压力式喷雾干燥塔设计计算书.doc

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

（2）干粉含水量

（3）料浆密度

（4）干粉密度

（5）热风入塔温度（6）热风出塔温度（7）料浆入塔温度（8）干粉出塔温度（9）干粉平均粒径（10）干粉比热容（11）料浆雾化压力（12）取冬季的空气参数（13）进料量w 1＝ 40wt ％（湿基）

w 2＝ 6wt ％（湿基）

ρl＝1200kg/m3

ρp＝900kg/m3

t1＝ 450℃

t2＝ 70℃

t m1＝20℃

t m2＝50℃

d p＝60μ m

c m＝ (kg·℃ )

2MPa（表压）

温度 t a＝ 2℃，相对湿度φa＝70％1100kg/h( 干基 )

(三）工艺设计计算1.物料衡算

（ 1）料液处理量G1

G G 100 2 1100 100 6

1723.3kg/h

1 2 100

1 100 40

（ 2）水分蒸发量 W

W G1 G2 1723.3 1100 623.31kg/h 2.热量衡算

（ 1）使物料升温所需热量：

G2 c m (t m t m ) 1100 1.04 (50 20)

2o

q m 55.1kJ/kgH W 623.3

(2) 根据经验，取热损失 q 1 =210kJ/kgH 2o

（ 3）干燥塔出口空气的湿含量

q q 1 +q m =210+55.1=265.1kJ/kgH 2o

I 2 I 1 c w t

m1

q 4.186 20 265.1

181.4

H 2 H 1

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 H o

H 1

0.003kg / kg 干空气 ,

1

464.5kJ / kg 干空气，任取 H '=H =,代入上式得

I

2e

I 2'=I e = 查 I-H 图得 H 2 =0.141kg 水/kg 干空气 I 2=kg

(4) 于是干空气消耗量

W 623.3 干空气 / h

L

4516.7kg

H 2 H 1

0.141 0.003

3.雾滴干燥所需时间

计算

（ 1）汽化潜热 的确定

由 I-H 图查得空气入塔的湿球温度 t w t as 65 ℃ ，查手册得该温度下水的汽化潜

热 =2346kJ/kg 。

（ 2）导热系数λ的确定

平均气膜温度为

1

?65 70 67.5℃，在该温度下空气的热导热率

2

2.944 10 5 KW / (m ℃) 。

（ 3） 初始滴径 d l 的计算

1

40

水

干物料

X 1

100 40 0.67kg

/ kg

1

1

2

6 水 / kg

干物料 X 2

100 6 0.06kg

1

2

1

1

p

1 X 1 3

900

1 0.67

3

d p

d

p 0

1

X 2 1200 1 0.06

60 63.4 m

1

（ 4）雾滴的临界直径

d pc d p 60 m

（ 5）液滴的临界湿含量 X c 的计算

1 d p

3

X c

w 1 1 11

d p 0

1

1

60

3

1000

1 0.4

1

1200

0.4

63.4 0.45kg 水 / kg 干物料

（ 6）空气的临界湿含量 H c 的确定

G 11 1

X 1 X c

H c H 1

L

1723.3 1 0.4 0.67 0.45

0.003

4516.7

0.050

（ 7）空气的临界温度 t c 的确定 由 H c =和 P =2M Pa ，查得 t c =℃

（8） 传热温差

t

m1

、 t m2 的计算 t 1 t

m1

t c t w o

t m1

t 1 t m1

266.93 C ln

t c t w

t c t w

t 2

t

m 2

o

t

m2

ln t c t w

64.91 C

t 2 t

m2

⑨雾滴干燥所需时间 的计算

l (d p0

2 d pc 2 ) p d pc 2

( X c

X 2 )

8 t

m1

t

m 2

2346 1200(63.4 2 602 ) 10 12

2346 900 602

10 12 (0.45 0.06)

