食品工程设计性实验Word下载.docx
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7、工艺设计说明书
⑴封面：
课程设计题目、学生班级及姓名、指导教师、时间。
⑵目录
⑶设计任务书
⑷设计方案简介
⑸设计条件及主要物性参数表
⑹工艺设计计算
⑺辅助设备的计算及选型
⑻设计结果汇总表
⑼设计评述
⑽工艺流程图及设备工艺条件图
⑾参考资料
⑿主要符号说明以上即为我们在课程设计中所涉及的主要内容。
某厂车间对浓缩奶进行干燥，干燥塔热风温度为150℃，排风相对湿度10%，车间空气温度24℃，相对湿度60%。
浓缩奶的流量为500kg/h，浓缩奶固形物45%，浓奶滴的临界含水量为40%（湿基）且密度为1000kg/m3，干燥后的奶粉含水量2.5%，其密度为1250kg/m3，奶滴的初始和临界点时的直径分别为120μm和45μm，奶粉的平衡含水量为4%。
现采用喷雾干燥器干燥，且平均雾滴直径Dw=200μm，空气加热的传热系数为1200W/（m2·
k），且加热压力为750kPa（表压）。
试设计一合理的干燥器满足任务的要求。
目录
第一章：
设计方案简介
1.1设计方案的内容……………………………………………5
1.2喷雾干燥的原理……………………………………………5
1.3喷雾干燥的特点……………………………………………6
1.4喷雾干燥的流程……………………………………………7
1.5干燥器的形式
第二章：
喷雾干燥的计算
2.1物料状态参数………………………………………………8
2.2物料衡算……………………………………………………8
2.3热量及时间衡算……………………………………………9~10
2.4塔径及塔高的计算…………………………………………10
2.5设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算…………………11~14
第三章：
辅助设备的选型………………………………………14~16
第四章：
工艺流程图………………………………………………16~17
第五章：
符号说明………………………………………………17~18
第六章：
参考文献………………………………………………19
第七章：
心得体会………………………………………………19
1.1设计方案的内容
本工艺采用压力式喷雾干燥法对奶粉进行喷雾干燥。
1、干燥装置的工艺流程设计
喷雾器、干燥室、除尘装置（旋风分离器）、风机选择
2、喷雾器形式尺寸计算（喷嘴尺寸、θ、d0、h）
3、干燥塔尺寸（D、Z）
4、绘制待检测仪表的喷雾装置工艺流程图
5、喷雾干燥器的工艺条件图
6、编写说明书
1.2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。
1.3喷雾干燥的特点
（1）干燥速度快：
由于料液经喷雾后雾化成几十微米大小的液滴，所以单位重量的表面积很大，每公升料液经喷雾后表面积可达300㎡左右，因此热交换迅速，水分蒸发极快，干燥时间一般只要几秒钟，多则几十秒钟，具有瞬间干燥的特点。
（2）
干燥过程中液滴的温度比较低：
喷雾干燥可以采用较高的温度的载热体，但是干燥塔内的温度一般不会很高。
当液滴仍有大量水分存在时，它的温度不超过热空气的湿球温度，例如塔内热空气温度>
>
100℃时，物料温度约50—60℃。
所以适合于热敏性物料的干燥，能够保持产品良好的色泽和香味。
（3）干燥产品具有良好的分散性和溶解性能：
根据工艺上的要求，选用适当的雾化器，可将料液喷成球状液滴，由于干燥过程是在空气中完成的，所得到的粉粒能保持与液滴相近似的球状，因此具有良好的疏松性、流动性、分散性，冲调时能迅速溶解。
（4）产品纯度高，环境卫生好：
由于干燥是在密闭的容器内进行的，杂质不会混入产品，保证了产品纯度。
生产有毒气、臭气物料时，可采用封闭循环或“自惰”循环系统的喷雾干燥设备，将毒气、臭气烧毁，防止公害，改善环境。
（5）生产过程简化，操作控制方便：
即使含水量高达90%的料液，不经浓缩，同样能一次获得均匀的干燥产品。
大部分产品干燥后不需粉碎和筛选，从而简化了生产工艺流程。
对于产品粒径大小、松密度、含水量等质量指标，可改变操作条件进行调整，控制管理都很方便。
1.4喷雾干燥的流程
1.5干燥器的形式
采用压力式喷嘴喷雾干燥这种料液的工艺流程示意图如图1所示。
料液经过过滤器由泵送至雾化器，干燥过程所需的新鲜空气经过滤后由鼓风机送至空气加热器中加热到所要求的温度再进入热风分布器的热风相接触，在干燥室中使雾滴干燥；
干燥的产品一部分由干燥器底部排除，另一部分与废气一起进入旋风分离器分离下来；
