噴霧干燥器的設(shè)計(jì)

1、噴霧干燥器的設(shè)計(jì)噴霧干燥器的設(shè)計(jì)一、 概述(一) 噴霧干燥的原理噴霧干燥是將溶液、漿液或懸浮液在熱風(fēng)中噴霧成細(xì)小液滴，液滴在下降過程中，水分被迅速汽化而達(dá)到干燥目的，從而獲得粉末或顆粒狀的產(chǎn)品。物料的干燥過程分為等速階段和降速階段。在等速階段，水分通過顆粒的擴(kuò)散速率大于汽化速率，水分汽化是在液滴表面發(fā)生，等速階段又稱為表面汽化控制階段。當(dāng)水分通過顆粒的擴(kuò)散速率降低而不能維持顆粒表面的充分潤濕時(shí)，汽化速率開始減慢，干燥進(jìn)入降速階段，降速階段又稱為內(nèi)部遷移控制階段。(二) 噴霧干燥的特點(diǎn)1. 噴霧干燥的優(yōu)點(diǎn)主要是：（1） 干燥速度快。（2） 產(chǎn)品具有良好的分散性和溶解性。（3） 生產(chǎn)過程簡化，操作

2、控制方便。（4） 產(chǎn)品純度高，生產(chǎn)環(huán)境好。（5） 適宜于連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)。2. 噴霧干燥的缺點(diǎn)有：（1） 低溫操作時(shí)，傳質(zhì)速率較低，熱效率較低，空氣消耗量大，動(dòng)力消耗也隨之增大。（2） 從廢氣中回收粉塵的設(shè)備投資大。（3） 干燥膏糊狀物料時(shí)，干燥設(shè)備的負(fù)荷較大。二、 工藝設(shè)計(jì)條件干燥物料為懸浮液，干燥介質(zhì)為空氣，熱源為蒸汽和電；霧化器采用旋轉(zhuǎn)型壓力式噴嘴，選用熱風(fēng)霧滴并流向下的操作方式。具體工藝參數(shù)如下：料液處理量 料液含水量 （濕基）；產(chǎn)品含水量 （濕基）料液密度 ；產(chǎn)品密度 熱風(fēng)入塔溫度 ；熱風(fēng)出塔溫度 料液入塔溫度 ；產(chǎn)品出塔溫度 產(chǎn)品平均粒徑 ；產(chǎn)品比熱容 加熱蒸汽壓力（表壓） ；料液

3、霧化壓力（表壓） 年平均溫度 12； 年平均相對(duì)濕度 70%三、 干燥裝置流程干燥裝置采用開放式流程。熱風(fēng)在系統(tǒng)中使用一次，經(jīng)袋濾器除塵后，就排入大氣中，不再循環(huán)使用。四、 工藝流程圖1料液貯罐 2料液過濾器 3截止閥 4隔膜泵 5穩(wěn)壓罐6空氣過濾器 7鼓風(fēng)機(jī) 8翅片式加熱器 9電加熱器10干燥塔 11星形卸料閥 12旋風(fēng)分離器 13霧化器14袋濾器 15碟閥 16引風(fēng)機(jī) 17消音器圖1 噴霧干燥裝置工藝流程示意圖五、 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算(一) 物料衡算1. 絕干物料流量2. 產(chǎn)品產(chǎn)量3. 水分蒸發(fā)量W(二) 熱量衡算1. 物料升溫所需熱量2. 汽化水的熱損失計(jì)算，3. 干燥塔出口空氣的濕度根據(jù)熱量

4、衡算 即，為一直線方程根據(jù)給出的工藝設(shè)計(jì)條件，由濕空氣的H-I圖查出，。當(dāng)時(shí)，由濕空氣的H-I圖查出，。任取，則連結(jié)點(diǎn)和點(diǎn)，并延長與線相交于點(diǎn)D，點(diǎn)D就是出口空氣狀態(tài)點(diǎn)。由H-I圖查出，圖2 求解過程示意圖4. 空氣消耗量絕干空氣的消耗量為實(shí)際空氣消耗量為(三) 霧滴干燥所需時(shí)間1. 霧滴臨界含水量物料在干燥塔進(jìn)出口處的干基含水量分別為即在恒速干燥階段液滴體積收縮了37%液滴在恒速干燥階段由于收縮而減小的體積為除去的水分質(zhì)量為剩余的水分質(zhì)量為臨界含水量為2. 初始滴徑由3. 汽化潛熱熱空氣入塔溫度，濕度，由濕空氣H-I圖查出，熱空氣入塔狀態(tài)下的濕球溫度，查手冊(cè)得水在的汽化潛熱。4. 導(dǎo)熱系數(shù)平

