喷雾干燥器的设计.doc

四川大学本科课程设计 喷雾干燥器设计本科生课程设计题 目 29000kt/a 磷酸铵干燥系统设计 学 院 化学工程学院 专 业 过程装备与控制工程 学生姓名 xxxx 学 号 09430820xx 年级 09 指导教师 傅晓蓉 2012年 1月 28 日目录1 喷雾干燥的原理 22 工艺设计条件 23 装置流程图及说明 44 干燥器主要尺寸的计算 45 干燥塔的工艺计算 86 附属设备的选型计算 14 7 设计评价 178 设计计算结果汇总 18 9 参考文献 1910 附录 20喷雾干燥器的设计1 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。2 工艺设计条件干燥物料为磷酸铵料浆，干燥介质为空气，热源为蒸汽；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。2.1磷酸铵料浆及磷酸铵产品的性质: 磷酸铵料浆应该保持在90100摄氏度,且高速流动,这样其黏度约为30厘泊左右,可用管道输送,当其温度在85摄氏度以下时,黏度突然增至几百至几千厘泊。输送管道要用夹套蒸汽保温，夹套外再用绝热材料保温。 磷酸铵料浆内固形物较多,雾化雾滴在干燥过程中直径不变,且只有降速干燥段;液滴也不破例,成小球状。 当磷酸铵料浆温度达到180摄氏度时，生成焦磷酸铵，会粘结成块和粘附壁面；磷酸铵料浆温度在140摄氏度以下时，转化速度很缓慢。 磷酸铵产品在80摄氏度可分解为氨和游离磷铵，形成粘稠产品。2.2 雾滴与空气采用并流干燥方式:雾滴与热气流同向向下流动,雾滴在塔顶与高温热气流接触,传热传质推动力在此区域最大,雾滴中水分迅速汽化,气流温度迅速降低,.在并流操作时允许热风有较高的进风温度,但是在塔低,产品与温度较低湿度较大的空气相遇,传质推动力减小。整个塔中气流与物料温度都较低，适于热敏性物料的干燥。但是产品有可能吸湿，所以应合理控制出口废气的温度和湿度。通过考虑到磷酸铵料浆用热空气干燥的过程，以及磷酸铵本身的性质，采用并流的干燥方式较为合理。2.3 压力式喷嘴:磷酸铵料浆的雾化采用压力式喷嘴,其采用高压泵使液体获得高压,高压液体通过喷嘴时,将液体压力转变为动能,使液体从喷嘴高速喷出而分散为雾滴,要求喷嘴雾化后的雾滴直径在140250微米左右。 2.4 喷雾干燥装置流程:干燥装置采用开放式流程。热风在系统中使用一次，就排入大气中，不再循环使用。流程中采用一个风机放在系统前面来输送空气,整个系统在正压下操作,要求输送管道、干燥器、分离器、密封良好，不能向外漏气楼液。开放式流程的特点是空气由大气中吸取，只经过一次干燥就排向大气中，鉴于磷酸铵料浆的干燥过程，可采用开放式喷雾干燥流程较为合理；由于干燥后的废气中几乎不含氨气或仅含少量氨气及其其他杂质气体，综合考虑后可不处理即可向大气排放废气，对空气的污染程度也较轻，如果粉尘颗粒直径较大，则需要考虑废气的过滤处理。2.5 喷雾干燥器的设计任务和条件： 2.5.1 给定的干燥条件：料液处理量 料液含水量 (湿基)；产品含水量 （湿基）料液密度 ；产品密度 产品粒度 ; 绝干物料比热容 ; 水份比热容 ;2.5.2工艺条件的选择：2.3.2.1 热风入塔温度 ；磷酸铵料浆温度达到180时会生成焦磷酸铵，温度在140以下转化很慢，磷酸铵产品在80摄氏度以上会会分解为氨和游离磷酸；同时在同样的干燥任务条件下，进风温度越高所需要的空气量越少，相应的风机、干燥塔体积、管道直径等附属设备也将缩小；采用饱和蒸汽加热空气，由于气压对换热设备的限制，在小于10个大气压的情况下最高可加热至180摄氏度左右，因此综合考虑过后选择热风进口温度为170摄氏度较为合理。2.3.2.2 热风出塔温度 ； 排风温度过高，热损失过大，热效率低，若排风温度过低时有可能在干燥器后续设备中产生水滴，影响产品质量；同时排风温度过低则干燥时间较长，影响干燥效率，同时要求，结合产品性质及经济效益等各方面的因素，选择热风出口温度为60摄氏度，约高于热空气进入干燥器时的绝热饱和温度15至50摄氏度左右。2.3.2.3 料液入塔温度 ；根据硫酸铵料浆在90至100摄氏度的范围内其黏度较小,可用管道输送,若温度低于85摄氏度以下其黏度突然增至很大,因此选择料液入他温度为95摄氏度。2.3.2.4 产品出塔温度 ;料液雾化压力（表压） ;年平均温度 20； 2.3.2设计任务：1 确定喷雾装置流程;2 确定干燥介质和干燥条件; 3 喷雾雾化器设计;4 确定干燥器塔高和塔径;5 选择附属装置及确定型号。 3 装置流程图及说明 4 干燥器主要尺寸的计算： 4.1喷嘴尺寸计算 4.1.1 雾化角为了了使塔径不致过大，根据经验，选取。4.1.2 流量系数，由与的关联公式，计算出喷嘴结构参数。，由与的关联公式，计算出流量系数。 4.1.3 喷嘴孔径 圆整，取。 4.1.4 喷嘴旋转室尺寸喷嘴孔半径取3.2mm，即选用矩形切向通道，切身通道宽度取3.8mm，即旋转室直径为19mm，则半径由及4.2 校核计算 4.2.1 经圆整后: 与原很接近，不必复算，可以满足设计要求。,可以满足设计要求。4.2.2 ,在315范围内,符合要求。4.2.3 /=1.04,在11.05范围之内,符合要求。 4.3 喷嘴出口处液膜速度及其分速度、 ，由的关联式由 4.3.1 可分解成径向速度和轴向速度 ,满足要求。 