畢業(yè)設(shè)計-全脂奶粉噴霧干燥器設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 塵器 7－干燥塔 圖 開放式循環(huán)噴霧干燥系統(tǒng) （ 2）閉路循環(huán)噴霧干燥系統(tǒng) 閉路循環(huán)噴霧干燥系統(tǒng)，干燥介質(zhì)為惰性氣體（如 N2 氣） ，干燥后的廢氣經(jīng)過除塵后會 再循環(huán)利用 ，這樣會降低成本 。 因為這是一個閉路循環(huán)干燥系統(tǒng)， 部件 與部件的 連接處要保證氣密性 良好 ， 防止泄露， 干燥 室 要始終保持 在低壓 狀態(tài)下操作 。流程如圖 所示 1－貯料槽； 2－冷卻塔； 3－加熱器； 4－鼓風機； 5－洗滌冷凝器； 6－冷卻器； 7－引風機； 8－旋風分離器 圖 閉路循環(huán)噴霧干燥系統(tǒng) 8 干燥器內(nèi)熱空氣和霧滴的流動方向 在噴霧干燥塔內(nèi)氣體和霧滴的運動方向 以及 混合情況 可分為三大類并流型、對流型和混合流型。 霧滴與空氣的流動方向會 直接影響干燥產(chǎn)品 的 性質(zhì)， 在實際生產(chǎn)中我們 應根據(jù) 實際 的工藝要求，合理 的 選擇氣體和霧滴的運動方向 。 （ 1）并流型噴霧干燥器 在干燥室內(nèi) 并流型噴霧干燥 的 霧滴 與 熱 風的流動 方向 相同， 如圖 所示，這類干燥器的特點是被干燥 的 物料 只能在低溫下進行，若溫度過高會影響 產(chǎn)品的質(zhì)量。這類干燥器適用于熱敏性物料，像牛奶此類料液，因為當熱風進入 干燥器內(nèi)立即與霧滴接觸， 干燥 室內(nèi)溫度 驟 降，不會使物料受熱過度， 損壞營養(yǎng)成分， 圖 垂直下降并流型 （ 2） 對流型噴霧干燥器 在干燥室內(nèi)，對流型噴霧干燥的 霧滴與熱風 的流動方向相反， 這類干燥器的特點是 熱量的利用率高，傳熱傳質(zhì)的推動力大，除水效果佳。此流型適合于含水量較高的物料，物料在干燥室內(nèi)停留的時間足夠 長 。 因為干燥室內(nèi)溫度過高，不適合熱敏性的物料。在 設(shè)計 此工藝 時應注意塔內(nèi) 的 氣流速度應小于 干燥產(chǎn) 品的沉降速度， 為了防止氣流過大帶走產(chǎn)品，給后續(xù)的分離裝置增加負擔。對流型噴霧干燥器的流型 如圖 所示。 9 圖 （ 3） 混合流型噴霧干燥器 在噴霧干燥室內(nèi) 混合流型噴霧干燥 霧滴與熱風 以 混合 流 的 形式相遇 ， 它的 特點是霧滴 的 運動軌跡較長 ， 干燥性能介于并流和逆流之間，適用于 較難 干燥的物料。 在實際生產(chǎn)中，若設(shè)計不當， 可能會出現(xiàn)氣流分布不均勻，干燥室內(nèi)壁有些地方粘粉，對操作不利。 混合流型噴霧干燥器如圖 所示 圖 霧化器型式 噴霧干燥裝置的關(guān)鍵部件 霧化器的設(shè)計 會 直接影響產(chǎn)品 的 質(zhì)量 ， 霧化器分為氣流式、旋轉(zhuǎn)式及壓力式三種。 （ 1） 氣流式霧化器 氣流式 霧化器 是 料液在噴嘴出口處 利用蒸汽或壓縮空氣的高速運動 產(chǎn)生液膜分裂并10 被霧化。 根據(jù)流體通道的 數(shù)量， 氣流式噴嘴分為二流式、三流式 、 四流式 [8]。氣流式霧化器 的 結(jié)構(gòu)如圖 所示。 1－鎖緊帽； 2－空氣噴嘴； 3－噴嘴； 4－墊片； 5－噴嘴本體； 6－堵絲 圖 （ 2） 旋轉(zhuǎn)式霧化器 旋轉(zhuǎn)式霧化器是在旋轉(zhuǎn)體的表面形成液膜，從旋轉(zhuǎn)體的周圍產(chǎn)生霧滴，與周圍空氣產(chǎn)生的空氣動力即摩擦力使液體霧化。旋轉(zhuǎn)式霧化器的種類有很多種，下面列出 典型的旋轉(zhuǎn)式霧化器的結(jié)構(gòu) 圖， 如圖 所示。 圖 （ 3） 壓力式霧化器 壓力式霧化器也稱為壓力式噴嘴，同時我們也稱它為機械式噴嘴，它 的主要部件有液體切向人口、液體旋轉(zhuǎn)室噴嘴孔等。它主要是利用高壓泵使液體獲得很高的壓力11 (220MPa)，從切向人口進人噴嘴的旋轉(zhuǎn)室中，液體在旋轉(zhuǎn)室獲得旋轉(zhuǎn)運動。它的工作原理是根據(jù)旋轉(zhuǎn)動量矩守恒定律，旋轉(zhuǎn)速度與旋渴半徑成反比。