喷雾干燥器的设计

喷雾干燥器的设计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 hkgG/301料液含水量 （湿基） ； 产品含水量 （湿基）%8w%2w料液密度 ； 产品密度 31/mk 3/90mkg热风入塔温度 ； 热风出塔温度 t0 t12料液入塔温度 ； 产品出塔温度 21 产品平均粒径 ； 产品比热容 md5 )/(5.2kgJc加热蒸汽压力（表压） ； 料液雾化压力（表压） MPa4.0 MPa4年平均温度 12； 年平均相对湿度 70%喷雾干燥器的设计2三、 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。四、 工艺流程图1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 Ghkgw/6%)801(3)1(2. 产品产量 2 hkg/3.6721)(1)(23. 水分蒸发量 W G/3021(二) 热量衡算喷雾干燥器的设计31. 物料升温所需热量 mq水kgJWcGm /8.47.260953.12 2. 汽化 水的热损失kg1lq计算tFq1按 经 验 公 式 wt21.043气 的 传 热 系 数干 燥 塔 表 面 对 周 围 空 tt ww 40取干 燥 塔 外 表 面 温 度 hmkJ2/8.12.32FF取干 燥 塔 散 热 面 积，室 温壁 温 t t40水kgJWq/6.137.68113. 干燥塔出口空气的湿度 2H根据热量衡算 水kgJcqIHI wml /7.942018.46.13112 即 ，为一直线方程7.941I根据给出的工艺设计条件， ， ，由湿空气的 H-I 图查出，t120%70。当 时，由湿空气的 H-I 图查出，绝 干 气水 kgH/06.1t3。任取 ，则绝 干 气kJI/32 绝 干 气水 kgH/5.绝 干 气kgJI /8.1520607.94连结点 和点 绝 干 气绝 干 气水 IkgA3/6011，并延长与 线相交于绝 干 气绝 干 气水 kJIkgHB/8.35/5. t102点 D，点 D 就是出口空气状态点。由 H-I 图查出， kgH绝 干 气水 /07.2喷雾干燥器的设计4t=1250I130kJ/gtw4CBDAIH.7360.2c1图 2 求解过程示意图4. 空气消耗量绝干空气的消耗量为 hkgHWL/392106.7.212 实际空气消耗量为 /4.390(三) 雾滴干燥所需时间1. 雾滴临界含水量 CX物料在干燥塔进出口处的干基含水量分别为 绝 干 料水 kgw/4%8011绝 干 料水X/2.22 63.041.90113121 dc喷雾干燥器的设计5初 始 液 滴 滴 径液 滴 临 界 滴 径1251d mdcc 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 675.063.3dd除去的水分质量为 w.3剩余的水分质量为 wd75.08.613临界含水量为 绝 干 料水 kgdXwwc /59.012.0742.075420.6758113 2. 初始滴径 1由 63.01dc mdc19863.025.13. 汽化潜热 r热空气入塔温度 ，湿度 ，由湿空气 H-I 图查出，t301 绝 干 气kgH/.1热空气入塔状态下的湿球温度 ，查手册得水在 的汽化潜热 。tw5454kgJr/23694. 导热系数 平均气膜温度为 7210查手册得空气在 77下的导热系数 )/(1035mkW5. 恒速阶段物料表面温度即空气的绝热饱和温度 ，可以取空气入塔状态下的湿球温度ast wt喷雾干燥器的设计6twas546. 空气临界温度 ct恒速阶段的水分蒸发量为 hkgXGWc /1.259.04611 空气的临界湿度为 绝 干 气水LHc /3.9215.010在 H-I 图中，过 作垂线，与 AD 交于点 C，点 C 温度即为空气临界温度 ，由 H-Ic ct查出 tc1257. 雾滴在恒速阶段的干燥时间 恒速阶段热空气与液滴的温度变化空气： 12530液滴： 4平均推动力为 t 3.152412503ln1 stdrc 68.13.15203809.68 24121 8. 雾滴在降速阶段的干燥时间 2降速阶段热空气与物料的温度变化空气： 1025物料： 94平均推动力为 t 1.3901542ln2 stXrdcc 70.11.322.590.36125422 9. 雾滴干燥所需时间 s8.7.8121喷雾干燥器的设计7(四) 压力喷嘴主要尺寸的确定1. 