艺流程：雾化一热气流中加热一水分蒸发枯燥一气固别离一收集产品；主要构成：枯燥器、雾化器、旋风别离器、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G2G2=G1x 1- =340X 1 0.59 = 142.2(kg/h) 1 21 0.02水分蒸发量WW= G1-G2 =340-142.2= 197.8(kg/h)3.2 热量衡算物料升温所需的热量qm125.88 (kJ/kg 水)197.8G2 cm282 0

12、1)_ 142.2 2.5 (90 20)热损失ql根据经历取ql=210kJ/kg水枯燥塔出口空气的湿含量H2-=(qm+ql Cw 6)= (125.8升210 4.186X20)= 252.16Cw为水的比热；4.186kJ/(kgC)I 1 , I2分别为空气进入枯燥器前和离开枯燥器时的热燃，kJ/kg干气；Hi, H2分别为空气进入枯燥器前和离开枯燥器时的湿度，kg水/kg干气；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I-H图得H 0= H 1=0.006, I1=320kJ/kg ,任取 H i = H e =0.04,代入上式得:I 2= I e =320

13、 223.50X (0.04-0.006)=311.43 kJ/kg根据H I图，查得H 2 = 0.078 kg水/kg干空气干空气的消耗量W197.8L=2746.6 (kg 干空气/h)H2 Hi 0.078 0.0063.3 雾滴枯燥所需时间 汽化潜热r确实定 由I-H图查得空气入塔状态下的湿球温度tW =54C,该温度下水的汽化潜热r=2400kJ/kg 导热系数入确实定平均气膜温度为54+100/2=77C,在该温度下空气的导热系数入=3X10 5 KW/(m - K) 初始滴径dp。 dp。可由下式计算d po =三XPl1 X11 X21 /3. dpX1表示溶液每千克干固体含

14、湿量，X 2表示干产品每千克干固体含湿量，由于 X =59 = 1.44kg水/kg 干物料,X? =-2 =0.0204kg水/kg 干物料, 4198所以dp =900、, 1 1.44x11001 0.02041/3 X 125= 156 叩雾滴临界直径dpcdpc=dp = 125 m雾滴临界湿含量Xc可以下式计算Xc = - 5- 1-如3 =一1 0.59- 1-3X1 3dp0 Pi 1 0.591561000 = 0.36kg水/kg 干料1100进一步换算成湿基湿含量：CC =0.36/(1+0.36)=0.262,即含水量26.2%。空气临界湿含量H c枯燥第一阶段水分蒸发

15、量为W1 = 340X 0.41 X (59/41 0.36)=151.04kg/hH C =0.006+204.91/3571=0.0610 kgK/kg 干气 空气临界温度tc 查 I-H 图得 tC = 135C传热温度差 恒速阶段传热温度差 (t1 01) (tctW) t1 =1I t101ln (245 20) (135 54)= 140.9 ,245 20 ln135 54降速阶段传热温度差 t2_ (tCtW) (t22)t202(135 54) (100 90)=33.9C,135 54 ln 100 90雾滴的枯燥时间p2. 2、丫 P L(d po d pc) T =8人

16、Ai 2+ 丫 PDd PC (Xc12入 At2X2)24 00 1100 (1.652 1.252) 10 8T =T7b8 3 10 5 140.92400 900 1.252 10 8 (0.36 0.0204)12 3 10 5 33.9= 1.61s 3.4压力喷嘴主要尺寸确实定 为了使塔径不致过大，根据经历选取雾化角8= 58 ,由A 8关联图查得A =2.0当A =2.0 ,查C0A关联图得流量系数 C = 0.28喷嘴孔径的计算，由式可得Q为流量Qd 0 : 2 ,Q 兀 C02zP/pl1/2=2 340/(1100 3600)3.14 0.282 4 106/11001/

17、2=2.14X10 3m圆整后取d 0 =3mm喷嘴其他主要尺寸确实定选矩形切线入口通道2个，根据经历取b=1.2mm,2R/b=8 ,即 R=4.8mm,圆整R=5mm,即旋转室直径为 10mm因为对于矩形通道液体旋转半径R1 =R-b/2=5-1.2/2=4.4mm ,所以由式可求出矩形切线入口通道高度h:h=冗rRr。2bAR11/2 冗 1.5 5 =x I1.51.2 1.54.42.86mm3喷嘴孔半径取 h = 3mm校核喷嘴的生产能力:由于A=冗r0R2bh R1/2 冗 1.5 5=x I1.52 1.2 34.41/2 = 1.910圆整后，A根本不变，不必复算，可以满足设

18、计要求。空气心半径rc由下式计算出几何特性参数 A:. r0Ru 1.5 5 c crA=, =3.272bh 2 1.2 3利用Aa关联图图6-21可查得a=0.43,因此 %=入 1a =1.5X、1 0.43 = 1.132mm 喷嘴出口处液膜速度的计算喷嘴出口处液膜喷出平均速度0 ,径向分速度X,轴向分速度y分别为Q :340/(3600 1100)Mr2。 r2c) 一冗(1.52 1.132) 10 6= 28.26m/s叫=coo sin&2= 28.26X sin58/2= 13.7m/s叫=coo cos &2= 28.26X cos58/2= 24.7m/s3.5枯燥塔主要

19、尺寸确实定塔径的计算塔空气的平均温度为100+300/2 = 200C,该温度下空气的动力粘度以a0.0260mPa: s,空气白密度 p a = 0.746kg/m3A、根据径向分速度x,计算出P=0时的雷诺数Re0d P03 x PaRe0 =二 一 42 1013.7 0.74630.0260 10= 61.5即在 Re =Re0 时，以=13.7 m/s, Re =61.5,=0B、取一系列 Re1 =100, Re2 =50，Ref =0.5,利用式 x =Re和式 P = Dw P ad 24A dR求出相应的雾滴水平飞行速度及相应的停留时间3 Na如取Re =50,与Re =50