8 2.944 10 3 266.93 12 2.944 10 3 64.91

1.48 10 3 h 0.533s

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

48 ，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 C D =0.41

（ 3）喷嘴孔径的计算

V G 1 / ( 1 3600) 1723.3 / (1200 3600) 4.0 10 4

1 1/2

2

r 0

V

4.0 10 4

C D 2

P

0.41

2 106

l

1200

2.32 10 3 m

即 r 0 =， d 0

2r 0

4.64 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 b

2.2mm ，2R 1 /b=8, 即 1 圆整 1

R =, R =9mm, 即旋转室直径选用 10 mm 。

因为

A 1 2ab ， R

R

b 9 2.2

7.9mm

2

1 2

2

1

1 所以

a

r 0 R 1 ( r 0 ) 2

3.14 2.32 9 ( 2.32

) 2 8.97

2bA R 2

2 2.2 0.9 7.9

取 a=

（ 5）校核喷嘴的生产能力

A '

( r 0 R 1 )( r 0 )1/2 (

2.32 9 )( 2.32 )1/2 0.897mm

2ab R 2

292.2 7.9

圆整后 A ' 基本不变，不必复算，可以满足设计要求。

旋转室通道长度 l 和宽度 b 之间的关系，可按 l

3b 选取。

l 3 2.2 6.6mm

（ 6）空气心半径 r c 的计算

r 0 R 1 3.14 2.32 9 A 0

2

1.66

A 1

9 2.2

由 A 与 a 的关联图查得 a 0

0.55

r c r 0 1 a 0 2.32 1 0.55 1.56mm

（ 7）喷嘴出口处液膜速度的计算 平均速度

u 0

V

4.0 10

4

43.2m / s

r 0 2 r c 2

3.14 2.322

1.56

2

10

6

水平速度分量

u

x 0

u 0 tan 2 19.2m / s

垂直速度分量

u

y 0

u 0 43.2m / s 合速度

1

u

(u

2 u

2

)

2

47.3m / s

res 0

x0

y0

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

450 70

260o C ，查手册得空气粘

2

度 a 0.0278 厘泊，空气密度 a

0.671kg / m 3 。

① 根据初始水平速度 u x0 19.2m / s ，计算出 R e ，

d p0u x0

a

63.4 10 3 19.2 0.67

29.3

Re 0

0.0278

a

属于过渡区。

② 由 Re 与 ， Re 2 ， / Re ， B 的列线图查得查得 Re 0 时， B B 0 3.0 10 2 。 ③ 当初始的瞬间，即当

0 ，由

4d l 2

l

B B 0 得

0 。

3 a

④ 取一系列 Re 1 100 ， Re 2 70 ， ；得一系列 u x1 ， u x2 ， ；查得相应的 B 1 ，

B 2 ；算出一系列相应的

1

，

2 ， ；列出表 1 中。

⑤ 以

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

g

0.033 S

u x d 0.31m

塔径 D=2S=，圆整取为 D=。

(2)塔高的计算

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

d p 0

u

y0

a

= 63.4 10 3 43.2 0.67

66

Re 0 =

0.0278

a

属于过渡区。

4g a d p 3

(

l a

)

4 9.8 0.67 (0.0634 10 3 )3

(1200

0.67)

3

a

2

=

3 (0.0278 10 3)2

=

b. 由于

f Re 2

f , 查 Re 与

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

6.4 103 ，则

1

1 1.56 10 4

o Re o 2

6.4 103 3.46

表 1 停留时间 与雾滴水平速度 u x 的关系

Re

u x

a

Re B 10 2

4d p 2

l

d p

B B 0

a

3 a

（m/s ）

(s)

25

15

10

7

5

3

2

1

图 1

u x 曲线图

d. 取一系列 Re 1 300,Re 2

200, , Re f 1.8 ，由 Re 与 ， Re 2

， / Re ，B 的

列线图查得相应的

1 Re 1

2

, 2 Re 22 , f Re 2

f ; 再 计 算 出 相 应 的

1

,

1

, ,

1

, 列于表 2 中。

1 Re 1

2

f Re 2f

2 Re 22

e. 以 Re 为横坐标，

1 为纵坐标作图，如图

2 所示。

Re 2

表 2 Re 与

1 、 u y 、 的关系

Re

2

Re

Re 2

1

3

u y

Re a

'

