喷雾干燥课程设计(模版)

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、?

2、为什么要采用并流立式（优缺点，当然重点要突出优点）

3、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

G1 t M1

新鲜空气蒸汽热空气浓奶排气

L t

0ф0 H0υH0I0

２

热损失q l

空气加热器冷凝水干燥塔奶粉G2 t M1

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P s0＝ m/mHg

求湿含量H ＝０.６２２（ф0P s0）／（P-ф0P 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

＝（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υH１＝（０.７７３+１.２４４H１）*（２７３+ t１）／２７３

＝（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７５～８５℃，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H2υH2 I2ф２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）

G 2C

/W + C

+ l I

+l(I

-I

) = G

/W + lI

+ q

产品比热，全脂奶粉为２.０９４KJ/Kg℃ (P349)

水的比热，４.１８７ KJ/Kg℃

浓奶温度，给定５５℃

奶粉出口温度，取７０℃

每蒸发１千克水干燥室的热损失，

按工业生产经验取２５１ KJ/Kg水(P305) W 每小时蒸发水量（见物料衡算）２２８.３ Kg

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/(H

2－H

)

《

将上式整理后可得

C l t M1－（G2C M t M2 /W－G2C M t M1/W + q l）＝（I２-I１）／(H2－H1) （234）

方程左端表示干燥室补充热量与损失热量之差，用Δ表示．

Δ＝*55-(202**70/**55/+251)＝KJ/Kg水

Δ＝（I

２- I

１

）／(H

－H

)

＝( + H

2) t

+2492 H

- I

１

)/( H

－H

)

＝( + H

2) t

+2492 H

–/ ( H

－＝

解得H

＝ Kg/Kg干

(注意不能用简化式)

热焓I

２＝+ H

) t

+2492 H

2＝+**80+2492*

＝KJ/Kg干

２的求取：由H

＝０.６２２ф

２

/（P-ф

２

）

查得８０℃饱和水蒸汽压P

＝３５５.１m/mHg

０.０４０８＝０.６２２*３５５.１／（７６０-３５５.１ф

２

）|

２

＝

（此处注意，ф

２

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υ

H２＝（０.７７３+１.２４４H

２

）*（２７３+ t

２

）／２７３

＝（０.７７３+１.２２４*０.０４０８）*（２７３+８０）／２７３

＝m3/Kg 干

１－２物料衡算：（化工原理P228）

a 每小时需得奶粉量G

可由年产量，年工作日，日工作班数及喷雾时间求取．

＝８*１／*２*＝Kg/h

…

B 每小时喷雾浓奶量及蒸发水分量W

1＝G

*（１-W

）/(1-W

)

＝２０２（１-０.０２）／（１-０.５４）＝ Kg/h

W ＝G

1 - G

＝４３０.３-２０２＝ Kg/h

C 每蒸发１Kg水干空气用量（绝干量计）

l＝１／(H

2－H

)＝１／（０.０-０.０）

＝Kg干／ Kg水)

每小时干空气量

L＝W/(H

2－H

)＝＝Kg干／h

新鲜空气体积流量

V 0=Lυ

H０

＝８４*０.８６３＝m3/h

热空气体积流量

V １=Lυ

H１

＝８４７*１.２２５＝m3/h

新鲜空气体积流量`

V ２=Lυ

H２

＝８７*１.０６５＝m3/h

１－３热量衡算

a 输入系统热量

新鲜空气输入： Q

1=LI

= 8487× = KJ/h

加热器输入热量：

Q 2＝L（I

２

- I

１

）＝8487×=KJ/h

浓奶带入的热量：!

3= G

+WC

＝202××55+××55

＝KJ/h

ΣQ

入＝Q

+ Q

＝×105+×10６+×105＝KJ/h

B 输出系统的热量

排气带出的热量: Q’

1=LI

= 8487× =KJ/h

。

产品奶粉带出的热量：

Q’

2＝G

＝202××70=KJ/h

干燥室热损失：

Q’

3= W q

＝×251= KJ/h

ΣQ

出＝Q’

+ Q’

=×106+×105 +×105＝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=((r

0+C

)-C

)/l(I

－I

)

=(2492+**55)/ 即 %

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= t 1+10=160+10= ℃ 查得其饱和蒸汽压为 Kgf/cm2(绝压)，汽化潜热为 kg 并取热效率ηk =95%

