食品工程原理課程設計報告奶粉噴霧干燥模板

1、-. z. 封面 按要求的格式制作食品工程原理 課程設計任務書專業(yè)：*班級：*：*計題目：年產全脂奶粉奶粉噴霧枯燥二、設計條件：生產任務：年產全脂奶粉750噸*：1-9； 800噸 ( 例 850噸 *：10-18； 900噸*：19-24； 950噸*：25-30 以年工作日310天例，300*尾號為單數(shù)；330天*尾數(shù)為雙號，日工作二班，班實際噴霧時間6小時計。產品質量符合國家全脂奶粉質量標準。進料狀態(tài)：濃縮奶總固形物含量48%例 46%*5,6,11,12,17,18,23,24,29,3050%*：3,4,9,10,15,16,21,22,27,2852%*：1,2,8,7,13,14

2、,19,20,25,26溫度55、密度1120kg/m2、外表力0.049N/m、黏度15cp。成品奶粉含水量2.5%一級品、密度600 kg/m2、比熱2.1kJ/kg.K。3、新鮮空氣狀態(tài)：t0=20、0=50%例 t0=22、0=52%*110； t0=23、0=55%*1120；t0=25、0=60%*2130 大氣壓760mmHg熱源：飽和水蒸氣。三、設計工程：工藝流程確實定噴霧枯燥裝置的計算輔助設備的選型及計算繪制工藝流程圖涉及各設備平面圖編制設計說明書四、設計時間和設計要求時間：1周要求：根據(jù)設計任務，確定方案合理，論證清楚，計算正確，簡述簡明，圖紙整潔無誤，書寫整齊清潔。 目錄

3、按照要求標明章節(jié)和頁碼如：工藝流程確定及論證41.1論證41.2噴霧枯燥流程圖 5噴霧枯燥的計算 52.1物料及熱量衡算 5空氣狀態(tài)參數(shù)確實定 5物料衡算8熱量衡算92.2離心式霧化器的計算 10霧滴直徑dL的計算10液滴離開轉盤的初速度11霧滴水平飛行距離12離心噴霧器所需功率132.3噴霧枯燥塔主要尺寸的計算13塔徑D 13塔高H14輔助設備的選型計算143.1空氣過濾選型器的計算143.2空氣加熱器的選型計算153.3粉塵回收裝置的選型計算噴183.4風機的選型計算193.5高壓泵203.6其他輔助設備選用20設計結果的匯總 204.1主要工藝參數(shù)204.2枯燥裝置及主要輔助設計一覽表2

4、1工藝流程圖22設計說明22對枯燥設計過程中*些問題的探討23完畢語24參考文獻 241、工藝流程確定及論證本工藝采用并流、離心式噴霧枯燥法進展奶粉的噴霧枯燥。首先應初選你的工藝流程，如：選用并流、離心式噴霧枯燥法進展奶粉的噴霧枯燥。接著要論證這一工藝過程的合理性，大致從牛奶的特性，如牛奶屬熱敏性、高營養(yǎng)等等，以及噴霧枯燥的特性或優(yōu)勢，以說明要噴霧枯燥這個單元操作是比擬適合用來加工牛奶成為奶粉的在接著要進展比照論證：為什么要采用并流立式？優(yōu)缺點，當然重點要突出優(yōu)點為什么要采用離心噴霧有的的壓力噴霧？優(yōu)缺點，當然重點要突出各自的優(yōu)點，略述缺點最后明確你的選擇工藝流程。整個論證過程要突出比照，要充

5、分論述并說明對于任務書提出的產品加工要求你為什么要選擇這樣的工藝流程，表達的文字要簡潔，讓別人能夠知道你選擇的理由。例：1.1論證奶粉噴霧枯燥的原理是將濃縮乳借用機械力量，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，大大增加了其外表積，同時送入熱風的情況下霧滴和熱風接觸，濃乳中的水分便在的瞬間蒸發(fā)完畢，霧滴被枯燥成球形顆粒落入枯燥室的底部，水蒸氣被熱風帶走，從枯燥室排風口排出，而且微粒外表的溫度為枯燥介質的濕球溫度5060，假設連續(xù)出料，整個枯燥過程僅需1030s，故特別適用于熱敏性物料的枯燥，蛋白質的變性很少，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