废气由引风机排入大气。
2.1物料状态参数
（1）料液处理量G2=500kg/h
（2）料浆含水量W1＝40％（湿基）
（3）产品含水量W2＝2.5％（干基）
（4）初始料液密度ρl＝1000kg/m3
（5）产品密度ρp＝1250kg/m3
（6）热风入塔温度t1＝150℃
（7）车间空气温度tm2＝24℃
（8）排风相对湿度10%
（9）相对湿度60%
（10）干粉平均粒径dp＝45μm
（11）初始雾滴直径
=120um
（12）加热压力（表压）0.75MPa（表压）
（13）空气加热的传热系数1200W/（m.k）
2.2物料衡算
查空气h—H图（《食品工程原理第2版》P.248），由t0=
24℃，ф0=60%，查得H0=0.012kgv/kgd,h0=50kJ/kg；
由t1=145℃，H1=H0=0.012kgv/kgd，查得h1=188kJ/kg。
在热量衡算中，喷雾干燥用于水分蒸发的耗热量相对大得多，无聊带入带出热量机干燥器散热的净和一般可忽略不计，即n=ε=0。
也就是说喷雾干燥一般可以作为绝热干燥过程处理。
所以，由ф2=10%曲线与等h1线交点，查得H2=0.038kgv/kgd
干基质量
=5OOx60/97.5=307.69kg/h
湿物料的水分蒸发量W=G2-G1=500-307.7=192.3kg/h
2.3热量衡算
Cw（水的比热容）=4.187KJ/（kg.℃）
Cs（绝干物料的比热容）=3.5KJ/（kg.℃）
Cm=（1-W2）xCs+W2xCw=（1-0.025）x3.5+0.025x4.187=3.517KJ/（kg.℃）
（产品升温所需要的热量）
θ1=50，θ2=75，
=G1xCmx（θ2-θ1）/W=140.749KJ/Kg
h0为进口空气焓值，h1为干燥塔空气焓值，h2为出口空气焓值，T0=24℃，相对湿度60%。
=192.3/0.038-0.012=7396.15Kg/KJ
查附录4（《食品工程原理第2版》）饱和水蒸气表，压力850kPa，温度172.3℃，对应汽化热为Δvh=2045kJ/kg
加热器热流量为Φ=L（h1-h0）=7926.15x（188-50）=1.02x106kJ/h
蒸汽用量为S=Φ/Δvh=1.02x106/2045=499kg/h
加热器空气温度：
Δt1=172.3-24.0=148.3℃
出口端传热温差为：
Δt2=172.3-150.0=22.3℃
对数平均传热温差为：
Δtm=（Δt1-Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=（148.3-22.3）/ln（148.3/22.3）=66.5℃
换热面积为：
A=Φ/（KΔtm）=1.02x106x103/（1200x66.5x3600）=3.55m2
干燥时间
料液密度为1000Kg/m3
ρp产物密度为1250kg/m3
干粉平均粒径dp＝45μm
临界雾滴直径
物料的临界含水量0.45，物料平衡含水量为0.04
空气的热导率为0.036W/（m.k）
据T1=150℃，H1=0.04kgv/kgd，，
查h——H图得Tw=46℃
t=1000x2.05x106x（120x10-6）^2/8x0.036x（150-46）+1250x2.05x（45x10-6）^2x（0.045-0.04）/12x0.036x66.5=1.16s
t=1.16s
2.4塔高及塔径的计算
D塔内的直径为D=1.05（W/Vs）
Vs干燥强度V=0.03T1-1
T1=150℃，W=192.3Kg/h
则Vs=0.03x150=3.5
D=1.05（W/Vs）
=3.99（m）
H塔高为H=（3~5）D
取H=3D，H=3x3.99=11.97（m）
H=12（m）
2.5设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算
管径的计算
1、热风进口的接管直径
VH1=（0.773+1.244H1）x（273+T1）/273
=0.788x1.55
=1.22m3/kgv
V1=LxVH1=7396.15x1.22=9023.3m3/s
取热风管道中的气速为25m/s则：
d1={（9023/3600/（3.14/4）/25}0.5=0.36
取整后进口接管的直径为360mm
2、出口接管直径出口温度T2取95℃
VH2=（0.773+1.244H2）x（273+T2）/273
=（0.773+1.244x0.038）x（273+95）/273
=1.11m3/kgv
V2=LxVH2=7396x1.11=8230m3/s
d2={8230/3600/（3.14/4）/25}0.5=0.35
