化工原理課程設(shè)計(jì)-奶粉噴霧干燥設(shè)計(jì)

題目奶粉噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)食品學(xué)院業(yè)食品科學(xué)與工程×××××老師計(jì)計(jì)2計(jì)1 2 3 4：設(shè)計(jì)噴霧干燥器以制取奶粉5目錄目及數(shù)據(jù)明程和方案的選擇說(shuō)明與論證計(jì)算選型計(jì)算價(jià)9參考文獻(xiàn)(指設(shè)計(jì)中使用到的)含濕量(以濕基計(jì))：48%kPa4000kPa650×10-5N/m含濕量(以濕基計(jì))：產(chǎn)品量(t/a)：Dp=60~100μm.流程圖及流程說(shuō)明7程圖流程說(shuō)明入干燥塔，從干燥塔頂?shù)膰婌F器中噴淋出與熱空過(guò)濾除塵，然后進(jìn)入換熱器加熱83.流程和參數(shù)的選擇說(shuō)明與論證1設(shè)計(jì)任務(wù)目錄目及數(shù)據(jù)明程和方案的選擇說(shuō)明與論證計(jì)算選型計(jì)算價(jià)9參考文獻(xiàn)(指設(shè)計(jì)中使用到的)計(jì)93.2噴霧裝置流程選擇3.2.1確定噴霧裝置流程論證本工藝采用噴霧干燥技術(shù)質(zhì)(通常為熱空氣)干燥霧滴調(diào)(1)干燥速度快：由于料液經(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計(jì)(2)干燥過(guò)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(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，(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，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。(5)生產(chǎn)過(guò)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(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)合冷卻器和風(fēng)。(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(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(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—40%左右。本工藝采用壓力式噴嘴氣流式噴嘴：采用壓縮空氣或蒸汽以很高的速度(300米/秒或更高)從噴嘴噴出，靠計(jì)壓。高壓液體通過(guò)噴嘴時(shí)，將液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，使液體高速噴出而分散為霧滴。該噴嘴可制備各粗顆粒產(chǎn)品(120~150μm)。壓節(jié)。旋轉(zhuǎn)式霧化器：料液在高速轉(zhuǎn)盤(圓周速度為90~140m/s)中受到離心力的作用從盤中甩出而霧化。利用該霧化器可得到粒度均勻，顆粒較細(xì)(30~120μm)的產(chǎn)品。用離心(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)。(5)與壓力式噴霧干燥相比，可以適應(yīng)叫高粘度的料液。結(jié)合所得奶粉粒徑(141μm)及各噴霧霧化器的特點(diǎn)，我們選擇壓力式噴嘴來(lái)進(jìn)行奶本工藝采用并流干燥高溫?zé)釟饬鹘佑|，傳熱傳質(zhì)推動(dòng)力干燥。由于熱風(fēng)進(jìn)入干燥室立即與合。傳熱推動(dòng)力較均勻，傳質(zhì)傳熱效率也較大，同時(shí)延性能介于并流和逆流之間?；旌狭鞯奶攸c(diǎn)3.2.2廢棄回收考慮少量細(xì)粉隨空氣氣流進(jìn)入分離裝置(如旋風(fēng)分離器、布袋過(guò)濾器等)進(jìn)一步分離。應(yīng)用在產(chǎn)品回收和污染控制。