化工原理課程設(shè)計(jì)噴霧干燥

1、化 工 原 理 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書設(shè)計(jì)題目奶粉噴霧干燥 設(shè)計(jì)者姓名 _ 學(xué)號(hào)_專 業(yè) _ 班級(jí) _指導(dǎo) 老師 _ 設(shè)計(jì)日期 _浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院 化工原理 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)：班級(jí)：姓名： 一、 設(shè)計(jì)題目：奶粉噴霧干燥二、 設(shè)計(jì)條件：1、生產(chǎn)任務(wù)：年產(chǎn)全脂奶粉 750噸（學(xué)號(hào)：1-6）； 800噸（學(xué)號(hào)：712）； 840噸（學(xué)號(hào)：13-18）； 880噸（學(xué)號(hào)：19-24）； 920噸（學(xué)號(hào)：25-30）； 960噸（學(xué)號(hào)：31-36） 以年工作日310天（學(xué)號(hào)尾號(hào)為單數(shù)）；330天（學(xué)號(hào)尾數(shù)為雙號(hào)），日工作二班，班實(shí)際噴霧時(shí)間6小時(shí)計(jì)。產(chǎn)品質(zhì)量符合國(guó)家“全脂奶粉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2、”。2、進(jìn)料狀態(tài)：濃縮奶總固形物含量46%學(xué)號(hào)5,6,11,12,17,18,23,24,29,30,35,36）48%（學(xué)號(hào)：3,4,9,10,15,16,21,22,27,28,33,34）50%（學(xué)號(hào)：1,2,8,7,13,14,19,20,25,26,31,32）溫度55、密度1120kg/m2、表面張力0.049N/m、黏度15cp。成品奶粉含水量2.5%（一級(jí)品）、密度600 kg/m2、比熱2.1kJ/kg.3、新鮮空氣狀態(tài)： t0=20、0=50%（學(xué)號(hào)112）；t0=23、0=55%（學(xué)號(hào)1124）；t0=25、0=60%（學(xué)號(hào)2536） 大氣壓760mmHg4、熱源：飽和水

3、蒸氣。三、設(shè)計(jì)項(xiàng)目：a) 工藝流程的確定b) 噴霧干燥裝置的計(jì)算c) 輔助設(shè)備的選型及計(jì)算d) 繪制工藝流程圖e) 編制設(shè)計(jì)說明書四、設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)要求時(shí)間：1.5周要求：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，確定方案合理，論證清楚，計(jì)算正確，簡(jiǎn)述簡(jiǎn)明，圖紙整潔無誤，書寫整齊清潔。一、目錄二、工藝流程確定及論證2.1論證 32.2噴霧干燥流程圖 5三、噴霧干燥的計(jì)算3.1物料及熱量衡算 53.1.1空氣狀態(tài)參數(shù)的確定 63.1.2物料衡算 93.1.3熱量衡算 103.2離心式霧化器的計(jì)算 113.2.1霧滴直徑dL的計(jì)算 123.2.2液滴離開轉(zhuǎn)盤的初速度 123.2.3噴灑液滴射程（噴距半徑）133.2.4離心噴

4、霧器所需功率 143.3噴霧干燥塔主要尺寸的計(jì)算153.3.1塔徑D 153.3.2塔高H 15四、輔助設(shè)備的選型計(jì)算4.1空氣過濾選型器的計(jì)算 164.2空氣加熱器的選型計(jì)算 164.3粉塵回收裝置的選型計(jì)算（噴） 194.4風(fēng)機(jī)的選型計(jì)算 214.5高壓泵 224.6其他輔助設(shè)備選用 22五、設(shè)計(jì)結(jié)果的匯總5.1主要工藝參數(shù) 235.2干燥裝置及主要輔助設(shè)計(jì)一覽表 24六、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖25七、設(shè)計(jì)說明25八、對(duì)干燥設(shè)計(jì)過程中某些問題的探討26九、結(jié)束語27十、參考文獻(xiàn) 28二、工藝流程確定及論證 本工藝采用并流、離心式噴霧干燥法進(jìn)行奶粉的噴霧干燥。1.1論證:牛奶的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值非常高,

5、被西方人成為“人類的保姆”。每100克牛奶中，含有脂肪3.1克、蛋白質(zhì)2.9克、乳糖4.5克、礦物質(zhì)0.7克、生理水88克。這些營(yíng)養(yǎng)在我們的生命中都占有重要位置。牛奶中的蛋白質(zhì)屬于全蛋白，其消化率可達(dá)100%。牛奶中的碳水化合物是乳糖，它能提供熱能和促進(jìn)金屬離子如鈣、鎂、鐵、鋅等的吸收，對(duì)于嬰兒智力發(fā)育非常重要。牛奶中的礦物質(zhì)種類非常豐富，除了我們所熟知的鈣以外，磷、鐵、鋅、銅、錳、鉬的含量都很多。最難得的是，牛奶是人體鈣的最佳來源，而且鈣磷比例非常適當(dāng)，利于鈣的吸收。牛奶對(duì)于補(bǔ)充維生素的作用也很大，特別是維生素A和維生素B2。除膳食纖維外，牛乳含有人體所需要的全部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是惟一的全營(yíng)養(yǎng)食物

6、，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值之高，是其他食物無法比擬的。但牛奶是一種熱敏性物質(zhì)，溫度達(dá)到6062時(shí)，牛奶中的蛋白質(zhì)微粒就會(huì)脫水，變?yōu)槟z狀態(tài)，隨之出現(xiàn)沉淀，同時(shí)牛奶中極不穩(wěn)定的酸性磷酸鈣也會(huì)變?yōu)橹行粤姿徕}形成沉淀。 若加熱溫度達(dá)到100左右，牛奶中的乳糖會(huì)開始焦化呈現(xiàn)褐色，并逐漸分解產(chǎn)生乳酸及少量甲醛。乳脂是牛奶的重要成分,但其中的不飽和脂肪酸易氧化而產(chǎn)生酸敗,這不僅影響奶及奶制品的風(fēng)味,還會(huì)危害人體健康。因此，對(duì)于干燥來說需要較高的要求。噴霧干燥，即通過機(jī)械作用，將需干燥的物料，分散成很細(xì)的像霧一樣的微粒，（增大水分蒸發(fā)面積，加速干燥過程）與熱空氣接觸，在瞬間將大部分水分除去，使物料中的固體物質(zhì)干燥成粉末。

