压力式喷雾干燥器设计

1、目录一.设计题目 -2二.设计任务及条件 -2三.工艺设计计算1. 物料衡算 -32. 热量衡算 -33. 雾滴干燥所需时间 计算 -34. 压力式喷嘴主要尺寸的确定 -55. 干燥塔主要尺寸的确定 -66. 主要附属设备的设计或选型 -11四.设计结果汇总表 -13五.参考文献 -13六.心得体会 -13七.附图1喷雾干燥装置设计的工艺流程示意图2喷雾干燥塔的工艺条件图金属 0901班材料工程原理 B 课程设计“压力式喷雾干燥器设计”任务书指导教师:刘亚云 (一设计题目压力式喷雾干燥器设计。(二设计任务及设计条件1、干粉生产能力:(湿基见下表。2、设备型式:压力式喷雾干燥器,干燥物质为陶瓷面

2、砖原料料浆,干燥介质为空气,热源 为发生炉煤气。3、设计条件:(1料浆含水量 w1=40wt %(湿基(2干粉含水量 w2=6wt %(湿基(3料浆密度 l =1200kg/m3(4干粉密度 p =900kg/m3(5热风入塔温度 t1=450(6热风出塔温度 t2=70(7料浆入塔温度 tm1=20(8干粉出塔温度 tm2=50(9干粉平均粒径 dp =60m(10干粉比热容 cm =1.04kJ/(kg· (11料浆雾化压力 2MPa(表压(12取冬季的空气参数 温度 t a =2,相对湿度 a =70% (三工艺设计计算 1. 物料衡算(1料液处理量 G 12121100100

3、611001723.3kg/h10010040G G -=-(2水分蒸发量 W121723.31100623.31kg/hW G G =-=-= 2. 热量衡算(1使物料升温所需热量:22( 11001.04(502055.1kJ/kgH623.3m m m m G c t t q o W 21-=(2 根据经验,取热损失 12=210kJ/kgHq o (3干燥塔出口空气的湿含量 1m2+q=210+55. 1=265. 1k J /k g H q q o=211214.18620265.1181.4w m I I c t q H H -=-=-=-据气象条件(年平均气温 2 ,年平均相对湿

4、度 =70% ,查空气 H-I 图,得10.003kg /kg o H H =干空气 , 1464.5/I kJ kg =干空气,任取 H 2'=He =0.04,代入上 式得I 2'=Ie =464.5-181.4(0.04-0.003=457.8 查 I-H 图得 H 2=0.141kg水 /kg干空 气 I 2=439.6kj/kg(4 于是干空气消耗量21623.34516.7/0.1410.003W L kg h H H =-干空气3. 雾滴干燥所需时间 计算 (1汽化潜热 的确定由 I-H 图查得空气入塔的湿球温度 65w as t t = ,查手册得该温度下水的汽

5、化潜热 =2346kJ/kg。 (2导热系数 的确定 平 均 气 膜 温 度 为(5. 67706521=+ , 在 该 温 度 下 空 气 的 热 导 热 率 52.94410/( KW m -= 。(3 初始滴径 l d 的计算1112221012400.67/11004060.06/11006190010.676063.41120010.06p p p X kg kg X kg kg X d d m X =-=-+= +水 干物料 水 干物料(4雾滴的临界直径60pc p d d m =(5液滴的临界湿含量 c X 的计算31101311116010000.4110.463.412000

6、.45/pw c p d X d kg kg =- -=- -=水 干物料(6空气的临界湿含量 c H 的确定(111111723.310.40.670.450.0034516.70.050c c G X X H H L-=+-=+=(7空气的临界温度 c t 的确定由 c H =0.050和 P =2M Pa ,查得 c t =216.45(8 传热温差 1m t 、 2m t 的计算(1111122222266.93ln 64.91ln m c w m m c wc w m m c wm t t t t t Ct t t t t t t t t Ct t t t -=-=-雾滴干燥所需时间

7、 的计算22202122212212333( (823461200(63.460 1023469006010(0.450.0682.94410266.93122.9441064.911.48100.533l p pc p pc c m m d d d X X t t h s -=+12-=+= 4. 压力式喷嘴主要尺寸的确定(1为了使塔径不至于过大, 根据经验取喷嘴角 48=, 根据 喷雾干燥实用技 术大全中,图 4-11查得 A 0.9'= (2当 A 0.9'=时,查图 4-12得 D C =0.41 (3喷嘴孔径的计算 1/24032.3210r m-= 即 0r =2.

