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

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。

（4）生产过程简化，操作控制方便。

（5）产品纯度高，生产环境好。

（6）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。

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,选用热风一一雾滴并流向下的操作方式。

具体工艺参数如下：

料液处理量G、=33O£g/力

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

1一一料液贮雒2——料液过滤器3—一截止阀4——隔膜泵5——稳压罐6—一空气过滤器7—一鼓风机8——翅片式加热器9一一电加热器

10——干燥塔11——星形卸料阀12一一族风分离器13——雾化器

14—袋滤器15一一碟阀16―引风机17一一消音器

图1喷雾干燥装置工艺流程示意图

五、工艺设计计算

（一）•

㈡物料衡算

1.绝干物料流量G

G=GI（l-w1）=330（1-80%）=Skg/h

2.产品产量G,

■

=£1（1-^）=330（1-80%）=67?

'1一昭1-2%6

■

3.水分蒸发量W

W=G]—G?

=330-67・3=262・7匕/力

㈢.

⑷热量衡算

1.物料升温所需热量％

2.汽化水的热损失侑

⑷按经验公^=—计算

W

a燥塔表面对周围空气的传热系数，a=33.4+0.21「

tw——干燥塔外表面温度,取J=4or

a=33.4+0.21x40=41.SkJ/（in2・t?

・〃）

F干燥塔散热面积，取F=30/zr

0温一室温，4=40-12=2妙

L他水

3.干燥塔出口空气的湿度

根据热量衡算

J211-叽一比

=1一一（如+%）+_©--（133.6+44.8）+4.187x20--94.1kJ/kg水

H—H、

即‘一人=-94・7,为一直线方程H—H、

根据给出的工艺设计条件，/0=\2V,0=70%,由湿空气的H-I图查出，

Hx=H°=0.006kg水/kg绝干气。

当r严300匕时，由湿空气的H-I图查出，

/,=3202/kg绝干气。

任取刃=0.05kg水/kg绝干气，则

I

/=_94.7x（0.05-0.006）+320=315.弘丿/kg绝干气

连结点=0.006匕水/kg绝干气，11=320kJ/kg绝干气）和点

B（H=0・05kg水/kg绝干气，I=315・8R/£g绝干气），并延长与r2=100r线相交于点

1u320kJ/k晚F气"54X2t^300'C

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

r=L（l+//0）=3921x（l+0.006）=3944^//?

雾滴干燥所需时间

1.雾滴临界含水量尢.

物料在干燥塔进出口处的干基含水量分别为

X.=一=」=0.020灯水/匕绝干料

1-叫1-2%

4_

P\J+

3

"11001+0.020'

x

3

=0.63

[pz1+X1J

[9001+4_

dc液滴临界滴径dc=d,=125“〃

心初始液滴滴径

即在晅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

学（0.80p一0.75几.）O

临界含水量为

2.初始滴径心

=198/277?

10.630.63

3.汽化潜热广

热空气入塔温度-=3001，湿度耳=0・006蚣/鏡绝干气，由湿空气H-I图查出,

热空气入塔状态下的湿球温度tw=54t?

，查手册得水在54匕的汽化潜热F=2369kJ/kg。

4.-

导热系数几

平均气膜温度为、4+W°=77T

2

查手册得空气在77T下的导热系数/I=3x10■讣W/（加•匕）

6.恒速阶段物料表面温度

即空气的绝热饱和温度匕，可以取空气入塔状态下的湿球温度4

□=g.=54r

7.空气临界温度J

恒速阶段的水分蒸发疑为

州=G（X1-XJ=66（4-0.59）=225.\kg/h

空气的临界湿度为

在H-I图中，过日亡作垂线，与AD交于点C,点C温度即为空气临界温度由H-I查出

tc=i25r

8.雾滴在恒速阶段的干燥时间右

恒速阶段热空气与液滴的温度变化

空气：

30（亡—12比液滴：

2叱—54匕

平均推动力为

300-20

In

125-54

A/[=（3OO-2O）-（125-54）=152X?

