畢業設計-噴霧干燥器設計說明書(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 小，蒸發強度高，真正實現了小設備大生產（一臺直徑為 500mm 的噴霧流化干燥器的生產能力可與一臺直徑為 2021mm，高為10000mm 的噴霧干燥器相當）； （ 2）噴霧流化干燥器與噴霧干燥造粒和流化造粒相比，所得產品顆粒均勻，粒徑較大，控制操作條件能生產出直徑為 ～ 的顆粒，如果增加回粉裝置， 成粒率大約在 90%左右； （ 3）噴霧流化干燥器熱效率高，一般在 60%以上； （ 4）流化床床層溫度比較低，而且溫度相 對穩定，適用熱敏性物料的干燥； （ 5）所得顆粒狀產品的潤濕性、溶解性都很好，粉塵少、無污染； （ 6）產品的密度達到 ，具有良好的流動性，節約包裝材料。 目前，在眾多的干燥設備中，噴霧干燥器是應用較廣的干燥器之一，是處理溶液、懸浮液或泥漿狀物料的干燥設備。能從液體直接干燥成粉體，這是噴霧干燥器的最大優點；熱效率低、體積龐大、生產能力低、投資高是它的缺點。噴霧干燥因其可直接由溶液或懸浮體制得成分均勻的粉狀產品的特殊優點，目前在化工、輕工、食品等行業中有廣泛的應用，化學工業中以染料行業應用最為廣泛 。 離心式噴霧干燥是噴霧干燥的一種，其優點是操作簡單，其料液通道面積大，不易堵塞，而且動力消耗小，較氣流式耗能低大約 48倍。但其也有缺點是結構比較復雜，需要有傳動裝置（例如用氣體透平盤帶動、齒輪帶動、皮帶傳動及電機直接帶動），液體分布裝置和霧化輪，對加工制造要求高。噴霧干燥的產品為細粒子，為了適應環境保護的要求，噴霧干燥系統只用旋風分離器分離產品、凈化尾氣還是不夠的，一般還要用袋式除塵器凈化。使尾氣中的含塵量低于 50mg/N﹒ m3氣體，或用濕式洗滌器，可將尾氣含塵量降到 15～ 35mg/N﹒ m3氣體。一般采取該方法來對牛奶進行干燥。 乳制品干燥最廣泛應用的技術是噴霧干燥。在不考慮能耗高的前提下 ,噴霧干燥是最常用的方法 ,因為這一過程減少了對粉末產品的熱效應。據統計 ,世界上超過 95%的奶粉是用噴霧干燥方法制造的 ,由于不進行強烈的熱處理 ,并且允許產品在常溫條件下貯存 ,因此噴霧干燥可以有效保持制造過程的溫度。 牛奶在干燥過程中很容易損失其營養成分，干燥溫度過高，干燥時間過長，牛奶粉末會變黃，口干也會變差。故我們選擇噴霧干燥，因為該干燥方法溫度低，天津科技大學 2021 屆本科生畢業設計 9 時間短，但噴霧干燥主要用來干燥液狀物料，容積傳熱系數較低（ 83～ 418 kJ m3 h1 K1），所用設備體積大，而且熱效率不高。而流態化干燥主要用于固態顆粒的干燥，其熱容量系數較大（ 8000～ 25000 kJ m3 h1 K1）。將這兩種干燥器組合起來干燥液狀物料，和單純利用噴霧干燥相比，在相同處理量的情況下，噴霧流化床組合干燥減小了噴霧干燥塔的尺寸，節約了操作空間；產品質量較好。噴霧干燥和流化床干燥的組合在食品、醫藥和輕工產品干燥中均有應用。如奶粉的干燥，微囊化粉末酒的生產等。其組合形式有二級干燥，也有三級干燥。它由一個噴霧干燥器和一個振動流化床干燥器組成。采用 此操作時，可適當提到進氣溫度，降低排氣溫度，以降低能耗并保證質量。 第三節 牛奶的噴霧干燥法 愛爾蘭工業發展局的 McKeon 于 1985 年得出結論：在歐洲和北美，脫水食品的消費呈下降趨勢，而在其他地方則呈上升趨勢。 10年后此情形依舊相似。 McKeon指出，冰箱擁有率的上升導致發達國家市場上許多脫水食品需求的萎縮。然而包括代肉品、早餐谷物制品和果汁等在內的 — 大類產品仍處快于速增長階段。但是，在世界范圍內脫水食品仍然占重要的地位。需要大規模的干燥操作的谷物和奶粉在國際貿易上的量相當大。如目前（ 1997）新西蘭正在建 立一個生產能力為 20t／ h 的奶粉生產廠。 牛奶在干燥過程中很容易損失其營養成分，干燥溫度過高，干燥時間過長，牛奶粉末會變黃，口干也會變差。