噴霧干燥器的設計噴霧干燥器的設計一、 概述(一)噴霧干燥的原理噴霧干燥是將溶液、 漿液或懸浮液在熱風中噴霧成細小液滴， 液滴在下降過程中， 水分被迅速汽化而達到干燥目的，從而獲得粉末或顆粒狀的產品。物料的干燥過程分為等速階段和降速階段。 在等速階段，水分通過顆粒的擴散速率大于汽化速率，水分汽化是在液滴表面發生， 等速階段又稱為表面汽化控制階段。 當水分通過顆粒的擴散速率降低而不能維持顆粒表面的充分潤濕時， 汽化速率開始減慢， 干燥進入降速階段，降速階段又稱為內部遷移控制階段。(二)噴霧干燥的特點噴霧干燥的優點主要是：1）干燥速度快。2）產品具有良好的分散性和溶解性。3）生產過程簡化，操作控制方便。4）產品純度高，生產環境好。5）適宜于連續化大規模生產。噴霧干燥的缺點有：1）低溫操作時，傳質速率較低，熱效率較低，空氣消耗量大，動力消耗也隨之增大。2）從廢氣中回收粉塵的設備投資大。3）干燥膏糊狀物料時，干燥設備的負荷較大。二、 工藝設計條件干燥物料為懸浮液，干燥介質為空氣，熱源為蒸汽和電；霧化器采用旋轉型壓力式噴嘴，選用熱風——霧滴并流向下的操作方式。具體工藝參數如下：料液處理量G1330kg/h料液含水量w180%（濕基）；產品含水量w22%（濕基）料液密度1110kg0/m3；產品密度290kg0/m3熱風入塔溫度t1300℃；熱風出塔溫度t2100℃料液入塔溫度120℃；產品出塔溫度290℃產品平均粒徑d2125m；產品比熱容c22.5kJ/(kg℃)加熱蒸汽壓力（表壓）；料液霧化壓力（表壓）4MPa0.4MPa年平均溫度12℃；年平均相對濕度70%1噴霧干燥器的設計三、 干燥裝置流程干燥裝置采用開放式流程。熱風在系統中使用一次，經袋濾器除塵后，就排入大氣中，不再循環使用。四、 工藝流程圖1——料液貯罐 2——料液過濾器 3——截止閥 4——隔膜泵 5——穩壓罐6——空氣過濾器 7——鼓風機 8——翅片式加熱器 9——電加熱器10——干燥塔 11——星形卸料閥 12——旋風分離器 13——霧化器14——袋濾器 15——碟閥 16——引風機 17——消音器圖1 噴霧干燥裝置工藝流程示意圖五、 工藝設計計算(一)物料衡算絕干物料流量GG G1(1 w1) 330(1 80%) 66kg/h2.產品產量G2G1(1w1)330(180%)G2w2167.3kg/h12%3.水分蒸發量WWG1G233067.3262.7kg/h(二)熱量衡算2噴霧干燥器的設計1.物料升溫所需熱量qmG2c22167.32.59020qmW44.8kJ/kg水262.7汽化1kg水的熱損失qlq1按經驗公式q1Ft計算W——干燥塔表面對周圍空 氣的傳熱系數， 33.4 0.21twtw——干燥塔外表面溫度，取tw 40℃33.40.214041.8kJ/m2℃hF——干燥塔散熱面積，取F30m2t——壁溫室溫，t401228℃Ft41.83028q1262.7133.6kJ/kg水W干燥塔出口空氣的濕度H2根據熱量衡算I2I1II1qlqmcw1133.644.84.1872094.7kJ/kg水H2H1HH1即II194.7，為一直線方程HH1根據給出的工藝設計條件，t012℃，70%，由濕空氣的H-I圖查出，H1H00.006kg水/kg絕干氣。當t130℃0時，由濕空氣的H-I圖查出，I1320kJ/kg絕干氣。任取H0.05kg水/kg絕干氣，則I94.70.050.006320315.8kJ/kg絕干氣連結點AH10.006kg水/kg絕干氣，I320kJ/kg絕干氣和點1BH0.05kg水/kg絕干氣，I315.8kJ/kg絕干氣，并延長與t2100℃線相交于點D，點D就是出口空氣狀態點。由H-I圖查出，H20.073kg水/kg絕干氣。3噴霧干燥器的設計I1=320kJ/kg絕干氣tw=54℃t1=300℃AIBCt=125℃t=100℃DH1HcH20.0060.050.0730.063H圖2 H2求解過程示意圖空氣消耗量絕干空氣的消耗量為W262.7L3921kg/hH2H10.0730.006實際空氣消耗量為L' L1 H0 3921 1 0.006 3944kg/h(三)霧滴干燥所需時間霧滴臨界含水量XC物料在干燥塔進出口處的干基含水量分別為X1w180%kg水/kg絕干料1w11480%X2w22%kg水/kg絕干料1w212%1dc113X2d121X1

