食品工程原理課程設(shè)計(jì)說明書 奶粉噴霧干燥

1、食品工程原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目奶粉噴霧干燥專業(yè)糧食工程班級(jí)姓名指導(dǎo)老師河南工業(yè)大學(xué)2013年12月22日食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)：糧食工程班級(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 950噸以年工作日310 天，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)量符合國家“全脂奶粉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”。2、進(jìn)料狀態(tài)：濃縮奶總固形物含量48%。溫度55C、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.K。3、新鮮空氣狀態(tài)：to=25C、60=60% 大氣壓760mmH

2、g4、熱源：飽和水蒸氣。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 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，簡述簡明，圖紙整潔無誤，書寫整齊清潔。目錄一、工藝流程確定及論證 41.1 論證 41.2 噴霧干燥流程圖 7二、噴霧干燥的計(jì)算 72.1 物料及熱量衡算 72.1.1 空氣狀態(tài)參數(shù)的確定 72.1.2 物料衡算 102.1.3 熱量衡算 112.2 離心式霧化器的計(jì)算 1 12.2.1 液滴直徑 工的計(jì)算 122.2.2 液滴離開轉(zhuǎn)盤的初速度 132.2.3

3、 液滴水平飛行距離 142.2.4 離心噴霧器所需功率 152.3 噴霧干燥塔主要尺寸的計(jì)算 1 52.3.1 塔徑 D 1 52.3.2 塔高H三、輔助設(shè)備的選型計(jì)算 163.1 空氣過濾器的選型計(jì)算 163.2 空氣加熱器的選型計(jì)算 173.3 粉塵回收裝置的選型和計(jì)算 1 93.4 風(fēng)機(jī)的選型計(jì)算 213.5 其他輔助設(shè)備選用 22四、設(shè)計(jì)結(jié)果總匯224.1 主要工藝參數(shù) 2 24.2干燥裝置及主要輔助設(shè)計(jì)一覽表 2 3五、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 24六、設(shè)計(jì)說明 24七、結(jié)束語 26八、參考文獻(xiàn) 27一、工藝流程確定及論證本工藝采用并流離心式噴霧干燥法對(duì)奶粉進(jìn)行噴霧干燥。1.1 論證乳粉

4、是一種干燥粉末狀乳制品，具有耐保藏、使用方便的特點(diǎn)。生產(chǎn)乳粉的目的在于保留牛乳營養(yǎng)成分的同時(shí)，除去乳中大量水分，使牛乳由含水88%的液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變成含水2%的粉末狀態(tài)，從而大大縮小牛乳體積，既利于包裝運(yùn)輸，又便于保藏和使用。乳粉的主要化學(xué)成分有水分、脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖、灰分、乳酸等，因含量差異而形成各種種類的乳粉。乳粉的營養(yǎng)價(jià)值一般通過乳脂肪及非脂乳固體部分來體現(xiàn)。本工藝采用噴霧干燥技術(shù)制備乳粉。噴霧干燥，是指用單獨(dú)一次工序，將溶液、乳濁液、懸浮液或含有水分的膏糊狀物料變成粉狀、顆?；驂K狀的干燥產(chǎn)品。其形成取決于物料的物理特性，以及噴霧干燥設(shè)備的流程和操作。奶粉噴霧干燥的原理是將濃縮乳借用機(jī)械力

5、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（5060C）,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：由于料液經(jīng)噴霧后霧化成幾十微米大小

6、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褶左右，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50 60。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完成的，所得到的粉粒能保

7、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)品經(jīng)連續(xù)排料，在后處理上結(jié)

8、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)有：（ 1）當(dāng)熱風(fēng)溫度低于150 時(shí)，熱交換的情況較差，需要的設(shè)備體積大。在用低溫操作時(shí)空氣消耗量大，因而動(dòng)力耗用量隨之增大。（ 2）為了保證乳粉水分含量的要求，必須嚴(yán)格控制各種產(chǎn)品干燥時(shí)排風(fēng)的相對(duì)濕度，一般為10%13%，故需消耗較多的空氣量，從而增加了風(fēng)機(jī)的容量及電耗，同時(shí)也增加了粉塵回收裝置的負(fù)荷，影響了產(chǎn)品得率 （ 3）對(duì)某些膏糊狀物料，干燥時(shí)需加水稀釋，這樣就增加了干燥設(shè)備的負(fù)荷。（ 4）由于設(shè)備體積龐大，對(duì)生產(chǎn)衛(wèi)生要求高的產(chǎn)品時(shí)，設(shè)備的清掃工作量較大。（ 5）設(shè)備的熱效率較低，在進(jìn)風(fēng)溫度不高時(shí)，熱效率約30 4