7、奶粉噴霧干燥的原理是將濃縮乳借用機(jī)械力量，即壓力或離心的方法，通過噴霧器將乳分散為霧狀的乳滴（直徑為10-15um），大大增加了其表面積，同時(shí)送入熱風(fēng)的情況下霧滴和熱風(fēng)接觸，濃乳中的水分便在0.01-0.04s的瞬間內(nèi)蒸發(fā)完畢，霧滴被干燥成球形顆粒落入干燥室的底部，水蒸氣被熱風(fēng)帶走，從干燥室排風(fēng)口排出，而且微粒表面的溫度為干燥介質(zhì)的濕球溫度（5060），若連續(xù)出料，整個(gè)干燥過程僅需1030s，故特別適用于熱敏性物料的干燥，蛋白質(zhì)的變性很少，乳清蛋白依然保持良好的溶解性，酶的活性也沒有喪失。具有較高的溶解度及沖調(diào)性，保持其原有的營(yíng)養(yǎng)成分及色、香、味。噴霧干燥的特點(diǎn)如下：（1） 干燥速度快：由于料

8、液經(jīng)噴霧后霧化成幾十微米大小的液滴，所以單位重量的表面積很大，每公升料液經(jīng)噴霧后表面積可達(dá)300左右，因此熱交換迅速，水分蒸發(fā)極快，干燥時(shí)間一般只要幾秒鐘，多則幾十秒鐘，具有瞬間干燥的特點(diǎn)。 （2） 干燥過程中液滴的溫度比較低：噴霧干燥可以采用較高的溫度的載熱體，但是干燥塔內(nèi)的溫度一般不會(huì)很高。當(dāng)液滴仍有大量水分存在時(shí)，它的溫度不超過熱空氣的濕球溫度，例如塔內(nèi)熱空氣溫度>>100時(shí)，物料溫度約5060。所以適合于熱敏性物料的干燥，能夠保持產(chǎn)品良好的色澤和香味。 （3）干燥產(chǎn)品具有良好的分散性和溶解性能：根據(jù)工藝上的要求，選用適當(dāng)?shù)撵F化器，可將料液噴成球狀液滴，由于干燥過程是在空氣中

9、完成的，所得到的粉粒能保持與液滴相近似的球狀，因此具有良好的疏松性、流動(dòng)性、分散性，沖調(diào)時(shí)能迅速溶解。 （4）產(chǎn)品純度高，環(huán)境衛(wèi)生好：由于干燥是在密閉的容器內(nèi)進(jìn)行的，雜質(zhì)不會(huì)混入產(chǎn)品，保證了產(chǎn)品純度。生產(chǎn)有毒氣、臭氣物料時(shí)，可采用封閉循環(huán)或“自惰”循環(huán)系統(tǒng)的噴霧干燥設(shè)備，將毒氣、臭氣燒毀，防止公害，改善環(huán)境。 （5）生產(chǎn)過程簡(jiǎn)化，操作控制方便：即使含水量高達(dá)90%的料液，不經(jīng)濃縮，同樣能一次獲得均勻的干燥產(chǎn)品。大部分產(chǎn)品干燥后不需粉碎和篩選，從而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程。對(duì)于產(chǎn)品粒徑大小、松密度、含水量等質(zhì)量指標(biāo)，可改變操作條件進(jìn)行調(diào)整，控制管理都很方便。 （6）適宜于連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)：干燥后的產(chǎn)品

10、經(jīng)連續(xù)排料，在后處理上結(jié)合冷卻器和風(fēng)力輸送，組成連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化大規(guī)模生產(chǎn)。其主要缺點(diǎn)是：但是其缺點(diǎn)是：（1）設(shè)備比較復(fù)雜，一次投資大。（2）投資費(fèi)用比較高。（3）設(shè)備的熱效率不高，熱消耗大，熱效率約為30%-40%。（4）對(duì)生產(chǎn)衛(wèi)生要求高的產(chǎn)品，設(shè)備的清掃工作量大。根據(jù)牛奶的易氧化性及其熱敏性，綜合上述優(yōu)缺點(diǎn)，我們采用噴霧干燥法來生產(chǎn)乳粉。1.1.1噴霧干燥按照噴霧和流體流動(dòng)方向分為逆流型、混合型很和并流型。其特點(diǎn)如下：（1）逆流型操作特點(diǎn)是熱利用率較高，但只適用于非熱敏性物料的干燥，而且若空塔速度超過限度將引起顆粒的嚴(yán)重夾帶，給回收系統(tǒng)增加負(fù)荷。（2）混合型操作特點(diǎn)是氣流與產(chǎn)品較

11、充分接觸，脫水效率高，但產(chǎn)品有時(shí)與濕的熱空氣流接觸，故干燥不均勻，內(nèi)壁局部粘粉嚴(yán)重。（3） 并流型操作特點(diǎn)是：被干燥物料允許在低溫下進(jìn)行干燥。由于熱風(fēng)進(jìn)入干燥室立即與噴霧液滴接觸，室內(nèi)溫度急降，不會(huì)使干燥物料受熱過度，因此，適宜于熱敏性物料的干燥。塔壁粘粉較少。由于在干燥室內(nèi)細(xì)粒干燥時(shí)間短、粗粒干燥時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品具有比較均勻干燥的特點(diǎn)，適合于液滴高度分散均一的噴霧場(chǎng)合。1.1.2噴霧干燥按照霧化方法分為壓力式、離心式和氣流式噴霧干燥（1）壓力式噴霧干燥的操作特點(diǎn)是：與氣流式相比，大大節(jié)省動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，操作簡(jiǎn)單，制造和檢修方便，適合于年度比較低的料液。其缺點(diǎn)主要是噴嘴極易堵塞，噴嘴磨

