喷雾干燥装置备工艺设计

0广京诲详大学食品工程原理课程设计说明书奶粉喷雾干燥装置工艺设计——日处理2.4吨浓奶料液的喷雾干燥装置设计学院:食品科技学院班级:海加1074班姓名： 学号： 设计时间：2010年5月10-23日指导老师： 目录任务书TOC\o"1-5"\h\z设计任务 3工艺条件设计条件 3工艺设计计算物料衡算 4热量衡算 4压力式喷嘴主要尺寸的确定 6干燥塔主要尺寸的确定 7主要附属设备的设计或选型 13\o"CurrentDocument"设计结果汇总表 16主要符号说明 17\o"CurrentDocument"参考文献 18\o"CurrentDocument"心得体会 18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喷雾干燥装置备工艺设计一任务书：设计任务采用压力式喷雾干燥浓牛奶液，干燥介质为热空气，热源为蒸汽和电；选用热风-雾滴并流向下的操作方式。工艺条件设计条件2.1工艺条件操作周期：313天雾化压力17Mpa（表压）；料液处理量G1=400kg/h料液含水量气=50%产品含水量o2=2%料液密度p^=1015kg/m3产品密度p=900kg/m3新鲜空气温度t0=24r热风入塔温度t1=160r热风出塔温度t2=80r料液入塔温度0=45r1产品出塔温度02=60r产品平均粒度dp=60Rm干物料比热c=4kJ/（kg.°C）加热蒸汽压力0.5Mpa（表压）2.2气象条件年平均气温24C年平均相对湿度中=60%工艺设计计算

物料衡算产品产量g2100-w 100-50G=G 1=40(X =204kg/h2 1100-w 100-22水分蒸发量WW=q—G2=400—204=196kg/h热量衡算(1)干空气的用量L使物料升温所需热量:q=G、电中=204x4x(60土=62.4kJ/kgHomW 196 2取热损失q广210kJ/kgH2o则Zq飞+q=210+62.4=272.4kJ/kgH2o由于‘2―1=C6—Zq=4.187x45-272.4=-84H—Hw12 1据气象条件(年平均气温24据气象条件(年平均气温24r年平均相对湿度中=60%),查空气H-I图，得H=H=气=0.012kg/kg干空气，10=52.1kJ/kg干空气，〈=179.6kJ/kg干空气，因为假设干燥过程为等焓干燥，由七=因为假设干燥过程为等焓干燥，由七=10%曲线与H线交点查得H2=0.035。于是干空气消耗量L=一W一= 196 =8522kg干空气/hH2-气 0.035-0.012实际进口空气量L=L(1+H0)=8522x(1+0.012)=8624kg干空气/h(2)雾滴干燥所需时间T汽化潜热y的确定as由课本图11-1-3查得空气入塔的湿球温度tw=t=46.7r，查手册得该温度下水as的汽化潜热y=2385.6kJ/kg。

导热系数入的确定由空气的物质性质表，查得160r时，入=0.0364W/(m-k)。初始滴径d,的计算X—巴X—巴=———=1kg水/kg干物料11-① 100-501①22X—1~2——1 2—0.02kg水/kg干物料2'P1+X-s.131+X2/(9001+1¥33x60=72.1pm液滴的临界直径d=d=60pm⑤液滴的临界湿含量X的计算1「(d)3P—s>X= 」①-1-11)c1-气、1P,1/二［0.5-1-(竺|型1-0.5 02.1川1015=0.25kg水/kg干物料⑥空气的临界湿含量H的确定H-H+9(1-气)(％-X)c1 L400(1-0.5)(1-0.25)8522=0.012+ 8522=0.030空气的临界温度♦的确定c由H=0.030和P=17MPa，查得t=80°C传热温差、yAtm2的计算