9、0%左右。2.1.2 本工藝采用離心式噴霧干燥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。離心噴霧是將濃奶送入離心盤霧化機(jī)中，由于離心盤的高速旋轉(zhuǎn)，被噴成霧狀，遇熱空氣干燥成乳粉。離心噴霧盤的線速度為10A 150m/s。用離心噴霧法生產(chǎn)奶粉時(shí)，離心噴霧盤的線速度越高，霧滴越小。乳粉顆粒越小，同熱空氣接觸的比表面積越大，熱交換速度越快，熱效率也越高，熱效率也越高，但是小顆粒奶粉的沖調(diào)性能較差。離心式噴霧干燥的操作特點(diǎn)有：（ 1）塔內(nèi)只安裝一個(gè)霧化器便可完成生產(chǎn)任務(wù)。（ 2）在一定范圍內(nèi)，可以調(diào)節(jié)霧滴尺寸。（ 3）生產(chǎn)能力調(diào)節(jié)范圍大。（ 4）在調(diào)節(jié)處理量時(shí)，不需要改變霧化器工作狀態(tài)。

10、（ 5）與壓力式噴霧干燥相比，可以適應(yīng)叫高粘度的料液。壓力噴霧干燥中，濃奶由高壓泵打入噴嘴中，經(jīng)噴嘴噴出的濃奶被霧化成霧滴，霧滴遇熱空氣變成乳粉。為了使?jié)饽淘趪娮斐隹谔幊司哂邢蚯皣姵龅乃俣纫酝猓€具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 使用帶斜槽的芯子同板眼搭配（稱為 S 型） ， 還有一種是孔板上帶斜槽同板眼搭配（稱為M型），兩種噴頭具有同樣的霧化效果。壓力越高，霧化效果越好，奶粉顆料越細(xì)，干燥效率越高。但是顆粒細(xì)小的乳粉，沖調(diào)性能不好。壓力式噴霧干燥對(duì)料液的要求較高，在進(jìn)霧化器前必須進(jìn)行過濾，以防雜質(zhì)堵塞霧化器。這種結(jié)構(gòu)較緊湊，生產(chǎn)能力大，耗能量較少，且能改變內(nèi)部元件不同飛霧炬形狀。主要缺點(diǎn)是在一定的霧化壓力下

11、噴霧量不能在線調(diào)節(jié)。氣流式噴霧干燥的操作特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，加工方便、操作彈性大、易于調(diào)節(jié)，但用于霧化的壓縮空氣的動(dòng)力消耗較大，約為壓力式和離心式霧化器的5-8 倍。2.1.3 本工藝采用并流型噴霧干燥噴霧干燥按照噴霧和流體流動(dòng)方向分為并流型、逆流型和混合型三類。（ 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

12、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，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合。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。1.2 噴霧干燥流程圖包裝成品新鮮空氣4空氣過濾送風(fēng)機(jī)空氣預(yù)熱器旋風(fēng)分離濃縮乳圖1噴霧干燥流程圖、噴霧干燥裝置的計(jì)算3.1 物料及熱量衡算3.1.1 空氣狀態(tài)參數(shù)的確定新鮮空氣G t m=55C濃奶排氣2L t 01 r熱空氣t o=25 C ,6 0=60%t1=150C,H1=0.01189L t 2 H2 u H2 I 2

13、2=80C , H2=0.03871HF0.01189熱損失Q空氣加熱器冷凝水干燥塔 奶粉G t m2=70C圖2物料、熱量衡算圖新鮮空氣狀態(tài)參數(shù)由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定條件：t0 = 25C,60= 60%查得 25 c 飽和水蒸汽壓 Pso = 23.76 mmHg (3168.4Pa)濕度 H=0.622 6 oRo/(P-力 oPso)=0.622*0.6*23.76/(760-0.6*23.76)=0.01189kg 水/kg 絕干氣熱燃 I o=(1.01+1.88H o) t 0+2490H二(1.01+1.88*0.01189)*25+2490*0.01189=55.414kJ/kg