图2 压力式雾化器结构示意图 表1 压力喷嘴主要尺寸 单位： 喷嘴旋转室尺寸46 6.41.9773.23.89.57.65 5 干燥塔的工艺计算 5.1热物衡算产品出料量 ；绝干物料量 产品进料量 ；水分蒸发量 ；取湿物料进口温度，物料出口温度40；空气进加热器前温度=20，热空气进口温度假设；热空气出口温度；,;5.1.1热量衡算式如下:；取；将以上数据代入热量衡算式可得：； 5.2 干燥时间计算; 汽化潜热: ;干物料密度: ;临界含湿量时的液滴直径: ; ;温度参数: ;雾滴周围气膜导热系数 :;干燥时间 ;将以上数据代入干燥时间计算式得 5.3 塔径、塔高的计算5.3.1 塔径的计算：由以上可知：； ；空气粘度 ； ； 料浆产品平均密度 ； ；由,可计算出 出口空气的相对湿度 进出干燥塔空气平均湿度 ；空气平均湿比容；空气平均密度 ； 径向雾滴雷诺数 ； ； ；则 塔径 ，圆整取 5.3.2 塔高的计算：由经验取 ；; 降速运动时间内雾滴的下降距离;雾滴沉降雷诺数 ;计算常数 ;雾滴沉降速度 ; 轴向雾滴雷诺数 ;计算常数 ;由表格计算得降速段用时 ，降速段塔高；则匀速段用时；匀速段塔高，圆整为；则全塔高为，其中， 热损失的校核计算热损失的经验公式根据经验选取干燥塔外壁温，；塔外表面积；将以上已知数据代入热损失经验公式得： 则，可知其满足要求。 空塔气速验证 上式中，将实际数据代入上式，可计算得, ;由可计算出 50%满足要求。，满足要求。进入的空塔气速出空塔气速 ，满足要求。6 附属设备的选型计算6.1 旋风分离器的设计与选取6.1.1进入旋风分离器的含尘气体近似按空气处理,取温度为60,则 6.1.2 选择涡壳式入口的旋风分离器，取入口风速为 则切向进口面积 6.1.3 旋风分离器直径 , 团整 6.1.4 ,6.1.5 由以上可得旋风分离器的尺寸如下: 6.2 换热器的设计与选取6.2.1 环境空气先用翅片式加热器由20加热到170。所需的通风净截面积：6.2.2 初选型号为SRZ2010D 型空气热交换器，其通风净截面积： 6.2.3 核算空气通过通风净截面积的质量流量 6.2.4 传热系数 6.2.5 空气阻力 水柱；6.2.6 根据化工原理书中的附录取, 则 6.2.7 空气由20升温至170的传换热量为;实际空气消耗量6.2.8 传热面积 ,则加热器个数 ,其中为所选定的加热器的散热面积, 6.2.9 换热器采用串联操作,则总阻力 6.3 风机的选型计算。6.3.1 干燥塔热风进出口接管管径 （1）热风进口接管管热风进口流量为取热风进口接管内的气速为，则进口接管管径为圆整后热风进口接管管径取 。 2 热风出口接管管径 热风出口流量为取热风出口接管内的气速为，则出口接管管径为圆整后热风出口接管管径取 6.3.2 风机的选型计算系统中采用一台风机，为鼓风机，安装在干燥塔前；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。设备压降翅片式加热器1418.63热风分布器56.8管道、阀门、弯头等5365.8旋风分离器822势差98.1合计 7761.33鼓风机鼓风机入口处的空气温度为，湿度为鼓风机所需风量为 选用型离心通风机，其风量为，风压为。7 设计评价：7.1 喷雾干燥的特点 7.1.1 喷雾干燥的优点主要是：（2） 干燥速度快。（3） 产品具有良好的分散性和溶解性。（4） 生产过程简化，操作控制方便。（5） 产品纯度高，生产环境好。（6） 适宜于连续化大规模生产。 7.1.2 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。 设计计算结果汇总 8.1 计算结果汇总表:数量，kg/h水分，温度，密度，kg/m3粘度，Pa.s原料5771.533951446.03420.06产品40284401583.02102空气入口温度出口温度加热源所需热量17060175.11384.95雾化雾化方法喷嘴尺寸，mm雾化压力kPa雾滴直径mmNbhd0D压力式喷嘴雾化43.856.4194000141干燥塔全塔高，m塔径，m 热效率%，干燥效率，%容积汽化强度，kgH2Og/(m3.h)16.23.784.396193.89 8.2 附属设备汇总表:换热器SRZ2010D通风净面积/散热面积/ 阻力/1.22681.271420旋风分离器风量 进口风速 阻力/33774.1214.2822.164风机风量 全风压转速 转速功率301867822145091.18 9、参考文献1李功样，陈兰英，崔英德常用化工单元设备设计广州：华南理工大学出版社，20032朱家骅，叶世超，夏素兰化工原理（上）北京：科学出版社，20063 