喷雾干燥器的设计.docx

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喷雾干燥器的设计

喷雾干燥器的设计

一、概述

（一）喷雾干燥的原理

喷雾干燥是将溶液、浆液或悬浮液在热风中喷雾成细小液滴，液滴在下降过程中，水分被迅速汽化而达到干燥目的，从而获得粉末或颗粒状的产品。

物料的干燥过程分为等速阶段和降速阶段。

在等速阶段，水分通过颗粒的扩散速率大于汽化速率，水分汽化是在液滴表面发生，等速阶段又称为表面汽化控制阶段。

当水分通过颗粒的扩散速率降低而不能维持颗粒表面的充分润湿时，汽化速率开始减慢，干燥进入降速阶段，降速阶段又称为内部迁移控制阶段。

（二）喷雾干燥的特点

1.喷雾干燥的优点主要是：

（1）干燥速度快。

（2）产品具有良好的分散性和溶解性。

（3）生产过程简化，操作控制方便。

（4）产品纯度高，生产环境好。

（5）适宜于连续化大规模生产。

2.喷雾干燥的缺点有：

（1）低温操作时，传质速率较低，热效率较低，空气消耗量大，动力消耗也随之增大。

（2）从废气中回收粉尘的设备投资大。

（3）干燥膏糊状物料时，干燥设备的负荷较大。

二、工艺设计条件

干燥物料为悬浮液，干燥介质为空气，热源为蒸汽和电；雾化器采用旋转型压力式喷嘴，选用热风——雾滴并流向下的操作方式。

具体工艺参数如下：

料液处理量

料液含水量（湿基）；产品含水量（湿基）

料液密度；产品密度

热风入塔温度；热风出塔温度

料液入塔温度；产品出塔温度

产品平均粒径；产品比热容

加热蒸汽压力（表压）；料液雾化压力（表压）

年平均温度12℃；年平均相对湿度70%

三、干燥装置流程

干燥装置采用开放式流程。

热风在系统中使用一次，经袋滤器除尘后，就排入大气中，不再循环使用。

四、工艺流程图

1——料液贮罐2——料液过滤器3——截止阀4——隔膜泵5——稳压罐

6——空气过滤器7——鼓风机8——翅片式加热器9——电加热器

10——干燥塔11——星形卸料阀12——旋风分离器13——雾化器

14——袋滤器15——碟阀16——引风机17——消音器

图1喷雾干燥装置工艺流程示意图

五、工艺设计计算

（一）物料衡算

1.绝干物料流量

2.产品产量

3.水分蒸发量W

（二）热量衡算

1.物料升温所需热量

2.汽化水的热损失

计算

，

3.干燥塔出口空气的湿度

根据热量衡算

即，为一直线方程

根据给出的工艺设计条件，，，由湿空气的H-I图查出，。

当时，由湿空气的H-I图查出，。

任取，则

连结点和点，并延长与线相交于点D，点D就是出口空气状态点。

由H-I图查出，

图2求解过程示意图

4.空气消耗量

绝干空气的消耗量为

实际空气消耗量为

（三）雾滴干燥所需时间

1.雾滴临界含水量

物料在干燥塔进出口处的干基含水量分别为

即在恒速干燥阶段液滴体积收缩了37%

液滴在恒速干燥阶段由于收缩而减小的体积为

除去的水分质量为`

剩余的水分质量为

临界含水量为

2.初始滴径

由

3.汽化潜热

热空气入塔温度，湿度，由湿空气H-I图查出，热空气入塔状态下的湿球温度，查手册得水在的汽化潜热。

4.导热系数

平均气膜温度为

查手册得空气在77℃下的导热系数

5.恒速阶段物料表面温度

即空气的绝热饱和温度，可以取空气入塔状态下的湿球温度

6.空气临界温度

恒速阶段的水分蒸发量为

空气的临界湿度为

在H-I图中，过作垂线，与AD交于点C，点C温度即为空气临界温度，由H-I查出

7.雾滴在恒速阶段的干燥时间

恒速阶段热空气与液滴的温度变化

空气：

液滴：

平均推动力为

8.雾滴在降速阶段的干燥时间

降速阶段热空气与物料的温度变化

空气：

物料：

平均推动力为

9.雾滴干燥所需时间

（四）压力喷嘴主要尺寸的确定

1.雾化角

为了了使塔径不致过大，根据经验，选取。

2.流量系数

，由的关联图查出，喷嘴结构参数。

，由的关联图查出，流量系数。

3.喷嘴孔径

由

由

圆整，取。

4.喷嘴旋转室尺寸

喷嘴孔半径取1mm，即

选用矩形切向通道，切身通道宽度取1.2mm，即

旋转室直径为10mm，则半径

由及

圆整，取

5.核算喷嘴的生产能力

经圆整后

与原很接近，不必复算，可以满足设计要求。

6.空气心半径

，由的关联图查出，

由

7.喷嘴出口处液膜速度及其分速度、

液膜与轴线成角喷出，可分解成径向速度和轴向速度

图3离心型压力式雾化器结构示意图

表1压力喷嘴主要尺寸

单位：

喷嘴旋转室尺寸

49°

2

0.73

1

1.2

5

4.4

3.0

（五）干燥塔主要尺寸的确定

1.塔径

塔内空气的平均温度为

由手册查出，在200℃下，空气的动力粘度为，空气的密度为。

（1）由径向分速度，计算时的雷诺数

（2）取一系列，求出相应的雾滴水平飞行速度和停留时间。

如取Re=100，由，与对应的雾滴水平飞行速度为

由与的列线图查出

相应的的停留时间为

其余各项计算结果列于表2。

表2停留时间与雾滴水平运动速度的关系

Re

135

0

23.6

100

0.00663

17.5

50

0.0234

8.75

25

0.0464

4.38

15

0.0714