△tmlin!^80-46.7△tm2)-(t-9)(80-46.7)-(80-60)_26.1C(t-t——c w 2 2in二t-922⑨雾滴干燥所需时间’的计算ln80-46180-60△tmlin!^80-46.7△tm2)-(t-9)(80-46.7)-(80-60)_26.1C(t-t——c w 2 2in二t-922⑨雾滴干燥所需时间’的计算ln80-46180-60YP(d2-d2)YPd2(X-X)T_11 lc Fs—lc c 2—8X△t 12X△taml am22385.6x1015(72.12-602)x10-122385.6x900x602x10-12x(0.25-0.02)_ + 8x0.0364x10-3x66 12x0.0364x10-3x26.1_3.57316x10-4h_1.29s3.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。=50。，根据《喷雾干燥实用技术大全》中，图4-11查得，当。=50。时，A'=1，当A'=1时，查图4-12得CD=0.43V_C(冗r2)

03.14x0.43x400/(3600x1015)2x1.7x107

1015即r=0.64mm，取圆整后r=0.7mmd_2r_1.4mm0 0(3)喷嘴其它主要尺寸的确定选矩形切线入口通道2个，已知A'=(三声)(R)2_1,据经验取b_1mm，旋转室1210。_—_5mm。2直径选用10mm，故旋转室半径R1因为八_bl1八R_R—2_5-—_4.5mm所以3」4x0.7x5x巴)2_4.3344.54 4335由A-2ab得a=苏=~—=2.1675mm今取用a=2.2mm（4）校核喷嘴的生产能力A，=(箜)(&“

2ab R2A，=(箜)(&“

2ab R2=(兀x0.7x52x2.2x1)巴)1/24.5=0.99mm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l=3b选取。l=3x1=3mm（5）空气心半径［的计算兀rR=3.14x0.7X5=2.50A2x2.2x11由A与a的关联图查得a0=0.45r=rJ1-a=0.7xJ1-0.45=0.52mm（6）喷嘴出口处液膜速度的计算平均速度_k 400/(3600x10<5) _1588/%=兀«2―华)-3.14x(0.72—0.522)x10-6= .“'所以u0所以u0可以分解为七与",因为雾化角为6,而液膜是与轴线成角喷射出去的.9 .50。一.u=usin-^=158.8xsm-^=67.1m/s9 50。 .u=ucos—=158.8xcos-^=143.9m/s4.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1（80+160）=120°C，查手册得空气粘2度r=0.0229厘泊，空气密度p=0.898kg/m3。①根据初始水平速度u=67.1m/s，计算出R幻，

Re=』*=72.1x10-6x67.1x0.898=1920=1^'a 0.0229x10-3a属于过度流。②由Re与。，匚Re2，匚/Re，B的列线图查得查得Re0时，B=B0=9x10—3。③当初始的瞬间，即当T③当初始的瞬间，即当T0=0，[b-B]得t=0。此时的速度0u=u=67.1m/s④取一系列Re1④取一系列Re1=100Re=70,…；得一系列ux1七2，…；查得相应的其，B…；算出一系列相应的T，T，…；列出表1中。2 1 2以t为横坐标，,为纵坐标，作t-u^曲线，如图1所示。用图解积分法求得S=j0-044ud=0.26m塔径D=2S=0.52m，圆整取为D=0.6m。塔高的计算减速运动段的距离约的计算a.由初始垂直速度"算出Re0。Re_[〃P,_72.1x10-6x143.9x0.898=407e0=|H 0.0229x10-3a属于过渡流。3x(0.0229x10-3)2甲=4gPad3(P厂P「_4x9.8x0.898x(72.1x103x(0.0229x10-3)2匚Re2，JRe，B的列线图得Re广0.35。c.据Rec.据Re查Re与匚，匚Re2，匚/Re，B的列线图得匚Re2=9.25x104，则 = =1.1x10—5匚Re2-w 9.25x10-4—8.5表1停留时间T与雾滴水平速度,的关系

Re日u=——lRela(m/s)Bx1027=心[B-B]3旦 0a(s)19267.20.90100351.440.00177024.51.810.00285017.52.210.00312510.52.980.00641573.700.0087103.55.240.01372.456.160.01651.757.080.01931.058.670.02420.710.00.03110.3512.50.0360.50.10515.170.044d.取一系列Re1=300,Re2=200,...,R\=1.8,由Re与匚,匚Re2,匚/Re,B的