14、絕干氣濕比容 u H0=(1/29+H/18)*22.4*(273+t0)/273=(1/29+0.01189/18)*22.4*(273+ 25)/273 =0.8593 m3（濕空氣）/kg絕干氣加熱后空氣的狀態(tài)參數(shù)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)

15、到標(biāo)準(zhǔn)。故加熱后的空氣溫度可確定為150。濕度H=H=0.01189Kg水/Kg絕干氣熱焓 I 1=(1.01+1.88*H 1)*t 1+2490H1=(1.01+1.88*0.01189)*150+2490*0.01189=184.459KJ/Kg 絕干氣濕比容 u hi=(1/29+ H 1/18)*22.4*(273+ ti)/273=(1/29+0.01189/18)*22.4*(273+ 150)/273=1.220 m3(濕空氣)/kg絕干氣排風(fēng)狀態(tài)參數(shù)確定干燥的乳粉含水分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

16、80- 90，相對(duì)濕度為10-12%。選定排放溫度為80。但為了防止產(chǎn)品長時(shí)間受高溫影響而使產(chǎn)品變性，且同時(shí)也要防止露水的形成，故奶粉出口溫度一般比排氣溫度低10。就整個(gè)干燥器作熱量衡算，G2CMt M1/W + Cl tM1+lI 0 +l(I 1-I 0) = G 2CM t M2 /W + lI 2 +QL式中：CM 產(chǎn)品比熱，全脂奶粉為2.1kJ/kg ( 任務(wù)書給定)C l 水的比熱，4.187kJ/kg 絕干氣t M1 濃奶溫度，任務(wù)書給定55( 任務(wù)書給定)t M2 奶粉出口溫度，取70Q L-每蒸發(fā)1kg水干燥室的熱損失，按工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)取251kJ/kg水(7,P305 :對(duì)于

17、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(見物料衡算)263.36kgG 2 每小時(shí)奶粉產(chǎn)量(見物料衡算)255.38kgl-每蒸發(fā)1千克水所需空氣量 Kg, l = 1/(H 2-Hi)將上式整理后可得：Cl tM1-(G2CM t M2 /W G2CMt M1/W+ QL)=(I 2-I 1)/(H 2-H1)方程左端表示干燥室補(bǔ)充熱量與損失熱量之差，用 A表示。=4.18

18、7*55-(255.38*2.1*70/263.36-255.38*2.1*55/263.36+251)=-51.2605 KJ/Kg 水A=(I 2-I i)/(H 2H)=(1.01+1.88H 2)t 2+2490H2-I 1/(H 2 H1)=(1.01+1.88H 2)*80+2490H2-184.542/(H 2-0.01189)=-51.2605KJ/Kg 水解得:H2 = 0.03877 Kg水/Kg絕干氣熱始 12= (1.01+1.88 H 2)t 2+2490 H2=(1.01+1.88*0.03877)*80+2490*0.03877= 183.01 kJ/kg 絕干氣

19、62 的求?。河?0.622 (J)2PS2/(P-62自2)查得80c飽和水蒸汽壓 Ps2= 355.1mmHg0.03877 = 0.622*355.1 6 2/(760- 355.1* 6 2)解得：力2=12.55%< 13%為保證乳粉水分含量的要求，必須嚴(yán)格控制排風(fēng)相對(duì)濕度力2=1013%由于力2在此范圍以內(nèi)，所以含水量可以保證。濕比容 u H2=(1/29+H/18)*22.4*(273+t 2)/273=(1/29+0.03871/18)*22.4*(273+80)/273=1.0611(濕空氣)/kg絕干氣3.1.2 物料衡算每小時(shí)需得奶粉量G可由年產(chǎn)量，年工作日，日工作

