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《化工原理课程设计》--喷雾干燥设计

《化工原理课程设计》--喷雾干燥设计化工原理课程论文(设计)授课时间:2013——2014年度第一学期题目:喷雾干燥课程名称:化工原理课程设计 __ 专业年级: _ 学号:______ _____ 姓名:_______ _ _______ 成绩:________________________ 指导教师: _____ __年月日化工原理课程设计任务书姓名学号一、设计题目喷雾干燥系统设计二、设计条件1、物系:牛奶2、原料含水率:45 % (①45;②50;③55)3、生产率(原料量):0.5 t / h (①0.3;②0.5;③0.7)4、产品(乳粉)含水量:2 %5、加热蒸汽压力:700 KPa (绝压)6、车间空气温度:20 ℃7、车间空气湿度:0.012 kg / kg (①0.012;②0.014;③0.016)8、预热后进入干燥室的空气温度:150 ℃9、离开干燥室的废气温度:80 ℃10、离开干燥室的废气湿度:0.12 kg / kg三、设计内容1、计算所需过滤面积,选择新鲜空气过滤器和废气除尘器的型号。

2、计算所需空气流量和风压,选择进风机和排风机的型号。

3、计算所需换热面积,选择换热器(预热器)的型号。

4、画出整个喷雾干燥系统设备布置的流程图(设备可用方框加文字表示)。

四、编写设计说明书喷雾干燥系统设计1.喷雾干燥的简介喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴,并用热气体(空气、氮气或过热水蒸气)干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。

原料液可以是溶液、悬浮液或乳浊液,也可以是熔融液或膏糊液。

根据干燥产品的要求,可以制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状[1]。

喷雾干燥有以下优缺点[1]:优点:①物聊干燥所需的时间很短,通常只要15-30秒,甚至只要几秒.②容易改变操作条件以调节或控制产品的质量指标,例如粒度分布、最终湿含量等。

③根据工艺上的要求,产品可制成粉末状、空心球状或疏松团粒状,通常不需要粉碎即得成品,而且能在水中迅速溶解,例如殊荣脱脂奶粉、速溶咖啡等。

④简化了工艺流程。

缺点:①容积给热系数较小,对于不能用高温在热体干燥的物料,所用设备就显得庞大了一些。

而在低温操作时,空气消耗量大,因而动力消耗量也随之增大。

②对气—固混合物的分离要求较高。

对于很细的粉末状产品,要选择可靠的气固分离装置,以免产品的损失和对周围环境的污染。

因此分离装置比较复杂1.1喷雾干燥的原理[2]喷雾干燥是一种悬浮粒子加工技术。

将流体物料通过雾化器的作用,形成细微的液滴,使液滴与高温空气接触,水分迅速蒸发从而成为粉末状产品。

1.2喷雾干燥工艺流程及其流程图[2]⑴喷雾干燥工艺流程包括四个阶段:①雾化;②料物与空气接触(混合流动);③料物干燥(水分及挥发性物质蒸发);④干粉制品从空气中分离。

⑵喷雾干燥的流程图图1:喷雾干燥流程图2.喷雾干燥系统设计方案的确定2.1空气用量计算[1]:原料奶含水率%451=W;产品奶粉含水率22%W=;进入干燥塔的物料量1110.5500G t h kg h--=⋅=⋅。

备水分蒸发量W:()12211.39.2192100)245(500100-=--⨯=--⨯hkgWWWG气湿含量:;.012.01-=kgkgX因为空气经预热器温度保持不变,热空气湿含量:11.012.0-==kgkgXX废空气湿含量:120.12X kg kg-=⋅绝干空气消耗量L:112.39.2031012.012.039.219-=-=-=hkgXXWL但是,实际空气用量要比计算值多10%~25%[],所以:10.10.233615.139.2031%)151(-=⨯=+⨯=h kg L L 实13067.1938205.110.2336-===h m L V ρ实实 (20℃时, 查表得,此时空气密度30 1.205kg m ρ=⋅)离开干燥室的废弃温度:280T =℃,查表得32 1.000kg m ρ=⋅离开干燥室空气量2L :122.16.227512.039.203139.2031-=⨯+=+=h kg LX L L废气体积2V :1322216.2215000.116.2275-===h m L V ρ 2.2空气过滤器选型[5] 过滤面积计算公式:L A m= 式中,A ——滤层的面积,2m ;L ——通过滤层的空气量,3mM ——滤层的过滤强度,32m m ,一般取m =4000~800032m m 为宜。

设取m =500032m m ,由2.1,可知L =V 实=2336.103m 。

所以代入数据得过滤面积A =0.4672m 。

空气过滤器选型为AF30-N02D-2-X21492.3废弃除尘器选型由2.1,知废气量为13216.2215-=h m V 过滤面积计算:v F q = 式中,F ——布袋的过滤总面积,2mv ——通过布袋过滤器的空气量,31m h -⋅q ——布袋的单位面积负荷,321m m h --⋅⋅;q 值为140~200 321m m h --⋅⋅;取q =150321m m h --⋅⋅代入上式,得F =14.772m 。

