《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2目录1.喷雾干燥的简介.....................................................................................41.1喷雾干燥的原理............................................................................42.喷雾干燥系统设计方案的确定.............................................................53加热器[4]...................................................................................................74.计算热流量及平均温差[6]......................................................................74.3阻力损失计算...............................................................................94.4传热计算.....................................................................................105.进风机的选择.......................................................................................115.1风量计算.....................................................................................115.2风压计算.....................................................................................126排风机的选型......................................................................................136.1风量计算......................................................................................136.2风压计算.....................................................................................13参考文献：..............................................................................................143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)：0.5t/h（①0.3；②0.5；③0.7）4、产品(乳粉)含水量：2%5、加热蒸汽压力：700KPa（绝压）6、车间空气温度：20℃7、车间空气湿度：0.012kg/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：0.12kg/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4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）；5③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1：喷雾干燥流程图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1110.5500Gthkgh。备水分蒸发量W：12211.39.2192100)245(500100hkg气湿含量：;.012.010kgkgX因为空气经预热器温度保持不变，热空气湿含量：101.012.0kgkgXX废空气湿含量：120.12Xkgkg新鲜空气空气过滤器送风机空气预热器浓缩乳离心式喷雾器喷雾干燥旋风分离器排风机排放奶粉冷却过筛包装成品6绝干空气消耗量L：112.39.2031012.012.039.219hkgXXWL但是，实际空气用量要比计算值多10％～25％[]，所以：10.10.233615.139.2031%)151(hkgLL实13067.1938205.110.2336hmLV实实（20℃时，查表得，此时空气密度301.205kgm）离开干燥室的废弃温度：280T℃，查表得321.000kgm离开干燥室空气量2L：122.16.227512.039.203139.2031hkgLXLL废气体积2V：1322216.2215000.116.2275hmLV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，32mm，一般取m＝4000～800032mm为宜。设取m＝500032mm，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-X21492.3废弃除尘器选型由2.1，知废气量为13216.2215hmV过滤面积计算：vFq式中，F——布袋的过滤总面积，2mv——通过布袋过滤器的空气量，31mhq——布袋的单位面积负荷，321mmh；7q值为140～200321mmh；取q＝150321mmh代入上式，得F＝14.772m。实际过滤面积272.1777.142.1%201mFF）（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：项目数据项目数据过滤面积，2m18过滤气速，minm2～4滤袋条数，条24处理气量，mh2160~4300滤袋规格φ120×200脉冲阀数量，个4压力损失，2mmHO120～150最大外形尺寸（长×宽×高），mm1025×1678×3660除尘效率，％99～99.5质量，kg8503加热器[4]基于设计基本要求的条件，车间温度t0＝20℃；热空气温度t1＝150℃；所以15020852t平均＝℃，根据平均温度查表可得，定比热熔Cp1＝1.022kJ/(kg·℃)，热导率λ1＝3.087×10－2W·m－1·℃－1，密度ρ＝0.986kg/m3，，粘度μ1＝2.13×10－5Pa·s；由2.1可知，新鲜空气用量11.10.2336hkgms;已知加热蒸汽在700kPa（绝压）下处理，查附录6得此时温度T1＝164.7℃，323.666kgm假设用于加热的蒸汽处理量：ms2＝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)(hkJttcmQps=86215w8计算平均温差,mt逆：21,21)()(164.720)(164.7150)57164.720lnln164.7150mTtTttTtTt逆（＝℃查书[6]，得气体和气体间进行换热是的K值大致为12～3512KmW，先取K值为2012KmW,则所需传热面积为：263.75572086215mtKQAm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iu。空气在管内流速范围为5～301ms，设取iu＝251ms。设所需单程管数为n，φ25mm×2.5的管内径为0.02m，则管内流量：13227.2369986.010.2336360002.04hmLunvii实解得，n=84根。又有传热面积A＝75.63m2可求得单程管长l’：ml60.11025.08363.75'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项目数据项目数据壳径D（DN）管程数Np(N)管数n中心排管数nc管程流通面积iS600mm2198110.0311管尺寸管长l（L）管排列方式管心距传热面积Aφ25mm×2.5mm4.5m正方形斜转45°28mm68.22m可对表2-1中的数据做核算如下：每程的管数1n：11982pnnN总管数＝＝99管程数，9管程流通面积iS：2221(0.02)990.031144iSdnm，由表2－1，查得的0.03112m很符合。传热面积A：209.695.4198025.0mnldA，比查得的68.2m2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68.2m2为准。中心排管数cn，查得的cn＝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：1.1919816.74cn，取整cn＝17。4.3阻力损失计算4.3.1管程[6]流速iu：1.16.210311.0360027.23693600smSvuiii雷诺数Re：45-1111101.961013.2986.016.12020.0Reμiud摩擦系数：取钢管绝对粗糙度ε＝0.1mm，得相对粗糙度0.1200.005id；根据Re＝41096.1，查图，得i＝0.035管内阻力损失：Paudlpii1738)2986.016.21(02.0