喷雾干燥器及其流程图1.docx
《喷雾干燥器及其流程图1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《喷雾干燥器及其流程图1.docx（28页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
喷雾干燥器及其流程图1
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
G1
330kg/h
料液含水量
w1
80%（湿基）;
产品含水量
w22%（湿基）
料液密度
3
11100kg/m；
产品密度
3
29OOkg/m
热风入塔温度
t1
3O0C；
热风出塔温度
t21OOC
料液入塔温度
1
20C；
产品出塔温度
29OC
产品平均粒径
d2
125m；
产品比热容
c22.5kJ/（kgC）
加热蒸汽压力（
表压）
O.4MPa；
料液雾化压力（
表压）4MPa
年平均温度
12C;
年平均相对湿度7O%
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
料液贮罐2——料液过滤器
3――截止阀4――隔膜泵5――稳压罐
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
（-
物料衡算
1.
绝干物料流量G
G
G1（1
W1）
330（1
80%）
66kg/h
2.
产品产量G2
G2
G1（1
1
W1）
w2
330（1
1
80%）
2%
67.3kg/h
3.
水分蒸发量W
W
G1
G2
33067.3262.7kg/h
（二）
热量衡算
1.物料升温所需热量qm
G2C221
qm—W—
67.32.59020
262.7
44.8kJ/kg水
2.汽化1kg水的热损失qi
q_!
按经验公式q1
干燥塔表面对周围空
气的传热系数，
33.40.21tw
tw——干燥塔外表面温度
取tw4QC
33.4
0.214041.8kJ/m
F——干燥塔散热面积，
取F30mI2
t壁温室温，t
Ft
W
qi
40122C
j4183028133.6kJ/kg水
262.7
3.干燥塔出口空气的湿度H2
根据热量衡算
I2I1
H2H1
II1
代qm
Cw
133.644.84.187
20
94.7kJ/kg水
HH1
94.7，为一直线方程
根据给出的工艺设计条件，
t0
12C
70%，由湿空气的
H-I
图查出，
H1H00.006kg水/kg绝干气
。
当ti
30CC时，由湿空气的
H-I
图查出，
I1320kJ/kg绝干气。
任取H
0.05kg水/kg绝干气，则
h=320kJ/kg绝干气
tw=54C
t1=300C
A
t=125C
t=100C
H1
0.006
0.05
HeH2
0.0730.063
H
H2求解过程示意图
4.空气消耗量
绝干空气的消耗量为
262.7
H2H1
0.073
3921kg/h
0.006
实际空气消耗量为
L'
L1H039211
0.0063944kg/h
（三）雾滴干燥所需时间
1.雾滴临界含水量Xc
物料在干燥塔进出口处的干基含水量分别为
X1
W~|
1W-i
80%
180%
4kg水/kg绝干料
X2
w2
w2
2%
2%
0.020kg水/kg绝干料
de
d1
X2
1X1
1100
900
0.63
14
dc液滴临界滴径，dcd2125m
di初始液滴滴径
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
3
0.63d
0.75普
除去的水分质量为'
0.75空
剩余的水分质量为
d3
0.80
0.75w
临界含水量为
Xc
d3
——0.80i0.75w6
d3
0.20
0.75
0.20
40.75i000
0.20ii00
0.59kg水/kg绝干料
2.
初始滴径
di
由鱼0.63di
dc
125
0.63
0.63
198m
3.汽化潜热
热空气入塔温度
ti30OC
，湿度
Hi
0.006kg/kg绝干气，由湿空气H-I图查出,
热空气入塔状态下的湿球温度tw54C,查手册得水在54C的汽化潜热r2369kJ/kg。
4.导热系数
平均气膜温度为54i0077C
2
查手册得空气在77C下的导热系数3i05kW/（mC）
5.恒速阶段物料表面温度
即空气的绝热饱和温度tas，可以取空气入塔状态下的湿球温度tw
tastw54C
6.
te,由H-I
空气临界温度tc
恒速阶段的水分蒸发量为
W1
GX1
Xe
664
0.59225.1kg/h
空气的临界湿度为
He
H0
W1
L
0.006
225.1
3921
0.063kg水/kg绝干气
在H-I图中，过Hc作垂线，与
AD交于点C,点C温度即为空气临界温度
查出
tc125C
7.雾滴在恒速阶段的干燥时间!