6、較高的溶解度及沖調性，保持其原有的營養(yǎng)成分及色、香、味。噴霧枯燥的特點是：.枯燥速度十分迅速。.枯燥過程中的液滴溫度不高，產品質量較好。.產品具有良好的分散性、流動性和溶解性。.生產過程簡化，操作控制方便。.防止發(fā)生公害，改善生產環(huán)境。.適宜于連續(xù)化生產。.容易改變操作條件，控制或調節(jié)產品的質量指標。.可以滿足對產品的各種要求。適用于熱敏性和非熱敏性的枯燥但是其缺點是：.設備比擬復雜，一次投資大。.投資費用比擬高。.設備的熱效率不高，熱消耗大，熱效率約為30%-40%。.對生產衛(wèi)生要求高的產品，設備的清掃工作量大。牛乳的化學成分中的礦物質種類非常豐富，除了我們所熟知的鈣以外，磷、鐵、鋅、銅、錳

7、、鉬的含量都很多。最難得的是，牛乳是人體鈣的最正確來源，而且鈣磷比例非常適當，利于鈣的吸收。其主要成分由水、脂肪、磷脂、蛋白質、乳糖、無機鹽等組成。可以看出牛乳的主要成分中含有脂肪等易氧化和熱敏性的成分，這對于枯燥來說是需要較高的要求，而通過上述噴霧枯燥優(yōu)缺點的比照我們發(fā)現(xiàn)噴霧枯燥法適合于熱敏性、易氧化物料的枯燥。綜上所述，該工藝適合采用噴霧枯燥技術制備乳粉。噴霧枯燥按照噴霧和流體流動方向分為并流型、逆流型和混合型。本工藝采用并流型噴霧枯燥。1逆流型操作特點是熱利用率較高，但只適用于非熱敏性物料的枯燥，而且假設空塔速度超過限度將引起顆粒的嚴重夾帶，給回收系統(tǒng)增加負荷。2混合型操作特點是氣流與產

8、品較充分接觸，脫水效率高，但產品有時與濕的熱空氣流接觸，故枯燥不均勻，壁局部粘粉嚴重。3并流型操作特點是：.被枯燥物料允許在低溫下進展枯燥。.由于熱風進入枯燥室立即與噴霧液滴接觸，室溫度急降，不會使枯燥物料受熱過度，因此，適宜于熱敏性物料的枯燥。.塔壁粘粉較少。.由于在枯燥室細?？菰飼r間短、粗?？菰飼r間長，產品具有比擬均勻枯燥的特點，適合于液滴高度分散均一的噴霧場合。綜上所述，本工藝適合采用并流型噴霧枯燥。噴霧枯燥按照霧化方法分為壓力式、離心式和氣流式噴霧枯燥。本工藝采用并離心式噴霧枯燥。1壓力式噴霧枯燥的操作特點是構造簡單，制造本錢低；維修簡單，拆裝方便；與氣流式噴嘴相比，大大節(jié)省霧化用動力

9、，但在生產過程中流量調節(jié)能力差；不適應于處理纖維狀或含大顆粒料液和高粘度料液或有固液相界面懸浮液；壓力式噴霧枯燥的體積蒸發(fā)強度較低。2氣流式噴霧枯燥的操作特點是構造簡單，加工方便、操作彈性大、易于調節(jié)，但用于霧化的壓縮空氣的動力消耗較大，約為壓力式和離心式霧化器的5-8倍。3離心式噴霧枯燥的操作特點是：.塔只安裝一個霧化器便可完成生產任務。.在一定圍，可以調節(jié)霧滴尺寸。.生產能力調節(jié)圍大。.在調節(jié)處理量時，不需要改變霧化器工作狀態(tài)。.與壓力式噴霧枯燥相比，可以適應叫高粘度的料液。綜上所述，本工藝采用并離心式噴霧枯燥。雖然離心式噴霧枯燥的缺乏之處有，噴霧機構造復雜，維修麻煩，鋼材要求高質；高速旋