8、32mm, 0024.64d r mm =,圆整后取 d 0=5mm 。 (4喷嘴其它主要尺寸的确定选矩形切线入口通道 2个, 据经验取 2.2b mm =, 2R 1/b=8,即 R 1=8.8mm,圆整 R 1=9mm,即旋转室直径选用 10 mm 。 因为 12A ab =, 212.297.922b R R mm =-=-= 所以 110102223.142.3292.32( ( 8.97222.20.97.9r R r a bA R ='411/(3600 1723.3/(12003600 4.010V G -=取a=9.0mm(5校核喷嘴的生产能力 '1/21/20

9、1022.329 2.32(0.897229 2.27.9r R r A mm abR =圆整后'A 基本不变,不必复算,可以满足设计要求。 旋转室通道长度l 和宽度b 之间的关系,可按3l b =选取。3 2.2 6.6l mm =(6空气心半径c r 的计算 01013.14 2.3291.66292.2r R A A =由A 与a 的关联图查得00.55a =001 2.3210.55 1.56c r r a mm =-=-= (7喷嘴出口处液膜速度的计算 平均速度(40222260 4.01043.2/3.14 2.32 1.5610c V u m s r r -=- 水平速度

10、分量00tan19.2/2x u u m s =垂直速度分量0043.2/y u u m s = 合速度1222000(47.3/res x y u u u m s =+=5.干燥塔主要尺寸的确定 (1塔径的计算塔内空气各参数按常压考虑,其平均温度(1450702602C += ,查手册得空气粘度0.0278a =厘泊,空气密度30.671/a kg m =。 根据初始水平速度019.2/x u m s =,计算出0e R ,300063.41019.20.67Re 29.30.0278p x aad u -=属于过渡区。 由Re 与,2Re ,/Re ,B 的列线图查得查得0Re 时,20

11、3.010B B -=。 当初始的瞬间,即当00=,由2043l l ad B B =-得0=。 取一系列1Re 100=,2Re 70=,;得一系列1x u ,2x u ,;查得相应的1B ,2B ;算出一系列相应的1,2,;列出表1中。 以为横坐标,x u 为纵坐标,作-x u 曲线,如图1所示。用图解积分法求得0.0330.31x S u d m =塔径D=2S=0.62m ,圆整取为D=0.7m 。 (2塔高的计算减速运动段的距离1Y 的计算 a. 由初始垂直速度0y u 计算出0Re 。 0Re =00p y aad u =363.41043.20.67660.0278-= 属于过渡

12、区。324(3a a p l ag d -=333249.80.67(0.063410(12000.673(0.027810-=3.46 b. 由于2Re ,f f= 查Re 与,2Re ,/Re ,B 的列线图得Re f =0.13。 c. 据0Re 查Re 与,2Re ,/Re ,B 的列线图得23Re 6.410o o =,则42311 1.5610Re 6.410 3.46o o -=- 表1 停留时间与雾滴水平速度x u 的关系ReRe a x p au d =(m/s 210B 2043p l ad B B =-(s29.3 20.3 3.0 0 25 17.3 3.2 0.000

13、414 15 10.4 3.7 0.00145 10 6.9 5.2 0.00456 7 4.8 6.2 0.00663 5 3.45 7.1 0.0085 3 2.07 8.7 0.0118 2 1.38 10.0 0.0145 1 0.69 12.5 0.0197 0.5 0.35 15.2 0.0253 0.3 0.21 17.3 0.0296 0.2 0.1419.00.0332 图1 x u -曲线图d. 取一系列12Re 300,Re 200,Re 1.8f =,由Re 与,2Re ,/Re ,B 的列线图查得相应的2221122Re ,Re ,Re ;f f 再计算出相应的222

14、1122111,Re Re Re f f -列于表2中。 e. 以Re 为横坐标,21Re -为纵坐标作图,如图2所示。表2 Re 与21Re -、y u 、'的关系 Re2Re 32110Re -Re ay l au d =(/m s 2'24Re3Re l l a d d =- (s 66 6.4×310 0.156 44 0 50 3.9×310 0.263 32.7 2.0×310- 30 1.9×310 0.621 21.3 1.6×310- 20 1.1×310 0.95 13.2 1.3×210