雾化角 为了了使塔径不致过大，根据经验，选取 。492. 流量系数 0C，由 的关联图查出，喷嘴结构参数 。49A与 0.1A，由 的关联图查出，流量系数 。.1 0与 45C3. 喷嘴孔径 d由 102pCFQ 6610 107.210425.32pQ由 204dF mF360 10.14.3724圆整，取 。md204. 喷嘴旋转室尺寸喷嘴孔半径取 1mm，即 r10选用矩形切向通道，切身通道宽度取 1.2mm，即 mb2.1旋转室直径为 10mm，则半径 R5mbR4.251由 及hA1 0.110rAmRb12.340.125.3210圆整，取 mh0.35. 核算喷嘴的生产能力经圆整后d和0喷雾干燥器的设计804.1.32154.20RrbhA与原 很接近，不必复算，可以满足设计要求。0.16. 空气心半径 Cr18.203.2540bhRrA，由 的关联图查出，18.A与47.0由 20rc mrc 73.04.107. 喷嘴出口处液膜速度 及其分速度 、uxuysrQuc /8.56073.1.4.362220 液膜与轴线成 角喷出， 可分解成径向速度 和轴向速度2xuyusmux /6.29sin8.562sin0 y 7514coco图 3 离心型压力式雾化器结构示意图表 1 压力喷嘴主要尺寸单位： m喷嘴旋转室尺寸0dcr0rbR1h49 2 0.73 1 1.2 5 4.4 3.0喷雾干燥器的设计9(五) 干燥塔主要尺寸的确定1. 塔径塔内空气的平均温度为 t2013由手册查出，在 200下，空气的动力粘度为 ，空气的密度为smPaa6.。3/75.0mkga（1） 由径向分速度 ，计算 时的雷诺数xu00Re13526.7.3198Re410 ad0/6.23135e0 smux时（2） 取一系列 ，求出相应的雾滴水平飞行速度 和停留时间 。exu如取 Re=100，由 ，与 对应的雾滴水平飞行速度为axd10R10Resmduax /5.7.98.26431 由 与 的列线图查出Re51022e() 22210352102 103.15.04.Re()()5 ddA相应的的停留时间为 sda 3324212 106.106.398.043 其余各项计算结果列于表 2。表 2 停留时间 与雾滴水平运动速度 的关系xuRe 50512Re210Re()()ddsaxd1Re135 .0 23.6100 2213.154. 0.00663 17.5喷雾干燥器的设计1050 22106.15.20.0234 8.7525 30.0464 4.3815 223840.0714 2.6310 10410520.0913 1.758 2265 0.103 1.406 380.120 1.054 2210.105.70.146 0.7002 593100.202 0.3501 22460.253 0.1750.5 1050.313 0.0875（3） 以 为横坐标， 为纵坐标画出 关系曲线，如图 4，用图解积分可得xuuxmdS732.31.0即雾滴由沿径向运动的半径距离为 ，则塔直径为.D46.2圆整后取 。m50.10.05.010.015.020.025.00.0 0.50 0.10 0.150 0.20 0.250 0.30 0.350图 4 关系曲线图ux ,sux,m/s喷雾干燥器的设计112. 塔高（1） 降速运动时间内雾滴的下降距离 1H 时，雾滴轴向运动的雷诺数 为00Re295126.7.0598Re3410 ayud8.1230. 7.1834e 234212 affg由 的关系列线图查出，雾滴由降速运动变为等速运动时的瞬时雷诺数为2R与。可见雾滴在降速阶段的雷诺数变化范围为 3.8295。8.3ef由 查出2950 4201.5e 5420 1086.230.R取一系列雷诺数 ，由 的关.Ree521f2Re与系列线图查出相应的 值，再计算出相应的 值，结果列于表 3。21表 3 与 及 的关系Reyu21Re 2Re2e10Re2dayd1Re/sm0Re22134 das/295 410.551086.0 51.6 0250 329312.43.8 0.00249200 4. 53.735.0 0.00608100 1010209.17.5 0.024150 375. 476.2168.75 0.0433喷雾干燥器的设计1225 31049.4102.721096.4.38 0.065410 23951.75 0.1215 . 28.0.102 0.875 0.2273.8 123.8 0.131 0.665 0.290以 Re 为横坐标， 为纵坐标作图，得到 关系曲线， 2Re1Re12如图 5。