1100 1 0.020900 1 4

130.634噴霧干燥器的設計dc——液滴臨界滴徑，d125mcd2d1——初始液滴滴徑即在恒速干燥階段液滴體積收縮了37%液滴在恒速干燥階段由于收縮而減小的體積為d30.63d3d30.7566除去的水分質量為 `0.75d3w6剩余的水分質量為d310.7560.80w臨界含水量為d360.8010.75w0.75Xcd340.2060.201

w1

0.75100040.59kg水/kg絕干料0.201100初始滴徑d1由dc0.63d1dc125198md10.630.633.汽化潛熱r熱空氣入塔溫度t1300℃，濕度H10.006kg/kg絕干氣，由濕空氣H-I圖查出，熱空氣入塔狀態下的濕球溫度tw℃，查手冊得水在54℃的汽化潛熱r2369kJ/kg。54導熱系數平均氣膜溫度為5410077℃2查手冊得空氣在77℃下的導熱系數3105kW/(m℃)恒速階段物料表面溫度即空氣的絕熱飽和溫度 tas，可以取空氣入塔狀態下的濕球溫度 twtas tw 54℃5噴霧干燥器的設計空氣臨界溫度tc恒速階段的水分蒸發量為W1GX1Xc6640.59225.1kg/h空氣的臨界濕度為HcHW10.006225.100.063kg水/kg絕干氣L3921在H-I圖中，過Hc作垂線，與AD交于點C，點C溫度即為空氣臨界溫度tc，由H-I查出tc 125℃7. 霧滴在恒速階段的干燥時間 1恒速階段熱空氣與液滴的溫度變化空氣：300℃125℃液滴：20℃54℃平均推動力為3002012554152.3℃t1ln300201255422236911001.981042r1d1dc1.25101t183105152.38

