喷雾干燥设计

1、一、一、概述概述1、简介简介化学工业化学工业：塑料、树脂等，：塑料、树脂等，洗衣粉最早使用洗衣粉最早使用食品工业食品工业：奶粉，调味品：奶粉，调味品速溶：粒子开始时被水所润湿，然后沉没至水中并最后溶解速溶：粒子开始时被水所润湿，然后沉没至水中并最后溶解。影响速溶的性质：润湿性，沉没性分散性，溶解度。影响速溶的性质：润湿性，沉没性分散性，溶解度。医学和生物化学医学和生物化学：抗生素，酶，维生素，血浆等：抗生素，酶，维生素，血浆等在喷雾干燥之前，总是需要将牛奶用蒸发方法浓缩到在喷雾干燥之前，总是需要将牛奶用蒸发方法浓缩到40%50%的固含量，因为在蒸发器中蒸发水约比在喷雾干燥器的固含量，因为在蒸发

2、器中蒸发水约比在喷雾干燥器中蒸发水便宜十倍。中蒸发水便宜十倍。鲜奶的主要成分：鲜奶的主要成分：水分：水分：87%88%，总乳固体：，总乳固体：12%13%其中：脂肪其中：脂肪3.4%3.8%，蛋白质，蛋白质3.3%3.5%，乳糖，乳糖4.6%4.7%，无机盐，无机盐0.7%0.75%日处理为鲜奶，日处理可以每天日处理为鲜奶，日处理可以每天23班，每班班，每班810小时。小时。2、喷雾干燥的原理：、喷雾干燥的原理：喷雾干燥喷雾干燥：将溶液、乳浊液、悬浮液或浆料在热风中喷雾成细小的液滴将溶液、乳浊液、悬浮液或浆料在热风中喷雾成细小的液滴，在它下落过程中，水分被蒸发而形成粉末状或颗粒状的产，在它下落

3、过程中，水分被蒸发而形成粉末状或颗粒状的产品。品。物料干燥分物料干燥分等速和降速等速和降速阶段两个部分进行。阶段两个部分进行。图图61喷雾干燥示意图喷雾干燥示意图3 3、喷雾干燥的特点：、喷雾干燥的特点：优点优点：干燥速度快干燥速度快干燥过程中液滴的温度较低干燥过程中液滴的温度较低产品具有良好分散性和溶解性产品具有良好分散性和溶解性生产过程简化，操作控制方便生产过程简化，操作控制方便产品纯度高，生产环境好产品纯度高，生产环境好适宜于连续化大规模生产适宜于连续化大规模生产缺点缺点：当热风温度较低（低于当热风温度较低（低于150150）时，传质速率较低）时，传质速率较低从废气中回收粉尘的分离设备要

4、求高从废气中回收粉尘的分离设备要求高对一些膏糊状物料，干燥时需要加水稀释对一些膏糊状物料，干燥时需要加水稀释二、喷雾干燥方案的选定二、喷雾干燥方案的选定1、干燥装置流程：、干燥装置流程：开放式开放式封闭循环式封闭循环式是对加热介质的利用而言是对加热介质的利用而言选择空气为加热介质，采用开放式流程选择空气为加热介质，采用开放式流程自惰循环式自惰循环式2、干燥器内热空气和雾滴的流动方向、干燥器内热空气和雾滴的流动方向并流并流逆流逆流混合流混合流并流操作的优点是其允许的进并流操作的优点是其允许的进口空气温度比其它形式的操作要高。口空气温度比其它形式的操作要高。3 3、雾化器形式、雾化器形式气流式，旋

5、转式，压力式气流式，旋转式，压力式压力式喷嘴的工作原理示意图压力式喷嘴的工作原理示意图压力式使用较多压力式使用较多三、工艺计算三、工艺计算1、物料衡算、物料衡算)HH(V)XX(Gwc1221 )x(G)x(GGc221111 1111xxX 2212xxX 注意注意：鲜奶的含水量为：鲜奶的含水量为8888% %，实际进入喷雾干燥器的应为浓奶，实际进入喷雾干燥器的应为浓奶（含水（含水5050% %6060% %） 2、热量衡算、热量衡算所需加热蒸汽量所需加热蒸汽量 (r(r为所选择的蒸汽对应的汽化热为所选择的蒸汽对应的汽化热)tt)(HCC(V)II(VQpvpg01101 予予rQD予予 损

6、损予予QQQQQ 321)ctcr(WQpLpv1201 )ctcr)(HH(VpLpv12012 2122pmcc )(GQ 22XcccpLpspm )tt)(Hcc(VQpvpg0213 Q损损=10%=10%Q1损损予予QQQQQ 321HVV )t)(H.(H27310564108320033 m3/h注意：夏天，冬天两个值都必须算，取注意：夏天，冬天两个值都必须算，取V大做以后计算。大做以后计算。 求得求得V 物料衡算物料衡算 H2根据根据H2,设计的设计的t2求求j j2，必须满足，必须满足 jj11% %13%，否则重新设定，否则重新设定t2值。值。 3、雾化器的主要尺寸计算、

7、雾化器的主要尺寸计算d0-喷嘴直径，喷嘴直径，R- -旋律室半径，旋律室半径，入口为圆形：入口为圆形：din;入口为矩形：入口为矩形：h, ,b计算步骤计算步骤：1、选定雾化器选定雾化器（55 55 6060），喷嘴切向入口断面形状），喷嘴切向入口断面形状2、利用图利用图6-226-22由由求喷嘴结构参数求喷嘴结构参数A3、利用图、利用图6-20由由A查得查得cD求得求得d0加以圆整加以圆整 pDFcV 22041dF 4、矩形入口：根据、矩形入口：根据h/ /b= =1.33,2,2R/ /b= =630, ,选定选定R, ,b由由 R1=R-b/2算得算得A1(A1-全部入口通道总面积全部

