压力式喷雾干燥塔设计计算书

目录

一．设计题目----------------------------------------------2 二．设计任务及条件-------------------------------------2 三．工艺设计计算

1．物料衡算----------------------------------------------3 2．热量衡算----------------------------------------------3 3．雾滴干燥所需时间 计算--------------------------3 4．压力式喷嘴主要尺寸的确定----------------------5 5．干燥塔主要尺寸的确定----------------------------6 6．主要附属设备的设计或选型---------------------11 四．设计结果汇总表------------------------------------13 五．参考文献---------------------------------------------13

“压力式喷雾干燥塔设计”任务书

（一）设计题目

压力式喷雾干燥器设计。

（二）设计任务及设计条件

1、干粉生产能力：（湿基）见下表。

2、设备型式：压力式喷雾干燥器，干燥物质为陶瓷原料料浆，干燥介质为空气，热源为发生炉煤气。

3、设计条件：

（1）料浆含水量 w 1＝40wt ％（湿基） （2）干粉含水量 w 2＝6wt ％（湿基） （3）料浆密度 ρl ＝1200kg/m 3

（4）干粉密度 ρp ＝900kg/m 3 （5）热风入塔温度 t 1＝450℃ （6）热风出塔温度 t 2＝70℃ （7）料浆入塔温度 t m1＝20℃ （8）干粉出塔温度 t m2＝50℃ （9）干粉平均粒径 d p ＝60μm

（10）干粉比热容 c m ＝1.04kJ/(kg ·℃) （11）料浆雾化压力 2MPa （表压）

（12）取冬季的空气参数 温度t a ＝2℃，相对湿度φa ＝70％

（13）进料量 1100kg/h(干基) (三）工艺设计计算 1.物料衡算

（1）料液处理量G 1

212

11001006

11001723.3kg/h 10010040

G G ωω--==?=--

（2）水分蒸发量W

121723.31100623.31kg/h

W G G =-=-=

2.热量衡算

（1）使物料升温所需热量：

22()1100 1.04(5020)

55.1kJ/kgH 623.3

m m m m G c t t q o W 21-??-=

==

(2) 根据经验，取热损失12=210kJ/kgH q o （3）干燥塔出口空气的湿含量 1

m

2+q

=210+55.1=265.1kJ/kgH q q o =∑

21

121

4.1862026

5.1181.4w m I I c t q H H -=-=?-=--∑

据气象条件（年平均气温2℃，年平均相对湿度?=70%），查空气H-I 图，得

10.003kg /kg o H H ==干空气,1464.5/I kJ kg =干空气，任取H 2'=H e =0.04,代入上

式得

I 2'=I e =464.5-181.4(0.04-0.003)=457.8 查I-H 图得H 2=0.141kg 水/kg 干空气 I 2=439.6kj/kg

(4) 于是干空气消耗量

21623.3

4516.7/0.1410.003

W L kg h H H =

==--干空气

3.雾滴干燥所需时间τ计算 （1）汽化潜热γ的确定

由I-H 图查得空气入塔的湿球温度65w as t t ==℃，查手册得该温度下水的汽化潜热γ=2346kJ/kg 。 （2）导热系数λ的确定 平均气膜温度为

()5.6770652

1

=+?℃，在该温度下空气的热导热率52.94410/()KW m λ-=??℃。

（3）初始滴径l d 的计算

1112221

1

3310

1240

0.67/11004060.06/11006

190010.676063.41120010.06p p p X kg kg X kg kg X d d m

X ωωωωρμρ===--===--??++??=?=??= ? ?++????

水干物料水干物料

（4）雾滴的临界直径

60pc p d d m μ==

（5）液滴的临界湿含量c X 的计算

3

1101311116010000.4110.463.412000.45/p w c p d X d kg kg ρωωρ??????????=-- ??? ?-??

????????

?????

???=--???? ?-??????????

=水干物料

（6）空气的临界湿含量c H 的确定

()()

()()

111111723.310.40.670.450.0034516.7

0.050

c c G X X H H L

ω--=+--=+=

（7）空气的临界温度c t 的确定

由c H =0.050和P =2M Pa ，查得c t =216.45℃

（8）传热温差1m t ?、2m t ?的计算

()()()()111

11

22222

266.93ln 64.91ln m c w m m c w

c w m m c w m t t t t t C

t t t t t t t t t C

t t t t ---?==-----?=

=--o o

⑨雾滴干燥所需时间τ的计算

222021

2

221221233

3()()

823461200(63.460)1023469006010(0.450.06)8 2.94410266.9312 2.9441064.911.48100.533l p pc p pc c m m d d d X X t t h s