計(jì)2)超高效率,長(zhǎng)壽命,和低能耗。3)可靠性高。4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低(相較于濕法除塵器，布袋除塵器和電除塵器)。5)沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件。旋風(fēng)分離器可以在高壓的條件下使用。使用中對(duì)溫度沒有特別限制，特殊制造的分離器可以在很高的溫度下操作。件下，分離器可以涂耐火材料或用特種鋼制造。)通常收集的塵粒都保持干態(tài)。。影響不大。保持不變。。板或特殊材料制造。3.2.3確定風(fēng)機(jī)位置燥器、分離器密封良好，不能向外漏氣漏粉；若風(fēng)機(jī)放3.3干燥器內(nèi)熱空氣和霧滴的流動(dòng)方向高溫?zé)釟饬鹘佑|，傳熱傳質(zhì)推動(dòng)力干燥。由于熱風(fēng)進(jìn)入干燥室立即與合。傳熱推動(dòng)力較均勻，傳質(zhì)傳熱效率也較大，同時(shí)延性能介于并流和逆流之間。混合流的特點(diǎn)3.4工藝條件的選擇3.4.1空氣進(jìn)出口溫度的選擇空氣進(jìn)口溫度的選擇空氣出口溫度的選擇熱損失會(huì)過(guò)大，又應(yīng)高出絕熱飽和溫度，因此定到75℃3.4.2料漿進(jìn)出口溫度的選擇濃縮奶進(jìn)口溫度的選擇計(jì)期準(zhǔn)備工作造成過(guò)大負(fù)荷；如果進(jìn)口溫度過(guò)低則奶粉出口溫度的選擇所接觸空氣的濕球溫度之間[7]。4.干燥器主要尺寸的計(jì)算噴嘴設(shè)計(jì)目的噴霧干燥可分為四個(gè)階段：料液霧化為霧滴；霧滴與熱空氣接觸(混合和流動(dòng))；霧細(xì)的霧滴而使液體具有很大的表面積。當(dāng)霧滴與計(jì)2基本數(shù)據(jù)Ogh.1.3基本原理及假設(shè)4.1.3.1基本原理計(jì)4.1.3.2假設(shè)旋轉(zhuǎn)室直徑D(=2R)可按D/b=2.6~30的范圍內(nèi)選取。噴嘴長(zhǎng)徑比L0/d0=0.5~1，過(guò)長(zhǎng)增加流動(dòng)阻力損失。4.1.3.3校正計(jì)算噴射角的范圍應(yīng)在40°~60°之間。4計(jì)算步驟計(jì)R16- R16- 0d=01()4100000r0==1.85mmr0==1.85mm0221BA'2.41.5389切向進(jìn)口面積：A=r0'r0'R=1.851.8516=21.3536mm1BA'2.41.538922111.331.33B2.4A'x===1.427Axr0'Rr0'A'x===1.427AxA1'R-23.0416-計(jì)D，x04QD，x04Qp1 0 04113241132BRBR-2r'0r'0C0C0(57)(57)0(3.7)(3.96)(3.7)(3.96)1.5計(jì)算結(jié)果列表表所計(jì)算物理量所得計(jì)算結(jié)果mm214.8115m/s噴霧角校正值θ’s05m/s731581294顆/秒216764828顆/秒4.2物熱衡算和干燥時(shí)間計(jì)算目的溫度，空氣用量。2)確定干燥過(guò)程的臨界點(diǎn)(恒速干燥段和降速干燥段的分界點(diǎn))。3)確定干燥時(shí)間。2基本數(shù)據(jù)X=o1=0.4811-o1-0.4812奶粉干基濕含量：X=o2=0.031=0.0320221-o1-0.0312c36003600c36003600CH1=1.005+1.884H1=1.005+1.8840.0117=1.027kJ/(kg.K).2.3基本原理及假設(shè)到四個(gè)基本溫度，分別是空氣進(jìn)出干燥塔溫度和物料進(jìn)出干燥塔4計(jì)算步驟JkgLL=4.4742kg/s11HH4 H94.771000.050494.77100 H94.771000.050494.77100sCCH=WC+H=0.L4.4742 2(3991.11)pW=15EXP|\18.5916一tW+233.84)|濕球溫度：H=0.622pWW94.77一pWWWWW11100=2.436+0.007835〉67.52一0.00000225〉67.522=0.02955W/mK10022k=2.436+0.007835T2'一0.00000225T2'22100100222.5計(jì)算結(jié)果列表理量絕干空氣用量(初算)L相對(duì)濕度kWW42kg/s果表27m5℃塔徑計(jì)算目的操作，霧滴在干燥時(shí)的特性，干燥室的大小以及空氣——顆粒在室2基本數(shù)據(jù)pm22全塔空氣平均濕度:H=H1+H2=0.0117+0.0504=pm22全塔空氣平均濕度:H=H1+H2=0.0117+0.0504=0.0311kg濕分/kg絕干氣體m22全塔空氣平均溫度:T=T1+T2=175+75=125。