12、損大，不適合于高粘度料液。（2）離心式噴霧干燥的操作特點(diǎn)是：塔內(nèi)只安裝一個(gè)霧化器便可完成生產(chǎn)任務(wù)。在一定范圍內(nèi)，可以調(diào)節(jié)霧滴尺寸。生產(chǎn)能力調(diào)節(jié)范圍大。在調(diào)節(jié)處理量時(shí)，不需要改變霧化器工作狀態(tài)。與壓力式噴霧干燥相比，可以適應(yīng)叫高粘度的料液。（3）氣流式噴霧干燥的操作特點(diǎn)是：操作壓力低，生產(chǎn)能力大，所得的霧滴較小，可通過調(diào)節(jié)氣液比來控制霧滴大小。設(shè)備制造簡(jiǎn)單，操作和維修方便。但與壓力式和離心式相比，消耗動(dòng)力較大，約為它們的58倍。綜上所述，本生產(chǎn)工藝選用并流、離心式噴霧干燥法對(duì)奶粉進(jìn)行噴霧干燥處理。2.2噴霧干燥流程圖： 噴霧器空氣加熱器干燥室旋風(fēng)分離機(jī)或袋濾器集粉裝置鼓風(fēng)機(jī)空氣過濾排風(fēng)機(jī)濃奶廢氣

13、奶粉新鮮空氣三、噴霧干燥裝置的計(jì)算：3.1物料及熱量衡算 空氣狀態(tài)參數(shù)的確定G1 tM1=55新鮮空氣蒸汽熱空氣濃奶排氣L t00 H0H0 I0L t1 H1H1 I1 L t2 H2H2 I22t0=23，0=55% t1=150,H1=0.0096 t 2=80H2=0.0363H0=0.00964熱損失QL空氣加熱器冷凝水干燥塔 奶粉G2 tM2=70圖2物料、熱量衡算圖3.1.1.1新鮮空氣狀態(tài)參數(shù)：（參化工原理P216218）由設(shè)計(jì)條件給定：t023055%查得23飽和水蒸汽壓Ps0 21.07mmHg求濕含量H 0.622（0 Ps0）/（P-0 Ps0） 0.622（0.55&

14、#215;21.07）/（760-0.55*21.07） 0.0096Kg/Kg絕干氣熱焓 I0 （1.01+1.88H0）t0+2492H0 （1.01+1.88×0.0096）×23+2490×0.0096 47.549KJ/Kg干濕比容 H0 （0.773+1.244H0）×（273+ t0）/273 （0.773+1.244*0.0096）×（273+23）/273 0.7859m3（濕空氣）/Kg絕干氣3.1.1.2加熱后空氣的狀態(tài)參數(shù)：（2，P467。7,P229-P233）全脂乳粉的加工工藝流程中，噴霧干燥的操作要點(diǎn)為先將過濾的空

15、氣由鼓風(fēng)機(jī)吸進(jìn)，通過空氣加熱器加熱至130-160后，送入噴霧干燥室。如用電熱或燃油爐加熱，可使干燥介質(zhì)的溫度提高至200以上。雖然提高熱空氣溫度可以提高熱效率，強(qiáng)化干燥過程，減少干燥塔所需容積，但是考慮到溫度過高會(huì)影響乳粉的質(zhì)量，如發(fā)生龜裂或焦化，所以干燥介質(zhì)的溫度會(huì)受到限制。同時(shí)溫度過低會(huì)使產(chǎn)品水分含量過高而不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。故加熱后的空氣溫度可確定為150。濕度HH00.0096Kg/Kg干熱焓I （1.01+1.88*H）*t1+2490H1 （1.01+1.88*0.0096）×150+2490×0.0096 178.11KJ/Kg干比容 H （0.773+1.244

16、H）×（273+t）/273 （0.733+1.244*0.0096）×（273+150）/273 1.1543m3/Kg 干3.1.1.3排風(fēng)狀態(tài)參數(shù)確定：（乳粉生產(chǎn)基本知識(shí) P258，乳與乳制品生產(chǎn)P279,273,305）干燥的乳粉含水量在2.5%以內(nèi)，從塔底流出，熱空氣經(jīng)旋風(fēng)分離器收集所攜帶的乳粉顆粒，凈化后的空氣被排風(fēng)機(jī)送入大氣中，排放溫度為8090，相對(duì)濕度為1013%。選定排放溫度為80，但為了防止產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間受高溫影響而使產(chǎn)品變性，且同時(shí)要防止露水的形成，故奶粉出口溫度一般比排氣溫度低10。就整個(gè)干燥器做物料衡算：（化工原理下P230）G2CMtM1/W +

17、Cl tM1 + LI0 +L(I1-I0) = G2CM tM2 /W + LI2 + QL 式中：CM-產(chǎn)品比熱，全脂奶粉為2.1KJ/Kg (任務(wù)書給定) Cl-水的比熱，4.187KJ/Kg tM1-濃奶溫度，給定55（任務(wù)書給定） tM2-奶粉出口溫度，取70 QL -每蒸發(fā)千克水干燥室的熱損失，按工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)取251 KJ/Kg水(P305)；對(duì)于保溫適宜的干燥室而言：其散失的熱量可取60千卡/公斤水，相當(dāng)于251.04kJ/kg水，而對(duì)于空氣加熱器的熱損失可取40千卡/公斤水，相當(dāng)于167.36kJ/kg水。本工藝保溫適宜，故采用熱損失為251kJ/kg水。） W-每小時(shí)蒸發(fā)水量