γργρ-------τ=

+

λ?12λ??-?????-=+??????=?= 4.压力式喷嘴主要尺寸的确定

(1)为了使塔径不至于过大，根据经验取喷嘴角48β=?，根据《喷雾干燥实用技术大全》中，图4-11查得A 0.9'= （2）当A 0.9'=时，查图4-12得D C =0.41 （3）喷嘴孔径的计算

1

1/2

2

4

032.3210r m

--????===? 即0r =2.32mm ，002 4.64d r mm ==，圆整后取d 0=5mm 。 (4)喷嘴其它主要尺寸的确定

选矩形切线入口通道2个，据经验取 2.2b mm =，2R 1/b=8,即R 1=8.8mm,圆整R 1=9mm,即旋转室直径选用10 mm 。 因为 12A ab =，21 2.2

97.922

b R R mm =-

=-= 所以 1

1

0102

22 3.14 2.329 2.32()()8.9722 2.20.97.9

r R r a bA R π??==?='??

取a=9.0mm

（5）校核喷嘴的生产能力

'

1/21/2

01

02 2.329 2.32(

)(

)()()0.897229 2.27.9

r R r A mm ab

R ππ??===?? 圆整后'A 基本不变，不必复算，可以满足设计要求。

411/(3600)1723.3/(12003600) 4.010V G ρ-=?=?=?

旋转室通道长度l 和宽度b 之间的关系，可按3l b =选取。

3 2.2 6.6l mm =?= （6）空气心半径c r 的计算 01

01

3.14 2.329

1.6629

2.2

r R A A π??=

=

=??

由A 与a 的关联图查得00.55a =

2.32 1.56c r r mm === （7）喷嘴出口处液膜速度的计算 平均速度

()()

4

022226

0 4.01043.2/3.14 2.32 1.5610

c V u m s r r π--?===-?-? 水平速度分量

00tan

19.2/2

x u u m s β

==

垂直速度分量

0043.2/y u u m s == 合速度

12

22

000()47.3/res x y u u u m s =+=

5．干燥塔主要尺寸的确定 （1）塔径的计算

塔内空气各参数按常压考虑，其平均温度

()1

450702602

C +=o ，查手册得空气粘度0.0278a μ=厘泊，空气密度30.671/a kg m ρ=。 ① 根据初始水平速度019.2/x u m s =，计算出0e R ，

300063.41019.20.67Re 29.30.0278

p x a

a

d u ρμ-???=

==

属于过渡区。

② 由Re 与ζ，2Re ζ，/Re ζ，B 的列线图查得查得0Re 时，20 3.010B B -==?。

③ 当初始的瞬间，即当00τ=，由[]2043l l a

d B B ρτμ=-得0τ=。

④ 取一系列1Re 100=，2Re 70=，…；得一系列1x u ，2x u ，…；查得相应的1B ，

2B …；算出一系列相应的1τ，2τ，…；列出表1中。

⑤ 以τ为横坐标，x u 为纵坐标，作τ-x u 曲线，如图1所示。用图解积分法求得

0.033

0.31x S u d m τ==?

g

塔径D=2S=0.62m ，圆整取为D=0.7m 。 (2)塔高的计算

①减速运动段的距离1Y 的计算 a. 由初始垂直速度0y u 计算出0Re 。 0Re =00p y a

a

d u ρμ=

363.41043.20.67

660.0278

-???= 属于过渡区。

3

2

4()

3a a p l a

g d ρρρψμ-=

=3332

49.80.67(0.063410)(12000.67)3(0.027810)

--????-??=3.46 b. 由于2Re ,f f ψζ= 查Re 与ζ，2

Re ζ，/Re ζ，B 的列线图得Re f =0.13。 c. 据0Re 查Re 与ζ，2Re ζ，/Re ζ，B 的列线图得2

3Re 6.410o o ζ=?，则

4

23

11 1.5610Re 6.410 3.46

o o ζψ-==?-?- 表1 停留时间τ与雾滴水平速度x u 的关系

15 10.4 3.7 0.00145

10 6.9 5.2 0.00456

7 4.8 6.2 0.00663

5 3.45 7.1 0.0085

3 2.07 8.7 0.0118

2 1.38 10.0 0.0145

1 0.69 12.5 0.0197

0.5 0.35 15.2 0.0253

0.3 0.21 17.3 0.0296

0.2 0.14 19.0 0.0332

图1

x

u

τ-曲线图

d.取一系列

12

Re300,Re200,,Re 1.8

f

==?=，由Re与ζ，2

Re

ζ，/Re

ζ，B的

列线图查得相应的222

1122

Re,Re,Re;

f f

ζζζ

?再计算出相应的

222

1122

111

,,,,

Re Re Re

f f

ζψζψζψ

?

