《化工原理课程设计》--喷雾干燥设计

化工原理课程论文(设计)授课时间：2013——2014年度第一学期题目：喷雾干燥课程名称：化工原理课程设计 __专业年级： _学号：______ _____姓名：_______ _ _______成绩：________________________指导教师： _____ __年月日目录1.喷雾干燥的简介 (4)1.1喷雾干燥的原理 (4)2.喷雾干燥系统设计方案的确定 (5)3加热器[4] (7)4.计算热流量及平均温差[6] (7)4.3 阻力损失计算 (9)4.4 传热计算 (10)5.进风机的选择 (11)5.1 风量计算 (11)5.2 风压计算 (12)6 排风机的选型 (13)6.1风量计算 (13)6.2 风压计算 (13)参考文献： (14)化工原理课程设计任务书姓名学号一、设计题目喷雾干燥系统设计二、设计条件1、物系：牛奶2、原料含水率：45 % （①45；②50；③55）3、生产率(原料量)：0.5 t / h （①0.3；②0.5；③0.7）4、产品(乳粉)含水量：2 %5、加热蒸汽压力：700 KPa （绝压）6、车间空气温度：20 ℃7、车间空气湿度：0.012 kg / kg （①0.012；②0.014；③0.016）8、预热后进入干燥室的空气温度：150 ℃9、离开干燥室的废气温度：80 ℃10、离开干燥室的废气湿度：0.12 kg / kg三、设计内容1、计算所需过滤面积，选择新鲜空气过滤器和废气除尘器的型号。

2、计算所需空气流量和风压，选择进风机和排风机的型号。

3、计算所需换热面积，选择换热器（预热器）的型号。

4、画出整个喷雾干燥系统设备布置的流程图（设备可用方框加文字表示）。

四、编写设计说明书喷雾干燥系统设计1.喷雾干燥的简介喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴,并用热气体(空气、氮气或过热水蒸气)干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。

原料液可以是溶液、悬浮液或乳浊液，也可以是熔融液或膏糊液。

根据干燥产品的要求，可以制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状[1]。

喷雾干燥有以下优缺点[1]：优点：①物聊干燥所需的时间很短,通常只要15-30秒,甚至只要几秒.②容易改变操作条件以调节或控制产品的质量指标，例如粒度分布、最终湿含量等。

③根据工艺上的要求，产品可制成粉末状、空心球状或疏松团粒状，通常不需要粉碎即得成品，而且能在水中迅速溶解，例如殊荣脱脂奶粉、速溶咖啡等。

④简化了工艺流程。

缺点：①容积给热系数较小，对于不能用高温在热体干燥的物料，所用设备就显得庞大了一些。

而在低温操作时，空气消耗量大，因而动力消耗量也随之增大。

②对气—固混合物的分离要求较高。

对于很细的粉末状产品，要选择可靠的气固分离装置，以免产品的损失和对周围环境的污染。

因此分离装置比较复杂1.1喷雾干燥的原理[2]喷雾干燥是一种悬浮粒子加工技术。

将流体物料通过雾化器的作用，形成细微的液滴，使液滴与高温空气接触，水分迅速蒸发从而成为粉末状产品。

1.2喷雾干燥工艺流程及其流程图[2]⑴喷雾干燥工艺流程包括四个阶段：①雾化；②料物与空气接触（混合流动）；③料物干燥（水分及挥发性物质蒸发）；④干粉制品从空气中分离。

⑵喷雾干燥的流程图图2.喷雾干燥系统设计方案的确定2.1空气用量计算[1]：原料奶含水率%451=W；产品奶粉含水率22%W=；进入干燥塔的物料量1110.5500G t h kg h--=⋅=⋅。

备水分蒸发量W：气湿含量：;.012.01-=kgkgX因为空气经预热器温度保持不变，热空气湿含量：11.012.0-==kgkgXX废空气湿含量：120.12X kg kg-=⋅绝干空气消耗量L：但是，实际空气用量要比计算值多10％～25％[]，所以：（20℃时，查表得，此时空气密度31.205kg mρ=⋅）离开干燥室的废弃温度：280T=℃，查表得321.000kg mρ=⋅离开干燥室空气量2L：废气体积2V：2.2空气过滤器选型[5]过滤面积计算公式：LAm=式中，A ——滤层的面积，2m ；L ——通过滤层的空气量，3mM ——滤层的过滤强度，32m m ，一般取m ＝4000～800032m m 为宜。

设取m ＝500032m m ，由2.1，可知L ＝V 实=2336.103m 。

所以代入数据得过滤面积A ＝0.4672m 。

空气过滤器选型为AF30-N02D-2-X2149 2.3废弃除尘器选型由2.1，知废气量为13216.2215-=h m V 过滤面积计算：vF q=式中，F ——布袋的过滤总面积，2mv ——通过布袋过滤器的空气量，31m h -⋅ q ——布袋的单位面积负荷，321m m h --⋅⋅；q 值为140～200 321m m h --⋅⋅；取q ＝150321m m h --⋅⋅代入上式，得F ＝14.772m 。