因此，愈靠近軸心，旋轉(zhuǎn)速度愈大，其靜壓力亦愈小，結(jié)果在噴嘴中央形成一股壓力等于大氣壓的空氣旋流，而液體則形成繞空氣中心旋轉(zhuǎn)的環(huán)形薄膜，液體靜壓能在噴嘴處轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚯斑\動的液膜干燥過程與設(shè)各的動能，從噴嘴噴出。液膜伸長變薄，最后分裂為小霧滴 [8]。其過程可見圖 。 圖 （ 4） 霧化器的比較和選擇 霧化器的比較如表 所示 。 表 三種常見霧化器的優(yōu)缺點 類型 優(yōu)點 缺點 氣流式 可得到 20μm 以下霧滴，能處理流動性較差的物料 ，不 適合大型生產(chǎn)設(shè)備。 動力消耗大，成本高。 壓力式 適于并流型操作，霧化器的造價便宜，得到的產(chǎn)品粒徑大 。 大型干燥塔可以同時用多個霧化器。 操作彈性不隨料液的物性變化而變化，噴嘴易磨損，磨損后引起霧化性能變化，要用高壓泵。對腐蝕性較大的物料，在設(shè)計時要用到特殊的材料。 旋 轉(zhuǎn)式 操作不僅簡單而且彈性較大，對物料適應性還很強，可以同時霧化兩種以上的物料。腐蝕性小，不易堵塞，產(chǎn)品粒度分布均勻 。 霧化器的造價高，逆流操作時不能選，當產(chǎn)品粗大顆粒時，設(shè)計有上限。 12 在實際生產(chǎn)中，要根據(jù)基本要求進行選擇一個理想的霧化器，必須滿足結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，操作彈性大，造價合理，最重要的是 對于任何霧化器要求都是盡可能產(chǎn)生均勻的霧滴 。 噴嘴型霧化器的適應性很強 ，旋轉(zhuǎn)式霧化器適用于 低粘度、腐蝕性 小的 物料 。 本 設(shè)計 選取 了 開放式噴霧干燥裝置系統(tǒng)，并流干燥及壓力式霧化器。選擇的原因如下：奶粉 中含蛋白 質(zhì)豐富，高溫會破會蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，所以奶粉 屬于熱敏性物料，然 而并流 式噴霧干燥裝置熱風進入干燥器內(nèi)立刻與霧滴接觸，室內(nèi)溫度快速下 降，不會使干燥物料受熱過度 而破壞產(chǎn)品質(zhì)量 ，因此適用于熱敏性物料 [9]。開放式噴霧干燥干燥介質(zhì)是來自大氣 中 的空氣， 廉價無污染，空氣被加熱 通過干燥 室 及除塵系統(tǒng)后， 直接 排放到大氣中，不 進行 循環(huán)使用，這是 噴霧干燥的 一種標準 化 流程， 同時也 可以避免奶粉 中引入雜質(zhì)進行二次 污染。 選擇 壓力式噴嘴 ，是因為壓力式噴嘴 結(jié)構(gòu)簡單，維修方便， 造價便宜，適應性很強 。 13 第 3 章 工藝計算 處理量為 每日 10噸 的 鮮奶， 原料液 鮮奶 已經(jīng)濃縮至濃奶 ， 含水量為 58 %，成品奶粉含水 量應 控制在 3 %以下， 進料溫度 為 50℃ 。 在實際生產(chǎn)中，我們得考慮外部條件對干燥操作的影響 ， 夏季 時 ,一般取溫度 t0＝ 25℃ ，相對濕度 ψ0＝ 78%， 濕度 H0＝ ； 冬季 時 , 一般取溫度 t0＝ 15℃ ， 相對濕度 ψ0＝ 70%， 濕度 H0＝ 。 年平均氣溫 為 22℃ ，相對濕度 78%。 物料和熱量衡算 物料衡算 時處理量 c 0 0G G X % kg? ? ?3( ) ( ) (＝ 1－ / 3 8 ＝ 10 10 1－ 88 / 24 ＝ 50) 1 1 1X X X % %/ 1 58 / 1 58 1.( 1)( 8) 3＝ － ＝ － ＝ 2 2 2X x / 1 x 3% / 1 3( ) ( )% 0. 03 09＝ － ＝ － ＝ 12W G c X X 50 81 309 67. 505 kg() /) h(＝ － ＝ － ＝? 熱量衡算 根據(jù)濕焓圖查得 夏季： o0t = 25 C 0 = 78%? 0H = 0 .0 0 1 5 6 k g / k g干氣 冬季： o0t = 15 C 0 = 70%? 0H = 0. 00 74 25 kg / kg 已知： 0r = 25 00 kJ / kg og C p kJ/ kg= ( C ) op1 = kJ (kC g)/ C op2C k J k g C? 2 . 