喷雾干燥课程设计模版DOCdoc.docx
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喷雾干燥课程设计模版DOCdoc
二、工艺流程确定
（首先应初选你的工艺流程，如：
）
选用并流、离心式喷雾干燥法进行奶粉的喷雾干燥。
（接着要论证这一工艺过程的合理性，大致从牛奶的特性，如牛奶属热敏
性、高营养等等，以及喷雾干燥的特性或优势，以说明要喷雾干燥这个单元操
作是比较适合用来加工牛奶成为奶粉的）
在接着要进行对比论证：
1、为什么要采用并流立式？
（优缺点，当然重点要突出优点）
2、为什么要采用离心喷雾（有的的压力喷雾）？
（优缺点，当然重点要突
出各自的优点，略述缺点）
最后明确你的选择工艺流程。
整个论证过程要突出对比，要充分论述并说明对于任务书提出的产品加工要求你为什么要选择这样的工艺流程，表达的文字要简洁，让别人能够知道你选择的理由。
喷雾干燥流程图：
（此处要给出你确定的工艺流程简图（步骤框图），让别人能够知道生产加工的总体框架，框图以美观、协调、步骤的前后工序明了，图形的画法按自己的理解思考）
三、喷雾干燥装置的计算：
1
１物料及热量衡算
（这部分主要进行干燥静力学计算，期间要确定一些状态参数，所有公式简单罗列了一下，有的自己可以用公式编辑器重新书写，图形和版面可以作些调整，但应围绕工整简洁，要用适当的语言表述计算过程进行以及逻辑推理关系，所有的公式应标明出处，关键参数的选择要充分说明理由）
１－１空气状态参数的确定
G1tM1
新鲜空气蒸汽热空气浓奶排气
Lt0ф0H0υH0I0Lt1H1υH1I1Lt2H2υH2I2ф２
热损失ql
空气加热器冷凝水干燥塔奶粉G2tM1
物料、热量衡算图
a新鲜空气状态参数：
（参
化工原理P２１６～２１８）
由设计条件给定：
t0
＝℃
ф0
＝
查得２５℃饱和水蒸汽压
Ps0
＝m/mHg
求湿含量H
＝０.６２２（ф
0
P）／（P-ф
0
P）
s0
s0
＝０.６２２（０.
７*２３.７６）／（７６０
-０.７*２３.７６）
＝Kg/Kg干
热焓I0＝（１.０１+１.８８H0）t0+２４９２H0
＝（１.０１+１.８８*０.０１３９）*２５+２４９２*０.０１３９
＝KJ/Kg干
湿比容υH0＝（０.７７３+１.２４４H0）*（２７３+t0）／２７３
2
＝（０.７７３+１.２４４*０.０１３９）*（２７３+２５）／２７３
＝m3/Kg干
b加热后空气的状态参数：
（。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
１８）
（此处应充分说明预热后的温度t1是如何确定的，这样确
定的依据是什么，要标明依据的来源）
湿度H１＝H0＝Kg/Kg干
热焓I１＝（１.０１+１.８８*H１）*t1+２４９２H1
＝（１.０１+１.８８*０.０１３９）*１５０+２４９２*１５０
＝KJ/Kg干
比容υ
H１
＝（０.７７３+１.２４４H
）*（２７３+t
）／２７３
１
１
＝（０.７７３+１.２４４*０.０１３９）*（２７３+１５０）／１５０
＝m3/Kg干
c排风状态参数确定：
（乳粉生产基本知识P258，乳与乳制品生产P279,273,305）
（此处要详细说明出口排风状态如何确定，理由是什么，在确定
过程中有哪些注意点，如文献介绍及实际生产中一般控制排气温度在７
５～８５℃，相对湿度控制在１０～１３％为好．）
比如选取t2＝８０℃，然后根据所设计干燥塔的具体操作条件求
取H2υH2I2ф２等参数．奶粉出口温度一般比排气温度低１０℃．
就整个干燥器作热量衡算，（化工原理下P２３０）
3
G2CMtM1/W+CltM1+lI0+l（I1-I0）=G2CMtM2/W+lI2+ql
CM产品比热，全脂奶粉为２.０９４KJ/Kg℃（P349）
Cl水的比热，４.１８７KJ/Kg℃
tM1浓奶温度，给定５５℃
tM2奶粉出口温度，取７０℃
ql每蒸发１千克水干燥室的热损失，
按工业生产经验取２５１KJ/Kg水（P305）
W每小时蒸发水量（见物料衡算）２２８.３Kg
G2每小时奶粉产量（见物料衡算）２０２Kg
l每蒸发１千克水所需空气量Kg,l＝1/（H2－H1）
将上式整理后可得
CltM1