4 21.68s8.霧滴在降速階段的干燥時間2降速階段熱空氣與物料的溫度變化空氣：125℃100℃物料：54℃90℃平均推動力為t125541009031.1℃2ln1255410090rdc22XcX223691.2510429000.590.020212t21231051.70s31.1霧滴干燥所需時間1 2 1.68 1.70 3.38s6噴霧干燥器的設計(四)壓力噴嘴主要尺寸的確定1.霧化角為了了使塔徑不致過大，根據經驗，選取49。流量系數C049，由與A'的關聯圖查出，噴嘴結構參數A'1.0。A'1.0，由A'與C0的關聯圖查出，流量系數C00.45。3.噴嘴孔徑d0由Q2pFC01Q330110036002.17106F22p4106C00.4511001由Fd0244F42.171061.66103md03.14圓整，取d0 2mm。噴嘴旋轉室尺寸噴嘴孔半徑取 1mm，即r0 1mm選用矩形切向通道，切身通道寬度取1.2mm，即b1.2mm旋轉室直徑為10mm，則半徑R5mmR1b1.24.4mmR522由A12bhr0Rr01.0及A'R1A1A1r0Rr03.14151h2bA'R121.21.03.12mm2b4.4圓整，取h 3.0mm核算噴嘴的生產能力d0和h經圓整后7噴霧干燥器的設計r0Rr03.14151A'R121.23.01.042bh4.4與原A' 1.0很接近，不必復算，可以滿足設計要求?？諝庑陌霃絩CAr0R3.14152bh21.22.183.0A2.18，由與A的關聯圖查出，0.47由rc212r0rcr01110.470.73mm噴嘴出口處液膜速度u0及其分速度ux、uyQ3301100360056.8m/su0rc3.140.00120.000732r022液膜與軸線成角噴出，u可分解成徑向速度ux和軸向速度uy2uxu0sin56.8sin4923.6m/s22uyu0cos56.8cos4951.7m/s22圖3離心型壓力式霧化器結構示意圖表1壓力噴嘴主要尺寸單位：mm噴嘴旋轉室尺寸d0rcr0bRR1h49°20.7311.254.43.08噴霧干燥器的設計(五)干燥塔主要尺寸的確定塔徑塔內空氣的平均溫度為t300100℃2200由手冊查出，在200℃下，空氣的動力粘度為mPas，空氣的密度為a0.026a0.75kg/m3。（1）由徑向分速度ux，計算0時的雷諾數Re0Re0d1uxa1.9810423.60.751350.026103a時，ux23.6m/s，0ReRe0135（2）取一系列Re，求出相應的霧滴水平飛行速度ux和停留時間。如取Re=100，由Re0d1uxa，與Re100對應的霧滴水平飛行速度為auxRea1000.02610317.5m/sd11.981040.75a2105d(Re)的列線圖查出由Re與ReRe22105d(Re)2105d(Re)1.451021.151020.3102ARe2135Re2100相應的的停留時間為4Ad12140.31021.98104211006.63103s330.026103a其余各項計算結果列于表2。表2停留時間與霧滴水平運動速度ux的關系Re2105d(Re)2105d(Re)，suxReaRe2Re02d1ReRea1351.151.151020023.61001.451.151020.31020.0066317.59噴霧干燥器的設計502.211.151021.061020.02348.75253.251.151022.11020.04644.38154.381.151023.231020.07142.63105.281.151024.131020.09131.7585.801.151024.651020.1031.4066.581.151025.431020.1201.0547.771.151026.621020.1460.700210.31.151029.151020.2020.350112.61.1510211.451020.2530.1750.515.31.1510214.151020.3130.0875（3）以為橫坐標，ux為縱坐標畫出u～關系曲線，如圖4，用圖解積分可得xS0.3130.732muxd0即霧滴由沿徑向運動的半徑距離為 S 0.732m，則塔直徑為D 2S 2 0.732 1.464m圓整后取D 1.50m。25.00020.00015.000s/m,ux10.0005.0000.0000.00000.05000.10000.15000.20000.25000.30000.3500τ,s圖4 ux～ 關系曲線圖10噴霧干燥器的設計塔高（1）降速運動時間內霧滴的下降距離 H1①0時，霧滴軸向運動的雷諾數Re0為Re0d1uya1.9810451.70.750.026103295a24gad131a49.810.751.98104311000.75fRef3230.0261032123.8a由Re與Re2的關系列線圖查出，霧滴由降速運動變為等速運動時的瞬時雷諾數為Ref3.8?？梢婌F滴在降速階段的雷諾數變化范圍為3.8～295。由Re0295查出0Re025.4104111.861050Re025.4104123.8②取一系列雷諾數Re1250，Re2200，，Ref3.8，由Re與Re2的關系列線圖查出相應的Re2值，再計算出相應的1值，結果列于表3。Re2表3Re與1、u及'的關系Re2y21dReuyRea41d12Re0dReReRe0d1a'2Re223aReReReReRe/ms1/s2955.401041.86105051.602504.381042.291051.1210343.80.002492003.001043.351052.7510335.00.006081001.101049.191051.0910217.50.0241503.751032.761041.961028.750.043311噴霧干燥器的設計251.491037.3210104.101023.491051.721022.08103.8123.8∞