恒速阶段热空气与液滴的温度变化
空气：
3O0C125C
液滴：
20C54C
平均推动力为
ti
3002012554
30020In
12554
152.3C
.224242
r1d1de236911001.98101.2510
8t183105152.3
1.68s
8.雾滴在降速阶段的干燥时间2
降速阶段热空气与物料的温度变化
空气：
125C100C
物料：
54C9C
平均推动力为
t2
1255410090
12554In
10090
31.C
rd/2XeX2
12t2
42
23691.251049000.590.020
5
1231031.1
1.70s
9.雾滴干燥所需时间
121.681.703.38s
（四）压力喷嘴主要尺寸的确定
1.雾化角
为了了使塔径不致过大，根据经验，选取
49。
2.
流量系数C。
49，由与A'的关联图查出，喷嘴结构参数A'1.0。
3.
1.0，由A'与Co的关联图查出，流量系数Co
0.45。
喷嘴孔径d。
FC°2P
Q
C
0.45
\1100
330
110036002仃
24106.
106
評2
圆整，取d0
f4Fj42.17106
d°
3.14
1.6610
2mm。
4.喷嘴旋转室尺寸
喷嘴孔半径取1mm，即r01mm
选用矩形切向通道，切身通道宽度取1.2mm，即b
旋转室直径为
b
R1R-
2
10mm，则半径R5mm
1.2—4.4mm2
1.2mm
r°R
由A12bh及A'
A
U11.0
h2b
Ar°Rr°
2bA'R
3.14
J
21.21.0，4.4
13.12mm
圆整，取h3.0mm
5.核算喷嘴的生产能力
d0和h经圆整后
r0
2bh\R1
A'r0R
3・141511.04
21.23.0「4.4
与原A'1.0很接近，不必复算，可以满足设计要求。
6.空气心半径rc
2.18
r°R3.1415
2bh21.23.0
A2.18,由与A的关联图查出，0.47
2
「0
「C「0..1
1.10.470.73mm
7.喷嘴出口处液膜速度U0及其分速度Ux、Uy
U0
330
11003600
22
3.140.0010.00073
56.8m/s
液膜与轴线成一角喷出,
2
Ux
49
U0
sin—
56.8
sin
2
2
56.8
49
U0
cos-
cos
2
2
U可分解成径向速度Ux和轴向速度Uy
23.6m/s
51.7m/s
Uy
图3离心型压力式雾化器结构示意图
d0
rc
喷嘴旋转室尺寸
r°
b
R
R1
h
49°
2
0.73
1
1.2
5
4.4
3.0
表1压力喷嘴主要尺寸
单位：
mm
（五）干燥塔主要尺寸的确定
1.塔径
塔内空气的平均温度为
300100
2O0C
由手册查出，在200C下，空气的动力粘度为
0.026mPas,空气的密度为
a0.75kg/m3。
（1）由径向分速度ux，计算
0时的雷诺数Re。
Re。
diUxa
a
1.9810423.60.75
135
0.02610
ReRe0135时，ux23.6m/s，0
（2）取一系列Re，求出相应的雾滴水平飞行速度ux和停留时间。
du
如取Re=100，由Re01xa，与Re100对应的雾滴水平飞行速度为
a
Ux
Rea
1000.026103
17.5m/s
d1a
1.98
104
0.75
由Re与
5
d（Re）的列线图杳出
ReRe
A
2105d（Re）
100Re2
2105
135
d（Re）
Re2
1.45
102
22
1.15100.310
相应的的停留时间为
4Ad121
40.3
102
1.98
1042
11003
6.6310s
3a30.02610
其余各项计算结果列于表2。
表2停留时间与雾滴水平运动速度Ux的关系
Re
2105d（Re）2105d（Re）
22
ReReRe0Re
s
Rea
Uxd
d1a
135
100
50
25
2
1.151.151020
1.451.151020.3102
2.211.151021.06102
22
3.251.151022.1102
0
0.00663
0.0234
0.0464
23.6
17.5
8.75
4.38
15
4.38
1.15
10
2
3.23
102
0.0714
2.63
10
5.28
