喷雾干燥器毕业设计说明书.doc

目 录第一章 绪论1第一节 干燥技术的发展与应用1第二节 喷雾干燥简述2第三节 牛奶的喷雾干燥法9第二章 设计计算11第一节 设计题目及工艺条件11第二节 工艺计算11第三章 结构设计14第一节 雾化器的选择14第二节 塔径的计算14第三节 塔高计算15第四节 热风分布器设计16第五节 选用保温层19第六节 连接管路计算20第四章 强度计算22第一节 确定壁厚22第二节 干燥塔强度计算22第三节 开孔补强26第五章 附属设备的选择27第一节 加热器的选择27第二节 选用旋风分离器27第三节 法兰设计28第四节 阻力损失计算29第五节 选用风机31第六节 人孔兼视镜，灯孔设计31第七节 振打器选型31第八节 星形排料器选型32参考文献33致谢34附录35第一章 绪论第一节 干燥技术的发展与应用干燥技术有很宽的应用领域。面对众多的产业、理化性质各不相同的物料、产品质量及其他方面千差万别的要求，干燥技术是一门跨行业、跨学科、具有实验科学性质的技术。 通常，在干燥技术的开发及应用中需要具备三个方面的知识和技术。第一是需要了解被干燥物料的理化性质和产品的使用特点。第二是要熟悉传递工程的原理，即传质、传热、流体力学和空气动力学等能量传递的原理。第三要有实施的手段，即能够进行干燥流程、主要设备、电气仪表控制等方面的工程设计。显然，这三方面的知识和技术不属于一个学科领域。而在实践中，这三方面的知识和技术又缺一不可。所以干燥技术是一门跨行业、跨学科的技术。现代干燥技术虽已有一百多年的发展史，但至今还属于实验科学的范畴。大部分干燥技术目前还缺乏能够精准指导实践的科学理论和设计方法。实际应用中，依靠经验和小规模试验的数据来指导还是主要的方式。造成这一局面的原因有以下几方面： 原因之一：是干燥技术所依托的一些基础学科（主要是隶属于传递工程范畴的学科）本身就具有实验科学的特点。例如，空气动力学的研究发展还要靠“风洞”试验来推动，就说明它还没有脱离实验科学的范畴。而这些基础学科自身的发展水平直接影响和决定了干燥技术的发展水平。原因之二：是很多干燥过程是多种学科技术交汇进行的过程，牵涉面广、变数多、机理复杂。例如在喷雾干燥技术领域，被雾化的液滴在干燥塔内的运行轨迹是工程设计的关键。而液滴的轨迹与自身的体积、质量、初始速度和方向及周围其他液滴和热风的流向流速有关。但这些参数由于传质、传热过程的进行，无时无刻不在发生着变化。而且初始状态时，无论是液滴的大小还是热风的分布都不可能是均匀的。显然，对于如此复杂、多变的过程只凭借理论计算来进行工程设计是不可靠的。原因之三：是被干燥物料的种类是多种多样的，其理化性质也是各不相同的。不同的物料即使在相同的干燥条件下，其传质、传热的速率也可能有较大的差异。如果不加以区别对待，就有可能造成不尽人意的后果。例如某些中草药的干燥，虽然同属一种药材只因为药材产地或收获期存在区别就须改变干燥条件，否则产品质量就会不合格。以上三方面的原因决定了干燥技术的开发与应用要以试验为基础。但干燥技术的这些特点往往被人有意或无意地忽视。制造厂商由于试验装置缺乏或类型不全（这在我国是一个普遍存在的现象）经常回避应做的干燥实验，而用户由于不了解干燥技术的特点，也经常放弃进行必要试验的要求。其结局是装置使用效果不佳，甚至于报废。因此，建设工业干燥装置尤其是较大的装置之前，一定要进行充分的、有说服力的试验，并以试验结果作为工业装置建设的依据。