---

列于表2中。

e.以Re为横坐标，

2

1

Re

ζψ

-

为纵坐标作图，如图2所示。

表2 Re 与

2

1

Re ζ

ψ

-、y u 、τ'的关系 Re

2Re ζ

3

2110Re ζψ?????

-??

Re a

y l a u d μρ=

（/m s ）

2'

24Re

3Re l l a d d ρτμζψ

=-? （s ）

66 6.4×310 0.156 44 0 50 3.9×310 0.263 32.7 2.0×310- 30 1.9×310 0.621 21.3 1.6×310- 20 1.1×310 0.95 13.2 1.3×210- 10 4.2×210 2.4 6.54 0.02755 8 3.2×210 4.1 5.12 0.04678 5 7.1×210 5.8 3.27 0.0646 2 14.8 33 1.95 0.2365 0.5 10 320

0.3863 0.8526

0.35

8.5

∞

0.2406

f ．由1Re =66，可计算出144/y u m s =，据图2可求得409

2300

Re

Re d ζψ

-?

从而可以算出

停留时间1τ'=

2

66

250

4Re 3Re l l a

d d ρμζψ

-?

=0.3166250Re Re d ζψ-?=2

2.3210s -?。

图2 Re 与

2

1

Re ζψ

-曲线 g ．类似地，由23Re ,Re ，?Re f ，根据图4-45可求得，409

2200

Re

Re d ζψ

-?

，?，

409

20.35Re

Re d ζψ-?；亦可计算出相应的停留时间2τ'，3τ'?，τ'，如表2所示。由此得

到减速运动段的停留时间0.24s τ'=。

h ．由表2的y u ，τ'数据，作τ'-y u 曲线如图3所示。用图解积分法可得减速运动段的距离0.852610

1.52y y u d m τ==?

。 圆整后为y=1.6m 。

（3）热风进出口接管直径的确定

在干燥系统中，一般取风管中的风速为15~25 m/s 。 ① 热风进口接管直径1d

1H v =1

1273(0.773 1.244)

273

t H ++ =（0.773+1.244?0.003）273450

273

+=2.063/g m k 干空气

3114516.7 2.069304.4/H V Lv m s ==?=

取热风管道中的气速为253/m s ，则

10.363d m =

=

圆整后取干燥塔热风入口接管直径1d =370mm 。 ② 热风出口接管直径2d

2

22273(0.773 1.244)273

H t v H +=+ =（0.773+1.244?0.141）27370

273+

=31.19/m kg 干空气 V 2=L 2H ν=4516.7?1.19=5374.9h m /3

20.276d m =

=

圆整后取2280d mm = 6.主要附属设备的设计或选型 (1)旋风分离器

进入旋风分离器的含尘气体近似按空气处理,取温度为95C ?。

3327395

(0.773 1.2440.141)

1.28/273

H m kg υ+=+?=干空气 3334516.7 1.285909/H V L m h υ==?=

采用蜗壳式旋风分离器,其进口宽度0.225b D =，高度0.3a D =，取进口速度为25 m/s,则

35909

0.2250.32536003600

V D D ??=

=

即0.973D m =。圆整后取1000D mm =。其余各部分尺寸为

10.8800L D mm == 222000L D mm ==

0.225225b D mm == 0.3300a D mm == 0.35350d D mm == 0.7700l D mm ==

'0.2200d D mm ==

(2)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3所示， ○

1鼓风机的选型 鼓风机入口处的空气风度为2C ?，湿含量 0H =0.003

302732

(0.773 1.2440.003)

0.78/273

H m kg υ+=+?=干空气 3004516.70.783523/H V L m h υ==?=

表3 系统阻力估算表

3C 0.83/kg m ?系统前风温按150计，密度为，则所需风压（规定状态下）为

1.22169pa 0.83???= ???

1500

34-72-11No.4.5A m /2530pa h 故选用离心机，风量为5730，风压为。

2 引风机的选型

C kg ,?3系统后段风温按80计，密度为1.000/m 则引风机所需风压为（规定状态下）为

5160pa ???= ???

1.2 4300。

1.000 352C H 0.035.27375

(0.773 1.244 1.22m /273h v H kg ?=+=+=2取引风机入口处的风温为75，湿含量为）空气

355V L 1.224516.75510/h v m h ==?=

3919NO.5A /Pa m h -故选用离心通风机，风量为5903，全压为5750。

(四）设计结果汇总表

通过上述设计计算得到的本设计示例设计结果汇总表 设计结果汇总表

.

料液处理量，kg/h1723.3

蒸发水量，kg/h623.31

空气用量，kg干空气/h4516.7

雾化器孔径，mm 5.0

干燥塔直径，m0.7

干燥塔有效高度，m 1.6

旋风分离器直径，m1

鼓风机型号4-72-11 No.4.5A

引风机型号9-26NO.5A

（五）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