－（G2CMtM2/W－G2CMtM1/W+ql）＝（I
-I
）／（H2－H1）
（234）
２
１
方程左端表示干燥室补充热量与损失热量之差，用表示．
＝4.187*55-（202*2.094*70/228.3-202*2.094*55/228.3+251）
＝KJ/Kg水
＝（I２-I１）／（H2－H1）
＝（（1.01+1.88H2）t2+2492H2-I１）/（H2－H1）
＝（（1.01+1.88H2）t2+2492H2–190.0）/（H2－0.0139）＝-48.5
解得H2＝Kg/Kg干
（注意不能用简化式）
热焓I２＝（1.01+1.88H2）t2+2492H2
＝（1.01+1.88*0.0408）*80+2492*0.0408
＝KJ/Kg干
ф
２
的求取：
由
H＝０.６２２ф２P
（
ф２P）
2
S2
/
P-
S2
4
查得８０℃饱和水蒸汽压PS2＝３５５.１m/mHg
０.０４０８＝０.６２２*３５５.１／（７６０-３５５.１ф２）ф２＝
（此处注意，ф２的计算结果不能大于13%，否则产品的含水量无法保证，如果计算结果大于13%，则应调整前面的参数选择，重新计算直到结果满意为止，如果计算结果符合小于13%，则也要说明这个要求，并标明出处。
这里是
计算的一个关键点，请务必注意）
比容
υH２＝（０.
７７３+１.２４４H２）*（２７３+t２）／２７３
＝（０.７７３
+１.２２４*０.０４０８）*（２７３+８０）／２７３
＝
3
m/Kg干
１－２
物料衡算：
（化工原理P228）
a每小时需得奶粉量G2可由年产量，年工作日，日工作班数及喷
雾时间求取．
G2＝８*１／*２*＝Kg/h
B每小时喷雾浓奶量及蒸发水分量W
G
1
＝G*（１-W）/（1-W
）
2
2
1
＝２０２（１-０.０２）／（１-０.５４）
＝Kg/h
W＝G1-G2＝４３０.３-２０２＝Kg/h
C每蒸发１Kg水干空气用量（绝干量计）
l＝１／（H2－H1）＝１／（０.０-０.０）
＝Kg干／Kg水
每小时干空气量
L＝W/（H2－H1）＝＝Kg干／h
新鲜空气体积流量
5
V0=LυH０＝８４*０.８６３＝
3
m/h
热空气体积流量
3
V１=LυH１＝８４７*１.２２５＝m/h
新鲜空气体积流量
V２=LυH２＝８７*１.０６５＝
3
m/h
１－３热量衡算
a输入系统热量
新鲜空气输入：
Q1
=LI
0
×
=848760.5=KJ/h
加热器输入热量：
Q2＝L（I２-I１）＝8487×（190-60.5）=KJ/h
浓奶带入的热量：
Q3=G2CMtM1+WCltM1＝202×2.09×55+228.3×4.187×55
＝KJ/h
ΣQ＝Q1
2
5
×
６
5
3＝5.13×10
+1.099
×
10
入
+Q+Q
10+0.76
＝KJ/h
B输出系统的热量
排气带出的热量:
Q’1
=LI
2
×
=8487188.7=KJ/h
产品奶粉带出的热量：
Q’2＝G2
MM2＝202×2.09×70=KJ/h
Ct
干燥室热损失：
Q’3=Wql＝228.3×251=KJ/h
ΣQ出＝Q’1+Q’2+Q’3=1.6015×106+0.296×105+0.573×105
6
＝KJ/h
可见热量收支平衡。
（此处要说明整个系统的热量基本是平衡的，有的同学
算出来如果差异比较大，则要注意调整前面的参数选择）
C干燥过程的热效率：
表示每蒸发1公斤水分，干燥器内所需加入的热量
中用于汽化水分所耗热量的百分率。
η=（（r0+CWt2）-CltM1）/l（I2－I1）
=（2492+1.88*80-4.187*55）/37.17（190.0-60.5）=即50.1%
d空气加热器蒸汽消耗量：
（喷雾干燥P266）
选取加热用饱和水蒸气温度T=t1+10=160+10=℃
查得其饱和蒸汽压为6.303Kgf/cm2（绝压），汽化潜热为2087.1KJ/kg
并取热效率ηk=95%
蒸汽消耗量:
Dk=Q2/rηk=1.099×10６/2087.1*0.95=Kg/h
2、离心式雾化器的计算：
根据现有的定型设备LP150，用其有关数据进行参考设计。
’
3
G1=432.45kg/h
ρ=1120kg/m
G1'
432.45
10
3
V1=
386.12l/h
11120