=1.685

“仏2-心2）_2369X1100（1.98x1（T4『-（1.25x1（T。

『―8^8x3x10"5x152.3

9.雾滴在降速阶段的干燥时间门

降速阶段热空气与物料的温度变化

空气：

12SCt100X

物料：

54匕t9CT

平均推动力为

（125-54）-（100-90）

in

=31.ir

100-90

1.705

_-“2）_2369x（1.25x107）2%900x（0.59-0.020）

T1~12加212x3x10_5x31.1

10.雾滴干燥所需时间r

r=rl+r2=1.68+1.70=3・38s

（六）压力喷嘴主要尺寸的确定

1・>

X雾化角&

为了了使塔径不致过大，根据经验，选取&=49。

。

3.流量系数C。

&=49。

，由&与A的关联图查出，喷嘴结构参数A=1.0o

A=l.o9由A与Co的关联图查出，流量系数C（）=0.45o

4.喷嘴孔径〃（）

330

由F=fd°2

圆整，取〃°=2mm。

5.喷嘴旋转室尺寸

喷嘴孔半径取Imm,即心=

选用矩形切向通道，切身通道宽度取1.2mm,即b=1.2mm

旋转室直径为10mm,则半径R=5mm

/?

!

=R-匕=5-—=4.4/n/z?

22

由A]=2bh及A'==1.0

3.14x1x5I1

h=^=\-^=—」——=3A2mm

圆整，取h=3.0mm

6.核算喷嘴的生产能力

经圆整后

与原A=\.0很接近，不必复算，可以满足设计要求。

7.空气心半径心

A=2」8,由a与A的关联图查出，a=0.47

由a=1-J

r=“）J\—a=1xJ1-0.47=0.73〃?

〃?

8.喷嘴出口处液膜速度知及其分速度"八叫

n

液膜与轴线成一角喷出，"可分解成径向速度化和轴向速度"v

ur=wn・sin—=56.8xsin=23.6m/s

x022

«/v=uh・cos—=56.8xcos=5\.7m/s

022

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：

mm

e

rc

喷嘴旋转室尺寸

b

R

<

&

h

49°

2

1

5

■

（七）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°C下，空气的动力粘度为“°=0・026〃?

P"・s,空气的密度为

Pa=0.15kg/

（1）Y

由径向分速度心，计算：

■=（）时的雷诺数Re。

门daia1.98x1（T4x23.6x0.75,=

Re0==：

=135

儿0.026x10-'

Re=Re（）=135时'ux=23.6m/s,r=0

（3）取一系列Re,求出相应的雾滴水平飞行速度化和停留时间丁。

如取Re二100,由=化乞与Re=100对应的雾滴水平飞行速度为

Re-Lia100x0.026xlO"3一，

=———=：

=17.5/77/5

心・p°1.98x10^x0.75

由zk卅的列线图查出

A广油〃（Re）

_]（）0歹・&2-

-f'-6/（Re--=L45xlQ~2-1」5x10-2=03x10-2

J,35^Re2

相应的的停留时间为

丁_4A心|_4x0.3xl0-2x（1.98xl0~4）2x1100_§心、,咱

T議3x0.026x10-**X

其余各项计算结果列于表2。

表2停留时间丁与雾滴水平运动速度你的关系

Re

『lx"J（Re）严6/（Re）h^.Re2h。

^Re2_

SS

（

135

100

50

25

15

10

8

6

4

2

1

（1.15-1.15）x10-2=0（1・45-1.15）x10-2=o.3xlO"2（2.21-1.15）x10-2=i06x10-2（3.25-1.15）x10-2=2.1x10-（4.38-1」5）x10-=3.23x10-2（5.28-1.15）x10-2=413x10-2（5.80-1.15）xl0"2=4.65xl0"2（6.58-1.15）xl0"2=5.43xl0"2（7.77-1.15）x10-2=6.62x10-2（10.3-1.15）xl0"2=9.15xl0"2（12.6-1.15）xl0~2=11.45xl0"2（15.3-1.15）xl0"2=14.15xl0-2

0

（4））

“以7•为横坐标，心为纵坐标画出心〜:

■关系曲线，如图4,用图解积分可得

ucIt=0.732m

即雾滴由沿径向运动的半径距离为5=0.732/h,则塔直径为

D=25=2x0.732=1.464/2/

圆整后取D=1.50/no

T,S

图4心〜z•关系曲线图

2.塔高

（1）降速运动时间内雾滴的下降距离0

®r=0时，雾滴轴向运动的雷诺数Rc（）为

1.98x10^x51.7x0.75“

0.026xlO'3

=123.8

4x9.81x0.75x（1.98x10“）'x（1100-0.75）

3x（0.026xl0"3）2

由Rc与^Re2的关系列