Cm22全塔空氣平均干基濕比容:mHm全塔空氣平均密度:p=m=全塔空氣平均密度:p=m==0.815kg/m3HmTm+1.76)105=0.000029Pa.s.3.3基本原理及假設(shè)操作，霧滴在干燥時(shí)的特性，干燥室的大小以及空氣——顆粒在室程中不變形。2)熱風(fēng)流速小，可粗略的當(dāng)作靜止來(lái)考慮。4計(jì)算步驟Rex4.23過(guò)渡段徑向運(yùn)動(dòng)距離:空塔氣速(按進(jìn)口空氣狀態(tài)計(jì)算):u04557H1)L3.5計(jì)算結(jié)果列表所計(jì)算物理量所得結(jié)果230.018m取Um=1計(jì)算的塔徑D’2.688m空塔氣速U空塔1.02m/s塔高計(jì)算目的造成資源浪費(fèi)，熱風(fēng)浪費(fèi)等。如果塔高設(shè)計(jì)過(guò)低，物2基本數(shù)據(jù)軸向雷渃數(shù):Rey===354.31塔高計(jì)算常數(shù):p沉降雷渃數(shù):Ret=0.071100.82=0.071178.990.82=2.558.4.3基本原理及假設(shè)程中不變形。2)熱風(fēng)流速小，可粗略的當(dāng)作靜止來(lái)考慮。4計(jì)算步驟軸向雷渃數(shù):Rey===354.31塔高計(jì)算常數(shù):p沉降雷渃數(shù):Ret=0.071100.82=0.071178.990.82=2.558霧滴沉降速度:ut=0Ret=78.992.558=0.513m/sA1.213減速運(yùn)動(dòng)時(shí)間:4A(11)L4A(11)Luy=；Zi=uyiTi；Z1=xZi實(shí)際塔高:Z圓整=4.7m4.5計(jì)算結(jié)果列表所計(jì)算物理量所得結(jié)果mm4.7m5.校核計(jì)算熱損失校核計(jì)算基本數(shù)據(jù)計(jì)算步驟初算干燥塔實(shí)際熱損失:10001000實(shí)際絕干空氣用量:實(shí)際出口空氣濕度:g實(shí)際出口空氣相對(duì)濕度:2空塔氣速校核計(jì)算基本數(shù)據(jù)空塔氣速(按T2、H2計(jì)算):L校正(0.002835+0.004557H2')(273+T2)101.325u0.785根94.77D2計(jì)算步驟干燥塔實(shí)際熱損失:10001000最終實(shí)際絕干空氣用量:最終實(shí)際出口空氣濕度:g30%:最終空塔氣速(按T2、H2計(jì)算)＜ut:L(0.002835+0.004557H2)(273+T2)101.325u空2=0.78594.77D2=4.489(0.002835+0.0045570.0503)(273+75)．附屬設(shè)備的選型計(jì)算1初選換熱器型號(hào)Sm號(hào):SRZ15*6D散熱面積:S散=37.73m2力計(jì)算式:0.21(Vr)1.97Pa加熱蒸汽溫度T=181。計(jì)算步驟mlnlnmlnln加熱空氣所需熱量:a=S風(fēng)分離器基本數(shù)據(jù)干燥塔出口空氣濕度H2=0.0504kg/kg空氣出干燥塔溫度T2=75C最終實(shí)際絕干空氣用量L=4.489kg/s切向進(jìn)口速度ui=14.75m/s計(jì)算步驟干燥器出口空氣體積流量:H)(T1+273)Lv294.77Q=(0.287+0.4620.0504)(75+273)4.489=4.897m3/s94.77D2iD2i88i實(shí)際切向進(jìn)口速度：u'=Qv2=4.897=14.75m/siiS'0.332i排氣管直徑:D1==0.815m排氣管深度:S==0.20375m222出料管直徑：D=D'=0.4075m24T12總高度：H=H+H=3.26+3.26T12 