第二节 喷雾干燥简介干燥技术种类繁多、各具用途是干燥技术的一个特点。每一种技术都有自己适宜应用的领域。在工程实践中，要根据具体情况选择适用的干燥技术种类。这对投资费用、操作成本、产品质量、环保要求等方面都会产生重大的影响。如厢式干燥、喷雾干燥、旋转气流快速干燥三种模式。厢式干燥生产白碳黑虽然生产效率低、人员劳动强度大，但产品质量好，与橡胶混炼后所生成的制品扯断强度值较高。旋转气流快速干燥设备紧凑、投资少、生产效率高，但所生成的橡胶制品的强度指标却是三者间最差的。喷雾干燥生产白碳黑，产品各项指标在三者间居中，但具有产品流动性好、粉尘污染小, 深受用户及本厂操作者欢迎的特点。在20 世纪90 年代，为白炭黑生产中采用哪种干燥方式更为先进的问题，曾在我国干燥界引发过争论。其实, 三种设备各有特点，选用哪种类型的技术要看用户自身的条件和产品要求。不存在哪种技术更为先进的结论。干燥技术种类繁多、各具用途的特点。所以在应用中要仔细比较、慎重选择技术方案, 而通过干燥试验来考核技术方案也是必不可少的步骤。喷雾干燥是系统化技术应用于物料干燥的一种方法。于干燥室中将稀料经雾化后，在与热空气的接触中，水分迅速汽化，即得到干燥产品。该法能直接使溶液、乳浊液干燥成粉状或颗粒状制品，可省去蒸发、粉碎等工序。喷雾干燥原理是通过机械作用，将需干燥的物料，分散成很细的像雾一样的微粒，（增大水分蒸发面积，加速干燥过程）与热空气接触，在瞬间将大部分水分除去，使物料中的固体物质干燥成粉末。喷雾干燥具传热快，水分蒸发迅速，干燥时间瞬间的特点，且制品质量好，质地松脆，溶解性能也好，能改善某些制剂的溶出速率，适用于热敏性药物，此外，喷雾干燥还可用于制备微囊。 喷雾干燥的优点：1.干燥过程非常迅速； 2.可直接干燥成粉末； 3.易改变干燥条件，调整产品质量标准； 4.由于瞬间蒸发，设备材料选择要求不严格； 5.干燥室有一定负压，保证了生产中的卫生条件，避免粉尘在车间内飞扬，提高产品纯度； 6.生产效率高，操作人员少。 喷雾干燥的缺点：1.设备较复杂，占地面积大，一次投资大； 2.雾化器，粉末回收装置价格较高； 3.需要空气量多，增加鼓风机的电能消耗与回收装置的容量； 4.热效率不高，热消耗大。 喷雾干燥对设备的要求：1.与产品接触的部位，必须便于清洗灭菌； 2.应有防止焦粉措施，防止热空气产生涡流与逆流； 3.防止空气携带杂质进入产品； 4.配置温度、压力指示纪录仪装置，便于检查生产运转； 5.具有高回收率的粉尘回收装置； 6.应迅速出粉冷却，以提高溶解度、速溶性； 7.干燥室内温度及排风温度，不允许超过100，保证安全与质量； 8.喷雾时浓奶液滴与热空气均匀接触，提高热效率； 9.对粘度物质尽量减少粘壁现象。按微粒化方法分类（1）压力喷雾干燥法： 原理：利用高压泵，以70200大气压的压力，将物料通过雾化器（喷枪），聚化成10200的雾状微粒与热空气直接接触，进行热交换，短时间完成干燥。 压力喷雾微粒化装置：M型和S型，具有使液流产生旋转的导沟，M型导沟轴线垂直于喷嘴轴线，不与之相交；S型导沟轴线与水平成一定角度。其目的都是：设法增加喷雾时溶液的湍流度。 （2）离心喷雾干燥法： 原理：利用水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使其以高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，由于空气的摩擦、阻碍、撕裂的作用，随圆盘旋转产生的切向加速度与离心力产生的径向加速度，结果以一合速度在圆盘上运动，其轨迹为一螺旋形，液体高着此螺旋线自圆盘上抛出后，就分散成很微小的液滴以平均速度沿着圆盘切径方向运动，同时液滴又受到地心吸力而下落，由于喷洒出的微粒大小不同。因而它们飞行距离也就不同，因此在不同的距离落下的微粒形成一个以转轴中心对称的圆柱体。 获得较均匀液滴的要求：a.减少圆盘旋转时的震动b.进入圆盘液体数量在单位时间内保持恒定c.圆盘表面平整光滑d.圆盘的圆周速率不宜过小，rmin=60m/s,乳（100-160m/s）若<60m/s，喷雾液滴不均匀，喷距似乎主要由一群液滴及沉向盘近处的一群细液滴组成，并随转速增高而减小。 离心喷雾器的结构:要求：润湿周边长，能使溶液达到高转速，喷雾均匀，结构坚固、质轻、简单、无死角、易拆洗、有较大生产率。 按干燥室形式分类根据干燥室中热风和被干燥颗粒之间运动方向分类：并流型、逆流型、混流型。牛乳中常采用并流型。并流型可采用较高的进风温度来干燥，而不影响产品的质量。喷雾干燥往往是制造过程中最后的一个步骤，它就是经由不断的喷雾、混合和干燥来使物质从液体变为粉末。在众多储存食物的技术中，喷雾干燥法有其独特的优越性。因为此技术所使用的温度并不是很高，所以在去除微生物污染的同时，仍可以有效保留食物的味道、色泽和营养。 喷雾干燥法通常被用于去除原料中水份。除此之外，它还有着其它多种用途，例如：改变物质的大小、外形或密度，它能在生产过程中协助添加其它成份，有助于生产质量标准最严格的产品。 喷雾干燥器实际上就是一种干燥器，将雾化的物料干燥成颗粒状粉料，其关键就是雾化（分散）、干燥（热交换）、造粒六个字。喷雾干燥器实际上也是通用装备在陶瓷工业生产中起到造粒、干燥的专业化应用，因为本装备对于传统陶瓷工业的现代化生产起着重要的作用。常规的雾化方法有3种:旋转雾化、压力雾化及气流雾化。 旋转雾化喷雾干燥的特点是单机生产能力大(喷雾量可达200t/h)，进料量容易控制，操作弹性大，应用比较广泛。压力式雾化器喷雾干燥的特点是可以制造粗粒子，维修方便，由于喷嘴孔很小，易堵塞，故料液必须严格过滤，喷嘴孔易磨损，须用耐磨材料制造。压力式喷嘴还有一种新结构，称为压力-气流式喷嘴，它的特点为中心是压力式喷嘴，周围的环境隙为气流式喷嘴。雾化分为两个阶段:压力喷嘴首先形成液膜，此液膜被气流第二次雾化，使雾滴更细。这种类型喷嘴的优点为:(1)调节压缩空气的压力，便可调节液滴直径，操作简单了；(2)大产量、高粘度的料液也能够雾化为细雾滴；(3)如果停用压缩空气，原来的压力式喷嘴也能使用。 气流雾化器主要用于实验室及中间工厂，其动力消耗大，前两种雾化器都不能雾化的料液，采用气流式雾化器可能雾化，高粘度的糊状物、膏状物及滤饼物料，可采用三流体喷嘴来雾化。气流干燥机气流干燥技术成熟，若有操作数据可以直接设计。目前，有不少干燥设备制造厂能提供这种类型设备。流化床干燥机仅次于喷雾干燥机，分为加料部位设置搅拌器的流化床干燥机和具有内换热的流化床干燥机，当用流化床干燥易于团结或结块的粉粒体物料时，在水分比较大的加料段会产生流化困难现象，这时在加料段设置搅拌器，消除结团问题，能达到正常流化。