《化工原理课程设计》--喷雾干燥设计Word文件下载.doc
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6.2风压计算 13
参考文献：
14
化工原理课程设计任务书
姓名学号
一、设计题目
喷雾干燥系统设计
二、设计条件
1、物系：
牛奶
2、原料含水率：
45%（①45；
②50；
③55）
3、生产率（原料量）：
0.5t/h（①0.3；
②0.5；
③0.7）
4、产品（乳粉）含水量：
2%
5、加热蒸汽压力：
700KPa（绝压）
6、车间空气温度：
20℃
7、车间空气湿度：
0.012kg/kg（①0.012；
②0.014；
③0.016）
8、预热后进入干燥室的空气温度：
150℃
9、离开干燥室的废气温度：
80℃
10、离开干燥室的废气湿度：
0.12kg/kg
三、设计内容
1、计算所需过滤面积，选择新鲜空气过滤器和废气除尘器的型号。
2、计算所需空气流量和风压，选择进风机和排风机的型号。
3、计算所需换热面积，选择换热器（预热器）的型号。
4、画出整个喷雾干燥系统设备布置的流程图（设备可用方框加文字表示）。
四、编写设计说明书
喷雾干燥系统设计
1.喷雾干燥的简介
喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴,并用热气体（空气、氮气或过热水蒸气）干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。
原料液可以是溶液、悬浮液或乳浊液，也可以是熔融液或膏糊液。
根据干燥产品的要求，可以制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状[1]。
喷雾干燥有以下优缺点[1]：
优点：
①物聊干燥所需的时间很短,通常只要15-30秒,甚至只要几秒.
②容易改变操作条件以调节或控制产品的质量指标，例如粒度分布、最终湿含量等。
③根据工艺上的要求，产品可制成粉末状、空心球状或疏松团粒状，通常不需要粉碎即得成品，而且能在水中迅速溶解，例如殊荣脱脂奶粉、速溶咖啡等。
④简化了工艺流程。
缺点：
①容积给热系数较小，对于不能用高温在热体干燥的物料，所用设备就显得庞大了一些。
而在低温操作时，空气消耗量大，因而动力消耗量也随之增大。
②对气—固混合物的分离要求较高。
对于很细的粉末状产品，要选择可靠的气固分离装置，以免产品的损失和对周围环境的污染。
因此分离装置比较复杂
1.1喷雾干燥的原理[2]
喷雾干燥是一种悬浮粒子加工技术。
将流体物料通过雾化器的作用，形成细微的液滴，使液滴与高温空气接触，水分迅速蒸发从而成为粉末状产品。
1.2喷雾干燥工艺流程及其流程图[2]
⑴喷雾干燥工艺流程包括四个阶段：
①雾化；
②料物与空气接触（混合流动）；
③料物干燥（水分及挥发性物质蒸发）；
④干粉制品从空气中分离。
⑵喷雾干燥的流程图
包装成品
新鲜空气
过筛
空气过滤器
排放
冷却
送风机
奶粉
排风机
空气预热器
旋风分离器
喷雾干燥
离心式喷雾器
浓缩乳
图1：
喷雾干燥流程图
2.喷雾干燥系统设计方案的确定
2.1空气用量计算[1]：
原料奶含水率；
产品奶粉含水率；
进入干燥塔的物料量。
备水分蒸发量：
气湿含量：
因为空气经预热器温度保持不变，热空气湿含量：
废空气湿含量：
绝干空气消耗量：
但是，实际空气用量要比计算值多10％～25％[]，所以：
（20℃时，查表得，此时空气密度）
离开干燥室的废弃温度：
℃，查表得
离开干燥室空气量：
废气体积：
2.2空气过滤器选型[5]
过滤面积计算公式：
式中，A——滤层的面积，；
L——通过滤层的空气量，
M——滤层的过滤强度，，一般取m＝4000～8000为宜。
设取m＝5000，由2.1，可知L＝=2336.10。
所以代入数据得过滤面积A＝0.467。
空气过滤器选型为AF30-N02D-2-X2149
2.3废弃除尘器选型
由2.1，知废气量为
过滤面积计算：
式中，F——布袋的过滤总面积，
——通过布袋过滤器的空气量，
——布袋的单位面积负荷，；
值为140～200；
取＝150代入上式，得F＝14.77。
实际过滤面积
根据过滤面积，查得MC24-1型脉冲袋式除尘器与之相近[4]，可以选用此除尘器，其参数如下：
项目
数据
过滤面积，
18
过滤气速，
2～4
滤袋条数，条
24
处理气量，
2160~4300
滤袋规格
φ120×
200
脉冲阀数量，个
4
压力损失，
120～150