10、轉的傳動局部要注潤滑油，常漏油污染奶粉；乳粉顆粒中空氣多，容重小，保存貯藏性差；無均質作用，只可適于立式烘箱。但是這些缺點并不影響它的廣泛使用?？偟膩砜?，離心噴霧枯燥還是經濟的，特別是大規(guī)模生產時，其經濟性極為突出。當蒸發(fā)同樣水分時，此法要比其他枯燥方法來得經濟。在噴霧枯燥設備中，每蒸發(fā)一公斤水分所需的熱量消耗約為8501400千卡。因此最終確定本生產工藝選用并流、離心式噴霧枯燥法進展奶粉的噴霧枯燥。1.2噴霧枯燥流程圖包裝成品包裝成品新鮮空氣新鮮空氣過 篩過 篩空氣過濾器空氣過濾器排 放冷 卻排 放冷 卻送風機奶 粉排風機送風機奶 粉排風機空氣預熱器 旋風別離器噴霧枯燥空氣預熱器 旋風別離器

11、噴霧枯燥離心式噴霧器濃縮乳離心式噴霧器濃縮乳圖1：噴霧枯燥流程圖二、噴霧枯燥裝置的計算：2.1物料及熱量衡算空氣狀態(tài)參數(shù)確實定G1 tM1=55新鮮空氣蒸汽熱空氣濃奶排氣L t00 H0H0 I0L t1H1H1 I1L t2H2H2 I22t0=20，0=50% t1=150,H1=0.00726 t2=80，H2=0.0339H0=0.00726熱損失QL空氣加熱器冷凝水枯燥塔奶粉G2 tM2=70圖2物料、熱量衡算圖2.1.1.1新鮮空氣狀態(tài)參數(shù)由設計任務書給定條件：t020,050%查得20飽和水蒸汽壓Ps017.54 mmHg (2338.59Pa)濕度H0=0.6220Ps0/(P

12、-0Ps0)=0.622*0.5*17.54/(760-0.5*17.54)=0.00726kg水/kg絕干氣熱焓I0=(1.01+1.88H0) t0+2490H0=(1.01+1.88*0.00726)*20+2490*0.00726=38.554kJ/kg絕干氣濕比容H0=(1/29+H/18)*22.4*(273+t0)/273=(1/29+0.00726/18)*22.4*(273+ 20)/273=0.8387m3(濕空氣)/kg絕干氣2.1.1.2加熱后空氣的狀態(tài)參數(shù)：全脂乳粉的加工工藝流程中，噴霧枯燥的操作要點為先將過濾的空氣由鼓風機吸進，通過空氣加熱器加熱至130-160后，

13、送入噴霧枯燥室。如用電熱或燃油爐加熱，可使枯燥介質的溫度提高至200以上。雖然提高熱空氣溫度可以提高熱效率，強化枯燥過程，減少枯燥塔所需容積，但是考慮到溫度過高會影響乳粉的質量，如發(fā)生龜裂或焦化，所以枯燥介質的溫度會受到限制。同時溫度過低會使產品水分含量過高而不能到達標準。故加熱后的空氣溫度可確定為150。濕度H1=H0=0.00726Kg水/Kg絕干氣熱焓I1=(1.01+1.88*H1)*t1+2490H1=(1.01+1.88*0.00726)*150+2490*0.00726=171.628KJ/Kg絕干氣濕比容H1(1/29+ H1/18)*22.4*(273+ t1)/273=(1

14、/29+0.00726/18)*22.4*(273+ 150)/273=1.211m3(濕空氣)/kg絕干氣2.1.2物料衡算：2.1.2.1每小時需得奶粉量G2可由年產量，年工作日，日工作班數(shù)及噴霧時間求取相關數(shù)據(jù)由任務書給定：年產全脂奶粉800噸，年工作日為310天，日工作二班，班實際噴霧時間6小時G2=800*1000/(310*2*6)=215.05kg/h2.1.2.2每小時噴霧濃奶量及蒸發(fā)水分量WG1=G2*(1-W2)/(1-W1) =215.05*(1-0.025)/(1-0.52)=436.82Kg/hW=G1-G2=436.82-215.05=221.77kg/h 2.1.