15、- 10 4.2×210 2.4 6.54 0.02755 8 3.2×210 4.1 5.12 0.04678 5 7.1×210 5.8 3.27 0.0646 2 14.8 33 1.95 0.2365 0.5 10 3200.3863 0.85260.358.50.2406f .由1Re =66,可计算出144/y u m s =,据图2可求得4092300ReRe d -从而可以算出停留时间1'=2662504Re 3Re l l ad d -=0.3166250Re Re d -=22.3210s -。 图2 Re 与21Re -曲线g .类似

16、地,由23Re ,Re ,Re f ,根据图4-45可求得,4092200ReRe d -,40920.35ReRe d -;亦可计算出相应的停留时间2',3',',如表2所示。由此得到减速运动段的停留时间0.24s '=。h .由表2的y u ,'数据,作'-y u 曲线如图3所示。用图解积分法可得减速运动段的距离0.8526101.52y y u d m =。 圆整后为y=1.6m 。(3热风进出口接管直径的确定在干燥系统中,一般取风管中的风速为1525 m/s 。 热风进口接管直径1d1H v =11273(0.773 1.244273t

17、H + =(0.773+1.2440.003273450273+=2.063/g m k 干空气3114516.7 2.069304.4/H V Lv m s = 取热风管道中的气速为253/m s ,则19304.40.3633600254d m =圆整后取干燥塔热风入口接管直径1d =370mm 。干粉产量 1100kg/h 压力式喷雾干燥器设计 热风出口接管直径 d 2 vH 2 = (0.773 + 1.244 H 2 273 + t2 273 =（0.773+1.244 × 0.141） = 1.19m3 / kg 干空气 V 2 =L H 2 =4516.7 ×

18、 1.19=5374.9 m 3 / h d2 = 273 + 70 273 4 5374.9 × 25 × 3600 = 0.276m 圆整后取 d 2 = 280mm 6.主要附属设备的设计或选型 (1旋风分离器 进入旋风分离器的含尘气体近似按空气处理,取温度为 95 °C 。 H 3 = (0.773 + 1.244 × 0.141 273 + 95 = 1.28m3 / kg 干空气 273 V3 = L H 3 = 4516.7 × 1.28 = 5909m3 / h 采用蜗壳式旋风分离器,其进口宽度 b = 0.225 D ，高度

19、a = 0.3D ，取进口速度为 25 m/s,则 0.225 D × 0.3D × 25 = V3 5909 = 3600 3600 即 D = 0.973m 。圆整后取 D = 1000mm 。其余各部分尺寸为 L1 = 0.8 D = 800mm L2 = 2 D = 2000mm b = 0.225 D = 225mm a = 0.3D = 300mm d = 0.35 D = 350mm l = 0.7 D = 700mm d ' = 0.2 D = 200mm (2风机的选择 11 干粉产量 1100kg/h 压力式喷雾干燥器设计 干燥塔的操作压力一般为

20、 0-100(表压，所以本系数需 2 台风机，即干燥塔 前安装 1 台鼓风机，干燥塔后安装 1 台引风机，阻力也可以干燥塔为基准分前段 (从空气过滤器至塔阻力和后段(塔后的设备及管道等阻力。在操作条件下，热 风流经各设备及管道等的阻力如表 3 所示， 1 鼓风机的选型 鼓风机入口处的空气风度为 2 °C ，湿含量 H 0 =0.003 H 0 = (0.773 + 1.244 × 0.003 273 + 2 = 0.78m3 / kg 干空气 273 V0 = L H 0 = 4516.7 × 0.78 = 3523m3 / h 表 3 系统阻力估算表 设备 空气

21、过滤器 空气加热器 加热塔 （塔）热风分布器 管道、阀门、弯头等 合计 压降，pa 200 300 200 200 600 1500 设备 旋风分离器 布袋除尘器 干燥塔 消音器 管道、阀门、弯头等 合计 压降，pa 1500 1500 100 400 800 4300 系统前风温按150°C计，密度为0.83kg / m3 ，则所需风压（规定状态下）为 1.2 1500 × = 2169pa 0.83 故选用4-72-11No.4.5A离心机，风量为5730m3 / h，风压为2530pa。 2 引风机的选型 系统后段风温按80°C计，密度为1.000kg /m 3 , 则引风机所需风压为（规定状态下）为 1.2 4300 × = 5160pa。 1.000 12 干粉产量 1100kg/h 压力式喷雾干燥器设计 取引风机入口处的风温为75