实际过滤面积 272.1777.142.1%201m F F =⨯=+=）（实根据过滤F 实面积，查得MC24-1型脉冲袋式除尘器与之相近[4]，可以选用此除尘器，其参数如下：3加热器[4]基于设计基本要求的条件，车间温度t 0＝20℃；热空气温度t 1＝150℃；所以15020852t +=平均＝℃，根据平均温度查表可得，定比热熔C p1＝1.022kJ/(kg ·℃) ，热导率λ1＝3.087×10－2 W ·m －1·℃－1，密度ρ＝0.986kg/m 3，，粘度μ1＝2.13×10－5 Pa ·s ；由2.1可知，新鲜空气用量11.10.2336-=h kg m s ;已知加热蒸汽在700kPa （绝压）下处理，查附录6得此时温度T 1＝164.7℃，32 3.666 kg m ρ-=⋅假设用于加热的蒸汽处理量：m s2＝2000kg/h ，4.计算热流量及平均温差[6]4.1.按空气加热所需来计算换热器的热流量150111.1010.3)20150(022.110.2336)(-⨯=-⨯⨯=-=h kJ t t c m Q p s =86215w 计算平均温差,m t ∆逆：查书[6]，得气体和气体间进行换热是的K 值大致为12～35 12--⋅⋅K m W ，先取K 值为20 12--⋅⋅K m W ,则所需传热面积为： 4.2初步选定换热器的型号在决定管数和管长时，要先选定管内流速i u 。

空气在管内流速范围为5～301m s -⋅，设取i u ＝251m s -⋅。

设所需单程管数为n ，φ25mm ×2.5的管内径为0.02m ，则管内流量：解得，n=84根。

又有传热面积 A ＝75.63m 2 可求得单程管长l ’：若选用4.5m 长的管，2管程，则一台换热器的总管数为4.5×84＝378 根。

查《化工原理》附录十九得相近浮头式换热器的主要参数，见表2-1每程的管数1n ：11982p n n N =总管数＝＝99管程数，管程流通面积i S ：2221(0.02)990.031144i S d n m ππ=⋅⋅=⨯⨯=，由表2－1，查得的0.03112m 很符合。

传热面积A ：209.695.4198025.0m nl d A =⨯⨯⨯==ππ，比查得的68.2m 2稍大，这是由于管长的一小部分需用于在管板上固定管子。

应以查得的68.2m 2为准。

中心排管数c n ，查得的c n ＝11似乎太小；现未知浮式6管程的具体排管方式，暂存疑。

以下按式：16.74c n ==，取整c n ＝17。

4.3 阻力损失计算4.3.1 管程[6]流速i u ： 1.16.210311.0360027.23693600-===s m S v u i i i雷诺数Re ： 45-1111101.961013.2986.016.12020.0Re ⨯=⨯⨯⨯==μρi u d 摩擦系数：取钢管绝对粗糙度ε＝0.1mm ，得相对粗糙度0.1200.005i d ε==；根据Re ＝41096.1⨯，查图，得i λ＝0.035管内阻力损失： 回弯阻力损失： 管程总损失：PaN N F p p p p s r r i t 47.548420.14.1)74.2201738()(=⨯⨯⨯+=∆+∆=∆4.3.2 壳程取折流挡板间距h ＝0.2m 计算截面积0S ： 计算流速2u ： 雷诺数2Re ：由于2Re 500>，摩擦系数0f ： 折流挡板数B N ：5.2112.05.41=-=-=h l N B 取N B =22 管束损失1p ∆：Pau N n Ff p B c o 99.2579)233.4666.3)(122(1748.04.0)2)(1(22201=⨯+⨯⨯⨯=+=∆ρ 缺口损失： 壳程损失s p ∆：核算下来，管程及壳程的阻力损失都不从多10kPa ，又都不小于1kPa 。

故适用。

4.4 传热计算4.4.1 管程给热系数1a [9]由1Re 41096.1⨯，由于是对于空气，Pr 0.7≈Nu=30.54)1096.1(8.04=⨯⨯查资料知饱和水蒸汽对管壁的给热系数2a ＝42110kcal m h --⋅⋅⋅-1℃或4211.16310W m K --⨯⋅⋅。

4.4.3 传热系数K 。

计算公式为：式中，K ——空气加热器的传热系数，21W m K --⋅⋅；δ——加热管的壁厚，m ；λ——加热管导热系数，21W m K --⋅⋅，铁管λ＝45×1.163＝5321W m K --⋅⋅。

所以，将数值代入，可得K ＝33.9021W m K --⋅⋅.4.4.4 所需的传热面积A ：与所选的换热器列出的面积A=68.22m 比较，有近30％的裕度。

从阻力损失和换热面积的核算看，原选的换热器适用。

5.进风机的选择5.1 风量计算从进风机到干燥塔，需经过加热器，假设全程管长15m,其中进风机到加热器为5m ，加热器到干燥塔10m 为其中经过3个90°弯头，干燥塔器内维持147Pa 负压。

已知新鲜空气温度120t =℃，查得此温度下空气密度31 1.205kg m ρ-=⋅，粘度11 1.8110Pa s μ-=⨯⋅。

热空气温度2150t =℃，温度下空气密度320.825kg m ρ-=⋅，粘度52 2.4110Pa s μ-=⨯⋅。

查得90°弯头阻力系数0.75。

由（1）可知干燥器所需新鲜空气用量为： 13067.1938205.110.2336-===h m L V ρ实实所以风机的风量为：1367.1938-=h m V 实5.2 风压计算：计算公式为：d =1d 1110v m s -=⋅，风机出口出动压为500Pa 。