故我們選擇噴霧干燥，因為該干燥方法溫度低，時間短，但噴霧干燥主要用來干燥液狀物料，容積傳熱系數較低（ 83～ 418 kJ m3 h1 K1），所用設備體積大，而且熱效率不高。而流態化干燥主要用于固態顆粒的干燥，其熱容量系數較大（ 8000～ 25000 kJ m3 h1 K1）。將這兩種干燥器組合起來干燥液狀物料，和單純利用噴霧干燥相比，在相同處理量的情況下，噴霧流 化床組合干燥減小了噴霧干燥塔的尺寸，節約了操作空間；產品質量較好。噴霧干燥和流化床干燥的組合在食品、醫藥和輕工產品干燥中均有應用。如奶粉的干燥，微囊化粉末酒的生產等。其組合形式有二級干燥，也有三級干燥。它由一個噴霧干燥器和一個振動流化床干燥器組成。采用此操作時，可適當提到進氣溫度，降低排氣溫度，以降低能耗并保證質量。 乳液的霧化裝置選擇轉盤式，這是一種饒對稱軸旋轉的葉輪。料液在靠近中心的位置進入轉盤，在離心力的作用下加速流經葉片到達輪緣。轉盤的圓周速度為 100200m/s。葉片呈輻射狀矩形。它有彎曲的葉片 ，能借助離心力的作用去除料液中氣泡。用這種轉盤生產的乳粉比用徑向直葉片轉盤生產的乳粉所夾雜的空氣量要少，而散堆密度大。轉盤式霧化器在運行前要檢查轉盤上方罩殼與轉盤天津科技大學 2021 屆本科生畢業設計 10 的距離要盡量小（一般 2mm），以免從間隙中抽入空氣面產生吸頂（或稱泵吸）作用，導致乳粉積聚到塔頂而焦化。轉盤式霧化器用的供料泵是用帶調速電機的單螺桿泵或離心泵。還有，最好將乳液預熱到 6080 進行噴霧，以降低乳液粘度，從而可以提高進料濃度，以提高生產能力和經濟效益，并且能提高乳粉的質量。為避免因受熱面加速老化增稠面使粘度增加，乳液的預熱應在噴霧之前 進行。推薦用的加熱器型式有盤管式或刮壁式加熱器。 乳品干燥的目的是制品的保存期延長，重量減輕，便于運輸和使用。經工業化處理的乳品：全脂乳粉、脫脂乳粉、乳清粉、富脂乳粉、豆乳粉、奶茶粉、冰淇淋粉和奶油等。在這些乳制品中有加糖和不加糖的不同品種，并可制成速溶或普通品種。由于乳制品的營養價值和口感好，已日益為人們所重視，故乳制品的加工技術和生產規模發展很快，使加工后的乳制品復溶性好、營養組成保存全面、成本降低。在眾多的乳制品加工中，主要采用的是噴霧干燥法。它經歷了臥箱式噴霧干燥，單塔立式噴霧干燥和噴霧 多級干燥法 。目前我國的乳品工業已有多家工廠采用多級干燥生產乳粉，取得了很好的效果。 離心式噴霧干燥是噴霧干燥的一種，其優點是操作簡單，其料液通道面積大，不易堵塞，而且動力消耗小，較氣流式耗能低大約 48 倍。但其也有缺點是結構比較復雜，需要有傳動裝置（例如用氣體透平盤帶動、齒輪帶動、皮帶傳動及電機直接帶動），液體分布裝置和霧化輪，對加工制造要求高。噴霧干燥的產品為細粒子，為了適應環境保護的要求，噴霧干燥系統只用旋風分離器分離產品、凈化尾氣還是不夠的，一般還要用袋式除塵器凈化。使尾氣中的含塵量低于 50mg/N﹒ m3氣體， 或用濕式洗滌器，可將尾氣含塵量降到 15～ 35mg/N﹒ m3氣體。一般采取該方法來對牛奶進行干燥。 天津科技大學 2021 屆本科生畢業設計 11 第二章 設計計算 第一節 設計題目及工藝條件 本次設計的任務是設計處理量為 1500kg/h 的牛奶二級組合干燥系統中的噴霧干燥器。主要工藝條件數據如下： 處理物料：牛奶 初始濕含量： W0=48%（濕基） 噴霧干燥后牛奶的濕含量： W=7% 牛乳的初始溫度； Tm0=50℃ 進氣溫度： Tg0=180℃ 出氣溫度： T=80℃ 干粉的溫度比出口氣體溫度低 10℃為： 70℃ 空氣初溫： t0=11℃ 牛奶濃縮溫度： 40℃ 大氣壓： 空氣的相對濕度： 0? =70% 牛奶比熱： C 牛奶 =℃ = =℃ 奶粉的比熱： C 奶粉 =℃ = =℃ 第二節 工藝計算 一、 物料衡算 (一 ) 干粉產量 12121 0 0 1 0 01 0 0 1 0 0c WWG G G???? （ 21） Gc—— 濕物料中絕對干燥物料量（ kg/h） G1—— 進入干燥器的原料液質量 1500kg/h G2—— 干粉產品量（ kg/h） W1—— 濕物料濕含量 48% W2—— 牛奶濕含量 