15、2.3每蒸發(fā)1kg水干空氣用量絕干量計L=1/(H2H1)1/(0.03388-0.00726=37.566kg絕干氣/kg水每小時干空氣量LW/(H2H1)221.77/0.03388-0.00726=8330.9542Kg絕干氣/h新鮮空氣體積流量V0=LH0=8330.9542*0.8387=6987.1713m3/h熱空氣體積流量V1=LH1=8330.9542*1.211=10088.785m3/h排氣體積流量V2=LH28330.9542*1.0533=8774.994m3/h2.1.3熱量衡算2.1.3.1輸入系統(tǒng)熱量新鮮空氣輸入:Q1=LI0=8330.9542*38.554=

16、321191.61kJ/h加熱器輸入熱量：Q2=L(I1- I0)8330.9542*(171.628 -38.554)=1108633.4 kJ/h濃奶帶入的熱量：Q3=G2CMtM1+WCl tM1215.05*2.1*55+221.77*4.187*55=75908.579KJ/h Q入=Q1+ Q2+ Q3=321191.61+1108633.4+75908.579=1505733.6kJ/h2.1.3.2輸出系統(tǒng)的熱量排氣帶出的熱量:Q1=LI2 =8330.9542*170.25675 =1418401.2KJ/h產品奶粉帶出的熱量：Q2G2CMtM2215.05*2.1*70=3

17、1612.35KJ/h枯燥室熱損失：Q3= WQL221.77*251=55664.27KJ/hQ出Q1+ Q2+ Q3= 1418401.2+31612.35+55664.27=1505677.8 KJ/h由于Q出Q入，可見熱量收支平衡。2.1.3.3 枯燥過程的熱效率：表示每蒸發(fā)1kg水分，枯燥器所需參加的熱量中用于汽化水分所耗熱量的百分率。=(r0+CWt2)-CltM1)/l(I2I0) =(2490+1.88*80)-4.187*55)/37.566(170.25675-38.554)=48.7% 2.1.3.4 空氣加熱器蒸汽消耗量：選取加熱用飽和水蒸氣溫度T= t1+10=150

18、+10=160查得其飽和蒸汽壓為6.303Kgf/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=1108633.4/2087.1*0.95=504.62kg/h2.2離心式霧化器的計算：根據(jù)現(xiàn)有的定型設備LP150，用其有關數(shù)據(jù)進展參考設計。 G1=436.82kg/h =1120kg/m3 V1=故可選取生產能力為400L/h的離心霧化器。2.2.1霧滴直徑dL的計算在忽略了分散盤形狀對霧滴的影響時，有人提出下面的多管式分散盤霧滴直徑計算的經歷公式：式中：dL-霧滴直徑(m) N-分散盤轉速7300(r/min) r-分散盤半徑0.14(m

19、)-料液外表力0.049/9.81=0.005(kg/m)-料液密度1120(kg/m3)2.2.2液滴離開轉盤的初速度2.2.2.1徑向速度的計算圓形通道分散盤，霧滴離開分散盤時徑向速度按下式計算：式中：-霧滴的徑向初速度(m/s)-分散盤的角速度-分散盤半徑0.14(m) c-常數(shù)；-通道半徑0.0025(m)-料液運動粘度(m2/s)-料液的體積流量 N-分轉盤轉速7300(r/min)。將以上數(shù)據(jù)代入式2.2.2.2切向速度的計算由于淺槽或葉片阻止了料液的滑動，離開分散盤邊緣時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)。2.2.2.3料液

20、離開分散盤時的合成速度料液離開分散盤時是徑向速度與切向速度的合成速度的運動形式，因此最后霧滴離開分散盤時的速度為：式中：-料液離開分散盤時的初速度(m/s)。2.2.3霧滴水平飛行距離霧滴離開分散盤邊緣沿水平方向飛出，霧滴飛出的最大距離是確定枯燥器直徑的主要依據(jù)。分散盤產生的霧距，通常是以90%-99%霧滴的降落半徑作為最大霧距。但是實際霧距和理論值不能吻合，主要原因在于： 霧滴在噴出后因水分迅速蒸發(fā)而使霧滴密度減小，因此飛行距離也縮短。 在枯燥過程中霧滴的直徑收縮或因崩裂而減小。 枯燥器熱風的流動，霧滴的飛行受到影響。所以考慮到空氣阻力的影響，計算霧距有以下公式：式中：-霧滴直徑-料液密度1