故需生产能力为400l/h的离心雾化器。
要使喷孔流速U孔在0.5~1m/s之间，可增大孔径至5mm，仍采用6个
喷孔。
核算U
/3600
1000
间，适用选LP400：
孔
=
m/s在0.5~1m/s
026
4
LP400：
参数如下：
生产能力：
400l/h
主要性能参数：
离心盘喷嘴外径：
280mm
7
喷嘴个数：
6个
喷嘴孔径：
5mm
离心盘转速：
7275rpm
离心盘线速度：
104m/s
（上述采用的是参考性设计，因为离心雾化器结构比较复杂，不可能重新进行设计，因此我们可以用现有型号的雾化器，只是在生产能力方面作些调整，上述我们是通过扩大喷孔的孔径，但喷孔内的液流速度应在合理范围内，所以
随后进行了校核，最后列出了主要性能参数。
下面的计算要标明公式出处）2-1液滴直径ζ的计算
δ=98.5×1
nR
n：
离心盘转速7275rpm
R：
离心盘外半径140mm
3
σ：
浓奶表面张力0.005kgf/m
1
0.0
δ=98.5
0.10
m
75
10
2-2液滴离开转盘的初速度
0.35
0.25
A=0.09rk
rk：
喷孔半径m
（G/Z）0.8
0.0025
0.35
15
103
0.25
（
）
=0.09
1120
μ：
浓奶运动粘度
（0.386/3600
6）0.8
z：
喷嘴个数
=4.21
G：
浓奶体积流量m3/s
G=G1'
432.45
0.386m3/h
11120
8
ω=
2n2
7275
761.84弧度/s
60
60
0.8
R
0.4
0.35
）
Ur=
0.4
（1
A
0.95
0.421.43
A
R
761.840.8
0.140.4
（1
0.35
1.43）
=
0.4
4.21
0.95
761.84
0.42
4.21
0.14
R：
离心盘外半径m
=49.84m/s
Ut=ωR=761.84×0.14=106.66m/s
UH=ur2
ut2
442
1062
1m/s
2-3喷洒液滴射程（喷距半径）
4
ln
uH
S=
uk
3B
ρB：
进出口空气平均密度
1
H1
1H2
ρB=
1
2
vH1
vH2
kg/m3
2
2
2
μB：
平均粘度
μB=b1
b2
cp
2
2
雷诺数Re
uhB
7.51
0.1
=
210
6
B
阻力系数
18.5
15
06
Re0.6
310.6
9
设液滴重力沉降时为层流。
则：
UK=
2（
B）g
（7）2（11）9.81
18B
18
206
=0.m/s
Re
uk
B
705
05
0.1
2
26
0.8
B
为层流
UK=0.m/s
S=4
lnUH
4
7.05
10ln1.7
1m
3
B
UK
3
0.5
0.10.5
2-4离心喷雾器所需功率
N=
2.25GV02
0.001125V02G
102
2g
V0——液滴线速度m/s
G——浓奶质量流量kg/s
∴N=0.001125×106.662×432.451.54kw3600
3、喷雾干燥塔主要尺寸的计算
3-1塔径D
D=2.25S=2.25×1.523=m圆整为D=m
验算塔内空气平均流速U，应在0.1~0.3m/s之间。
（此处要验算塔内空气流速，若不在范围则要调整前面的参数）
LvH1
vH2
71.0
16
U=
2
2
0.1m/s
D2
3600
2
3600
4
4
0.1m/s3-2塔高D
H1=1.2D=1.2×=m
H2=D=4m
10
选鼓形阀d=400mm
H1
tg
D/2d/2
20.2
H2
H2
0.45
2
4
∴α=48.5°<60°合适（此处要注意为什么要
下面锥体的顶角要小于60°）
H=H1+H2==m
d
有效容积V
D2H1
4
24.8062m2
4
蒸发强度q核算
W
224
30kg水/m3h
V
62
3
q经验=0.03t1-1=0.03×160-1=3.8kg水/mh
二者近似相等∴合适
2、压力式雾化器计算
在此选用M型雾化器而不用S型，。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
。
，喷孔不易堵塞。
（此处要论述选择M型雾化器的原因及其特点）
11
液体通过内插头完成旋转运动，然后由嘴喷喷出。
具有使液体旋转的内插头喷嘴，称为离心型压力喷嘴。