列线图查得相应的匚Re2,匚Re2,..日Re2；再计算出相应的112 2ff,列于表,列于表2中。匚Re2-v，匚Re2-v，…,匚Re2-ve.以Re为横坐标， 一为纵坐标作图，如图2所示。QRe2-v表2Re与qr 、u、t，的关系ReQRe2「 1"一 X103|_QRe2—vJRepU— aydpla(m/s)t，—4pd2JdRe3p QRe2-va(s)4099.25X1040.011144.703005.8X1040.0173106.12.325X10-32003X1040.03370.77.285X10-31001X1040.135.41.727X10-2503.8X1030.28317.72.735X10-2201.05X1031.2907.14.533X10-2104.2X1026.7503.56.052X10-283.2X10220.82.86.455X10-20.358.580.1—f.由Re=300,可计算出u=144.7m/s，据图2可求得JdRe 从而可以1 别 300匚Re2-v算出停留时间t'="2j409dRe=0.31J409dRe=2.325x10-3s。1 3旦300QRe2—v 300QRe2-va

g.类似地，由Re,Re，…Re，根据图4-45可求得，』枷dRe2 3 / 200匚Re2—wJ4七dRe；亦可计算出相应的停留时间，，，『...，T＜，如表2所示。由此得0.35匚Re2—w 2 3到减速运动段的停留时间t'=6.455x10—2s。h.由表2的『数据，作『-uy曲线如图3所示。用图解积分法可得减速运动段的距离y=j0.06455udT=1.73m。等速运动段的距离七的计算等速运动时间匚〃Tff=st'=1.29-0.065=1.225s等速运动段的距离y2y=ut"=0.1x1.225=0.1225m塔高的计算塔的有效高度y=y1+y2=1.73+0.1225=1.85m圆整后取y=1.9m。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15〜25m/s。①热风进口接管直径d1273+1v^=(0.773+1.244气)273273+160 .、，=(0.773+1.244x0.012)———=1.25m3/k干空气匕=、］=8522x1.25=10652.5m3/s取热风管道中的气速为25m3/s，则：10652.5 =0.388m13600x：x25圆整后取干燥塔热风入口接管直径d=390mm。1②热风出口接管直径d2273+1v^2=(0.773+1.244H2)2732273+80=(0.773+1.244x0.035) 273=1.06m3/kg干空气V=Lv=8522x1.06=9033.32m3/h2 h2

9033.32 =0.358m兀__ —x25x36004圆整后取d=360mm25.主要附属设备的设计或选型(1)空气加热器湿空气先用翅片式蒸汽加热器由24°C升高到130°C，再用电加热器升高至160°C。①翅片式蒸汽加热器空气平均温度T==24+130=77°C，有空气性能表中查得，当温度为2 277°C时，空气的密度p=1.02kg/m3,c1=1.009kJ/(kg・。C)将湿空气由24°C升高到130°C所需热量为21=L(1+H0)c1(130-24)=8522(1+0.012)X1.009X(130-24)=922400kJ/h0.5Mpa蒸汽的饱和温度为151.7°C，汽化潜热为2113.2kJ/kg，冷凝水的排出温度为151.7°C，则水蒸气消耗量为9224002113.29224002113.2=436.5kg/h传热温差At传热温差Atm1130-24I151.7—24