18、111.11Kg（見物料衡算） G2-每小時(shí)奶粉產(chǎn)量222.22Kg（見物料衡算） L-每蒸發(fā)千克水所需空氣量Kg, L1/(H2H1) 將上式整理后可得C1tM1-(G2CMtM2/W-G2CMtM1/W+QL)=(I2-I1)/(H2-H1)方程左端表示干燥室補(bǔ)充熱量與損失熱量之差，用表示 4.187×55-(222.22×2.1×70/211.11-222.22×2.1×55/211.11+251)-53.87KJ/Kg水 （I- I）/(H2H1) (1.01+1.88 H2) t2+2490 H2 - I/(H2H1) (1.01+1

19、.88 H2) ×80+2490H2178.13/(H20.0096)-53.87 KJ/Kg水解得H20.036 Kg/Kg干熱焓I(1.01+1.88 H2) t2+2492 H2(1.01+1.88×0.036) ×80+2490×0.036 175.854KJ/Kg干的求?。河蒆20.622PS2 /（P-PS2）查得飽和水蒸汽壓PS2355.1m/mHg0.0360.622×355.1/（760-355.1） 11.7%13%,為保證 乳粉水含量的要求，必須嚴(yán)格控制排風(fēng)相對(duì)濕度2=1013%.由于計(jì)算得到的2在此范圍內(nèi)，所以含水量可以

20、保證。比容H （0.773+1.244H）×（273+ t）/273 （0.773+1.224*0.036）×（273+80）/273 1.0565m3/Kg 絕干氣3.1.2物料衡算：（化工原理P228）3.1.2.1每小時(shí)需得奶粉量G2可由年產(chǎn)量，年工作日，日工作班數(shù)及噴霧時(shí)間求取。(由任務(wù)書知：年產(chǎn)全脂奶粉880噸，年工作330天，日工作兩班，班實(shí)際噴霧時(shí)間6小時(shí)。)G2 880×10³/(330×2×6)222.22Kg/h3.1.2.2每小時(shí)噴霧濃奶量及蒸發(fā)水分量W G1 G2 *（1-W2）/(1-W1) 222.22（1

21、-0.025）/（1-0.50）433.33 Kg/hW G1 - G2 433.33-222.22211.11Kg/h 3.1.2.3 每蒸發(fā)Kg水干空氣用量（絕干量計(jì)）L 1/(H2H1)1/（0.036-0.0096） 37.88Kg絕干氣/Kg水每小時(shí)干空氣量L W/(H2H1)211.11/（0.036-0.0096）7996.59Kg絕干氣/h新鮮空氣體積流量V0=LH7996.59×0.78596284.20m3/h熱空氣體積流量V=LH7996.59×1.15439230.46m3/h新鮮空氣體積流量V=LH7996.59×1.05658448.2

22、9m3/h3.1.3熱量衡算3.1.3.1輸入系統(tǒng)熱量新鮮空氣輸入： Q1=LI0=7996.59×47.549=380229.86KJ/h熱器輸入熱量 Q2L（I1- I0）7996.59×(178.11-47.549)=1044042.78 KJ/h濃奶帶入的熱量：Q3= G2CMtM1+WCl tM1222.22×2.1×55+211.11×4.187×55 74281.88KJ/hQ入Q1+ Q2+ Q33.8×10+10.4×10+0.7×1014.9×10KJ/h3.1.3.2輸出系

23、統(tǒng)的熱量排氣帶出的熱量: Q1= LI2 =7996.59×175.854=1406232.34KJ/h產(chǎn)品奶粉帶出的熱量： Q2G2CMtM2222.22×2.1×70=32666.34 KJ/h干燥室熱損失： Q3 = W QL211.11×251=52988.61KJ/h Q出Q1+ Q2+ Q3=14.1×10+0.3×10+0.5×1014.9×10KJ/hQ入Q出可見熱量收支平衡。3.1.3.3干燥過程的熱效率：表示每蒸發(fā)1公斤水分，干燥器內(nèi)所需加入的熱量中用于汽化水分所耗熱量的百分率。 =(r0+CW

24、t2)-CltM1/L(I2I0) =(2490+1.88×80)-4.187×55/37.88×(175.854-47.549)= 49.6%3.1.3.4空氣加熱器蒸汽消耗量：（噴霧干燥 P266）選取加熱用飽和水蒸氣溫度: T= t1+10=150+10=160查得其飽和蒸汽壓為6.303 Kgf/cm2(絕壓)，汽化潛熱為2087.1KJ/kg并取熱效率: k=95%蒸汽消耗量: Dk=Q2/rk=10.4×10 /(2087.1×0.95)=524.53Kg/h3.2離心式霧化器的計(jì)算：根據(jù)現(xiàn)有的定型設(shè)備LP150，用其有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行參

25、考設(shè)計(jì)。 G1=433.33kg/h =1120kg/m3 V1=故需生產(chǎn)能力為400l/h的離心霧化器。要使噴孔流速U孔在0.51m/s之間，可增大孔徑至5mm，仍采用6個(gè)噴孔。核算：U孔=在0.51m/s間，適用選LP400。LP400：參數(shù)如下：生產(chǎn)能力：300l/h主要性能參數(shù)： 離心盤噴嘴外徑：280mm噴嘴個(gè)數(shù)： 6個(gè)噴嘴孔徑： 5mm離心盤轉(zhuǎn)速： 7300rpm離心盤線速度： 104m/s （上述采用的是參考性設(shè)計(jì)，因?yàn)殡x心霧化器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不可能重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此我們可以用現(xiàn)有型號(hào)的霧化器，只是在生產(chǎn)能力方面作些調(diào)整，上述我們是通過擴(kuò)大噴孔的孔徑，但噴孔內(nèi)的液流速度應(yīng)在合理范

26、圍內(nèi)，所以隨后進(jìn)行了校核，最后列出了主要性能參數(shù)。）3.2.1 液滴直徑dL的計(jì)算(6，P432) 式中： N-離心盤轉(zhuǎn)速7300rpm r-離心盤外半徑140mm -濃奶密度1120kgf/m3 -濃奶表面張力0.049/9.81=0.005kgf/m=7.619×103.2.2 液滴離開轉(zhuǎn)盤的初速度(6，P428) A=0.09 式中： rk-噴孔半徑 m-濃奶運(yùn)動(dòng)粘度z-噴嘴個(gè)數(shù)G-濃奶體積流量m3/sA=0.09 =0.09 =4.19 G= = Ur= = =47.25m/s式中：R-離心盤外半徑m Ut=R=764.45×0.14=107.023m/sUH=3.