1+H2)p2=(0.287+0.462H2)(T2+273)=(0.287+0.4620.0504)(75+=(0.287+0.4620.0504)(75+273)=0.922kg/m6.3.1確定各個(gè)通風(fēng)管道的尺寸入口、從預(yù)熱器出口到干燥器入口、從干燥器出口到機(jī)出口到預(yù)熱器入口的通風(fēng)管道尺寸計(jì)算T=20T=20C35+0.004557H1)(T1+273)101.325H1VH101.325=0.90594.7711H1VLV11H111d=1==0.59m1m11熱器出口到干燥器入口的通風(fēng)管道尺寸計(jì)算LL05kg/sT=T=175C(0.002835+0.004557H2)(T2+273)101.325H2VH294.77V=LV=4.5052222d22m2L=1.5+4.7=6.2m2燥器出口到旋風(fēng)分離器入口的通風(fēng)管道尺寸計(jì)算33(0.002835+0.004557H3)(T3+273)101.325H1VH194.7733H333H33333初算管徑：d33336.3.2確定各通風(fēng)管道內(nèi)的氣體體積流量和空氣密度風(fēng)機(jī)出口到預(yù)熱器入口的氣體體積流量和空氣密度計(jì)算實(shí)際流速：u1=12實(shí)際流速：u1=12=2=14.417m/s1110V0.905V0.905從預(yù)熱器出口到干燥器入口的氣體體積流量和空氣密度計(jì)算 V3 V321010空氣密度：p2=2=H2VH2從干燥器出口到旋風(fēng)分離器入口的氣體體積流量和空氣密度計(jì)算 4V45.137 4V45.137310101010空氣密度：p3=3=H3V1.H33.3直管阻力損失的計(jì)算風(fēng)機(jī)出口到預(yù)熱器入口的直管阻力損失計(jì)算1110.00001846相對(duì)粗糙度：c=0.3=0.3=0.0005d11000d1'1000〉0.6從預(yù)熱器出口到干燥器入口的直管阻力損失計(jì)算2220.00002513相對(duì)粗糙度：c=0.3=0.3=0.000588d21000d2'1000〉0.51直管阻力：hf2=入==97.9859J/kg從干燥器出口到旋風(fēng)分離器入口的直管阻力損失計(jì)算0.00002083相對(duì)粗糙度：=0.3=0.3=0.000522d31000d3'1000〉0.575直管阻力：hf3=入==46.4537J/kg.4局部阻力損失計(jì)算風(fēng)機(jī)出口到預(yù)熱器入口的局部阻力損失計(jì)算預(yù)熱器出口到干燥器入口的局部阻力損失計(jì)算2干燥器出口到旋風(fēng)分離器入口的局部阻力損失計(jì)算xhfhfp9212=583.54Pa3.5整個(gè)通風(fēng)管道的壓差全風(fēng)壓的計(jì)算系統(tǒng)所需能量：HT'=三段總阻力+Vp濾網(wǎng)+Vp換熱器+Vp分離+p1hf分布板=1642.23+1092.69+583.54+174.29+1368+4390.5+807.5=10240.15Pa3600360033600360036.3.7根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)選取風(fēng)機(jī)型號(hào)述特點(diǎn)1干燥方法特點(diǎn)(1)干燥速度快：由于料液經(jīng)噴霧后霧化成幾十微米大小的液滴，所以單位重量的極(2)干燥過(guò)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(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(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。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(5)生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化，操作控制方便：即使含水