喷雾干燥器的设计一、 概述(一) 喷雾干燥的原理喷雾干燥是将溶液、浆液或悬浮液在热风中喷雾成细小液滴，液滴在下降过程中，水分被迅速汽化而达到干燥目的，从而获得粉末或颗粒状的产品。
物料的干燥过程分为等速阶段和降速阶段。
在等速阶段，水分通过颗粒的扩散速率大于汽化速率，水分汽化是在液滴表面发生，等速阶段又称为表面汽化控制阶段。
当水分通过颗粒的扩散速率降低而不能维持颗粒表面的充分润湿时，汽化速率开始减慢，干燥进入降速阶段，降速阶段又称为内部迁移控制阶段。
(二) 喷雾干燥的特点1. 喷雾干燥的优点主要是：（1） 干燥速度快。
（2） 产品具有良好的分散性和溶解性。
（3） 生产过程简化，操作控制方便。
（4） 产品纯度高，生产环境好。
（5）适宜于连续化大规模生产。
2. 喷雾干燥的缺点有：（1） 低温操作时，传质速率较低，热效率较低，空气消耗量大，动力消耗也随之增大。
（2） 从废气中回收粉尘的设备投资大。
（3） 干燥膏糊状物料时，干燥设备的负荷较大。
二、 工艺设计条件干燥物料为悬浮液，干燥介质为空气，热源为蒸汽和电；雾化器采用旋转型压力式喷嘴，选用热风——雾滴并流向下的操作方式。
具体工艺参数如下：料液处理量 h kg G /3301= 料液含水量 %801=w （湿基）； 产品含水量 %22=w （湿基） 料液密度 31/1100m kg =ρ；产品密度 32/900m kg =ρ热风入塔温度 ℃t 3001=； 热风出塔温度 ℃t 1002= 料液入塔温度 ℃201=θ；产品出塔温度 ℃902=θ 产品平均粒径 m d μ1252=；产品比热容 )/(5.22℃kg kJ c ⋅= 加热蒸汽压力（表压） MPa 4.0；料液雾化压力（表压） MPa 4年平均温度 12℃；年平均相对湿度 70%三、 干燥装置流程干燥装置采用开放式流程。
热风在系统中使用一次，经袋滤器除尘后，就排入大气中，不再循环使用。
四、 工艺流程图1——料液贮罐 2——料液过滤器 3——截止阀 4——隔膜泵 5——稳压罐 6——空气过滤器 7——鼓风机 8——翅片式加热器 9——电加热器 10——干燥塔 11——星形卸料阀 12——旋风分离器 13——雾化器 14——袋滤器 15——碟阀 16——引风机 17——消音器图1 喷雾干燥装置工艺流程示意图五、 工艺设计计算(一) 物料衡算1. 绝干物料流量Gh kg w G G /66%)801(330)1(11=-=-=2. 产品产量2Gh kg w w G G /3.67%21%)801(3301)1(2112=--=--=3. 水分蒸发量Wh kg G G W /7.2623.6733021=-=-=(二) 热量衡算1. 物料升温所需热量m q()()水kg kJ W c G q m /8.447.26220905.23.671222=-⨯=-=θθ2. 汽化kg 1水的热损失l qWtF q q ∆=α11按经验公式计算w t ，21.04.33+=αα气的传热系数—干燥塔表面对周围空—℃t ，t w w 40——=取干燥塔外表面温度()h ℃m kJ ⋅⋅=⨯+=2/8.414021.04.33α230——m F ，F =取干燥塔散热面积室温壁温-∆——t ，℃t 281240=-=∆ 水kg kJ W t F q /6.1337.26228308.411=⨯⨯=∆=α3. 干燥塔出口空气的湿度2H根据热量衡算()()水kg kJ c q q H H I I H H I I w m l /7.9420187.48.446.1331111212-=⨯++-=++-=--=--θ即7.9411-=--H H I I ，为一直线方程根据给出的工艺设计条件，℃t 120=，%70=ϕ，由湿空气的H-I 图查出，绝干气水kg kg H H /006.001==。
当℃t 3001=时，由湿空气的H-I 图查出，绝干气kg kJ I /3201=。
任取绝干气水kg kg H /05.0=，则()绝干气kg kJ I /8.315320006.005.07.94=+-⨯-=连结点()绝干气绝干气水kg kJ ，Ikg kg H A /320/006.011==和点()绝干气绝干气水kg kJ ，I kg kg H B /8.315/05.0==，并延长与℃t 1002=线相交于点D ，点D 就是出口空气状态点。
由H-I 图查出，。
kg kg H 绝干气水/073.02=t=125℃t=100℃I 1=320kJ/kg 绝干气t w =54℃t 1=300℃CBDAIH0.0730.0630.050.006H 2Hc H 1图2 2H 求解过程示意图4. 空气消耗量绝干空气的消耗量为h kg H H W L /3921006.0073.07.26212=-=-=实际空气消耗量为()()h kg H L L /3944006.0139211'0=+⨯=+=(三) 雾滴干燥所需时间1. 