20、班數(shù)及噴霧時(shí)間求取(相關(guān)數(shù)據(jù)由任務(wù)書給定：年產(chǎn)全脂奶粉950 噸，年工作日為310 天，日工作二班，班實(shí)際噴霧時(shí)間6小時(shí))G2=950*1000/(310*2*6)= 255.38 kg/h每小時(shí)噴霧濃奶量及蒸發(fā)水分量WG1=G2*(1-W2)/(1-W 1)=255.38*(1-0.025)/(1-0.50)=518.74 Kg/hW=G1-G2=518.74 -255.38=263.36 kg/h每蒸發(fā) 1kg 水干空氣用量(絕干量計(jì))l=1/(H 2 H) = 1/(0.03877-0.01189 )=37.20 kg 絕干氣 /kg 水每小時(shí)干空氣量L = W/(H2H) =263.3

21、6/ (0.03877-0.01189 ) =9808.5661 Kg 絕干氣/h新鮮空氣體積流量V0=Lu hf9808.5661*0.8593=8428.5009 m /h熱空氣體積流量Vi=Lu hi=9808.5661*1.220=11964.49 m /h排氣體積流量V2=Lu h2= 9808.5661*1.0611=10470.8695 m 3/h3.1.3 熱量衡算輸入系統(tǒng)熱量新鮮空氣輸入:Q1=LI0=9808.5661*55.414=544277.33 kJ/h加熱器輸入熱量：Q=L(I 1- I o) =9808.5661*(184.542 -55.414)= 54427

22、7.33 kJ/h濃奶帶入的熱量：Q=GCt M+WCt mi= 255.38*2.1*55+263.36*4.187*55=90144.248KJ/h2Q 入=Q+ Q2+ Q3=544277.33+544277.33+90144.248=1900236.65 kJ/h輸出系統(tǒng)的熱量排氣帶出的熱量:Q 1=LI 2 =9808.5661*183.00988 =1796593.86 KJ/h產(chǎn)品奶粉帶出的熱量：Q 2 = GCtMk255.38*2.1*70=37540.86 KJ/h干燥室熱損失：Q 3= WQ= 263.36*251=66103.36 KJ/h統(tǒng)出=0 i+ Q'

23、2+ Q' 3= 1796593.86+37540.86+66103.36=1900238.08KJ/h由于ZQ=ZQ入，可見熱量收支平衡。干燥過程的熱效率：表示每蒸發(fā) 1kg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。=(r 0+Gt 2)-C it mi)/1(I2- 10)=(2490+1.88*80)-4.187*55)/ 37.286 *(183.00988-55.414)=50.66%空氣加熱器蒸汽消耗量：選取加熱用飽和水蒸氣溫度 T= t 1+10=150+10=1603查得其飽和蒸汽壓為6.303Kgf/cm2(絕壓)，汽化潛熱為2087.1kJ/kg

24、并取熱效率4k=95%蒸汽消耗量:Dk=Q/r 4 k=1130418.84/(2087.1*0.95)= 570.13 kg/h3.2 離心式霧化器的計(jì)算p =1120kg/m3根據(jù)現(xiàn)有的定型設(shè)備LP150,用其有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行參考設(shè)計(jì)。G 1=518.74kg/h518.74*1031120=463.16L/h故可選取生產(chǎn)能力為500L/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5.5mm采用6個(gè)噴孔3518.74 10 八 核算 U孔0.911m/s5.52 6 3600 4U孔在0.51m/s問，適用選LP500LP500參數(shù)如下：生產(chǎn)能力：500L/h主要性能參數(shù)：

25、離心盤噴嘴外徑：280mm噴嘴個(gè)數(shù)：6 個(gè)噴嘴孔徑：5.5mm離心盤轉(zhuǎn)速： 7350r/mim離心盤線速度：104m/s上述采用參考性設(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)的霧化器，并對(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)。2.2.1液滴直徑（的計(jì)算在忽略了分散盤形狀對(duì)霧滴的影響時(shí)，有人提出下面的多管式分散盤霧滴直徑計(jì)算的1 11經(jīng)驗(yàn)公式：6 =98.5 X 1|一 n R式中：6 -液滴直徑mn分散盤轉(zhuǎn)速7350 r/minR分散盤