蒸汽消耗量: D k =Q 2/r ηk =×10６ /*= 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。 G 1’=h ρ=1120kg/m 3

V 1=h l G /12.38611201045.4323

1=?=ρ 故需生产能力为400l/h 的离心雾化器。

！

要使喷孔流速U 孔在~1m/s 之间，可增大孔径至5mm ，仍采用6个

喷孔。核算U 孔=

/36001000

/06

m s π

?=??在~1m/s 间，适用选LP400：

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

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=×

R n 1 n ：离心盘转速7275rpm R ：离心盘外半径140mm ρ：浓奶密度1120kgf/m 3

σ：浓奶表面张力m

=m =

2-2 液滴离开转盘的初速度

A=8

.025

.035

.0)/(Z G r k μ r k ：喷孔半径 m

.025

.0335

.0)

63600/386.0()

11201015(0025.0???- μ：浓奶运动粘度

z ：喷嘴个数

= G ：浓奶体积流量m 3/s ! G=

h m G /386.01120

.43231

1==

ω=s n /84.76160

7275

2602弧度=?=ππ U r =)35.01(43

.142

.095

.04

.08.0R

R ω

ω-

=)14

.084.76121.435

.01(21.414.084.76143

.142.095.04.04.08.0?-? R ：离心盘外半径m

U t =ωR=76 ×=s

U H

1/m s == 2-3 喷洒液滴射程（喷距半径） S=

H B u u ln 34?ρδρ

ρB ：进出口空气平均密度

ρB =

312

1211/2

H H H H v v kg m ρρB B +++++===

μB ：平均粘度

μB =1

222

b b cp μμ++

== 雷诺数R e =56

7.10.1

210

h B B u δρμ--??== 阻力系数

0.60.6

18.515

0631

e R ?∴=

== 设液滴重力沉降时为层流。

则：U K =226

()(7)(11)9.81181820

B B g δρρμ--=? )

70050.1

0.822

k B e B u R δρμ--??===< 为层流 ∴U K =0. m/s

S=5447.010 1.7

ln ln 1330.50.10.5

H B K U m U δρ?ρ-?=?=?

2-4 离心喷雾器所需功率

G V g

GV 202

0001125.0210225.2=? V 0——液滴线速度 m/s G ——浓奶质量流量 kg/s ~

∴N=××kw 54.1360045

.432=

3、喷雾干燥塔主要尺寸的计算 3-1 塔径D

D= =×=m 圆整为D=m

验算塔内空气平均流速U ，应在~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）

U=12221.0167

220.1/3600

3600

H H v v L m s D π

++?==???

3-2 塔高 D H 1==×=m H 2=D=4m

选鼓形阀d=400mm H 1

45.04

.022/2/2

2=-=-=

H d D tg

H 2

∴α=°<60°合适（此处要注意为什么要

下面锥体的顶角要小于60°）

。

H=H 1+H 2= =m d 有效容积2221 4.80624

V D H m π

??=

蒸发强度3224

30/62

W q kg m h V =

==核算水 q 经验==×160-1=水/m 3h 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）

、

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。

【

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 ’=查图3-42，可得流量系数C D = 据公式：ρ

g C Q F D

—

ρ——浓奶密度1120kg/m 3 Q ——喷嘴流量

'431 4.5

1.0(/)36001103600

G Q m s ρ-=

==?? △P ——压力式雾化器的操作压力，应在100~150 kgf/cm 2之间，

选取120kgf/cm 2

C D ——孔板系数 C D = 故

2m -=

。

（2）孔径

选取喷嘴孔径do ，根据经验一般为1~，选。（3）喷头个数的确定 6

0 2.9610()(1.210)4

n d π

--?=

=??个

此值需圆整为个。 2-2 喷咀旋转室的尺寸确定

《

由式：1

A R

r A o π=

A 1= nbh

∵A ’=2

/11

0)(

R r A ∴可得A 1=

2/11

0)(

R r A R r π

A ’ ——喷咀的结构参数 A ’= r 0 ——喷咀孔半径

R ——旋转室半径，取R=3mm

b ——液体入口宽度，取b=，b 太大，不会粘在壁上，分散开，

b 太窄，阻力大。

A 1 ——切向通道总的截面积

R 1 ——R 1=R-=2b 3-24

.0==

n ——增向通道个数 n=4 h ——液体入口高度 A 1=33

323

1.10/2310 1.0/2()().5

2.0

m π----????=

1.04710()40.410

A h m nb --?∴===?? 圆整取 mm

[

根据经验校核

2R/b=2×3/=15 其值在6~30之间 h/b=7×10-4/×10-3= 其值在~之间 2-3 喷嘴的生产能力 A ’=A(2

/11

002/110)()(

R r nbh R r R r π=) = 查图3-42，可得C D ’=

查图可得θ=630 ∴实际的Q ’=F ·C D

’