最大外形尺寸（长×
宽×
高），mm
1025×
1678×
3660
除尘效率，％
99～99.5
质量，kg
850
3加热器[4]
基于设计基本要求的条件，车间温度t0＝20℃；
热空气温度t1＝150℃；
所以，根据平均温度查表可得，
定比热熔Cp1＝1.022kJ/（kg·
℃），热导率λ1＝3.087×
10－2W·
m－1·
℃－1，密度ρ＝0.986kg/m3，，粘度μ1＝2.13×
10－5Pa·
s；
由2.1可知，新鲜空气用量;
已知加热蒸汽在700kPa（绝压）下处理，查附录6得此时温度T1＝164.7℃，
假设用于加热的蒸汽处理量：
ms2＝2000kg/h，
4.计算热流量及平均温差[6]
4.1.按空气加热所需来计算换热器的热流量
=86215w
计算平均温差：
查书[6]，得气体和气体间进行换热是的K值大致为12～35，先取K值为20,则所需传热面积为：
4.2初步选定换热器的型号
在决定管数和管长时，要先选定管内流速。
空气在管内流速范围为5～30，设取＝25。
设所需单程管数为n，φ25mm×
2.5的管内径为0.02m，则管内流量：
解得，n=84根。
又有传热面积A＝75.63m2
可求得单程管长：
若选用4.5m长的管，2管程，则一台换热器的总管数为4.5×
84＝378根。
查《化工原理》附录十九得相近浮头式换热器的主要参数，见表2-1
壳径D（DN）
管程数Np（N）
管数n
中心排管数nc
管程流通面积
600mm
2
198
11
0.0311
管尺寸
管长（L）
管排列方式
管心距
传热面积A
φ25mm×
2.5mm
4.5m
正方形斜转45°
28mm
68.2
可对表2-1中的数据做核算如下：
每程的管数：
，
管程流通面积：
，由表2－1，查得的0.0311很符合。
传热面积：
，比查得的68.2m2稍大，这是由于管长的一小部分需用于在管板上固定管子。
应以查得的68.2m2为准。
中心排管数，查得的＝11似乎太小；
现未知浮式6管程的具体排管方式，暂存疑。
以下按式：
，取整＝17。
4.3阻力损失计算
4.3.1管程[6]
流速：
雷诺数：
摩擦系数：
取钢管绝对粗糙度ε＝0.1mm，得相对粗糙度
；
根据＝，查图，得＝0.035
管内阻力损失：
回弯阻力损失：
管程总损失：
4.3.2壳程
取折流挡板间距h＝0.2m
计算截面积：
计算流速：
由于，摩擦系数：
折流挡板数：
取NB=22
管束损失：
缺口损失：
壳程损失：
核算下来，管程及壳程的阻力损失都不从多10kPa，又都不小于1kPa。
故适用。
4.4传热计算
4.4.1管程给热系数[9]
由4.3.1已算出的＝，由于是对于空气，
Nu=0.02Re0.8=0.02
4.4.2壳程给热系数
查资料知饱和水蒸汽对管壁的给热系数＝或。
4.4.3传热系数K。
计算公式为：
式中，K——空气加热器的传热系数，；
δ——加热管的壁厚，m；
λ——加热管导热系数，，铁管λ＝45×
1.163＝53。
所以，将数值代入，可得K＝33.90.
4.4.4所需的传热面积：
与所选的换热器列出的面积A=68.2比较，有近30％的裕度。
从阻力损失和换热面积的核算看，原选的换热器适用。
5.进风机的选择
5.1风量计算
从进风机到干燥塔，需经过加热器，假设全程管长15m,其中进风机到加热器为5m，加热器到干燥塔10m为其中经过3个90°
弯头，干燥塔器内维持147负压。
已知新鲜空气温度，查得此温度下空气密度，粘度。
热空气温度，温度下空气密度，粘度。
查得90°
弯头阻力系数0.75。
由
（1）可知干燥器所需新鲜空气用量为：
所以风机的风量为：
5.2风压计算：
5.2.1进风管直径计算：
取空气流速，风机出口出动压为500Pa。
5.2.2沿程损失1：
从进风机到加热器
取钢管的绝对粗糙度，则相对粗糙度，可查得
沿程损失：
5.2.3沿程损失2：
从加热器到干燥塔
5.2.4总弯头损失：
加热管阻力损失：
因为空气走管程，由（4）可知
风机出口处的静压
5.2.5风机出口全压：
取风机入口前的全压为0，所以所需的全压为：
5.3风机选型[7]
根据流量、风压的要求，
可选9-19型离心式通风机
机号
（№）
转速
（r/min）
全压
（Pa）
流量
（m3/h）
电动机型号
电动机功率
KW
5.6
2900
7182
2622
Y160M1-2
6排风机的选型
6.1风量计算
从干燥塔到排风机
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