1.15
10
2
4.13
102
0.0913
1.75
8
5.80
1.15
10
2
4.65
102
0.103
1.40
6
6.58
1.15
10
2
5.43
102
0.120
1.05
4
7.77
1.15
10
2
6.62
102
0.146
0.700
2
10.3
1.15
10
2
9.15
102
0.202
0.350
1
12.6
1.15
10
2
11.45
102
0.253
0.175
0.5
15.3
1.15
10
2
14.15
102
0.313
0.0875
（3）以为横坐标，ux为纵坐标画出ux〜关系曲线，如图4用图解积分可得
0.313
SUxd0.732m
o
即雾滴由沿径向运动的半径距离为S0.732m，则塔直径为
D2S20.7321.464m
圆整后取D1.50m。
T,S
图4Ux〜关系曲线图
2.塔高
（1）降速运动时间内雾滴的下降距离H1
d1Uya
Re。
a
1.9810451.70.75“
3295
0.026103
3
24gad11a
fRef2
3a
43
49.810.751.9810411000.75
2123.8
32
30.02610
由Re与Re2的关系列线图查出，雾滴由降速运动变为等速运动时的瞬时雷诺数为
Ref3.8。
可见雾滴在降速阶段的雷诺数变化范围为3.8〜295。
由Re0295查出0Re025.4104
1
0Re0
1
5.4104123.8
1.8610
②取一系列雷诺数Re1250,Re2200,,Ref3.8，由Re与Re2的关系
列线图查出相应的Re2值，再计算出相应的
Re2
值，结果列于表3。
表3Re与12——、uy及'的关系
Re
Re
Re2
1
Re°
Re
dRe
Reauyd
d1a
/ms1
’i2
4dRe0
ORe
°a
/s
dRe
Re2
Re2
Re2
295
4
5.4010
5
1.8610
0
51.6
0
250
4
4.3810
5
2.2910
1.12
103
43.8
0.00249
200
3.00104
3.35105
2.75
103
35.0
0.00608
100
1.10104
9.19105
1.09
102
17.5
0.0241
50
3.75103
2.76104
1.96
102
8.75
0.0433
25
1.49103
7.32104
2.96
102
4.38
0.0654
10
2
4.1010
3
3.4910
5.46
102
1.75
0.121
Re关系曲线，如
③以Re为横坐标,
\170一2^/
1.50E-02
1.00E-02
0.00E+00
5.00E-03
0
50
100
150
Re
200
250
300
350
1
Re2
〜Re关系曲线图
5
1.72102
2.08102
0.102
0.875
0.227
3.8
123.8
oo
0.131
0.665
0.290
11
瓦厂为纵坐标作图，得到右
图5。
2.50E-02
2.00E-02
④以Re=250为例，雾滴在降速运动时间内的轴向分速度为
Uy
Rea
d1a
2500.026103
1.981040.75
43.8m/s
〜Re关系曲线图解积分得
Re
295dRe
250Re2
1.1210
则停留时间为
2
4a295dRe
3a250Re2
42
411001^101.12103
30.026103
0.00249s
其余各项计算结果列于表3。
'关系曲线，如图6。
由图解积分
⑤以'为横坐标，Uy为纵坐标作图，得到Uy
得到雾滴降速运动时间内的下降距离为
0.290
1.425m
Hi
0
Uyd
s
图6Uy〜’关系曲线图
（2）等速运动时间内雾滴的下降距离
H2
雾滴在等速运动时间内的沉降速度为
Ut
Refa
3.80.02610
d1a
1.9810
3
40.665m/s
40.75
雾滴等速运动的时间为
3.38
0.2903.09s
雾滴在等速运动时间内的下降距离为
H2Ut
0.665
3.092.055m
（3）塔的有效高度H
HH1
H2
1.4252.0553.48m
圆整后，取H4m。
3.干燥塔热风进出口接管管径
（1）热风进口接管管径D1
Vi0.7731.244H1
273ti