p g ?2

！

43100.26110(/)m s --??=

大于 m 3/s 符合要求

由p

p Q Q ??=

可用来调节流量。

2-4 进旋转室切向通道长度L 的计算如图可知

21R R L -=

R 2 ——空气心外半径一般取

—

R 2=4~，取 R 2=4mm

R ——旋转室半径，R=3mm

)(65.234221mm L =-=

222222)()(b R R b R R L -----=

=mm 54.1)4.03(3)4.03(42222=----- L=

mm L L 10.22

.254.1221=+=+ L ——入口长度

{

经验校核

25.54

.010.2==b L 在~7之间

L/b 在~7时对流量系数没多大影响，其值过大时，压头损失过大，过小时，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。

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==×160-1= V=

W V ——干燥室的有效容积

W ——干燥室的水分蒸发

；

q ——干燥强度

t 1——进入干燥室的热风温度 V=)(1.608.335.2283m =

F V D V H ==24π

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

—

D=)(3355)110030

cos 500

(

mm =+? 经园整 D=

∴m H m D V H 7)(8.6)5.3(41

.6041221=→===圆整ππ

H 2=D=（m ）取d=~ 在此d=

夹角应小于60°，使产品不易堵塞。

通过几何计算tg 46

.02

.02/=α α=47°<60°符合要求。

四、辅助设备的选型计算（汇编4-1、曹277、乳品工业手册492） 1、空气过滤器的选型计算

此处应说明选用什么过滤介质以及其特点，过滤面积F=m

Lv Ho

m 为滤层过滤强度，一般为4000~8000m 3/m 2 h

选m= m 3/m 2h

2313.15000863

.07610m m

Lv F O

H =?=

圆整为

核算m=

32703

44.6/1.6

O H Lv m m h F

= "

空气阻力H f = S ：滤层厚度，通常取10 cm V ：过渡速度为

s m m

/3600

H f = 1.8

244.610(

)623600

o mmH ??= 过滤时一部分孔被堵，导致H f 上升，至一定程度（O mmH 220~15>）时取下清洗。（注意说明清洗条件）

2、空气加热器的选型计算(汇编4-2~4，乳品工业手册493~502) 此传热过程，换热器两（此处要说明为什么选用翅片式换热器及其特点或操作中的注意事项）。。。。。。。。。。。。。。。。。。。少该侧热阻。

（1）需要加热量Q 需 Q 需=

10()

70(2.768)

16/0.5

L I I KJ h η

-?-=

（2）传热效率10015

00417.35

S t t T T --=

==--∑

（3）表面风速V a 的选取

由ε查[4-3] V a -ε图的V a =s ，N=8排。

GLII 型钢制空气热交换器比GLI 型散热排管的传热系数高，比I 型散热排管重量轻，体积小，消耗金属少，且造价比S 、U II 型钢制散热排管便宜。故选用GLII 型空气加热器。

（4）受风面积F a

a a V G F 3600'

G ’：校正至20℃，latm 时空气的体积流量[m 3/h]

=27320293

7600.832732529836003600 1.8

H a hv v +??

+=? :

=0. m 2

（5）选型：据F a =，8排查[4-4]表选GLII 2-15-78。 GLII 2-15-78的主要参数：

散热面积F 0：受风表面积F a ：通风净截面积F f ：总传热面积F o =4×=

（6）核算传热量：Q 供=KF O △t m

K 无具体计算公式，故借用S 、U II 型公式。

K=(V r )×10-3 V r =

2(1)70(10.0)

3/36000.63600

O f L H kg m s F +?+==???

K=× △t m =1212

(1.325)(17.3160)

514.325ln /ln

1.310

t t t t ?-?---==-??-℃