27、2.3 噴灑液滴射程（噴距半徑） S= B：進(jìn)出口空氣平均密度 B= = =0.928kg/m³B：平均粘度20時(shí)，干空氣的黏度：=1.81×干空氣的運(yùn)動(dòng)黏度：80時(shí)，干空氣的黏度：=2.11×干空氣的運(yùn)動(dòng)黏度：設(shè)液滴重力沉降時(shí)為層流。則： -阻力系數(shù)，是Re的函數(shù)。阻力系數(shù)將以上數(shù)據(jù)代入公式得：3.2.4 離心噴霧器所需功率 N= V0液滴線速度106.97 m/s G濃奶質(zhì)量流量 433.33kg/s，即 (=)由于淺槽或葉片阻止了料液的滑動(dòng)，離開分散盤邊緣時(shí)的切向速度近似等于分散盤上圓周速度：式中：d-分散盤直徑0.28(m)-切向速度(m/s)。 N=0.

28、001125×106.972×3.3噴霧干燥塔主要尺寸的計(jì)算3.3.1 塔徑D 選?。篋= 2.25S=2.25×1.58=3.55m 圓整為D=4m驗(yàn)算：塔內(nèi)空氣平均流速U，應(yīng)在0.10.3m/s之間。U=0.1m/s<u=0.195m<0.3m/s，所以D合適。3.3.2塔高H D H1=1.2D=1.2×4=4.8mH2=D=4m選鼓形閥d=400mm H1 H2=48.5°<60°合適因?yàn)殄F形殼體的應(yīng)力，隨半錐角的增大而增大；當(dāng)角很小時(shí)，其應(yīng)力值接近圓筒形殼體的應(yīng)力值。所以在設(shè)計(jì)制造錐形容器時(shí)，角要選擇合適，

29、不宜太大 。 H=H1+H2=4.8+4=8.8m d有效容積蒸發(fā)強(qiáng)度q經(jīng)驗(yàn)=0.03t1-1=0.03×150-1=3.5kg水/m3h，由于二者近似相等，塔高選擇合適。四、輔助設(shè)備的選型計(jì)算（匯編4-1、曹277、乳品工業(yè)手冊(cè)492） 4.1空氣過濾器的選型計(jì)算材料采用中空泡沫塑料，油浸式濾層，濾層用不銹鋼細(xì)絲，形成絨團(tuán)（鋼絲絨、銅絲絨、尼龍纖維、中孔泡沫塑料均可）噴以輕質(zhì)定子油或真空泵油（無味、無臭、無毒、揮發(fā)性低、化學(xué)穩(wěn)定性高）制成每塊50×50cm左右單體厚約512cm，當(dāng)空氣通過時(shí)，空氣中雜質(zhì)即被阻擋或?yàn)橛湍の接跒V層中，每隔一定時(shí)期拆下用堿水清洗，干燥后噴油重

30、新安裝，可繼續(xù)使用。過濾面積F= m為濾層過濾強(qiáng)度，一般為40008000m3/m2 h 選m=5000m3/m2h 圓整為1.3m2 核算m=空氣阻力Hf=0.5SV式中： S-濾層厚度，通常取10cmV-過渡速度為 Hf=0.5過濾時(shí)一部分孔被堵，導(dǎo)致Hf上升，至一定程度 （）時(shí)取下清洗。進(jìn)料時(shí)無壓力，不會(huì)有漏奶等情況，清洗時(shí)僅需拆下進(jìn)奶管道，離心轉(zhuǎn)盤，清洗容易，輕便。長(zhǎng)期不清洗，使過濾器的阻力增大，從而使進(jìn)風(fēng)量減少，影響生產(chǎn)能力。4.2空氣加熱器的選型計(jì)算(匯編4-24，乳品工業(yè)手冊(cè)493502)空氣加熱器是以紫銅管或鋼管上繞以紫銅的翅片，最后經(jīng)搪錫而制成具有一定加熱面積的加熱器，干燥設(shè)

31、備一般由若干加熱器組成。目前在乳粉生產(chǎn)上常用的有S型及GL型兩種形式?？諝饧訜崞魇菍?duì)新鮮空氣進(jìn)行加熱的必要設(shè)備，用飽和蒸汽作為熱源，在加熱管內(nèi)流動(dòng)，新鮮空氣在加熱管外經(jīng)翅片間通過，經(jīng)熱交換后空氣的溫度可達(dá)150170，熱空氣的溫度主要取決于加熱面積，飽和蒸汽的壓力及質(zhì)量。為強(qiáng)化傳熱，可采用翅片式換熱器，加大湍流程度，減少該側(cè)熱阻。4.2.1需要加熱量Q需 Q需=4.2.2傳熱效率選定飽和蒸汽壓力：6.3kgf/cm2 查1P334的TS=1604.2.3表面風(fēng)速Va的選取GLII型鋼制空氣熱交換器比GLI型散熱排管的傳熱系數(shù)高，比I型散熱排管重量輕，體積小，消耗金屬少，且造價(jià)比S、UII型鋼制

32、散熱排管便宜。故選用GLII型空氣加熱器。由查4-3 Va-圖的Va=1.5m/s，N=8排。4.2.4受風(fēng)面積Fa G：校正至20，latm時(shí)空氣的體積流量m3/h = =1.152m24.2.5選型：據(jù)Fa=1.152m2，8排查4-4表選GLII2-15-78。 GLII2-15-78的主要參數(shù)： 散熱面積F0：37.62m2 受風(fēng)表面積Fa：1.192m2 通風(fēng)凈截面積Ff：0.632m2 總傳熱面積Fo=8×37.62=300.96m24.2.6核算傳熱量：Q供=KFOtm K無具體計(jì)算公式，故借用S、UII型公式。 K=19.77(Vr)×10 Vr= K=19