后者是传导传热和对流传热的组合，当用于正常流化态的热空气量远远不能满足干燥所需的热量时，采用设置内换热器，供给部分或大部分热量，这种操作方式可以显著的节能。内换热器有多种形式，流化床还经常用于组合干燥的第二级和第三级干燥机。在普通流化床上施加振动，称振动流化床。振动流化从产生振源上可分为2类:一类为振动电机驱动,另一类为普通电机通过激振箱使弹簧产生振动，振动流化床尺寸大时，后者效果较好。流化床喷雾造粒干燥机，该过程是流态化技术、雾化技术和干燥技术三者有机结合。它是将雾化的料液喷洒到已流化的晶种床上，使晶种不断长大和干燥，待长大到规定尺寸时排出器外。该设备体积小，生产能力大，能制造大颗粒，该设备的工业应用已日益增加。喷雾干燥器的工作原理是：用喷雾的方法将物料喷成雾滴分散在热空气中，物料与热空气呈并流、逆流或混流的方式互相接触，使水分迅速蒸发，达到干燥目的。采用这种干燥方法，可以省去浓缩、过滤、粉碎等单元操作，可以获得30500m的粒状产品。而且干燥时间短，一般干燥时间为530s。喷雾干燥适用于高热敏性物料和料液浓缩过程中易分散的物料的干燥，产品流动性和速溶性好。喷雾干燥器中气固两相接触表面积大，但由于气固两相呈稀相流动，故容积传热系数小，一般为20100kcal/ m3·h·，热空气进口温度在并流操作时为250500，逆流操作时为200300。工业规模的喷雾干燥器热效率一般为30%50%。国外带有废热回收的喷雾干燥，热效率可达到70%，但这种设备只有在大于100kg（水）/h的生产能力时才有经济意义。喷雾干燥器的流程是：料液通过雾化器，喷成雾滴分散在热气流中。空气经鼓风机送入空气加热器加热，然后进入喷雾干燥器，与雾滴接触干燥。产品一部分落入塔底，一部分由一级引风机吸入一级旋风分离器，经分离后将尾气放空。塔底的产品和旋风分离器收集的产品由二级抽风机抽出，经二级分离器分离后包装。喷雾干燥器的产品为细粒子，为了适应环境保护的要求，喷雾干燥系统只用旋风分离器分离产品，净化尾气还是不够的，一般还要用袋式除尘器净化，使尾气中的含尘量低于50mg/ m3，或用湿式洗涤器，可将尾气含尘量降到1535 mg/m3。喷雾干燥因其可直接由溶液或悬浮体制得成分均匀的粉状产品的特殊优点，目前在化工、轻工、食品等工业中仍有广泛的应用，化学工业中以染料行业应用最为普遍。经过近年来广大工程技术人员的努力，喷雾干燥技术已比较成熟，塔尺寸的确定也有成功的计算方法。采用的雾化器仍然是压力式、离心式和气流式三种，但近几年来离心喷雾干燥器的应用呈上升趋势。对于真溶液喷雾干燥，值得注意的是，不同亲水性溶质要求的干燥介质温度不同。如无机盐类强亲水性物质，其水溶液蒸发脱水主要在溶液沸点下进行，出塔气体温度低于130就难以操作。我国虽然和国外相比还有明显的差距，但喷雾干燥装置的制造和操作水平也都有较大幅度的提高。近20年来喷雾干燥技术和设备的改进和革新主要有以下几个方面：（1）解决粘壁问题粘壁现象迄今仍然是妨碍喷雾干燥器正常操作的一个突出问题。一般说来，增大直径可以减轻粘壁；但为此目的而采用非常大的设备直径显然也不经济。国外专家研究了干燥过程中的粘壁和结块问题，认为造成粘壁的主要宏观因素是壁温。在关于橙汁喷雾干燥的专利中提出的解决办法是使塔壁冷却至已干产品的温度以下，并在进料液中加入助干剂。Masters提出了防止粘壁的三种可能途径：采用夹壁干燥塔，其间用空气冷却，使壁温保持在50以下，粘结性特别强的物料宜采用平底塔；通过塔壁旋气片切向引入二次空气冷却塔壁；塔内近壁处安装由一排喷嘴组成的气扫帚，并使之沿壁缓慢转动。