喷雾干燥器设计计算(共15页)

精选优质文档-倾情为你奉上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300料液含水量80（湿基，质量分数） 产品含水量=2%(湿基，质量分数)料液密度=1100 产品密度=900热风入塔温度 t300 热风出塔温度t=100料液入塔温度=20 产品出塔温度90产品平均粒径=125m 干物料比容热=2.5kJ/(kg.·) 加热蒸汽压力（表压）0.4MPa 料液雾化压力（表压）4MPa年平均空气温度12 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，产品含水量，%热风入塔温度 t，热风出塔温度t ，雾化角自选范围2006004090182003009012040°60°必选任选一任选一必选三、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。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 G340kg/h料液含水量59（湿基，质量分数） 产品含水量=2%(湿基，质量分数)料液密度=1100kg/m 产品密度=900kg/m热风入塔温度 t245 热风出塔温度t=100料液入塔温度=20 产品出塔温度90产品平均粒径dp=125m 干物料比容热c=2.5kJ/(kg.·)加热蒸汽压力（表压）0.4MPa 料液雾化压力（表压）4MPa年平均空气温度12 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，产品含水量，%热风入塔温度 t，热风出塔温度t，雾化角自选范围2006004090182003009012040°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，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9598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（80800），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5060，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4060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：雾化热气流中加热水分蒸发干燥气固分离收集产品；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GGG×340×142.2 (kg/h) 水分蒸发量WWGG340-142.2197.8(kg/h)3.2热量衡算 物料升温所需的热量qq125.88 (kJ/kg 水) 热损失q根据经验取q210（kJ/kg 水） 干燥塔出口空气的湿含量H(qqC)(125.882104.186×20)252.16C为水的比热；4.186kJ/(kg·)I，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；H，H2分别为空气进入干燥器前和离开干燥器时的湿度，kg水/kg干气；根据年平均空气温度为12，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HH=0.04，代入上式得：I= I=320223.50×(0.040.006)=311.43 kJ/kg根据HI图，查得H0.078（kg水/kg干空气） 干空气的消耗量L=2746.6 (kg干空气/h)3.3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=54，该温度下水的汽化潜热r2400kJ/kg 导热系数的确定平均气膜温度为（54+100）/277，在该温度下空气的导热系数3×10KW/(m·K) 初始滴径d d可由下式计算d（×）·d （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，）由于X1.44（kg水/kg干物料），X=0.0204kg水/kg干物料，所以d（×）×125156m 雾滴临界直径ddd125m 雾滴临界湿含量X 可以下式计算X11（）0.591（）×0.36kg水/kg干料进一步换算成湿基湿含量：C0.36/(1+0.36)=0.262，即含水量26.2。 空气临界湿含量H干燥第一阶段水分蒸发量为W1340×0.41×(59/410.36)=151.04 kg/hH=0.006+204.91/3571=0.0610 kg水/kg干气 空气临界温度t查I-H图得t135 传热温度差恒速阶段传热温度差t140.9 降速阶段传热温度差t33.9 雾滴的干燥时间1.61（s）3.4 压力喷嘴主要尺寸的确定 为了使塔径不致过大，根据经验选取雾化角58°，由A关联图查得A2.0 当A2.0 ，查CA关联图得流量系数C0.28 喷嘴孔径的计算，由式可得（Q为流量）d222.14×10m圆整后取d3mm 喷嘴其他主要尺寸的确定。选矩形切线入口通道2个，根据经验取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R=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（）（）×（）2.86mm （0喷嘴孔半径）取h3mm 校核喷嘴的生产能力：由于A（）（）×（）1.910圆整后，A基本不变，不必复算，可以满足设计要求。 空气心半径r 由下式计算出几何特性参数A：A3.27利用Aa关联图（图6-21）可查得a=0.43，因此rr1.5×1.132mm 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，径向分速度，轴向分速度分别为28.26m/ssin（/2）28.26×sin（58/2）13.7m/scos（/2）28.26×cos（58/2）24.7m/s3.5干燥塔主要尺寸的确定 塔径的计算塔内空气的平均温度为（100+300）/2200，该温度下空气的动力粘度0.0260mPa.·s，空气的密度0.746kg/mA、根据径向分速度，计算出0时的雷诺数RR61.5即在R R 时，13.7 m/s, R =61.5, =0B、取一系列R =100, R =50, R=0.5,利用式R和式4A 求出相应的雾滴水平飞行速度及相应的停留时间如取R=50,与R50对应的雾滴飞行速度为R50×11.15m/s利用图R与R列线图得 A2.22×101.10×101.12×10相应的停留时间为4A1.12×10×5.69×10s其余各组计算结果列于表 表1 间关系计算结果R，sR0.173 R/m·s149.550251510864210.5(1.121.10)×100(2.221.10)×101.12×10(3.241.10)×102.14×10(4.351.10)×103.25×10(5.251.10)×104.15×10(5.761.10)×104.66×10(6.571.10)×105.47×10(7.701.10)×106.60×10(10.201.10)×109.10×10(12.41.10)×1011.3×10(15.21.10)×1014.1×1000.05690.10860.1650.21070.23660.27770.33510.4620.57370.715833.33211.1485.5743.3442.2301.7841.3380.8920.4460.2230.111C、以为横坐标，为纵坐标画出关系曲线如图1，由图解积分得：Sd1.012m图1采用梯形法作图解积分：横轴，每隔0.02取一点:X0,X1,X2Xn-1,Xn,即X1X0=X2X1=XnXn-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Sd=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+0.23/2+0.018×(0.23+0.11)/2=1.012那么，塔径为D2S2×1.0122.023m圆整取D2.1m 塔高的计算A、降速运动时间内雾滴的下降距离H的计算i、根据初始轴向分速度24.72m/s，计算出R：R213428.4由于R，因此根据图R与R 查得R10.2，并由R213 可查得R3.2×10，那么0.0361×10同样取一系列雷诺数R=200, R=100, R=3.9,，由图R与R 查得相应的R，R，R ，再计算出对应值，结果列于表 表2 R与，u及的关系RR×10u=R/m·s/s38930020015010050201053.983000575003100020000110003700980410176126.90.01210.01730.03240.05030.09200.2801.173.5320.467.7952.2834.8526.1417.438.7133.4851.7430.87130.679600.002960.008580.01620.03580.08450.1970.3980.878ii、以R为横坐标，为纵坐标画图，可得到图2iii、由R=200，计算出34.85m/s，根据图 R与R可求得，从而可计算出停留时间：=2.96×10 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=0.878s iv、由表2的 , 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H dz3.95m如下图3B、等速运动时间内雾滴的下降距离H的计算上述已算出R=126.9，由图查得R3.9，所以雾滴的沉降速度：R3.9×1.185m/s雾滴等速运动时间 1.610.8780.735s等速运动时间内雾滴的下降距离HH×1.185×0.7350.87mC、塔的有效高度HHHH3.95+0.874.82m，圆整后取H4.9m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）340蒸发水分量（kg·h）198干燥产品量（kg·h）142.2空气需用量（kg干空气h）2747雾化器孔径（mm）3干燥塔直径（m）2.1干燥塔有效高度（m）4.94. 绘制喷雾干燥装置流程示意图参考书陈英南 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年第一版专心-专注-专业