4 l d l 2

d R

e Re 2

10

d

l a

3 a

Re 2

（ m / s ）

（ s ）

66

×10 3

44

50

×10 3

× 10 3

30 ×103 × 10 20 ×10 3 × 10 10×1023 2

8

×102

5×102

2 33

10 320

f．由 Re1 =66，可计算出 u y1 44m / s ，据图 2 可求得409 d Re

从而可以算出

300 Re 2

停留时间

4 l d l266 d Re 66 d Re

10 2 s 。1

=

50 2

= 2= 2.32

3 Re 50 Re

a

图 2 Re 与

1

曲线

Re2

g．类似地，由Re2, Re3，Re f，根据图4-45 可求得，

409

d Re

2

，

，200 Re

409

d Re

，如表 2 所示。由此得2；亦可计算出相应的停留时间 2 ， 3 ，

0.35 Re

到减速运动段的停留时间0.24s。

h．由表 2 的 u y，数据，作- u y曲线如图 3 所示。用图解积分法可得减速运

动段的距离 y 1

0.8526 1.52m 。 圆整后为 y=1.6m 。

u y d

（ 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 d 1

273 t 1

v H 1 =(0.773 1.244H 1 )

273

=（+ ） 273 450 = m 3

/ k g 干空气

273

V 1 Lv H1 4516.7 2.06 9304.4 m 3 / s

取热风管道中的气速为 25 m 3 / s ，则

9304.4

d 1

0.363m

3600

25

4

圆整后取干燥塔热风入口接管直径

d 1 =370mm 。

② 热风出口接管直径 d 2

v

H 2

(0.773 1.244H 2 )

273 t 2

273

=（+

） 273 70

273

=1.19m 3 / kg 干空气

V 2 =L H 2 = m 3 / h d 2

5374.9

0.276m 圆整后取 d 2 280mm 25 3600

4

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 95 C 。

H 3

(0.773 1.244 0.141)

273 95

1.28m 3 / kg 干空气

273

V 3

L H 3 4516.7 1.28 5909m 3 / h

采用蜗壳式旋风分离器 ,其进口宽度 b 0.225D ，高度 a

0.3D ，取进口速度为

25 m/s,则

V 3

5909

0.225D 0.3D 25

3600 3600

即 D 0.973m 。圆整后取 D 1000mm 。其余各部分尺寸为

L 1 0.8D 800mm L 2 2D

2000mm

b 0.225D

225mm

a 0.3D 300mm

d 0.35D 350mm

l 0.7D

700mm

d ' 0.2D

200mm

(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 2 C ，湿含量 H 0 =

H 0

(0.773 1.244 0.003) 273 2 0.78m 3 / kg 干空气

273

V 0

L H 0 4516.7 0.78 3523m 3 / h

表 3 系统阻力估算表

设备

压降， pa 设备 压降， pa 空气过滤器 200 旋风分离器 1500 空气加热器 300 布袋除尘器 1500 加热塔

200 干燥塔 100 （塔）热风分布器 200 消音器 400 管道、阀门、弯头等

600 管道、阀门、弯头等

800

合计

1500

合计

4300

系统前风温按 150 C计，密度为 0.83kg / m3，则所需风压（规定状态下）为

1.2

15002169pa

0.83

故选用 4-72-11No.4.5A 离心机，风量为5730m3 / h，风压为 2530pa。

2引风机的选型

系统后段风温按80 C计，密度为 1.000 kg /m3 , 则引风机所需风压为（规定状态下）为

4300 1.2

5160pa。

1.000

取引风机入口处的风温为75 C，湿含量为 H 2 0.035.

v

h5 (0.773 1.244H 2）273 75

1.22m 3

/ kg空

气

273

V5 v h5 L 1.22 4516.7 5510m3 / h

故选用 9 19NO.5A 离心通风机，风量为5903m3 / h，全压为 5750Pa。(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/h

蒸发水量， kg/h

空气用量， kg 干空气 /h

雾化器孔径， mm

干燥塔直径， m

干燥塔有效高度， m

旋风分离器直径， m 1

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