33、.77×3.55×10=0.043kw/m2k tm= Q供=KFOtm=0.043×300.96×48.66=629.72kw=2266993.89kJ/h富裕（2266993.89-1098992.41）/2266993.89=51.52% Q供>Q需 富裕51.52%2030%，故在原有基礎(chǔ)上減2組，即6排。校驗(yàn)得富裕=38%，不在2030%范圍內(nèi)，再減2排，即4排。校驗(yàn)得富裕=30%，符合要求。4.2.7空氣阻力：P =0.0853×（Vr）×4=0.0853×3.55×4=3.61mmH2O4.3粉

34、塵回收裝置的選型和計(jì)算（噴）4.3.1采用干式法回收，根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，離心霧化的粉塵回收選用旋風(fēng)分離器；采用旋風(fēng)分離器的主要有以下幾個(gè)方面：（1）分離效率高，提高產(chǎn)品得率，減少損耗，增進(jìn)經(jīng)濟(jì)效果， 同時(shí)減少公害。（2）分離器內(nèi)壁應(yīng)非常光滑，減少液體阻力，粉末不致于粘壁。（3）若是室溫太低，設(shè)計(jì)的旋風(fēng)分離器外壁給予保溫，或外壁加蒸汽盤管。（4）盡可能減少旋風(fēng)分離器只數(shù)，因只數(shù)多，每只口風(fēng)速不易分配，只要其中一只入口風(fēng)速低于規(guī)定速度，則嚴(yán)重影響總效率，最好是單只，阻力小，易于管理和清掃。（5）易裝卸，修理方便，密閉性能好。（6）缷料裝置簡(jiǎn)單，可用鼓形閥。選用標(biāo)準(zhǔn)型切線入口的旋風(fēng)分離器、離心式噴霧

35、機(jī)乳粉粒度譜。 粒徑m06060120120180180240>240離心式分布百分率2.031.224.018.624.0壓力式分布百分率66.424.65.42.21.54.3.2分離器尺寸及進(jìn)口風(fēng)速和阻力計(jì)算進(jìn)口風(fēng)速ui一般可取1525m/s，取ui=20m/s進(jìn)口截面積F=F=0.117 m2D=0.97m 圓整為D=1mA= B=ui=D1=D/2=0.5m H1=2D=2m H2=2D=2mS1=D/8=0.125m D2=D/4=0.25mP= 標(biāo)準(zhǔn)型=8 =8=136.73mmH2O（3）分離總效率dc=取進(jìn)入粉塵回收裝置的量為15% 060um 60120um顆粒平均直

36、徑 30 90質(zhì)量分率 2/15=13.3% 13/15=86.7%d/d0 2.71 8.14粒級(jí)效率 0.93 1.0分離率=0.93×13.3%+1.0×86.7%=99.07%分離總效率總=0.85+×0.15=99.07%×0.15+0.85=99.86%損耗率：1-總=1-99.86%=0.14%4.4風(fēng)機(jī)的選型計(jì)算（7,P281）（1）送風(fēng)機(jī)：風(fēng)量一般應(yīng)有1020%富裕量，取15%。 Q送=LvHO(1+0.15)=7996.59×0.7859×(1+0.15)=7227.20m3/hPt=(干燥室內(nèi)壓-大氣壓)+過濾器

37、阻力降+加熱器壓降+熱風(fēng)分配器壓降+沿程與局部壓降。一般要求干燥室內(nèi)壓為負(fù)壓1015mmH2O，取15mmH2O 過濾器阻力升至1520mmH2O時(shí)需取下洗滌，取其阻力降為15mmH2O。熱風(fēng)分配器壓降計(jì)算復(fù)雜，無資料介紹，估計(jì)為3040mmH2O，取40mmH2O。沿程與局部阻力估為：3040mmH2O，取40mmH2O。Pt= -15-0+15+3.61+40+40=83.61mmH2OPto=Pt據(jù)Pto=78.10mmH2O Q送=7227.20m3/h 查1365表25 選送風(fēng)機(jī)型號(hào)為： 離心通風(fēng)機(jī)4-72-11 6D主要性能參數(shù)：轉(zhuǎn)速1450rpm 全壓：104mmH2O流量：10

38、200m3/h 效率：91% 所需功率：4KW （2）排風(fēng)機(jī)排風(fēng)機(jī)富裕量一般為1530%，取25%。Q排=LvH2(1+0.25)=7996.59×1.0565×1.25=10560.50m3/hPt=出口動(dòng)壓一進(jìn)口靜壓+旋風(fēng)分離器壓降+沿程、局部壓降出口動(dòng)壓一般取15mmH2O，進(jìn)口靜壓取-15mmH2O。旋風(fēng)分離器壓降136.73mmH2O沿程、局部壓降估為35mmH2OPt=15-(-15)+136.73+35=201.73mmH2OPto=Pt據(jù)Pto=246.87mmH2O Q排=10560.50m3h 查1365表25選排風(fēng)機(jī)型號(hào)為： 離心通風(fēng)機(jī)4-72-11

39、6C主要性能參數(shù)：轉(zhuǎn)速2240rpm 全壓248mmH2O流量：15800m3/h 效率：91% 所需功率：14.1kw一般為使干燥室內(nèi)形成1020mmH2O的負(fù)壓，排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量需比送風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大2040%。由于20%<35.44%<40%,所以風(fēng)機(jī)選擇合適4.5高壓泵（匯編4-18、乳品414）根據(jù)設(shè)計(jì)壓力一般在100150Kgf/cm2，如120 Kgf/cm2，流量如430Kg/hr選取合適的泵4.6其它輔助設(shè)備選用（1）濃奶保溫槽：選RP6L5型，其貯液容積為500L，加熱面積2.67m2，容積內(nèi)徑900mm，電機(jī)功率0.37kw，2臺(tái)。（2）集粉箱：無具體型號(hào)，設(shè)計(jì)用長(zhǎng)1