21、120(kg/m3)-空氣密度(kg/m3)-霧滴的初速度-霧滴的運動終速度(m/s)，可按霧滴在枯燥室的浮翔速度考慮。-空氣在平均溫度下的運動粘度(m2/s)20時，干空氣的黏度：=1.81干空氣的運動黏度：80時，干空氣的黏度：=2.11干空氣的運動黏度：-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：2.2.4離心噴霧器所需功率分散盤霧化料液時理論上消耗功率：式中：-離心盤的圓周速度，即離心盤線速度104(m/s)-離心盤的生產能力，即(=)=2.3 噴霧枯燥塔主要尺寸的計算2.3.1 塔徑D離心霧化器的枯燥塔直徑在一般情況下，塔徑D按照下式計算：D=(22.8)R式中：R-離心

22、霧化器噴霧距半徑，即霧滴水平飛行距離1.573m。選?。篋= 2.25R=2.251.573=3.54m 圓整為D=4m驗算：塔空氣平均流速U，應在0.10.3m/s之間。式中：U-空氣平均流速(m/s) L-絕干空氣流量8330.9542kg絕干氣/h D-噴霧枯燥塔徑12.5m- 平均濕比容，=1.211和1.0533m3(濕空氣)/kg絕干氣0.1m/sU=0.20850.3m/s，所以選擇D=4m適宜。2.3.2 塔高 DH1=1.2D=1.24=4.8mH2=D=4m選鼓形閥d=400mm H1 H2=48.45240離心式 分布百分率 2.0 31.2 24.0 18.6 24.0

23、壓力式 分布百分率 66.4 24.6 5.4 2.2 1.5別離器尺寸及進口風速和阻力計算進口風速ui一般可取1525m/s，取ui=20m/s進口截面積F=F=0.122m2D=0.987m 圓整為D=1mA= B=D1=D/2=0.5m H1=2D=2m H2=2D=2mS1=D/8=0.125m D2=D/4=0.25m3.4 風機的選型計算1送風機：風量一般應有1020%富裕量，取15%。 Q送=LvHO(1+0.15)= (1+0.15)=10091.243m3/h Pt=(枯燥室壓-大氣壓)+過濾器阻力降+加熱器壓降+熱風分配器壓降+沿程與局部壓降一般要求枯燥室壓為負壓1015m

24、mH2O，取15mmH2O過濾器阻力升至1520mmH2O時需取下洗滌，取其阻力降為15mmH2O。熱風分配器壓降計算復雜，無資料介紹，估計為3040mmH2O，取40mmH2O。沿程與局部阻力估為：3040mmH2O，取40mmH2O。Pt= -15-0+15+7.67+40+40=87.67mmH2OPto=Pt據(jù)Pto=87.599mmH2O Q送=10091.243m3/h查 1 P365表25選送風機型號為： 離心通風機 4-72-11 8C主要性能參數(shù)：轉速1250rpm 全壓：137mmH2O流量：20800m3/h 效率：91% 所需功率：10.3KW 2排風機排風機富裕量一般

25、為1530%，取25%。Q排=LvH2(1+0.25)= 1.25=10968.743m3/hPt=出口動壓-進口靜壓+旋風別離器壓降+沿程、局部壓降出口動壓一般取15mmH2O，進口靜壓取-15mmH2O。旋風別離器壓降152.49mmH2O沿程、局部壓降估為35mmH2OPt=15-(-15)+ 152.49+35=187.49mmH2OPto=Pt據(jù)Pto=229.214mmH2O Q排= 10968.743m3h 查 1 P365表25選排風機型號為： 離心通風機 4-72-11 6C主要性能參數(shù)：轉速2240rpm 全壓248mmH2O流量： 15800m3/h 效率：91% 所需功