旋转型压力喷嘴和离心压力喷嘴在雾化机理方面，没有什么差别。
12
2-1喷咀孔截面积、孔径及喷头个数的确定
（1）喷咀孔截面积
为使塔径不至过大，且与气流良好接触,根据经验,雾化角控制在60~70℃
在此选°。
（出处？
）
’
由θ=°，查图3-44可查，得A=
’
再由A=2.5查图3-42，可得流量系数CD=
据公式：
F
Q
2gP
CD
ρ——浓奶密度1120kg/m3
Q——喷嘴流量
G'
4.5
4
3
Q
1
1.0
（m/s）
3600
110
3600
△P——压力式雾化器的操作压力，应在
100~150kgf/cm2之间，
选取120kgf/cm2
CD——孔板系数CD=0.25
故
1.073
104
2
F=
9.8
120
m
2
104
0.25
1120
（2）孔径
选取喷嘴孔径do，根据经验一般为1~1.5mm，选1.2mm。
（3）喷头个数的确定
F
2.96
160
n
（个）
4
d02
4
（1.2
103）2
13
此值需圆整为个。
2-2喷咀旋转室的尺寸确定
由式：
A
roR
A1=nbh
A1
’
r0
）
1/2
∵A=A（
R1
∴可得A1=
r0R
（r0）1/2
A',
R1
’
’
A——喷咀的结构参数
A=2.5
r0——喷咀孔半径
R——旋转室半径，取R=3mm
b——液体入口宽度，取b=0.4mm，b太大，不会粘在壁上，分散开，b太窄，阻力大。
A1——切向通道总的截面积
R1——R1=R-b3-0.4=3-0.2=2.8mm
22
n——增向通道个数n=4
h——液体入口高度
A1=
1.103/23103
（1.03/3
2）（m2）
.5
2.0
A1
1.047
10
h
40.4
10
nb
6
3（m）
圆整取0.7mm
根据经验校核
2R/b=2×3/0.4=15其值在6~30之间
-4-3
h/b=7×10/0.4×10=1.75其值在1.3~3.0之间
14
’
r0
）
1/2
r0Rr0
）
1/2
）=2.34
A=A（（
R1
（
nbhR1
’
查图3-42，可得CD=0.26
0
∴实际的Q
’·
D’
2gp
r
=F
C
=3.39
10
6
2
9.81
120
104
110
4
3
0.26
10
（m/s）
大于1.073
m3/s符合要求
Q1
p1
由
可用来调节流量。
Q
p
2-4进旋转室切向通道长度L的计算
如图可知
L1R22R2
R2——空气心外半径一般取
R2=4~4.5mm，取
R2
=4mm
R——旋转室半径，R=3mm
L1
42
32
2.65（mm）
L2
R22
（Rb）2
R2
（Rb）2
=
42
（3
0.4）2
32
（3
0.4）2
1.54mm
L=L1L21.542.652.10mm
22
L——入口长度经验校核
L
2.10
在0.9~7之间
b
5.25
0.4
L/b在0.9~7时对流量系数没多大影响，其值过大时，压头损失过大，过
15
小时，液体进入旋转室后就会出现散乱流动不能在室内均匀旋转。
2-5喷咀芯结构
厚度为6~7mm，喷嘴孔长度取孔直径1.2mm。
3、干燥室（塔）主要尺寸的确定（曹255、汇编2-20、30~31）
因立式喷雾设备较卧式有如下优点：
干燥塔生产能力大，占地面积小，设备蒸发强度大，干燥时间长，有利于
提高设备的热效率等，故选择立式。
采用多喷头式n=3，呈多边三角形布置。
其中心距为1000mm。
喷头与塔壁间距可取1000~1200mm，在此取1100mm，可减少周壁的沾粉
现象，气流的截面速度下降，有利于设备热效率提高。
q=0.03t1-1=0.03×160-1=3.8
W
V=
q
。
V——干燥室的有效容积
W——干燥室的水分蒸发
q——干燥强度
t1——进入干燥室的热风温度
V=228.353.860.1（m3）
V
V
H
2
F
D
4
H——立式干燥室的有效高度
F——干燥室的截面积
D——干燥室的直径
500
D=2（cos3001100）3355（mm）
经园整D=3.5m
16
∴
V
60.1
m圆整
H
1
m
H1
6.8（
）
7
D2
（3.5）2
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