40、m，寬0.5m，高0.5m的箱體。（3）旋轉(zhuǎn)閥：采用普通式即可，動(dòng)配合間隙小于0.05mm以保證氣密性，用型號(hào)l的旋轉(zhuǎn)閥，葉輪容積1.0升，葉輪轉(zhuǎn)速30rpm，所需功率0.4kw，排料量1噸/小時(shí)。（4）儀表盤：將就地集中測(cè)量的儀表讀數(shù)全部在儀表盤上顯示出，包括差壓計(jì)、溫度計(jì)、電流表（送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、霧化器的電流）。五、設(shè)計(jì)結(jié)果的匯總：5.1主要工藝參數(shù)（1）產(chǎn)量：年產(chǎn)全脂奶粉880噸，每小時(shí)產(chǎn)量為222.22kg，產(chǎn)品質(zhì)量符合輕工部“全脂奶粉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”。輕工部全脂乳粉一級(jí)產(chǎn)品的理化指標(biāo)?；瘜W(xué)指標(biāo)：水分（不超過）2.50%，脂肪2530%。 復(fù)原后的酸度不超過190T，銅不超過6mg/kg。

41、錫不超過100mg/kg，鉛不超過2mg/kg。物理指標(biāo)：溶解度不低于97%，雜質(zhì)度不超過16ppm。微生物指標(biāo)：雜菌數(shù)不超過50000個(gè)/g，大腸菌不檢出。（2）濃奶：總固形物含量50%，溫度55，每小時(shí)噴霧量G1=433.33kg/h。（3）蒸發(fā)水量：W=211.11kg/h（4）干燥空氣用量：L=kg7996.59干/kg水（5）新鮮空氣的狀態(tài)及流量：t0=23 0=55% H0=0,0096kg/mg I0=47.549kJ/kg VH0=0.7859m3/kg V0=6284.20m3/h（6）熱空氣的狀態(tài)及流量：t1=160 H1=0.0096kg/mg I1=178.11kJ/k

42、g VH1=1.1543m3/kg V1=9230.46m3/h（7）排氣的狀態(tài)及流量：t2=82 2=11.7% H2=0.036kg/mg I2=175.854kJ/kg VH0=1.0565m3/kg V0=8448.29m3/h（8）加熱蒸汽的狀態(tài)及流量：T3=160 P=6.303kgf/cm2 D=534.53kg/h 5.2干燥裝置及主要輔助設(shè)計(jì)一覽表序號(hào)名 稱型 號(hào)數(shù)量主 要 性 能 參 數(shù)1送風(fēng)機(jī)離心式通風(fēng)機(jī)4-72-11 6D1全風(fēng)壓：104mmH2O 轉(zhuǎn)速：1450rpm流量：10200m3/h 效率：91% 所需功率：14.1kw2空氣過濾器板式過濾器中空泡沫塑料1過濾

43、面積：1.3m2阻力降：7.43mmH2O3空氣加熱器84組總散熱面積：300.96m2 受風(fēng)面積：1.192m2通風(fēng)凈截面積：0.632m2阻力降：3.61mmH2O4(1)干燥塔立式、并流、離心式1塔徑：4m 塔高：8.8m 有效容積：60.3m2蒸發(fā)強(qiáng)度：3.5kg水/m3h 蒸發(fā)水量：211.11kg/h(2)霧化器LP400離心式霧化器1噴霧量：386.90l/h 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：7500rpm 噴嘴孔徑：5mm噴嘴數(shù)：6個(gè) 離心盤噴嘴外徑：280mm5旋風(fēng)分離器標(biāo)準(zhǔn)切線型進(jìn)口1分離器尺寸：D=1m，A=0.5m，B=0.25mmH2O, D1=0.5m D2=0.25m, H1=H2=2

44、m, S1=0.125m, H=4m進(jìn)口風(fēng)速：18.77m/s 阻力降：136.73mmH2O分離效率：99.86%6排風(fēng)機(jī)離心通風(fēng)機(jī)4-72-11 6C1風(fēng)壓：248mmH2O 轉(zhuǎn)速：2240rpm 流量： 15800m3/h效率：91% 所需功率：14.1kw7濃奶保溫槽RP6L5型1貯液容積：500ml 加熱面積：2.67m2 容器內(nèi)徑：900mm 電機(jī)功率：0.37KW 2臺(tái)8集粉箱無具體型號(hào)1長(zhǎng)1m 寬0.5m 高0.5m9旋轉(zhuǎn)閥普通式1型1葉輪容積：1.0升 葉輪轉(zhuǎn)速：30rpm 所需功率：0.4kw排料量：1噸/小時(shí) 動(dòng)配合間隙小于0.5mm六、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖見所附A3圖紙

45、上。七、設(shè)計(jì)說明干燥塔設(shè)計(jì)的其他說明：（1）熱風(fēng)分配裝置（離心式噴霧干燥熱風(fēng)分配盤）熱風(fēng)以切線方向進(jìn)入分配器，通過多孔板，在導(dǎo)板空氣分散器作用下，熱風(fēng)便能均勻地、螺旋式地進(jìn)入噴霧塔內(nèi)，噴出來的霧距塔頂?shù)木嚯x靠空氣分散器來調(diào)節(jié)，空氣分散器掛在錐形支座中間部位比較適合。分配器風(fēng)道截面隨風(fēng)量的減小而變小，這樣可使風(fēng)道中的風(fēng)速和動(dòng)壓基本一致。為了防止粘粉的焦化，在噴霧塔頂熱風(fēng)引入導(dǎo)管處設(shè)有用冷風(fēng)冷卻的三角形風(fēng)道。（2）干燥塔上設(shè)有人孔、振蕩蕩器。振蕩器使噴至塔壁上的奶粉盡可能地被振蕩下來，以防止焦化，但總不可避免某些奶粉粘在壁上，因此每隔一段時(shí)間就需人入內(nèi)掃出，因此須設(shè)人孔。振動(dòng)器安裝在塔壁上及圓錐底