朱家骅，叶世超，夏素兰化工原理（下）北京：科学出版社，20064郭少兰运用Excel软件在化工图解积分法计算中的应用J萍乡高等专科学校学报，1998（4）：70715化工设备设计全书干燥设备设计，上海科技出版社，199810附录：塔高计算ReUy0tiZitsZs488.651.320000478.650.2530.0004780.0236570.0004780.023657468.649.2030.0004930.0239020.0009710.047558458.648.1530.000510.0241580.0014810.071717448.647.1030.0005270.0244230.0020080.09614438.646.0530.0005450.0246970.0025540.120837428.645.0030.0005650.024980.0031180.145817418.643.9530.0005850.0252720.0037030.171089408.642.9030.0006070.0255750.004310.196664398.641.8530.000630.0258890.0049410.222554388.640.8030.0006550.0262150.0055950.248768378.639.7530.0006810.0265520.0062760.275321368.638.7030.0007090.0269030.0069850.302224358.637.6530.0007390.0272680.0077250.329493348.636.6030.0007710.0276480.0084960.357141338.635.5530.0008060.0280440.0093020.385184328.634.5030.0008430.0284570.0101460.413641318.633.4530.0008840.0288880.011030.442529308.632.4030.0009270.0293390.0119570.471868298.631.3530.0009750.0298120.0129320.50168288.630.3030.0010260.0303070.0139580.531987278.629.2530.0010820.0308280.015040.562815268.628.2030.0011440.0313760.0161830.594192258.627.1530.0012110.0319540.0173940.626146248.626.1030.0012850.0325640.018680.65871238.625.0530.0013670.0332110.0200470.691921228.624.0030.0014590.0338960.0215060.725817218.622.9530.0015610.0346250.0230660.760442208.621.9030.0016750.0354030.0247410.795845198.620.8530.0018040.0362350.0265450.83208188.619.8030.001950.0371270.0284950.869208178.618.7530.0021180.0380890.0306130.907296168.617.7030.002310.0391280.0329230.946424158.616.6530.0025340.0402560.0354570.986681148.615.6030.0027960.0414880.0382531.028169138.614.5530.0031070.042840.041361.071009128.613.5030.0034810.0443340.0448411.115342118.612.4530.0039360.0459960.0487761.161338108.611.4030.00450.0478630.0532761.20920298.610.3530.0052130.0499830.0584891.25918588.69.3030.006140.0524220.0646291.31160778.68.2530.0073820.0552740.0720121.36688168.67.2030.0091170.0586870.0811281.42556858.66.1530.0116750.06290.0928041.48846848.65.1030.0157610.0683620.1085651.5568338.64.0530.0231470.0760930.1317121.63292437.63.9480.0028710.0077810.1345831.64070536.63.8430.0030230.0078760.1376071.6485835.63.7380.003190.0079740.1407961.65655534.63.6330.0033730.0080780.1441691.66463333.63.5280.0035750.0081870.1477451.6728232.63.4230.00380.0083020.1515441.68112231.63.3180.004050.0084230.1555941.68954530.63.2130.004330.0085520.1599251.69809729.63.1080.0046470.008690.1645721.70678728.63.0030.0050070.0088370.1695791.71562427.62.8980.0054190.0089960.1749981.72461926.62.7930.0058960.0091680.1808941.73378725.62.6880.0064530.0093560.1873471.74314424.62.5830.0071120.0095640.1944591.75270823