取整后出口接管直径为350mm
压力喷嘴尺寸的主要尺寸确定
图二：
压力喷嘴示意图
图三：
压力式雾化器
图四：
雾化角θ与
的关系图
图五：
流量系数Cd与A、关系
（1）根据以往经验取雾化角β=48°
，根据《喷雾干燥实用技术大全》中，查得，
，当
时，查得
。
=
为入口通道的总截面积，R1为旋转室半径，r0为喷嘴半径，R2=R1-r0
利用
，
，
为喷嘴压差，
为液体密度，V为液体体积流量
r0=500/（3600x1000）/3.14x0.14）√2x750=0.000167m
d0=2r0=0.000334m。
d0=3.34mm，取圆整数后d0=4mm。
喷嘴其他主要尺寸的确定，选矩形切线通道2个，根据经验取b=1.2mm，
2R/b=8，R=4.8mm，取圆整数后得为5mm，即旋转室的直径为10mm。
因为
=
=（3.14x2x5/2x1.2x0.9）x（2/4.4）1/2=9.78mm
=9.8mm。
校准喷嘴的生产能力
=0.90
圆整后基本不变，不必复算，可以满足设计要求
=3.14x2x5/2x9.8x1.2=1.34，根据《食品工艺学》8—10中，查的a0=0.6.。
=1.26mm
喷嘴出口处液膜计算
U0=v/（r02-rc2）=500/（3600x1000）/3.14x（22-1.262）x10-6=18.5m/s
水平速度分量uxo=u0tanβ/2=18.5xtan24°
=8.2m/s
垂直速度分量uyo=u0=18.5m/s
合速度ures0=（uxo2+uy02）0.5=20（m/s）
3.辅助设备的选型
3.1鼓风机的选择
干燥塔的操作压力一般为0～-100（表压），所以本系数需2台风机，即干燥塔前安装1台鼓风机，干燥塔后安装1台引风机，阻力也可以干燥塔为基准分前段（从空气过滤器至塔）阻力和后段（塔后的设备及管道等）阻力。
在操作条件下，热风流经各设备及管道等的阻力如表4所示，
图六：
系统阻力估算表
系统前进风温度为150℃，密度为0.83Kg/m3
1500（1.2/0.83）=2196pa
故选用4-72-11No4.5离心机，风量为5370m3/h，风压为2530pa
3.2引风机的选择
出口温度T2取95℃，密度为1.00kg/m3
4300x（1.2/1.00）=5160pa
故选用9-19NO.5A离心通用机，通风量为5903m3/h，全压为5750pa
3.3旋风分离器的选择
进入旋风分离器的含尘气体近似按空气处理，取温度为80℃，则
νH3=（0.773+1.244*0.035）*（273+80）/273
=1.056m3/kg干空气
V3=LνH3=1.03*104*1.056=10876.8m3/h
选用扩散式旋风分离器，由表5—12（《常用化工单元设备设计》p.210）查出可用二台规格为CLK—6.5型，进口风速为12m/s。
4.工艺流程图
图七：
喷雾干燥的工艺流程图
图八：
M型喷头示意图
5.符号说明
t0——新鲜空气温度t1——干燥塔热风温度
ф0——新鲜空气湿度ф2——排风相对湿度
H0——新鲜空气湿含量H1——干燥塔入口空气湿含量
H2——干燥塔出口空气湿含量h0——新鲜空气比焓
h1——干燥塔入口空气比焓W——含水量
L——空气耗量Φ——加热器热流量
S——蒸汽用量Δt1——加热器空气入口端传热温差
Δt2——加热器空气出口端传热温差Δtm——对数平均传热温差
A——换热面积xc——临界含水量
ρ1——浓奶密度ρp——奶粉密度
d0——奶滴初始直径dc——奶滴临界点直径
λa——传热系数F——喷嘴孔截面积
Q——喷嘴流量CD——孔板系数
Δp——压力式雾化器的操作压力m1——浓缩奶流量
A`——喷嘴的结构参数r1——喷嘴孔径
6.参考文献
1、《喷雾干燥实用技术大全》中国轻工业出版社刘广文编著
2、《化学单元过程及设备课程设计》化学工业出版社匡国柱史启才主编
3.《食品工程原理》（第二版）中国农业出版社杨同舟于殿宇主编
7.心得体会
这次设计经历让自己记忆十分深刻，期间有想过随便弄弄放弃掉，但还是坚持下来了。
一个表面上看来简简单单的设备的设计过程对自己来说真的很复杂。
我也越来越佩服那些设计师了，因为要掌握很多的专业知识，还要结合实际去设计。
这次经历让我看到了自己很多的不足，各种以后会用到的操作软件几乎是不会了。
这让自己很不好去操作，以后一定好好学习。
其实设计也是个快乐的过程，到最后结束的时候不论自己的设计合格不合格，都会有一点成就感的。
这份感觉会鞭策激励着我自己在以后的路上越走越远。
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