0.E+05.0E-031.0E-021.50E-22.0E-022.50E-250 10 150 20 250 30 350图 5 关系曲线图Re2以 Re=250 为例，雾滴在降速运动时间内的轴向分速度为 smduay /8.4375.0198.265Re41 对 关系曲线图解积分得 e1232950102.Red则停留时间为Re1/(Re2)喷雾干燥器的设计13sda 0249.12.1026.3984Re34 33429501 其余各项计算结果列于表 3。以 为横坐标， 为纵坐标作图，得到 关系曲线，如图 6。由图解积yuuy分得到雾滴降速运动时间内的下降距离为 mdHy425.1290.10.010.020.030.040.050.060.0.00.500.100.1500.200.2500.300.350图 6 关系曲线图uy（2） 等速运动时间内雾滴的下降距离 2H雾滴在等速运动时间内的沉降速度为 smduaft /65.07.198.03Re431 雾滴等速运动的时间为 9.2.雾滴在等速运动时间内的下降距离为 uHt 05365.02 （3） 塔的有效高度 m4824.121圆整后，取 。m4s,uy ,m/s喷雾干燥器的设计143. 干燥塔热风进出口接管管径（1） 热风进口接管管径 1D绝 干 气kgmtHv /64.127306.024.73.024.73.0 311 热风进口流量为 hmvLV/640.13931取热风进口接管内的气速为 ，则进口接管管径为sm/25uD2.5./60411圆整后热风进口接管管径取 。3（2） 热风出口接管管径 2绝 干 气kgmtHv /18.2730.024.173.024.173.0 32 热风出口流量为 hmvLV/4618.39232取热风出口接管内的气速为 ，则出口接管管径为sm/5uD25.0./760422圆整后热风出口接管管径取 。(六) 主要附属设备的选型1. 空气加热器环境空气先用翅片式加热器由 12加热到 130，再用电加热器加热到 300。（1） 翅片式加热器湿空气由 12升温至 130的传换热量为hkJCpLQ /46958012309.1342101 实际空气消耗量由手册查出，蒸汽压力为 时，蒸汽的饱和温度为 ，汽化潜热为MPa. ts，取冷凝水的排出温度为 151，则水蒸汽消耗量为kgJr/215喷雾干燥器的设计15hkgrQGv /21546980加热器的热效率为 849.02312tFs由散热排管的选择曲线查出，选择 7R 型排管，表面风速为 ，则所需排管的受sm/.3风面积为 21489.036.304.uV7R 型散热排管由 型串联而成，单组散热面积为 ，总散热面2RS 25.积为 。25.67m（2） 电加热器所需电加热器的总功率为 kWLtHcPv 1995.08236341.9.104.82.3609.11 2. 旋风分离器进入进入旋风分离器的含尘气体按空气处理，气体温度取 95 ，湿度为绝 干 气水 kgH/073.23绝 干 气kgmtv /16.273950.24.173.024.1. 3333 含尘气体流量为 hvLV/45816.3933选用扩散式旋风分离器，查 CLK 型旋风分离器主要性能表，选用两台 CLK-4.0 型扩散式旋风分离器，进口风速为 。sm/163. 袋滤器进入袋滤器的气体温度取 90，湿度为 绝 干 气水 kgH/073.24绝 干 气kgmtHv /15.9173.024.173.0 344 气体流量为 hvLV/45091.39344过滤气速取 ，所需过滤面积为min/5.3喷雾干燥器的设计1625.1.36049m查脉冲袋滤器造型表，选用 DMC-36 型脉冲袋滤器。其过滤面积为 ，处理气量27m为 ，设备阻力为 。hm/6480953 Pa7984. 风机系统中采用两台风机，一台为鼓风机，安装在干燥塔前；另一台为引风机，安装在干燥塔后。设备阻力以干燥塔为基准分前段阻力和后段阻力。在操作条件下，空气流经系统各设备和管道的阻力大体如表 4 所示。表 4 干燥系统阻力估算表设备 压降 Pa/设备 压降 Pa/空气过滤器 200 干燥塔 100翅片式加热器 300 旋风分离器 1500电加热器 200 脉冲袋滤器 1500热风分布器 200 消音器 400管道、阀门、弯头等 600 管道、阀门、弯头等 800合计 1500 合计 4300（1） 鼓风机鼓风机入口处的空气温度为 ，湿度为t120绝 干 气水 kgH/06.绝 干 气kgmHv /815.0273.4.73.324.73