273
0.7731.2440.006
273300
273
3
1.64m/kg绝干气
热风进口流量为
V1Lv139211.646430m3/h
取热风进口接管内的气速为25m/s，则进口接管管径为
D1
4V1/3600
U1
46430/3600
3.1425
0.302m
圆整后热风进口接管管径取D1310mm。
（2）热风出口接管管径D2
V2
0.773
1.244H2
273t2
273
0.7731.2440.0732731001.18m3/kg绝干气
273
热风出口流量为
V2
Lv239211.184627m3/h
取热风出口接管内的气速为
25m/s，则出口接管管径为
D2
4V2/3600
Y-IT
44627/3600
3.1425
0.256m
圆整后热风出口接管管径取D2260mm。
（六）主要附属设备的选型
1.空气加热器
环境空气先用翅片式加热器由12C加热到130C,再用电加热器加热到300C。
（1）翅片式加热器
湿空气由12C升温至130C的传换热量为
Q1L'Cp11301239441.00913012469580kJ/h
L'――实际空气消耗量
由手册查出，蒸汽压力为0.4MPa时，蒸汽的饱和温度为ts151°C，汽化潜热为
r2115kJ/kg，取冷凝水的排出温度为
151C，则水蒸汽消耗量为
Gv
Q1
469580
2115
222kg/h
加热器的热效率为
0.849
tsti15112
由散热排管的选择曲线查出，选择7R型排管，表面风速为3.8m/s，则所需排管的受
风面积为
1.04V11.0464302
10.489m
3600u「36003.8
7R型散热排管由S2R2430型串联而成，单组散热面积为22.5m，总散热面积
2
为67.5m。
（2）电加热器
所需电加热器的总功率为
p51.926H。
t21L'1.0041.9260.0063001303944199kW
3600.823600.820.95
2.旋风分离器
进入进入旋风分离器的含尘气体按空气处理，气体温度取95C，湿度为
H3H20.073kg水/kg绝干气
v30.7731.244H330.7731.2440.073——1.16m3/kg绝干气
273273
含尘气体流量为
V3Lv339211.164548m3/h
选用扩散式旋风分离器，查CLK型旋风分离器主要性能表，选用两台CLK-4.0型扩散
式旋风分离器，进口风速为16m/s。
3.袋滤器
进入袋滤器的气体温度取90C,湿度为H4H20.073kg水/kg绝干气
273t27390
v40.7731.244H440.7731.2440.0731.15m3/kg绝干气
273273
气体流量为
3
V4Lv439211.154509m/h
过滤气速取3.5m/min，所需过滤面积为
45092
21.5m
603.5
查脉冲袋滤器造型表，选用DMC-36型脉冲袋滤器。
其过滤面积为27m2，处理气量为
4950〜6480m3/h，设备阻力为98CH1176Pa。
4.风机
系统中采用两台风机，一台为鼓风机，安装在干燥塔前；另一台为引风机，安装在干燥塔后。
设备阻力以干燥塔为基准分前段阻力和后段阻力。
在操作条件下，空气流经系统各设
备和管道的阻力大体如表4所示。
表4干燥系统阻力估算表
设备
压降/Pa
设备
压降/Pa
空气过滤器
200
干燥塔
100
翅片式加热器
300
旋风分离器
1500
电加热器
200
脉冲袋滤器
1500
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
（1）鼓风机
鼓风机入口处的空气温度为t012C，湿度为H00.006kg水/kg绝干气
0.7731.244H0
273t。
273
0.7731.2440.006
27312
273
0.815m3/kg绝干气
鼓风机所需风量为
V0Lv039210.8153196m3/h
系统前段空气的平均温度取
150C，由手册查出，空气在150C下的密度为0.83kg/m3,
则系统前段所需风压为
12
15002169Pa
0.83
选用47211NO.4.5A型离心通风机，其风量为5730m3/h，风压为2530Pa。
（2）引风机
0.773
1.244H5
273空
升级会员 