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淮海工学院课程设计报告书题目：离心喷雾干燥塔设计（500Kg/h）学院：＿＿＿专业：＿班级：＿＿＿＿＿＿＿＿＿姓名：＿＿学号：＿＿指导老师：＿2010年1月1日目录绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第一节概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1.1离心喷雾干燥的原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1.2喷雾干燥的特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1.3喷雾干燥设备的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1.4离心雾化器的形式和结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第二节设计方案的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2.1确定设计方案的原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2.2确定操作参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2.3离心喷雾干燥工艺条件范围．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2.4注意事项．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第三节离心喷雾干燥塔的工艺计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3.1基础参数的选取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3.2物料衡算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3.3热量衡算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第四节离心喷雾干燥塔主要尺寸计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.1选用多管式雾化器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.2雾滴直径．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.3雾滴运动参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.4雾距的半径．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.5干燥塔．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.6干燥室的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.7时间计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.8校正．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4.9功率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．第五节离心喷雾干燥的附属装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5.1供料装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5.2热风分配器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5.3干燥室．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5.4粘壁清除装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5.5控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5.6CIP自动清洗装置．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．——绪论课程设计是《食品工程原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。干燥技术的应用，在我国具有十分悠久的历史。闻名于世的造纸技术就显示了干燥技术的应用。《天工开物》一书中也描述了人工加热干燥过程，总结了我国劳动人民的干燥实践，反映了我国古代劳动人民的高度智慧。在解放前，我国干燥技术的应用一般仍停留在手工作坊的阶段。解放以后，干燥技术的应用发展很快，20世纪50年代初期，分散悬浮态干燥技术（如气流干燥等）开始工业应用，干燥技术的研究工作也普遍展开，高效的干燥设备也在生产中应用。随着工业现代化的发展，化学工业的机械化、大型化和自动化水平的提高，作为化工单元操作设备之一的干燥设备也必将更加迅速的发展。干燥既是古老又是应用最普遍的单元操作，干燥操作不仅应用于化工、石油化工等工业中，还普遍运用于医药、食品、原子能、纺织、建材、采矿、电工、机械制品以及农产品等行业中。干燥的目的是除去某些原料、半成品中的水分或溶剂，就化学工业而言，使物料便于包装、运输、储藏、加工和使用。而食品干燥是一种用于长期保藏食品的工业加工操作，食品物料被干燥后，重要的一个特征就是水分含量很低，其形态呈固体特性。因而，对食品进行干燥，目的是为了减少食品的体积和重量，以便运输或减少运输费用；对食品去除大部分水分后，可以有效地防止微生物在食品产品中的繁殖，使食品更便于储存和提高使用的方便性等。