5、均氣膜溫度為 查手冊(cè)得空氣在77下的導(dǎo)熱系數(shù)5. 恒速階段物料表面溫度即空氣的絕熱飽和溫度，可以取空氣入塔狀態(tài)下的濕球溫度6. 空氣臨界溫度恒速階段的水分蒸發(fā)量為空氣的臨界濕度為在H-I圖中，過作垂線，與AD交于點(diǎn)C，點(diǎn)C溫度即為空氣臨界溫度，由H-I查出7. 霧滴在恒速階段的干燥時(shí)間恒速階段熱空氣與液滴的溫度變化空氣：液滴：平均推動(dòng)力為8. 霧滴在降速階段的干燥時(shí)間降速階段熱空氣與物料的溫度變化空氣：物料：平均推動(dòng)力為9. 霧滴干燥所需時(shí)間(四) 壓力噴嘴主要尺寸的確定1. 霧化角為了了使塔徑不致過大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選取。2. 流量系數(shù)，由的關(guān)聯(lián)圖查出，噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)。，由的關(guān)聯(lián)圖查出，流量系數(shù)。

6、3. 噴嘴孔徑由由圓整，取。4. 噴嘴旋轉(zhuǎn)室尺寸噴嘴孔半徑取1mm，即選用矩形切向通道，切身通道寬度取1.2mm，即旋轉(zhuǎn)室直徑為10mm，則半徑由及圓整，取5. 核算噴嘴的生產(chǎn)能力經(jīng)圓整后與原很接近，不必復(fù)算，可以滿足設(shè)計(jì)要求。6. 空氣心半徑，由的關(guān)聯(lián)圖查出，由7. 噴嘴出口處液膜速度及其分速度、液膜與軸線成角噴出，可分解成徑向速度和軸向速度圖3 離心型壓力式霧化器結(jié)構(gòu)示意圖表1 壓力噴嘴主要尺寸單位：噴嘴旋轉(zhuǎn)室尺寸49 °20.7311.254.43.0(五) 干燥塔主要尺寸的確定1. 塔徑塔內(nèi)空氣的平均溫度為 由手冊(cè)查出，在200下，空氣的動(dòng)力粘度為，空氣的密度為。（1） 由徑

7、向分速度，計(jì)算時(shí)的雷諾數(shù)（2） 取一系列，求出相應(yīng)的霧滴水平飛行速度和停留時(shí)間。如取Re=100，由，與對(duì)應(yīng)的霧滴水平飛行速度為由與的列線圖查出相應(yīng)的的停留時(shí)間為其余各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果列于表2。表2 停留時(shí)間與霧滴水平運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系Re135023.61000.0066317.5500.02348.75250.04644.38150.07142.63100.09131.7580.1031.4060.1201.0540.1460.70020.2020.35010.2530.1750.50.3130.0875（3） 以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)畫出關(guān)系曲線，如圖4，用圖解積分可得即霧滴由沿徑向運(yùn)動(dòng)的半徑距離為，

8、則塔直徑為圓整后取。ux,m/s,s圖4 關(guān)系曲線圖2. 塔高（1） 降速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)霧滴的下降距離時(shí)，霧滴軸向運(yùn)動(dòng)的雷諾數(shù)為由的關(guān)系列線圖查出，霧滴由降速運(yùn)動(dòng)變?yōu)榈人龠\(yùn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)雷諾數(shù)為?？梢婌F滴在降速階段的雷諾數(shù)變化范圍為3.8295。由查出取一系列雷諾數(shù)，由的關(guān)系列線圖查出相應(yīng)的值，再計(jì)算出相應(yīng)的值，結(jié)果列于表3。表3 與及的關(guān)系Re295051.6025043.80.0024920035.00.0060810017.50.0241508.750.0433254.380.0654101.750.12150.1020.8750.2273.8123.80.1310.6650.290以Re為橫坐