46、部，各兩個(gè)。（3）為使噴霧正常進(jìn)行，在干燥塔上設(shè)有窺視鏡及安全燈，安全燈主要起照明作用，為防止出現(xiàn)不測(cè)事件，其電壓控制在36V。（4）塔體材料：乳粉噴霧干燥設(shè)備的內(nèi)表面，凡與產(chǎn)品接觸的部位普遍采用不銹鋼材料制成，鋼厚23mm，干燥塔邊上加角鋼圈，頂部用槽鋼固定起來。材料可用1cr18Ni9Ti。（5）干燥室、熱風(fēng)分配裝置、粉塵回收設(shè)備、熱風(fēng)管、空氣加熱器等應(yīng)根據(jù)不同要求，必須附有一定厚度的絕熱層（保溫層），以減少熱損失或設(shè)備停用時(shí)因乳粉吸潮而粘結(jié)。粉塵回收裝置應(yīng)有較高的回收率，同時(shí)應(yīng)便于清洗，操作方便，干燥后的乳粉應(yīng)迅速自干燥室內(nèi)自動(dòng)卸出，并及時(shí)進(jìn)行冷卻。干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)合理，盡量使干燥過程的

47、排風(fēng)溫度不超過90。游離脂肪合量高的乳粉很易引起變質(zhì)，不耐保藏，噴霧前對(duì)濃奶進(jìn)行兩段均質(zhì)可使游離脂肪含量降低，出粉后迅速冷卻到20以下進(jìn)行輸粉為佳。八、對(duì)干燥設(shè)計(jì)過程中某些問題的探討8.1噴霧干燥塔主要尺寸的確定中，干燥塔直徑的大小必須使霧滴在尚未完成干燥前不能碰到內(nèi)壁，以免發(fā)生粘壁現(xiàn)象；干燥塔的高度與直徑不發(fā)生比例關(guān)系，而取決于噴距的長(zhǎng)度和霧滴干燥所必需停留的時(shí)間；垂直向下并流型干燥塔內(nèi)的氣流速度應(yīng)控制在0.4m/s以下，以保證物料的沉降數(shù)量。一般產(chǎn)品沉降塔底占總量的80%屬于正常。8.2在LP400離心噴霧采用參考性設(shè)計(jì)，由于離心霧化器結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，故不重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，但可用現(xiàn)有型號(hào)的霧化

48、器，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)生產(chǎn)能力方面的參數(shù)做微調(diào)。本次設(shè)計(jì)通過擴(kuò)大噴嘴口徑和增加噴口數(shù)量使噴嘴的液體流速控制在0.51m/s內(nèi)，隨后再對(duì)噴嘴的性能參數(shù)做相應(yīng)的調(diào)整，最后列出主要性能參數(shù)。為達(dá)密封要求，除用過渡配合并擰緊螺栓外，可在螺栓與離心盤間要密封部位加上密封墊圈，這種方法更便于拆卸。另一種方法，將離心盤與噴嘴配合部位做成錐形，噴嘴裝上擰緊后可自然而然達(dá)到密封要求。8.3奶粉噴霧干燥帶控制點(diǎn)的工藝流程圖根據(jù)參考圖紙作圖。8.4噴霧干燥過程中，物料的粘壁大致有3種原因：在干燥第一階段（恒速干燥）尚未結(jié)束，液滴處于半干燥狀態(tài)，由于塔徑較小，干燥時(shí)間太短而引起濕物料粘壁；由于物料性質(zhì)屬于低熔點(diǎn)，而熱風(fēng)

49、分配不均勻，導(dǎo)致局部溫度過高，物料熔融而引起粘壁；由于干燥塔內(nèi)壁粗糙，以及產(chǎn)品和塔壁之間產(chǎn)生靜電吸引作用，造成干粉鉆壁。在離心噴霧中，霧滴粘壁的顯著部位在塔頂及噴霧圓盤水平面的塔壁周圍，改變圓盤速度、進(jìn)料速率、熱風(fēng)流速及圓盤上下位置，都可有效改善粘壁情況。8.5旋風(fēng)分離器的性能主要有三個(gè)指標(biāo)，即含塵氣體的處理量，壓力損失以及分離效率。在選擇旋風(fēng)分離器形式時(shí)，要充分考慮上述因素，同時(shí)還要兼顧到布置空間要求、產(chǎn)品的粒度要求等，一般來說，旋風(fēng)壓降較大時(shí)，其分離效率也較高，但同時(shí)顆粒的磨損也會(huì)加劇。因此，對(duì)于易磨損、又有產(chǎn)品粒度要求時(shí)，應(yīng)選擇低速低壓的旋風(fēng)分離器。旋風(fēng)分離器一般作為一級(jí)分離設(shè)備，對(duì)于回收率要求較高時(shí)，采用二級(jí)設(shè)備如袋濾器。九、結(jié)束語這次設(shè)計(jì)是我進(jìn)入大學(xué)以來一次自主性比較強(qiáng)的設(shè)計(jì),在將近10天的時(shí)間里，我學(xué)會(huì)了自己查找資料,自己驗(yàn)算,不斷糾正,綜合CAD技術(shù)，將平時(shí)課堂上學(xué)到的化工原理知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際操作過程中。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中，計(jì)算極為復(fù)雜，我學(xué)會(huì)了耐心的一個(gè)腳印一個(gè)腳印的走下了，仔細(xì)核對(duì)數(shù)據(jù)，不斷的驗(yàn)證，生怕一個(gè)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤影響后面的計(jì)算。雖然這幾天杭