雾滴临界含水量C X物料在干燥塔进出口处的干基含水量分别为绝干料水kg kg w w X /4%801%801111=-=-=绝干料水kg kg w w X /020.0%21%21222=-=-=63.041020.01900110011313112211=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⨯=X X d d c ρρ初始液滴滴径液滴临界滴径——125——12d md ，d d cc μ==即在恒速干燥阶段液滴体积收缩了37%液滴在恒速干燥阶段由于收缩而减小的体积为()[]675.063.06333d d dππ=-除去的水分质量为`w d ρπ⋅675.03剩余的水分质量为()w d ρρπ75.080.0613-临界含水量为()绝干料水kg kg d d X w w c /59.0110020.0100075.0420.075.0420.0675.080.0611313=⨯⨯-=-=⨯-=ρρρπρρπ2. 初始滴径1d由63.01=d d cm d d c μ19863.012563.01===3. 汽化潜热r热空气入塔温度℃t 3001=，湿度绝干气kg kg H /006.01=，由湿空气H-I 图查出，热空气入塔状态下的湿球温度℃t w 54=，查手册得水在℃54的汽化潜热kg kJ r /2369=。
4. 导热系数λ平均气膜温度为 ℃77210054=+查手册得空气在77℃下的导热系数)/(1035℃m kW ⋅⨯=-λ5. 恒速阶段物料表面温度即空气的绝热饱和温度as t ，可以取空气入塔状态下的湿球温度w t℃t t w as 54==6. 空气临界温度c t恒速阶段的水分蒸发量为()()h kg X X G W c /1.22559.046611=-=-=空气的临界湿度为绝干气水kg kg L W H H c /063.039211.225006.010=+=+= 在H-I 图中，过c H 作垂线，与AD 交于点C ，点C 温度即为空气临界温度c t ，由H-I 查出℃t c 125=7. 雾滴在恒速阶段的干燥时间1τ恒速阶段热空气与液滴的温度变化空气：℃℃125300→ 液滴：℃℃5420→ 平均推动力为()()℃t 3.1525412520300ln 54125203001=-----=∆()()()[]s t d d r c68.13.152********.11098.111002369852424122111=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=∆-=---λρτ8. 雾滴在降速阶段的干燥时间2τ降速阶段热空气与物料的温度变化空气：℃℃100125→ 物料：℃℃9054→ 平均推动力为()()℃t 1.319010054125ln 90100541252=-----=∆()()()s t X X rd c c 70.11.3110312020.059.09001025.123691252422222=⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=∆-=--λρτ 9. 雾滴干燥所需时间τs 38.370.168.121=+=+=τττ(四) 压力喷嘴主要尺寸的确定1. 雾化角θ为了了使塔径不致过大，根据经验，选取︒=49θ。
2. 流量系数0C︒=49θ，由'A 与θ的关联图查出，喷嘴结构参数0.1'=A 。
0.1'=A ，由0'C A 与的关联图查出，流量系数45.00=C 。
3. 喷嘴孔径0d由12ρpC F Q ∆⋅=66101017.21100104245.0360011003302-⨯=⨯⨯⨯⨯=∆=ρp C Q F 由204d F π=m Fd 3601066.114.31017.244--⨯=⨯⨯==π 圆整，取mm d 20=。
4. 喷嘴旋转室尺寸喷嘴孔半径取1mm ，即mm r 10=选用矩形切向通道，切身通道宽度取1.2mm ，即mm b 2.1=旋转室直径为10mm ，则半径mm R 5=mm b R R 4.422.1521=-=-= 由bh A 21=及0.1'110==R r A Rr A π mm R r bA R r b A h 12.34.410.12.125114.3'221001=⨯⨯⨯⨯===π 圆整，取mm h 0.3=5. 核算喷嘴的生产能力h d 和0经圆整后04.14.410.32.125114.32'100=⨯⨯⨯⨯==R r bhRr A π 与原0.1'=A 很接近，不必复算，可以满足设计要求。
6. 空气心半径C r18.20.32.125114.320=⨯⨯⨯⨯==bhRr A π18.2=A ，由A 与α的关联图查出，47.0=α由221r r c -=αmm r r c 73.047.01110=-⨯=-=α7. 喷嘴出口处液膜速度0u 及其分速度x u 、y u()()s m r r Qu c /8.5600073.0001.014.336001100330222200=-⨯⨯=-=π液膜与轴线成2θ角喷出，u 可分解成径向速度x u 和轴向速度y u s m u u x /6.23249sin 8.562sin 0=︒⨯=⋅=θs m u u y /7.51249cos 8.562cos 0=︒⨯=⋅=θ图3 离心型压力式雾化器结构示意图表1 压力喷嘴主要尺寸单位：mmθ0dc r喷嘴旋转室尺寸0rbR1Rh49 °20.7311.254.43.0(五) 干燥塔主要尺寸的确定1. 塔径塔内空气的平均温度为℃t 2002100300=+=由手册查出，在200℃下，空气的动力粘度为s mPa a ⋅=026.0μ，空气的密度为3/75.0m kg a =ρ。