由于被干燥的食品在形状、大小、含水量及热敏性等性质上的千差万别，故食品工业上可用的干燥设备类型繁多。干燥设备有多种分类方法：根据操作压强的不同可以分为常压干燥器和真空干燥器；根据操作方式的不同可以分为连续式——干燥器和间歇式干燥器；根据干燥介质和物料的相对运用方式的不同可以分为并流、逆流和错流干燥；也可根据供热方式的不同分为对流干燥器、传导干燥器、辐射干燥器和介电加热干燥器。干燥方法包括最原始的自然干燥法以及利用外来热量的热风干燥法、喷雾干燥法、薄膜干燥法及冷冻干燥法等多种方法。食品生产中经常使用的是无损于食品风味、不易引起变色和变质的喷雾干燥，冷冻真空干燥和真空皮带式干燥等高品质干燥技术。在我国乳制品工业的奶粉制造中，绝大部分工厂都已采用较先进的喷雾干燥工艺。乳制品的干燥不仅是传热过程，而且也是传质过程。因此是一种较复杂的物理化学变化过程。在干燥时，易分离的是在产品表面与毛细管内的自由水分；而最难分离出来的是膨胀水分，特别是与产品结合水中的吸附水。因此在干燥时，可先用较经济的方法除去容易蒸发的水分，而后再用耗能较大的干燥方法除去最后残留的难蒸发的水分。本课程设计课题为离心喷雾干燥塔设计（500Kg/h）。塔设备又称塔器，即一类塔形的化工设备，是具有一定形状（截面大多是圆形）、一定容积、内外装置一定附件的容器。塔设备是用以使气体与液体、气体与固体、液体与液体或液体与固体密切接触，并促进其相互作用，以完成化学工业中热量传递和质量传递过程的设备。所采用材料必须对被处理的物料具有耐腐蚀性能。并按其所能承受的压力进行设计。大多应用于蒸馏、吸收、萃取、吸附、干燥等操作。喷雾干燥根据浓缩乳的雾化方法主要可以分为三类，即压力喷雾干燥法、离心喷雾干燥法和气流喷雾干燥法。其中，气流喷雾在食品工业中采用较少。喷雾干燥设备在工业上应用主要有：催化剂的干燥，洗涤剂的干燥，染料和颜料的干燥，化学肥料的干燥，聚合物的干燥，陶瓷原料的干燥，矿物的干燥，农药的干燥，药品的干燥，速溶食品（如全脂奶粉、脱脂奶粉、麦乳精、可溶性鱼粉、鱼浆及鱼蛋白质等）的干燥等等。——第一节概述1.1离心喷雾干燥的原理离心喷雾是利用在水平方向作高速旋转运动的圆盘上注入料液，使料液在离心力的作用下被高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，被甩出的料液受到因圆盘高速转动而带动旋转的空气的摩擦、阻碍和撕裂等作用而被分散成微小的液滴。料液在雾化过程中受到两种力的作用，即离心力和重力的作用下的加速度和与周围空气的摩擦而产生雾化。故雾化情况与料液的物性、流量，离心圆盘直径、转速有关。当料液流量很少时，料液的雾化主要是受离心力的作用，料液被雾化图1：离心喷雾的的直（粒）径取决于所受的离心力和料液的黏度、雾化原理表面张力的关系。当离心力大于表面张力时，圆盘周边的球状液滴立即被抛出而分裂雾化，液滴中伴有少量大液滴，如图2(a)所示；当料液流量增加，转速加快时，球状料液则被拉成丝状射流，被抛出的液丝极不稳定，在离圆盘周边不远处即被分裂雾化成小液滴，如图2（b）所示；若料液流量继续增加，则液丝间互相并成薄膜，抛出的液膜离圆盘周边一定距离后，被分裂成分布较广的液滴，若料液在圆盘上的滑动能减到最小，则可使液滴以高速喷出，在圆盘周边与空气发生摩擦而被雾化，如图2（c）所示。图2：a.直接分裂成液滴b.丝状割裂成液滴c.膜状分裂成液滴——1.2喷雾干燥的特点1.2.1喷雾干燥的优点⑴干燥过程非常迅速，采用专门的设备（喷嘴或转盘）雾化成很分散的微粒（直径在10-200μm）,具有很大的表面积，与高温（150-250℃）的热空气接触后,在0.01-0.04s内就完成了干燥。⑵喷雾干燥所得之产品，通常不需要做进一步磨碎，简化了工序。⑶喷雾干燥时，可以随时调节改变干燥条件而调整产品质量指标。⑷在干燥过程中，由于湿物料直接与热空气接触，发生瞬间蒸发，在设备材料选样上，没有像其他热交换器那样严格。⑸干燥过程是在完全密闭状态下进行的，因而干燥室内具有一定的负压。这样既保证了生产中的卫生条件，又避免了粉尘在车间内飞扬，从而提高了产品的强度。⑹喷雾干燥生产效率高，操作人员少。⑺对产品的粒径、相对密度、含水量可根据需要，很容易进行调节。1.2.2喷雾干燥的缺点⑴设备比较复杂，一次投资较大。⑵使被干燥物料雾化成细小微粒和从废气中回收夹带的粉末。需要一套价格较高的复杂设备。⑶为了降低产品中水分含量，因废气中湿含量高，以致需要较多的空气量，从而增加鼓风机的电能消耗与回收装置的容量。⑷热效率不高，热消耗大。1.2.3离心喷雾满足的条件⑴圆盘要加工精密，动平衡好，旋转时无振动。⑵旋转时产生的离心力必须大于物料的重力。⑶给料必须均匀且圆盘表面均被物料液所润湿。⑷圆盘及沟槽必须平滑。⑸保证雾化均匀，圆盘的圆周速度应取60m/s，一般为90-120m/s。——1.2.4离心喷雾干燥的特点根据原理可知，调整转速，可以调整雾化料液的粒径，转速高则液滴细，液相的比表面积就大，从而可以提高干燥的传热、传质效率。物料黏度的适应性比压力喷雾广。既可以处理低黏度的料液，对高黏度浓缩料液进行雾化干燥的效果也较好，因此，可以提高雾化料液的浓缩程度。喷雾器的材料要求具有质轻强度高的性能，对材质的要求高。工艺上应用的告诉旋转雾化器的转速一般为10000-40000r/min,转速高，对轴系及传动系统的选材、制造精度、安装精度的要求高且严格。1.3喷雾干燥设备的组成1.3.1干燥室干燥室的形状、大小与雾化器的形式、空气分布器、尾气排出管、排粉方式有关，取决于乳品的性质和对制品的要求。乳品干燥中主要用：垂直下降并流型。这种形式的的热和气流和液滴相接处，虽然气流温度高，其热量都供给水分蒸发，实际液滴表面温度接近湿球温度，故仍能保持物料原有的特性。1.3.2热空气系统直流式空气分配器中间有一斜面的调节筒，可防止热风短路。热风直线状从上至下运动，这种装置常用于乳品行业中。1.3.3雾化装置与供料系统雾化装置的作用是将乳液分散成符合要求的液滴。本设计采用的是离心式雾化器。1.3.4乳粉回收系统在喷雾干燥系统中，部分干粉在干燥室内自由沉降至底部经锁气阀分出；少部分细分随尾气携出。从尾气中分离出的乳粉形成回收系统。常用的第一级分离器是旋风分离器。1.3.5乳粉的后处理刚从干燥塔排除后的乳粉温度通常为70~80℃，若长时间放置会产生热变——性或吸湿固化。将塔底和旋风分离器底部排除的乳粉集中到风送管道内由过滤后的冷风输送到风送旋风分离器集中排料。1.