实际过滤面积 272.1777.142.1%201m F F =⨯=+=)(实根据过滤F 实面积,查得MC24-1型脉冲袋式除尘器与之相近[4],可以选用此除尘器,其参数如下:3加热器[4]基于设计基本要求的条件,车间温度t 0=20℃;热空气温度t 1=150℃;所以15020852t +=平均=℃,根据平均温度查表可得, 定比热熔C p1=1.022kJ/(kg ·℃) ,热导率λ1=3.087×10-2 W ·m -1·℃-1,密度ρ=0.986kg/m 3,,粘度μ1=2.13×10-5 Pa ·s ;由2.1可知,新鲜空气用量11.10.2336-=h kg m s ;已知加热蒸汽在700kPa (绝压)下处理,查附录6得此时温度T 1=164.7℃,32 3.666 kg m ρ-=⋅假设用于加热的蒸汽处理量:m s2=2000kg/h ,4.计算热流量及平均温差[6]4.1.按空气加热所需来计算换热器的热流量150111.1010.3)20150(022.110.2336)(-⨯=-⨯⨯=-=h kJ t t c m Q p s =86215w计算平均温差,m t ∆逆:21,21)()(164.720)(164.7150)57164.720ln ln 164.7150m T t T t t T t T t ------∆==----逆(=℃查书[6],得气体和气体间进行换热是的K 值大致为12~35 12--⋅⋅K m W ,先取K 值为20 12--⋅⋅K m W ,则所需传热面积为:263.75572086215m t K Q A m =⨯=∆⋅= 4.2初步选定换热器的型号在决定管数和管长时,要先选定管内流速i u 。

空气在管内流速范围为5~301m s -⋅,设取i u =251m s -⋅。

设所需单程管数为n ,φ25mm ×2.5的管内径为0.02m ,则管内流量:13227.2369986.010.2336360002.04-===⨯⨯⨯=h m L u n v i i ρπ实解得,n=84根。

又有传热面积 A =75.63m 2可求得单程管长l ’:m l 60.11025.08363.75'=⨯⨯=π 若选用4.5m 长的管,2管程,则一台换热器的总管数为4.5×84=378 根。

查《化工原理》附录十九得相近浮头式换热器的主要参数,见表2-1每程的管数1n :11982pn n N =总管数==99管程数,管程流通面积iS :2221(0.02)990.031144i S d n m ππ=⋅⋅=⨯⨯=,由表2-1,查得的0.03112m 很符合。

传热面积A:29.695.4198025.0mnl d A =⨯⨯⨯==ππ,比查得的68.2m 2稍大,这是由于管长的一小部分需用于在管板上固定管子。

应以查得的68.2m 2为准。

中心排管数c n ,查得的c n =11似乎太小;现未知浮式6管程的具体排管方式,暂存疑。

以下按式:16.74c n ==,取整c n =17。

4.3 阻力损失计算4.3.1 管程[6]流速i u : 1.16.210311.0360027.23693600-===s m S v u i i i雷诺数Re :45-1111101.961013.2986.016.12020.0Re ⨯=⨯⨯⨯==μρi u d摩擦系数:取钢管绝对粗糙度ε=0.1mm ,得相对粗糙度0.1200.005i d ε==;根据Re =41096.1⨯,查图,得i λ=0.035管内阻力损失:Pau d l p i i 1738)2986.016.21(02.05.4035.0)2(2121=⨯⨯==∆ρλ回弯阻力损失:Pa u p i r 74.220)2986.016.21(121212=⨯⨯=⨯=ρ管程总损失:PaN N F p p p p s r r i t 47.548420.14.1)74.2201738()(=⨯⨯⨯+=∆+∆=∆4.3.2 壳程取折流挡板间距h =0.2m 计算截面积0S :200035.0)025.0176.0(2.0)(m d n D h S c =⨯-⨯=-⨯=计算流速2u :122203600200036004.333.6660.035s m u m s S ρ-===⋅⨯⨯雷诺数2Re :42222520.025 4.33 3.666Re 2.92101.3610d u ρμ-⨯⨯===⨯⨯ 由于2Re 500>,摩擦系数0f :()00.2280.288425.0 5.00.48Re 2.9210f ===⨯折流挡板数B N :5.2112.05.41=-=-=h l N B 取N B =22 管束损失1p ∆:Pau N n Ff p B c o 99.2579)233.4666.3)(122(1748.04.0)2)(1(22201=⨯+⨯⨯⨯=+=∆ρ 缺口损失:Pau D h N p B 19.2142)233.4666.3)(6.02.025.3(22)2)(25.3(22222=⨯⨯-⨯=-=∆ρ壳程损失s p ∆:PaN F p p p S S S 18.47220.10.1)19.214299.2579()(21=⨯⨯+=∆+∆=∆核算下来,管程及壳程的阻力损失都不从多10kPa ,又都不小于1kPa 。

故适用。

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