432

2.96 105.46 100.1020.131

22

4.38 0.06541.75 0.1210.875 0.2270.665 0.2901為縱坐標作圖，得到1～Re關系曲線，如③以Re為橫坐標，Re2Re2圖5。2.50E-022.00E-02)1.50E-02－2eRξ( 15.00E-030.00E+000 50 100 150 200 250 300 350Re1圖5 ～Re關系曲線圖Re2④以Re=250為例，霧滴在降速運動時間內的軸向分速度為Rea2500.026103uy1.9810443.8m/sd1a0.751對 ～Re關系曲線圖解積分得Re2295dRe1.12103250Re2則停留時間為12噴霧干燥器的設計41d12295dRe411001.98104230.00249s'Re230.0261031.12103a250其余各項計算結果列于表 3。⑤以 '為橫坐標，uy為縱坐標作圖，得到 uy～'關系曲線，如圖 6。由圖解積分得到霧滴降速運動時間內的下降距離為0.290H1uyd'1.425m060.00050.00040.000s/m, 30.000uy20.00010.0000.0000.00000.05000.10000.15000.20000.25000.30000.3500',s圖6uy～'關系曲線圖2）等速運動時間內霧滴的下降距離H2霧滴在等速運動時間內的沉降速度為Refa3.80.026103ut1.981040.665m/sd1a0.75霧滴等速運動的時間為'' ' 3.38 0.290 3.09s霧滴在等速運動時間內的下降距離為H2 ut '' 0.665 3.09 2.055m（3）塔的有效高度HH H1 H2 1.425 2.055 3.48m圓整后，取 H 4m。13噴霧干燥器的設計干燥塔熱風進出口接管管徑（1）熱風進口接管管徑D1v10.7731.244H1273t10.7731.2440.0062733001.64m3/kg絕干氣273273熱風進口流量為V1Lv139211.646430m3/h取熱風進口接管內的氣速為25m/s，則進口接管管徑為D14V1/360046430/3600u13.140.302m25圓整后熱風進口接管管徑取 D1 310mm。（2）熱風出口接管管徑 D2v2273t20.7731.2440.0732731003/kg絕干氣0.7731.244H21.18m273273熱風出口流量為V2Lv239211.184627m3/h取熱風出口接管內的氣速為25m/s，則出口接管管徑為D24V2/360044627/3600u23.140.256m25圓整后熱風出口接管管徑取D2260mm。(六)主要附屬設備的選型空氣加熱器環境空氣先用翅片式加熱器由 12℃加熱到130℃，再用電加熱器加熱到 300℃。（1）翅片式加熱器濕空氣由12℃升溫至 130℃的傳換熱量為Q1L'Cp11301239441.00913012469580kJ/hL'——實際空氣消耗量由手冊查出，蒸汽壓力為0.4MPa時，蒸汽的飽和溫度為ts151℃，汽化潛熱為r 2115kJ/kg，取冷凝水的排出溫度為 151℃，則水蒸汽消耗量為14噴霧干燥器的設計Q1469580Gv222kg/hr2115加熱器的熱效率為t2t1130120.849Ft115112ts由散熱排管的選擇曲線查出，選擇7R型排管，表面風速為3.8m/s，則所需排管的受風面積為1.04V11.0464300.489m23600u1'36003.87R型散熱排管由 S 2R 24 30型串聯而成，單組散熱面積為 22.5m2，總散熱面積為67.5m2。（2）電加熱器所需電加熱器的總功率為cv1.926H0t2t1L'1.0041.9260.0063001303944P3600.82199kW3600.820.95旋風分離器進入進入旋風分離器的含塵氣體按空氣處理，氣體溫度取95℃，濕度為H3H20.073kg水/kg絕干氣v3273t30.7731.244273953/kg絕干氣0.7731.244H30.0731.16m273273含塵氣體流量為V3 Lv3 39211.16 4548m3/h選用擴散式旋風分離器，查 CLK型旋風分離器主要性能表，選用兩臺 CLK-4.0型擴散式旋風分離器，進口風速為 16m/s。3. 袋濾器進入袋濾器的氣體溫度取90℃，濕度為H4H20.073kg水/kg絕干氣v40.7731.244H4273t40.7731.2440.073273901.15m3/kg絕干氣273273氣體流量為V4 Lv4 39211.15 4509m3/h過濾氣速取3.5m/min，所需過濾面積為15噴霧干燥器的設計450921.5m2603.5查脈沖袋濾器造型表，選用DMC-36型脈沖袋濾器。其過濾面積為27m2，處理氣量為4950～6480m3/h，設備阻力為980～1176Pa。4.風機系統中采用兩臺風機，一臺為鼓風機，安裝在干燥塔前；另一臺為引風機，安裝在干燥塔后。設備阻力以干燥塔為基準分前段阻力和后段阻力。在操作條件下，空氣流經系統各設備和管道的阻力大體如表4所示。表4干燥系統阻力估算表設備壓降/Pa設備壓降/Pa空氣過濾器200干燥塔100翅片式加熱器300旋風分離器1500電加熱器200脈沖袋濾器1500熱風分布器200消音器400管道、閥門、彎頭等600管道、閥門、彎頭等800合計1500合計4300（1）鼓風機鼓風機入口處的空氣溫度為t012℃，濕度為H00.006kg