9、標(biāo)，為縱坐標(biāo)作圖，得到關(guān)系曲線， 如圖5。1/(Re2)Re圖5 關(guān)系曲線圖以Re=250為例，霧滴在降速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)的軸向分速度為對(duì)關(guān)系曲線圖解積分得 則停留時(shí)間為其余各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果列于表3。以為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)作圖，得到關(guān)系曲線，如圖6。由圖解積分得到霧滴降速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)的下降距離為uy ,m/s圖6 關(guān)系曲線圖（2） 等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)霧滴的下降距離霧滴在等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)的沉降速度為霧滴等速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為霧滴在等速運(yùn)動(dòng)時(shí)間內(nèi)的下降距離為（3） 塔的有效高度圓整后，取。3. 干燥塔熱風(fēng)進(jìn)出口接管管徑（1） 熱風(fēng)進(jìn)口接管管徑熱風(fēng)進(jìn)口流量為取熱風(fēng)進(jìn)口接管內(nèi)的氣速為，則進(jìn)口接管管徑為圓整后熱風(fēng)進(jìn)口接管管徑取。

10、（2） 熱風(fēng)出口接管管徑 熱風(fēng)出口流量為取熱風(fēng)出口接管內(nèi)的氣速為，則出口接管管徑為圓整后熱風(fēng)出口接管管徑取。(六) 主要附屬設(shè)備的選型1. 空氣加熱器環(huán)境空氣先用翅片式加熱器由12加熱到130，再用電加熱器加熱到300。（1） 翅片式加熱器濕空氣由12升溫至130的傳換熱量為實(shí)際空氣消耗量由手冊(cè)查出，蒸汽壓力為時(shí)，蒸汽的飽和溫度為，汽化潛熱為，取冷凝水的排出溫度為151，則水蒸汽消耗量為加熱器的熱效率為由散熱排管的選擇曲線查出，選擇7R型排管，表面風(fēng)速為，則所需排管的受風(fēng)面積為7R型散熱排管由型串聯(lián)而成，單組散熱面積為，總散熱面積為。（2） 電加熱器所需電加熱器的總功率為2. 旋風(fēng)分離器進(jìn)入進(jìn)

11、入旋風(fēng)分離器的含塵氣體按空氣處理，氣體溫度取95 ，濕度為含塵氣體流量為選用擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器，查CLK型旋風(fēng)分離器主要性能表，選用兩臺(tái)CLK-4.0型擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器，進(jìn)口風(fēng)速為 。3. 袋濾器進(jìn)入袋濾器的氣體溫度取90，濕度為氣體流量為過濾氣速取，所需過濾面積為查脈沖袋濾器造型表，選用DMC-36型脈沖袋濾器。其過濾面積為，處理氣量為，設(shè)備阻力為。4. 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中采用兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，一臺(tái)為鼓風(fēng)機(jī)，安裝在干燥塔前；另一臺(tái)為引風(fēng)機(jī)，安裝在干燥塔后。設(shè)備阻力以干燥塔為基準(zhǔn)分前段阻力和后段阻力。在操作條件下，空氣流經(jīng)系統(tǒng)各設(shè)備和管道的阻力大體如表4所示。表4 干燥系統(tǒng)阻力估算表設(shè)備壓降設(shè)備壓降空氣過濾器2

12、00干燥塔100翅片式加熱器300旋風(fēng)分離器1500電加熱器200脈沖袋濾器1500熱風(fēng)分布器200消音器400管道、閥門、彎頭等600管道、閥門、彎頭等800合計(jì)1500合計(jì)4300（1） 鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)入口處的空氣溫度為，濕度為鼓風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量為系統(tǒng)前段空氣的平均溫度取150，由手冊(cè)查出，空氣在150下的密度為，則系統(tǒng)前段所需風(fēng)壓為選用型離心通風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量為，風(fēng)壓為。（2） 引風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)入口處的空氣溫度取，濕度為引風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量為系統(tǒng)后段空氣的平均溫度取90，由手冊(cè)查出，空氣在90下的密度為，則引風(fēng)機(jī)所需風(fēng)壓為選用型離心通風(fēng)機(jī)，其風(fēng)量為，風(fēng)壓為。(七) 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表5 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表料液處理量330翅片式加熱器散熱面積67.5水分蒸發(fā)量262.7電加熱器功率199產(chǎn)品產(chǎn)量67.3袋濾器過濾面積27絕干空氣消耗量3921