26、率：14.1kw一般為使枯燥室形成1020mmH2O的負壓，排風機的風量需比送負機的風量大2040%。由于,所以風機選擇適宜3.5、高壓泵根據(jù)設計壓力一般在100150Kgf/cm2，如120 Kgf/cm2，流量如430Kg/h選取適宜的泵3.6、其它輔助設備選用1濃奶保溫槽：選RP6L5型，其貯液容積為500L，加熱面積2.67m2， 容積徑900mm，電機功率0.37kw，2臺。2集粉箱：無具體型號，設計用長1m，寬0.5m，高0.5m的箱體。3旋轉閥：采用普通式即可，動配合間隙小于0.05mm以保證氣密性， 用型號l的旋轉閥，葉輪容積1.0升，葉輪轉速30rpm，所需功率0.4kw，排

27、料量1噸/小時。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、溫度計、電流表送風機、排風機、霧化器的電流。四、設計結果的匯總：4.1主要工藝參數(shù)1產量：年產全脂奶粉800噸，每小時產量為215.05kg，產品質量符合輕工部全脂奶粉質量標準。輕工部全脂乳粉一級產品的理化指標?；瘜W指標：水分不超過2.50%，脂肪2530%。 復原后的酸度不超過190T，銅不超過6mg/kg。 錫不超過100mg/kg，鉛不超過2mg/kg。物理指標：溶解度不低于97%，雜質度不超過16ppm。微生物指標：雜菌數(shù)不超過50000個/g，大腸菌不檢出。2濃奶：總固形物含量48%，溫度55，每小時

28、噴霧量G1=436.82kg/h。3蒸發(fā)水量：W=221.77kg/h4枯燥空氣用量：L=37.566kg絕干氣/kg水5新鮮空氣的狀態(tài)及流量：t0=20 0=0.5 H0=0.00726kg水/kg絕干氣 I0=38.554kJ/kg絕干氣 VH0=0.8387m3(濕空氣)/kg絕干氣 V0=6987.1713m3/h6熱空氣的狀態(tài)及流量：t1=150 H1=0.00726kg水/kg絕干氣 I1=171.628KJ/Kg絕干氣 VH1=1.211m3(濕空氣)/kg絕干氣 V1=10088.785m3/h7排氣的狀態(tài)及流量：t2=80 2=0.1106 H2=0.03388 Kg水/Kg

29、絕干氣 I2=170.25675kJ/kg絕干氣 VH2=1.0533m3(濕空氣)/kg絕干氣 V2=8774.994m3/h8加熱蒸汽的狀態(tài)及流量：T3=170 P=8.0kgf/cm2 Dk=504.62kg/h4.2枯燥裝置及主要輔助設計一覽表序號名 稱型 號數(shù)量主 要 性 能 參 數(shù)1送風機離心式通風機1全風壓：137mmH2O 轉速：1250rpm流量：20800m3/h 效率：91 % 所需功率：10.3kw2空氣過濾器板式過濾器中空泡沫塑料1過濾面積：1.5m2阻力降：7.95mmH2O3空氣加熱器GLII2-15-544組總散熱面積：208.96m2 受風面積：0.828m2

30、通風凈截面積：0.438 m2阻力降：7.67mmH2O4(1)枯燥塔1塔徑：4. 0m 塔高：8. 8m 有效容積：60.3m2蒸發(fā)強度：3.68kg水/m3h 蒸發(fā)水量：221.77kg/h(2)霧化器1噴霧量：390.02L/h 轉盤轉速：7300rpm 噴嘴孔徑：5mm噴嘴數(shù)：6個 離心盤噴嘴外徑：280 mm5旋風別離器1別離器尺寸：D=1m，A=0.5m，B=0.25mmH2O,D1=0.5m，D2=0.25m, H1=H2=2m, S1=0.125m, H=4m6排風機離心通風機1風壓：248mmH2O，轉速： 2240rpm，流量： 15800m3/h，效率： 91% 所需功率：14.1 kw7濃奶保溫槽RP6L5型1貯液容積：500 ml 加熱面積：2.67m2容器徑：900 mm 電機功率：0.37KW 2臺8集粉箱無具體型號1長1m 寬0.5m 高0.5m9旋轉閥普通式1型1葉輪容積：1.0升 葉輪轉速：30rpm 所需功率：0.4kw排料量：1噸