26、半徑0.14m- 料液表面張力 0.049/9.81=0.005 kgf/m-料液密度 1120kg/m36 =98.5 X 1)一 =98.5 J- 0.005 =7.57 10-5m n R7350 0.14 11202.2.2 液滴離開轉(zhuǎn)盤的初速度徑向速度的計(jì)算當(dāng)離心盤為圓槽式時(shí)，液滴離開分散盤時(shí)徑向速度按下式計(jì)算:式中：J。霧滴的徑向初速度(m/s)分散盤的角速度2上 273506060769.69(rad / s)分散盤半徑0.14(m)0.350.25常數(shù)； A0.090(Ql )0.8Z0.090.355 0.250.00275(1.339 10 ) c rL4 3.751.28

27、7 100.86r。通道半徑0.00275(m)料液運(yùn)動(dòng)粘度-0.015112052 ,、1.339 10 (m/s)Ql料液的體積流量 直 518.7411120 36001.287 10 4(m3/s)N 分轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速7350(r/min)將以上數(shù)據(jù)代入式Ur00.8 0.4r(10.350.4 0.95-0.42 1.43 )A r切向速度的計(jì)算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：ut。 dN 0.28 107.76m/s60式中：d分散盤直徑0.28(m)ut0 切向速度(m/s)。料液離開分散盤時(shí)的合成速度料液離開分散盤時(shí)是徑向速度與切向

28、速度的合成速度的運(yùn)動(dòng)形式，因此最后霧滴離開分散盤時(shí)的速度為：um0 . u20 晨107.762 23.682 110.33m/s式中：um0- 料液離開分散盤時(shí)的初速度(m/s)。2.2.3 液滴水平飛行距離液滴離開分散盤邊緣沿水平方向飛出，液滴飛出的最大距離是確定干燥器直徑的主要依據(jù)。分散盤產(chǎn)生的霧距，通常是以90%-99喊滴的降落半徑作為最大霧距。但是實(shí)際液距和理論值不能吻合，主要原因在于: 液滴在噴出后因水分迅速蒸發(fā)而使液滴密度減小,因此飛行距離也縮短。 在干燥過程中液滴的直徑收縮或因崩裂而減小。干燥器熱風(fēng)的流動(dòng)，液滴的飛行受到影響。所以考慮到空氣阻力的影響，計(jì)算液距有下列公式:3 a

29、 um式中：dp-液滴直徑7.57 10 5（m）l -料液密度 1120(kg/m3)空氣密度（kg/m 3）um0 -液滴的初速度110.06m/sum液滴的運(yùn)動(dòng)終速度（m/s）,可按液滴在干燥室內(nèi)的浮翔速度考慮。2空氣在平均溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度（m/s）25c時(shí)，干空氣的黏度:ai =1.835 X10 5Pags干空氣的運(yùn)動(dòng)黏度: _5_ 5 2a1a1X a1 0.826 1.835 101.516 10 m /sa i a ia i80c時(shí)，干空氣的黏度:a2 =2.11 X10 5Pags干空氣的運(yùn)動(dòng)黏度:52 .a2 a2X a2 0.979 a2 2.066 10 5m2/s阻力

30、系數(shù)，是Re的函數(shù)18 518 5阻力系數(shù)藍(lán)凝0.522 將以上數(shù)據(jù)代入公式R絲-ln®3 aUm5陽 C 4 7.57 10 5 1120 110.33得：R ln 1.496m3 0.522 0.90250.216242.2.4 離心噴霧器所需功率分散盤霧化料液時(shí)理論上消耗功率：N一一一 22.25GV。102 2g式中：Vo離心盤的圓周速度，即離心盤線速度107.76(m/s)離心盤的生產(chǎn)能力，即(G=G1)=旦/4 0.1444(kg/s)36002.3噴霧干燥塔主要尺寸的計(jì)算2.3.1塔徑D離心霧化器的干燥塔直徑在一般情況下，塔徑 D按照下式計(jì)算:D=(22.8)R式中:離

31、心霧化器噴霧距半徑，即霧滴水平飛行距離1.496m。選取:驗(yàn)算:D= 2.25R=2.25 X 1.4 96=3.366 m 圓整為 D=4m塔內(nèi)空氣平均流速 U,應(yīng)在0.10.3m/s之間。式中:空氣平均流速(m/s).a =48.45° <60° 合適絕干空氣流量9808.5661kg絕干氣/hD-噴霧干燥塔內(nèi)徑12.5mvH - 平均濕比容，Vhi =1.2198和VH2=1.061m3（濕空氣）/kg絕干氣0.1m/s<U=0.2473<0.3m/s ,所以選擇 D=4m適。2.3.2 塔高HHi=1.2D=1.2X4=4.8mH2=D=4m選鼓形