ln 151.7-130=59.8°C若选用SRZ10X6X型翅片式散热器，每片传热面积为15.42m2，通风净截面积为0.393m2，则质量流速为8522x(1+0°12)=6.10kg/(m2-s)，查得传热系数0.393x3600%=138.3kJ/(m2•h・°C)，故所需传热面积为922400138.3922400138.3x59.8=111.5m2所需片数为1115=7.23，取8片。实际传热面积为123.3m2.因此，选SRZ10X15.426X型翅片式散热器共8片。②电加热器湿空气从由130°C升高到160°C所需热量为Q2=L(1+H0)c2(160-130)=8522(1+0.012)X1.017X(160-130)=26312.6kJ/h=72.1kW即耗电量为73.1根据加热所需要的热负荷确定所需电功率N=堕，根据《喷雾干燥》表7-7,860k1k=1；k=1.312所以n=竺=W!=0.11印860匕 860x1故可选用SRQ1-220/0.5的电加热器。(2)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80°C。U=(0.773+1.244X0.035)273+8°=1.06澎/kg干空气h3 273V=Lh3=8522x1.06=9033.32m3/h采用蜗卷式旋风分离器，其进口宽度b=0.225D，高度a=0.3D，取进口速度为25m/s,则V9033.320.225Dx0.3Dx25=^^= 一3600 3600即D=1.22m。圆整后取D=1300mm。其余各部分尺寸为气=0.8D=1040mmL2=2D=2600mmb=0.225D=300mma=0.3D=390mmd=0.35D=455mml=0.7D=910mmd'=0.2D=260mm(3)袋滤器的选择取进入袋滤器的气温为75°C

273+75,4=（0.773+1.244x0.035）273 =1.04m3/kg干空气V4=L4=8522x1.04=8862.88m3/h选过滤气速为3.5m/min，则所需过滤面积为42.2m2。因此，可选择LSB-70顺喷脉冲袋式除尘器，其过滤面积为60m2，处理气量7920-19800m3/h，阻力为500-1200Pa（4）风机的选择干燥塔的操作压力一般为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24。。，湿含量H0=0.012u=（0.773+1.244x0.012）273+24=0.86m3/kg干空气h0 273V=Lh0=8522x0.86=7328.92m3/h1500xf1500xf12[10.9J=2000pa表3系统阻力估算表设备压降，pa设备压降，pa空气过滤器200旋风分离器2000空气加热器100布袋除尘器1200电加热器400干燥塔100（塔）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4500系统前风温按120。。计，密度为0.9kg/m3，则所需风压（规定状态下）为故选用4-72-11No.6。离心机，风量为9209m3/h，风压为2176pa。2引风机的选型系统后段风温按80OC计，密度为1.000kg/m3,则引风机所需风压为（规定状态下）为4500x「-!W11.000J=5400pa。取引风机入口处的风温为75OC，湿含量为H2=0.035.、273+75 匕5=(0.773+1.244H2) 273 =1.04m3/kg空气V5=匕5L=1.04x8522=8862.88m3/h故选用9-19NO.10D离心通风机，风量为9445m3/h，全压为5891Pa。设计结果汇总表通过上述设计计算得到的本设计示例设计结果汇总表设计结果汇总表料液处理量，kg/h400蒸发水量，kg/h196空气用量，kg干空气/h8522雾化器孔径，mm1.4干燥塔直径，m0.6干燥塔有效高度，m1.9空气加热器传热面积，m2123.3电加热器耗电量，kw73.1布袋除尘器过滤面积，m266旋风分离器直径，m0.65布袋除尘器型号LSB-70鼓风机型号4-7-11No.6C引风机型号9-19NO.10D主要符号说明符号意义与单位P 压力，Pa符号意义与单位P 压力，PaG 物料流量，kg/hG 绝干物料流量，kg/hP； 料液密度，kg/m3P， 产品密度，kg/m3Pa 空气密度，kg/m3W水分蒸发量，kg/ht 空气温度，。Ctw 空气湿球温度，Ctc 空气的临界温度，CM 传热温差，c气 物料入塔温度，C气 产品出塔温度，CL 绝干空气流量，kg/hH 空气湿含量，kg/kgH空气的临界湿含量，kg/kgI 湿空气的比焓，kJ/kgY 水的汽化潜热，kJ/kg气 空气的导热系数，W/(m-k)X物料干基含水量，%xc 液滴的临界湿含量，%符号意义与单位中 相对湿度，%o 物料湿基含水量，％dp产品平均粒度，Pmd初始液滴的直径，pmdc液滴的临界直径，Pmd0喷嘴直径，mmd1热风进口接管直径，mmd2热风入口接管直径，mm七 干物料比热，kJ/(kg・C)c^ 水的比热，kJ/(