7% 所以： 121 2100100 WGG W???? 1500 710048100?? =（二） 水分蒸發量 W=G1G2==天津科技大學 2021 屆本科生畢業設計 12 （三） 空氣用量 11℃水的飽和蒸汽壓 PS為 ,即 PS= 《化工工程手冊 — 第 16篇 — 干燥》第 69頁表 31 （四） 初始空氣濕度 sosoo pp pH ????? （《化工工程手冊 — 第 16篇 — 干燥》第 68頁） （ 22） o? —— 空氣相對濕度 70% 濕度： ?? ???oH=濕比熱容：)/( 0 5 CkgkJHCC OHH O ????????? 焓： kgkJHtHI OOO /4 3 0 5 4 9 2110 2 4 9 2)( ???????? （五） 進口空氣濕度 空氣加熱過程中濕含量不變 即： kgkgHH /0 0 5 ?? kgkJHtCI H / 111 1 ??????? （六） 出口空氣濕度 121 2 2 1()Hrt t H HC? ? ?（《化工原理下冊》第 208頁） （ 23） 得： H2=2 2 2 2(1 .0 1 1 .8 8 ) 2 4 9 2I H t H? ? ? （ 24） )( ??????? kgkJ/ （七） 空氣用 量 hkgHH WL / 402 ?????? （八） 實際空氣用量 ? ? ? ? hkgHLL / 440 ???????實 （九） 風量計算 熱風進風濕比容 ? ?? ? 2 7 3/2 7 32 4 7 111 tHV H ??? （出自《化工原理》下冊第 203頁） （ 25） 天津科技大學 2021 屆本科生畢業設計 13 ? ?? ? kgm / 7 3/1 8 02 7 30 0 5 4 7 3????? 出風濕比容 ? ?? ? 273/ 222 tHV H ??? ? ?? ? kgm /????? 進風體積 hmVLV H / 7 3441 1 ??????? 出風體積 hmVLV H / 7 3442 2 ??????? 二、 熱量衡算 加熱器加熱量 ? ? ? ? hkJIILQ P / 6401 ???????? （出自《化工原理》下冊第 213 頁） （ 26） 干燥器熱損失： ? ? ? ? 1112202 mcmmmdPL tWttCGIILQ ??????? ? ? ? ?hkJ / 546????? ?????????? 表 熱量衡算 輸入熱量 輸出熱量 空氣 105 106 物料 105 105 qp 105 qL 105 105 105 相等 天津科技大學 2021 屆本科生畢業設計 14 第三章 結構設計 第一節 霧化器的選擇 離心式霧化器是離心噴霧干燥機的關鍵部件，它的轉速低，振動大小及轉速穩定性都直接影響霧化效果及干燥物的質量，霧化器可采用齒輪傳動或用皮帶轉動或用電機直接驅動。齒輪傳動或皮帶轉動的霧化器耗能大，轉速不穩定，霧滴不均勻，齒輪傳動振動大，易磨損，尤其在高速時能耗大幅度增加。電動噴頭是新型的離心式霧化器，可解決以上問題，并可以無級調速，改善粘壁現象調節干燥物粒度大小。 本設計中離心霧化器選用林州干燥 設備廠生產的 RW2T 型高速離心霧化器。功率 ~22KW，轉速 11000~15000r/min，額定電壓 380V，噴液量 200~3000kg/h，噴霧盤直徑 210mm，傳動方式兩極斜齒輪，圓周轉速 125~165m/s。冷卻方式為風冷，水冷（《噴霧干燥》第 125頁）。 第二節 塔徑的計算 離心霧化器噴霧矩半徑計算 公式 0. 3 0. 25 0. 1699 0. 9( ) 6R D G n ?? （《噴霧干燥》第 234頁） （ 31） D—— 噴霧盤直徑（ m） G—— 噴霧量（ kg/h） n—— 轉速（ r/min） D= G=1500kg/h n=15000r/min ? ? mR 5 0 0 ????? ? 這是霧滴由干燥器中線沿徑向運動的半徑距離，因而干燥 器的直徑 99( ~ )DR?塔 （《噴霧干燥》第 234 頁） （