32、閥d=400mm因?yàn)殄F形殼體的應(yīng)力，隨半錐角 a的增大而增大；當(dāng)a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)，a角要選擇合適，不宜太大。H=H+H= 4.8+4=8.8m有效容積 V - D2Hi 42 4.80 60.3m2 44蒸發(fā)強(qiáng)度q核算W 遼 4.37kg7K /m3hV 60.3q核算q經(jīng)驗(yàn)，二者相差太大，所以塔高選擇不合適。選塔高為5米貝U H=1.3D=1.3 4=5.2m H 2=D=4mH+H=5.2+4+9.2m有效容積 V=3.14 + 4XD2 XH=69.08nfq經(jīng)驗(yàn)q核算，由于二者近似相等，塔高選擇合適三、輔助設(shè)備的選型計(jì)算3.1 空氣過

33、濾器的選型計(jì)算空氣過濾器一般采用油浸式的濾層，濾層內(nèi)充填細(xì)的鋼絲絨，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 50x 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 新安裝，可繼續(xù)使用。過濾面積： FLVhom式中：m 濾層過濾強(qiáng)度，一般為 40008000mm2 h選取 m= 5000 m/m2hLvHom9808.5661 0.860222 1.687m2 圓整為 1.7m5000核算mLvHoF9808.5661

34、086021.7324963.1m3/m2h空氣阻力：H=0.5SV1.8式中：S濾層厚度，通常取10?cmV過渡速度為二-m/s3600H f=0.5 10 (4963.1)1.8 9.0mmH2O3600過濾時(shí)一部分孔被堵，導(dǎo)致 H上升，至一定程度(1520mmH?O )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。3.2 空氣加熱器的選型計(jì)算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)備一般由若干加熱器組成。目前在乳粉生產(chǎn)上常

35、用的有 S型及GL型兩 種形式。空氣加熱器是對(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)150170C,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。(1) 需要加熱量Q需(2)傳熱效率F 紅上 空/ 0.862TS T0170 25選定飽和蒸汽壓力：8kgf/cm2 查【1】P334的Ts=170C(3)表面風(fēng)速M(fèi)的選取由F查化工原理課程設(shè)計(jì)輔導(dǎo)書 Va-F圖得Va=2.75m/s , N=8排。GLII型鋼制空氣熱交換器比GLI型散熱排管的傳熱

36、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型鋼制散熱排管便宜。故選用 GLII型空氣加熱(4)受風(fēng)面積Fa'FaG一G '：校正至25C , l atm 時(shí)空氣的體積流量m3/h3600VaLvHo273 20273 253600va2939808.5661 0.8593 298 =0.748m236002.75(5)選型：據(jù) Fa=0.748nf, 8 排 查4-4表選 GLII 2-15-54。GLII 2-15-54的主要參數(shù)：散熱面積Fo： 26.12m2受風(fēng)表面積Fa： 0.828m2通風(fēng)凈截面積Ff： 0.438m22總傳熱面積 Fo=8

37、X 26.12=208.96m(6)核算傳熱量：Q供=KFAtmK無具體計(jì)算公式，故借用S、Ui型公式K=19.77(V) 0.608 X 1 0-3- L(1 Ho)9808.5611 (1 0.01192)2Vr=- 6.295kg/m sFf 36000.438 3600K=19.77X 5.62 0.608 義 10-3=0.0565kw/m2ktlt2(170 25) (170 150)Atm637163 63.10ln ti/ t2ln 170 25170 150Q供=炸41 m=0.0565 X 208.96 X 63.10=744.97 kw=2681905.5 kJ/h富裕

38、2681905.5 1189914.6 2681905.5 10000 55.630。Q供Q需富裕55.63%在2030%£圍內(nèi)故在原有基礎(chǔ)上減兩組，即4排。(7)空氣阻力4 P=0.0853X (V) 1.862 X 4=0.0853 X 6.295 1.862 X4=10.488mm2O3.3 粉塵回收裝置的選型和計(jì)算3.3.1 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