0 9( / ） 1θ 50＝ ℃ 2θ 60＝ ℃ opvC kJ/ kg( C )＝ 奶粉屬于熱敏性物料，因此 取熱空氣進口溫度 1t 160＝ ℃ ，出口溫度 2t 85＝ ℃ 。夏季時，10H H 15 6k g/kg＝ ＝ 干 氣 則 ? ?p g p v 1 1 0(Q V c + c H t )t＝ － V 0.( ) (0156 160 2 )5＝ －?? ＝ 14 1 0 pv 2 l 1(Q W r c t c )p＝ －?? 2500 85 5() 0＝ －? ? ? ? kJ＝ ? ?3 p g p v 1 2 0(Q V c c H t t )＝ －? V 8 2( ) ( )55＝ －?? ＝ 1Q Q 10% 165 441 .25 4 165 44. 125 4 kJ損 ＝ ＝ ＝? 由 1 2 3Q Q Q Q Q 損＝ ? ? ? 得 V 1045 V ＝ ? ? ? 空氣消耗量 V ＝ 干氣 /h 由 21W V H H＝ （ － ） 得 21H W / V H 67. 505 / 234 5 156 444 kg / kg＝ ＝ ＝??干氣 2 12%＝? 根據(jù)濕焓圖得 2? 在 11%~13%之間。 空氣用量 3 3 3H 0 02 .8 3 1 0 4 .5 6 1 0 H t 2 7 3 m / g( k－ －＝ （ ） （ ）? ? ? ? ?干氣） ＝ m3/kg干氣 3HV V 23 47 .7 5 0. 86 45 20 29 .6 3 m / h＝ ＝ ＝? ? ? ? 在 10atm下，以 180℃ 的飽和蒸汽加熱 180r 201 kJ / kg℃ ＝ Q＝ 蒸汽耗用量 180D Q / r 489 .43 kg / h℃ ＝ ＝ 冬季時， 10H H 425 kg / kg?? 干氣 Q＝ V(Cpg+CpvH1)(t1－ t0) ＝ V(+)(160－ 15)＝ l1 0 pv 2 p 1Q W r C t()??＝ － C ＝ (2500+85－ 50) ＝ 22 c 2 1 pmQ G C()??＝ －＝ 50（ 60－ 50） ＝ 1045kJ 15 Q3＝ V(cpg+CpvH1)(t2－ t0) ＝ V(+)(85－ 15)＝ Q 損 ＝ ＝ 10%＝ 由 Q＝ Q1+Q2+Q3+Q 損 得 ＝ +1045+ + 空氣消耗量 V＝ /h。 由 W＝ V（ H2－ H1） 得 H2＝ W/V+H1＝ +＝ 查濕焓圖得 ψ2＝ 12%在 11%~13%之間。 空氣用量 υH＝（ 10－ 3+10－ 3H0）（ t0+273） (m3/kg干氣 ) ＝ m3/kg干氣 V? ＝ VυH＝ ＝ 在 10atm下，以 180℃ 的飽和蒸汽加熱 r180℃ ＝ ； Q＝ 蒸汽耗用量 D180℃ ＝ Q/r＝ 由于夏季時的 V? 比較大，故以下計算取 V? ＝ 霧化器的主要尺寸計算 根據(jù)經(jīng)驗，霧化器 的 霧化角 取 θ＝ 49176。，噴嘴壓差 Δp＝ 3MPa， 噴嘴的 切 線 入口為矩形。根據(jù) log 14 A＝ （ ）?? 得 A ＝? ，由 0AC與? 的關(guān)聯(lián)圖查出，流量系數(shù) DC = 。 ρw=1094Kg/m3 D 0 D 0C A 2gH = C A 2 Δ P ρ 60 6D1417V 1 0 9 4 3 6 0 0A 3 .1 8 1 02p 2 4 1 0C 0 .3 91094?? ? ? ?? ???? 由 Q =10000/24=417 K g/ h 200πA = d4 6 300 4A 4 3 . 1 8 1 0d 2 . 0 1 1 0 m3 . 1 4??? ? ? ?? 得 d0＝ ，圓整后得 2mm 16 噴嘴 直徑 d0＝ 2 mm，噴嘴 孔半徑 為 1mm，即 r0=1mm 選用矩形切向通道，根據(jù)經(jīng)驗選矩形切向通道寬度 b=， 2R1/b= 8 即R= ，圓整后 R=5mm ， 旋轉(zhuǎn)室直徑為 10mm。設(shè)旋轉(zhuǎn)室高度為 h，通道總截面積 A1=2ab mmb 4..42RR 12 ?? 單向切口，由 1A=bh 及 0011πr R rA39。= = mmRrbA RrbAh 39。221001 ??? ????? ? 圓整，取 h= 校核噴嘴的生產(chǎn)能力，因為 d0和 h經(jīng)圓整后，影響 DC