20、对应的雾滴飞行速度为一！1a-%=Re =50Xd POP a_ _ 20.0260 10 441.56 100.746=11.15m/s利用图Re与孤2 /RT姻?列线图得e己Re55A=f 2010 -dRey-/ 24905 -dRe2=2.22X 10 2 -1.10X 10 2 =1.12X 10 2E Re Re相应的停留时间为2T 必Ad = 1.12X 10 2X 3 54 (1.56 10 4)2 11003 0.0260 10= 5.69X 10 2s其余各组计算结果列于表表1 P处间关系计算结果Re2 105 dReRe k2 105 dRe 1Re0KT ,S!1aco

21、x = Rea =0.173 Re/m Dw P a1-s149.5(1.12 1.10)X1(T 2 =0033.33250(2.22 1.10)X1(T 2 =21.12X 10 20.056911.14825(3.24 1.10)X1(T 2 =-22.14X 100.10865.57415(4.35 1.10)X1(T 2 =-23.25 X 100.1653.34410(5.25 1.10)X1(T 2 =，一一一24.15X 10 20.21072.2308(5.76 1.10)X1(T 2 =24.66X 10 20.23661.7846(6.57 1.10)X1(T 2 =_

22、一一一25.47X 100.27771.3384(7.70 1.10)X10 2 =-26.60X 100.33510.8922-2(10.20 1.10) X 10 二2= 9.10X 100.4620.4461(12.4 1.10)X1(T 2 =211.3X 10 20.57370.2230.5(15.2 1.10)X1(T 2 =214.1 X 10 20.71580.111C、以为横坐标，4为纵坐标画出西关系曲线如图1,由图解积分得:S= 0 0.318 coxdr M.012mT CO X关系曲线355 0 度速行飞00.20.40.60.8停留时间。（s）采用梯形法作图解积分：横

23、轴，每隔 0.02 取一点:X0,X1,X2Xn-1,Xn,即 X1X0=X2X1 =Xn Xn-1=h。但最后一格取为0.018故需另列一项。从图上读出与X相应的Y值，即Y0,Y1,Y2,Yn-1,Yn于是，积分值S= / 0.318 %d=hY0/2+Y1+Y2+ +Yn-1/2+h (Yn-1+Yn)/2=0.0231.62/2+14.15+6.7+4.1+2.75+1.81+1.34+0.94+0.75+0.59+0.48+0.4+0.35+0.3+0.26+0.23+0.018X(0.23+0.11)/2=1.012那么，塔径为 D=2S= 2X1.012= 2.023m圆整取D=2

24、.1m塔高的计算A、降速运动时间雾滴的下降距离 H 1的计算i、根据初始轴向分速度y = 24.72m/s,计算出Re。:dp03 yPaRe0=仙a1.56 104 24.72 0,7463二 2133 z4g Padp(pL3 KPa) _ 4 9,810.746(3 10 4)3 (1100 0.746)3 (0.0260 10 3)2= 428.40.0260 10由于（|）=R2f ,因此根据图Re与e / R105dR)查得Ref =10.2,并由Re0 =e0Re213可查得OR2。=3.2X 104=0.0361X 10 3同样取一系列雷诺数Re1 =200, Re2=100，

25、Ref=3.9,由图Re与孤2 / R 005 d四出查得相应的-R22,尽R；2,，-R2f ，再计算出对应-17值，结果歹I R；0 小于表1表2 Re与，1 , , Uy及一的关系2R；小Re1X 10 3 七Re小uy =M a Re/md PP a1 sT/sJ.24d pPlr Re0dRRe 己 Re23a389830000.012167.790300575000.017352.280.00296200310000.032434.850.00858150200000.050326.140.0162100110000.092017.430.03585037000.2808.7130

26、.0845209801.173.4850.197104103.531.7430.398517620.40.87130.8783.9126.9一0.6796ii、以Re为横坐标，一2为纵坐标画图，可得到图2 R；。Re-iii、由 Rei=200,计算出 3yi =34.85m/s,根据图 Re 与 Re/2 105Re0389dR3002七Re小,从而可计算出停留时间：p=工3祖a389 dRR一二2.96X 10 3七Re6类似可求出各相应停留时间，可见雾滴减速运动所需时间为r =0.878siv、由表2的叫，p数据作曲线，如图2,由图解积分可得雾滴减速运动的下降距离为 Hi =/ ：878

27、 叫 dz= 3.95m如以下图3时间T ( S)B、等速运动时间雾滴的下降距离 H2的计算上述已算出小=&R；f =126.9,由图查得Ref =3.9,所以雾滴的沉降速度:Ma= 3.9X_ _ 20.0260 10d P Pa2 10 4 0.746= 1.185m/s雾滴等速运动时间p =p p七61 0.87况 0.735s等速运动时间雾滴的下降距离 H2H2 = cotX- =1.185X 0.735= 0.87mC、塔的有效高度HH=H 1 +H 2 =3.95+0.87= 4.82m,圆整后取 H=4.9m工艺设计计算结果汇总表通过上述计算，设计计算结果汇总于表 3表3工艺计算结果汇总表名称数值物料处理量kg h 1340蒸发水分量kg h 1198枯燥产品量kg h 1142.2空气需用量kg干空气1 h 12747雾化器孔径mm3枯燥塔直径m2.1枯燥塔后效高度m4.94.绘制喷雾枯燥装置流程示意图参考书英南玉兰主编.常用化工单元设备的设计.华东理工大学2005年第一版