39、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)卸料裝置簡單，可用鼓形閥3.3.2 粉塵回收裝置的選型及計(jì)算(1)選型：采用干式法回收，選用標(biāo)準(zhǔn)型切線入口的旋風(fēng)分離器、離心式噴霧機(jī)乳粉粒度譜。粒徑 pm 060 60120 120180 180240 >240離心式分布百分率2.0 31.224.018.624.0壓力式分布百分率66.4 24.65.42.21.5(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

40、一般可取1525m/s,取ui=22m/s進(jìn)口截面積F=LvH2Ui 36009808.5661 1.061122 36000.1314m2F=D28_20.1314m.D=1.03m圓整為 D=1.2m八 D 1.2DA=0.6m B=2241.20.3m.9808.5661 1.061ui= 2-1/8 3600 1.2216.06m/sD1=D/2=0.6mH 1=2D=2.4m H 2=2D=2.4mS1=D/8=0.15m D 2=D/4=0.3m 2 P= u 標(biāo)準(zhǔn)型（=81 h2.2Ui881 0.038711.061116.0621009.98N /m2(3)分離總效率9 1.

41、835 10 5 0.25516.06 600=102.95mm2O一 _， 一 -6一 一5.51 10 m=17.48 m取進(jìn)入粉塵回收裝置的量為15%060um60120um顆粒平均直徑 3090質(zhì)量分率2/15=13.3% 13/15=86.7%d/d02.718.14粒級(jí)效率0.931.0分離率 4=0.93X13.3%+1.0X86.7%=99.07%分離總效率 “總=0.85+ 4 X 0.15=0.85+99.07% X 0.15=99.86%損耗率：1-4總=1-99.86%=0.14%3.4 風(fēng)機(jī)的選型計(jì)算(1)送風(fēng)機(jī)：風(fēng)量一般應(yīng)有1020喻裕量，取15%Q 送=Lu H0

42、 (1+0.15)=9808.5661 X 0.8593 X (1+0.15)=9692.776 m3/hPt=(干燥室內(nèi)壓-大氣壓)+過濾器阻力降+加熱器壓降+熱風(fēng)分配器壓降+沿程與局部壓降般要求干燥室內(nèi)壓為負(fù)壓 1015mmO,取15mmO過濾器阻力升至1520mmO時(shí)需取下洗滌，取其阻力降為15mmHD=熱風(fēng)分配器壓降計(jì)算復(fù)雜，無資料介紹，估計(jì)為3040mm2O,取40mm2O=沿程與局部阻力估為：3040mm2O,取40mmO=Pt= -15-0+15+10.49+40+40=90.42 mmHbO92.139mmH2Or r c12Pto=R90.421 0.011890.8593據(jù)

43、 Po=92.139mm2OQ 送=9692.776m/h 查【1】P365表 25選送風(fēng)機(jī)型號(hào)為:離心通風(fēng)機(jī)4-72-11 8c主要性能參數(shù)：轉(zhuǎn)速1250rpm全壓：137mmO流量：20800m3/h效率：91%所需功率：10.3KW(2)排風(fēng)機(jī)排風(fēng)機(jī)富裕量一般為1530% 取 25%Q排=1丫(1+0.25)= 8759.881 X 1.061 X 1.25=11617.79 m 3/hPt二出口動(dòng)壓-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15mmH),進(jìn)口靜壓取-15mmH1旋風(fēng)分離器壓降152.49mm2O沿程、局部壓降估為35mm2OPt=15-(-15)+ 82

44、.086+35=147.086 mmH 2O12Pto=Pt -0. 147.086 180.29mmH2O1 0.0387721.061據(jù) Pto=180.29mm2O Q 排=13009.837m3/ h 查【1】P365表 25選排風(fēng)機(jī)型號(hào)為：離心通風(fēng)機(jī)4-72-11 6C主要性能參數(shù)：轉(zhuǎn)速2240rpm全壓248mm2O流量：15800m3/h 效率：91%所需功率：14.1kw2040%一般為使干燥室內(nèi)形成1020mmO的負(fù)壓，排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量需比送負(fù)機(jī)的風(fēng)量大由于20% 23.72% 40% ,所以風(fēng)機(jī)選擇合適3.5 其它輔助設(shè)備選用(1)濃奶保溫槽：選RPL型，其貯液容積為500L,