8、入口通道总面积) )一个矩形入口：一个矩形入口：A1=bh,两个矩形入口：两个矩形入口：A1=2bh计算得计算得h。211010/RrARr)(A 5、圆整、圆整d0,h后核算生产能力后核算生产能力 211010/RrARr)(A 与原值相比与原值相比6、计算空气心半径、计算空气心半径rc7、计算液膜平均速度、计算液膜平均速度u0( (大于大于100m/s),),及其分速度及其分速度ux,uy四、喷雾干燥器主要尺寸的设计四、喷雾干燥器主要尺寸的设计塔高、塔径塔高、塔径为保证使雾滴干燥成含水量符合要求的产品，应使雾滴为保证使雾滴干燥成含水量符合要求的产品，应使雾滴在塔内的停留时间大于干燥过程所需

9、要的时间。在塔内的停留时间大于干燥过程所需要的时间。1 1、雾滴大小的估算、雾滴大小的估算 （，p- -atm, ,Dw-m）3500pwD 干产品的平均直径干产品的平均直径DDWXXDDDDw3/11112 2、干燥时间的计算、干燥时间的计算干燥时间分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段。干燥时间分为恒速干燥阶段和降速干燥阶段。(1)恒速阶段干燥时间恒速阶段干燥时间 12281mcwwtDDr (2)降速阶段干燥时间降速阶段干燥时间:空气空气t1tc1mt 物料物料1c(tw) 222122mcDctXXrD 干干= = 1+ 23、塔径计算、塔径计算塔径的设计应使湿雾滴不粘附到塔壁上。塔径的设计应

10、使湿雾滴不粘附到塔壁上。 0时，雾滴以时，雾滴以ux水平速度运动水平速度运动经过经过 时间后，雾滴水平速度下降至时间后，雾滴水平速度下降至 u取一系列取一系列Re，求出相应的停留时间，求出相应的停留时间 和雾滴水平飞行速度和雾滴水平飞行速度ux xwuDRe ReRedReRedDReReww 55010210222234 将雾滴自很高的初速度降至很低值的过程中不同的时刻将雾滴自很高的初速度降至很低值的过程中不同的时刻 与其速度与其速度ux的关系作图，用图解积分或数值积分求出雾滴沿半的关系作图，用图解积分或数值积分求出雾滴沿半径方向的飞行距离即径方向的飞行距离即 。所设计的喷雾干燥塔的直。所设

11、计的喷雾干燥塔的直径径D 应大于应大于2 2sx，取，取D=(1.52)2sx。 dusxx ReRedReRedReRe 55010210222 s/ )s/m/(DReuwx Re164100500.5(1.00-1.00)10-2=0(1.45-1.00)10-2=0.4510-2(2.22-1.00)10-2=1.2210-2(15.2-1.00)10-2=14.210-200.01020.02760.32128.417.38.650.08654、塔高计算塔高计算塔高设计应使颗粒在塔内的停留时间塔高设计应使颗粒在塔内的停留时间大于大于传热所需时间。传热所需时间。颗粒在塔内的停留时间为恒

12、速运动与降速运动时间之和。颗粒在塔内的停留时间为恒速运动与降速运动时间之和。a.恒速下降速度恒速下降速度2323)(4Re gDwwff查图查图6-256-25得得Ref,求得恒速下降速度求得恒速下降速度ufb.雾滴降速运动所需时间雾滴降速运动所需时间 xwuDfRe 02234ReRewwReRedD 22334ffwwReg)(D 取一系列取一系列Re值（上限为值（上限为uy初值，下限为初值，下限为uf），查得相应），查得相应Re2,以以Re为横轴，以为横轴，以1/(1/(Re2- )为纵轴作图，用图解积分法为纵轴作图，用图解积分法求求 值，或值，或由数值积分（由数值积分（Excel,Or

13、iginExcel,Origin）求得。求得。 02ReReReRed 02234ReRewwReRedD 333241002230035910017800128021100260311001024 .)().(.)( 降降 01uds作作u 曲线，按曲线，按图解求得降速过程所需距离图解求得降速过程所需距离等速过程所需距离：等速过程所需距离：s2=(23) 恒恒uf喷雾干燥有效高度：喷雾干燥有效高度：降降干干恒恒 H=(1.53)(s1+s2)五、附属设备的设计和选型五、附属设备的设计和选型1、空气加热器（予热器）、空气加热器（予热器）选择加热介质，确定换热器面积，型号。选择加热介质，确定换热

14、器面积，型号。)II(VQ21 mtKAQ 2、风机：、风机：为保证干燥塔内在一定的负压（为保证干燥塔内在一定的负压（100300Pa）下操作，设）下操作，设计时分别用进风和排风两台风机串联使用，排风风量和风压计时分别用进风和排风两台风机串联使用，排风风量和风压都要大于进风机。都要大于进风机。选择依据选择依据：（1 1）根据被输送气体的性质和操作条件确定泵的类型）根据被输送气体的性质和操作条件确定泵的类型（2 2）根据具体管路对风机提出的流量和压头要求确定泵）根据具体管路对风机提出的流量和压头要求确定泵的型号的型号风压：进风机风压：进风机 120160mmH2O排风机排风机 180240mmH2O风量：按实际计算的风量（风量：按实际计