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化工原理课程论文(设计)授课时间:20132014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 目 录1.喷雾干燥的简介41.1喷雾干燥的原理42.喷雾干燥系统设计方案的确定53加热器474.计算热流量及平均温差674.3 阻力损失计算94.4 传热计算105.进风机的选择115.1 风量计算115.2 风压计算126 排风机的选型136.1风量计算136.2 风压计算13参考文献:14 化工原理课程设计任务书 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 % ( 45; 50; 55)3、生产率(原料量): 0.5 t / h ( 0.3; 0.5; 0.7) 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 ( 0.012; 0.014; 0.016)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: 物聊干燥所需的时间很短,通常只要15-30秒,甚至只要几秒. 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。 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。 简化了工艺流程。缺点: 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。 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喷雾干燥工艺流程包括四个阶段:雾化;料物与空气接触(混合流动); 料物干燥(水分及挥发性物质蒸发); 干粉制品从空气中分离。喷雾干燥的流程图包装成品 新鲜空气过 筛 空气过滤器排 放冷 却 送风机奶 粉排风机 空气预热器 旋风分离器喷雾干燥 离心式喷雾器浓缩乳图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;产品奶粉含水率; 进入干燥塔的物料量。备水分蒸发量:气湿含量: 因为空气经预热器温度保持不变,热空气湿含量: 废空气湿含量:绝干空气消耗量:但是,实际空气用量要比计算值多1025,所以:(20时, 查表得,此时空气密度)离开干燥室的废弃温度:,查表得离开干燥室空气量:废气体积: 2.2空气过滤器选型5过滤面积计算公式:式中,A滤层的面积,;L通过滤层的空气量,M滤层的过滤强度,一般取m40008000为宜。设取m5000,由2.1,可知L=2336.10。所以代入数据得过滤面积A0.467。空气过滤器选型为AF30-N02D-2-X21492.3废弃除尘器选型由2.1,知废气量为过滤面积计算:式中,F布袋的过滤总面积, 通过布袋过滤器的空气量, 布袋的单位面积负荷,;值为140200 ;取150代入上式,得F14.77。实际过滤面积 根据过滤面积,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:项目数据项目数据过滤面积,18过滤气速,24滤袋条数,条24处理气量,21604300滤袋规格120200脉冲阀数量,个4压力损失,120150最大外形尺寸(长宽高),mm102516783660除尘效率,9999.5质量,kg8503加热器4基于设计基本要求的条件,车间温度t020;热空气温度t1150;所以,根据平均温度查表可得,定比热熔Cp11.022kJ/(kg) ,热导率13.087102 Wm11,密度0.986kg/m3,粘度12.13105 Pas;由2.1可知,新鲜空气用量;已知加热蒸汽在700kPa(绝压)下处理,查附录6得此时温度T1164.7,假设用于加热的蒸汽处理量:ms22000kg/h,4.计算热流量及平均温差64.1.按空气加热所需来计算换热器的热流量=86215w计算平均温差:查书6,得气体和气体间进行换热是的K值大致为1235 ,先取K值为20 ,则所需传热面积为:4.2初步选定换热器的型号在决定管数和管长时,要先选定管流速。空气在管流速围为530,设取25。设所需单程管数为n,25mm2.5的管径为0.02m,则管流量:解得,n=84根。又有传热面积 A75.63m2可求得单程管长:若选用4.5m长的管,2管程,则一台换热器的总管数为4.584378 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项目数据项目数据壳径D(DN)管程数Np(N)管数n中心排管数nc管程流通面积600mm2198110.0311管尺寸管长(L)管排列方式管心距传热面积A25mm2.5mm4.5m正方形斜转4528mm68.2可对表2-1中的数据做核算如下:每程的管数:,管程流通面积:,由表21,查得的0.0311很符合。传热面积:,比查得的68.2m2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68.2m2为准。中心排管数,查得的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:,取整17。4.3 阻力损失计算4.3.1 管程6流速: 雷诺数: 摩擦系数:取钢管绝对粗糙度0.1mm,得相对粗糙度;根据,查图,得0.035管阻力损失:回弯阻力损失:管程总损失: 4.3.2 壳程 取折流挡板间距h0.2m计算截面积:计算流速:雷诺数:由于,摩擦系数:折流挡板数:取NB=22管束损失: 缺口损失:壳程损失: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。4.4 传热计算4.4.1 管程给热系数9由4.3.1已算出的,由于是对于空气,Nu=0.02Re0.8=0.024.4.2壳程给热系数查资料知饱和水蒸汽对管壁的给热系数或。4.4.3 传热系数K。计算公式为:式中,K空气加热器的传热系数,;加热管的壁厚,m; 加热管导热系数,铁管451.16353。所以,将数值代入,可得K33.90.4.4.4 所需的传热面积:与所选的换热器列出的面积A=68.2比较,有近30的裕度。从阻力损失和换热面积的核算看,原选的换热器适用。5.进风机的选择5.1 风量计算从进风机到干燥塔,需经过加热器,假设全程管长15m,其中进风机到加热器为5m,加热器到干燥塔10m为其中经过3个90弯头,干燥塔器维持147负压。已知新鲜空气温度,查得此温度下空气密度,粘度。热空气温度,温度下空气密度,粘度。查得90弯头阻力系数0.75。由(1)可知干燥器所需新鲜空气用量为: 所以风机的风量为: 5.2 风压计算:计算公式为:5.2.1进风管直径计算:取空气流速,风机出口出动压为500Pa。5.2.2沿程损失1:从进风机到加热器雷诺数: 取钢管的绝对粗糙度,则相对粗糙度,可查得沿程损失:5.2.3沿程损失2:从加热器到干燥塔雷诺数: 取钢管的绝对粗糙度,则相对粗糙度,可查得沿程损失: 5.2.4总弯头损失:加热管阻力损失:因为空气走管程,由(4)可知风机出口处的静压5.2.5风机出口全压: 取风机入口前的全压为0,所以所需的全压为: 5.3风机选型7根据流量、风压的要求,可选9-19型离心式通风机机号()转速(r/min)全压(Pa)流量(m3/h)电动机型号电动机功率KW5.6290071822622Y160M1-2116 排风机的选型6.1风量计算从干燥塔到排风机,全程管长15m,其中干
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