45、力口熱面積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 1m,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）。四、設(shè)計(jì)結(jié)果總匯：4.1 主要工藝參數(shù)（1）產(chǎn)量：年產(chǎn)全脂奶粉 950噸，每小時(shí)產(chǎn)量為263.36kg,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

46、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/kg0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48%，溫度55，每小時(shí)噴霧量G1=518.74kg/h 。（ 3）蒸發(fā)水量：W=263.36kg/h(4)干燥空氣用量：L=37.20kg絕干氣/kg水(5)新鮮空氣的X態(tài)及流量：t0=25C60= 60%H0=0.01189kg 水/kg 絕干氣 I0=55.414kJ/kg 絕干氣u H0=0.

47、8593m3(濕空氣)/kg 絕干氣 V 0=7527.366m3/h(6)熱空氣的狀態(tài)及流量：t1=150CH 1=0.01189kg 水/kg 絕干氣 I1=184.459KJ/Kg 絕干氣u hi=1.2198m3(濕空氣)/kg 絕干氣 V 1=11964.49m3/h(7)排氣的狀態(tài)及流量：t2=80C力2= 0.1254H2=0.03877Kg 水/Kg 絕干氣 I2=183.01kJ/kg 絕干氣u H2=1.0611m3(濕空氣)/kg 絕干氣 V2=10407.87m3/h(8)加熱蒸汽的狀態(tài)及流量：T3=170C P=8.0kgf/cm 2 D k=570.13kg/h4.

48、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 8C1全風(fēng)壓：137mm2O 轉(zhuǎn)速：1250rpm流量：20800m/h 效率：91 % 所需功率:9.7kw2空氣過 濾器板式過濾 器中空泡沫 塑料1過濾回積：1.7m阻力降：9.0mmHO3空氣加 熱器GLII2-15-544組總散熱面積：208.96宿堂風(fēng)面積：0.828m2通風(fēng)凈截面積：0.438 m阻力降：8.49mm2O4干燥 塔立式、并流、 離心式1塔徑：4. 0m 塔高：9.2m 有效容積：69.08m2蒸發(fā)強(qiáng)度：3.27kg水/m3h蒸發(fā)水量：263.36 kg/h霧化 器LP50

49、墻心 式霧化器1噴霧量：463.16L/h 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：7350rpm 噴嘴孔徑：。5.5mm噴嘴數(shù)：6個(gè) 離心盤噴嘴外徑：280 mm5旋風(fēng)分 離器標(biāo)準(zhǔn)切線型 進(jìn)口1分離器尺寸：D=1.2m, A=0.6m B=0.3m,D=0.6m ,D2=0.3m,H=H=2.4m,S=0.15m, H=4.8m進(jìn)口風(fēng)速：16.06m/s阻力降：102.95mm2O分離效率：99.86%6排風(fēng)機(jī)離心通風(fēng)機(jī)1風(fēng)壓：248mmHD,轉(zhuǎn)速：2240rpm,流 量：15800m3/h ,效率：91% 所需功 率：14.1 kw4-72-11 6c7濃奶保 溫槽RPL5 型1貯液容積：500 ml加熱面積：2.67

50、m2容器內(nèi)徑：900 mm電機(jī)功率：0.37KW2臺(tái)8集粉箱無具體型 號(hào)1長 1m 寬 0.5m 高 0.5m9旋轉(zhuǎn)閥普逋式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五、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖見所附A3圖紙上。六、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)

51、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1cU8Ni9Ti。5、干燥室、熱風(fēng)分配裝置、粉塵回

52、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。6、對(duì)干燥設(shè)計(jì)過程中某些問題的探討（1）在LP500離心噴霧機(jī)設(shè)計(jì)過程中，為達(dá)密封要求，除圖示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

53、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（ 2）奶粉噴霧干燥帶控制點(diǎn)的工藝流程圖中，彎管處直徑一般為管徑的3 倍左右，以減少阻力降。（ 3）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。（4）節(jié)能將是噴霧干燥未來發(fā)展的趨勢(shì)，節(jié)能的措施有以下幾點(diǎn)：提高進(jìn)口溫度和降低 出口溫度，但進(jìn)塔熱風(fēng)溫度不可過高，溫度太高