2.63

10

0.0913

1.75

8

0.103

1.40

6

0.120

1.05

4

0.146

0.700

2

0.202

0.350

1

0.253

0.175

0.5

0.313

0.0875

（3）以为横坐标，为纵坐标画出关系曲线，如图4，用图解积分可得

即雾滴由沿径向运动的半径距离为，则塔直径为

圆整后取。

ux,m/s

τ,s

图4关系曲线图

2.塔高

（1）降速运动时间内雾滴的下降距离

①时，雾滴轴向运动的雷诺数为

由的关系列线图查出，雾滴由降速运动变为等速运动时的瞬时雷诺数为。

可见雾滴在降速阶段的雷诺数变化范围为3.8～295。

由查出

②取一系列雷诺数，由的关系列线图查出相应的值，再计算出相应的值，结果列于表3。

表3与及的关系

Re

295

0

51.6

0

250

43.8

0.00249

200

35.0

0.00608

100

17.5

0.0241

50

8.75

0.0433

25

4.38

0.0654

10

1.75

0.121

5

0.102

0.875

0.227

3.8

123.8

∞

0.131

0.665

0.290

③以Re为横坐标，为纵坐标作图，得到关系曲线，如图5。

1/（ξRe2－φ）

Re

图5关系曲线图

④以Re=250为例，雾滴在降速运动时间内的轴向分速度为

对关系曲线图解积分得

则停留时间为

其余各项计算结果列于表3。

⑤以为横坐标，为纵坐标作图，得到关系曲线，如图6。

由图解积分得到雾滴降速运动时间内的下降距离为

uy,m/s

图6关系曲线图

（2）等速运动时间内雾滴的下降距离

雾滴在等速运动时间内的沉降速度为

雾滴等速运动的时间为

雾滴在等速运动时间内的下降距离为

（3）塔的有效高度

圆整后，取。

3.干燥塔热风进出口接管管径

（1）热风进口接管管径

热风进口流量为

取热风进口接管内的气速为，则进口接管管径为

圆整后热风进口接管管径取。

（2）热风出口接管管径

热风出口流量为

取热风出口接管内的气速为，则出口接管管径为

圆整后热风出口接管管径取。

（六）主要附属设备的选型

1.空气加热器

环境空气先用翅片式加热器由12℃加热到130℃，再用电加热器加热到300℃。

（1）翅片式加热器

湿空气由12℃升温至130℃的传换热量为

——实际空气消耗量

由手册查出，蒸汽压力为时，蒸汽的饱和温度为，汽化潜热为，取冷凝水的排出温度为151℃，则水蒸汽消耗量为

加热器的热效率为

由散热排管的选择曲线查出，选择7R型排管，表面风速为，则所需排管的受风面积为

7R型散热排管由型串联而成，单组散热面积为，总散热面积为。

（2）电加热器

所需电加热器的总功率为

2.旋风分离器

进入进入旋风分离器的含尘气体按空气处理，气体温度取95℃，湿度为

含尘气体流量为

选用扩散式旋风分离器，查CLK型旋风分离器主要性能表，选用两台CLK-4.0型扩散式旋风分离器，进口风速为。

3.袋滤器

进入袋滤器的气体温度取90℃，湿度为

气体流量为

过滤气速取，所需过滤面积为

查脉冲袋滤器造型表，选用DMC-36型脉冲袋滤器。

其过滤面积为，处理气量为，设备阻力为。

4.风机

系统中采用两台风机，一台为鼓风机，安装在干燥塔前；另一台为引风机，安装在干燥塔后。

设备阻力以干燥塔为基准分前段阻力和后段阻力。

在操作条件下，空气流经系统各设备和管道的阻力大体如表4所示。

表4干燥系统阻力估算表

设备

压降

设备

压降

空气过滤器

200

干燥塔

100

翅片式加热器

300

旋风分离器

1500

电加热器

200

脉冲袋滤器

1500

热风分布器

200

消音器

400

管道、阀门、弯头等

600

管道、阀门、弯头等

800

合计

1500

合计

4300

（1）鼓风机

鼓风机入口处的空气温度为，湿度为

鼓风机所需风量为

系统前段空气的平均温度取150℃，由手册查出，空气在150℃下的密度为，则系统前段所需风压为

选用型离心通风机，其风量为，风压为。

（2）引风机

引风机入口处的空气温度取，湿度为

引风机所需风量为

系统后段空气的平均温度取90℃，由手册查出，空气在90℃下的密度为，则引风机所需风压为

选用型离心通风机，其风量为，风压为。

（七）工艺设计计算结果汇总

表5工艺设计计算结果汇总表

料液处理量

330

翅片式加热器散热面积

67.5

水分蒸发量

262.7

电加热器功率

199

产品产量

67.3

袋滤器过滤面积

27

绝干空气消耗量

3921

旋风分离器型号

压力喷嘴孔径

2

袋滤器型号

干燥塔直径

1.5

鼓风机型号

干燥塔有效高度

4

引风机型号

参考文献

[1]李功样，陈兰英，崔英德．常用化工单元设备设计．广州：

华南理工大学出版社，2003

[2]姚玉英．化工原理（上）．天津：

天津大学出版社，1999

[3]姚玉英．化工原理（下）．天津：

天津大学出版社，1999

[4]郭少兰．运用Excel软件在化工图解积分法计算中的应用[J]．萍乡高等专科学校学报，1998（4）：

70～71