显然，这些措施试图达到的基本效果是相同的，即冷却塔壁。这些方法在中药浸膏的干燥中已经应用了，有一定效果。另外，塔内壁抛光也可以减轻粘壁。（2）改善产品物性科学技术发展和生活水平的提高对喷雾干燥产品的物理性质提出了越来越高的要求。例如，有的要求堆密度特别大（1.0）或特别小（0.6），一些有复水性的粉体如食品、中药冲剂等则往往要求速溶性。一般说来，改变雾化的分散度以及适当改变操作条件以控制干燥速率，可以制得具有不同堆密度的产品，但变化的幅度是有限的。在改善物性方面值得一提的是泡沫喷雾干燥，即将进料液体先泡沫化后再行喷雾干燥。该方法最初是为提高热效率而提出的，后来用以调整产品的物性。现已证明，泡沫喷雾干燥制得的奶粉等产品粒径大、多孔、多凹陷、表面粗糙，具有良好的速溶性。80年代以来，该技术已用于工业生产。（3）开发多目标过程把喷雾干燥与其它单元过程结合方面，已成功地开发应用的主要有两类。一类是喷雾干燥-反应过程，人们熟知的喷雾干燥-聚合一步法制取三聚磷酸钠就是典型实例之一。但从能耗的观点来看，它不是一个成功的例子，单位产品能耗比二步法高。看来，要经济地实现这种结合，必要的条件之一是干燥和反应要求的物料温度基本相同或相近。另一类已开发，并较成功地应用的多目标过程是喷雾造粒-干燥，即把溶液或悬浮液在细粒物料上喷雾涂布造粒与颗粒的干燥结合起来。颗粒的干燥通常在流化床中进行（也有的采用转鼓），根据粒度要求不同，溶液雾化器可置于颗粒床层的内部或上方。喷雾造粒-干燥技术出现和应用都比较早，并已做过大量的基础研究。由于有许多产品，如肥料、染料等，制成颗粒状对贮存、运输和使用都更为有利，这些年来对这类技术的兴趣正在增长。根据已掌握的技术，床层直径在1m以内的装置设计和操作都容易解决，但对很大的装置，看来放大问题还需要进一步研究。（4）开发组合干燥装置能从液体直接干燥成粉体，这是喷雾干燥的最大优点。但喷雾干燥热效率低、体积庞大、生产能力低、投资高也是最大缺点，近年来，中外干燥专家对以喷雾干燥为第一级的多级组合干燥进行了大量的研究。利用它将液体干燥成固体后再进入下一级干燥器进一步干燥。喷雾流化干燥器是一种新机型，在我国使用大约有十几年的时间，目前只有少数设备厂掌握这项技术。喷雾流化干燥器实际是喷雾干燥器和流化干燥器器的有机结合，因此在性能上也就具有两种干燥器的特点。 把喷雾装置组合在气-固流化床中，将溶液或熔融物加工为固体颗粒的方法称为喷雾流化干燥。由于在流化床中固体粒子有良好的混合与较高的传热效能，这种设备无论作为干燥或煅烧器，它的生产强度都比较高。例如处理苯甲酸钠溶液时，其容积蒸发强度达550670kg水/m3 h。 我国在葡萄糖和某些医药、轻工产品使用了这种干燥器，由于它把蒸发、结晶、干燥、造粒、煅烧等过程融合在一个设备中进行。因此，简化了流程，并相应地降低了设备及投资费用，它对溶解度大的溶液干燥以及煅烧造粒是非常合适的。 喷雾流化干燥中，浆液物料经过喷雾器分散成极细的液滴涂布于流化床层的粒子表面，接受床层热量和流化介质热量以气化水分。粒子尺寸则因其表面上固体物料的析出而长大，这种粒子的涂层长大有的称为“正常长大”。在床层中除了正常长大以外，还可能发生另外的情况：粒子涂层后，由于来不及干燥而相互粘合，这种粒子尺寸的增加称为“粘结长大”。除此以外，还有液滴喷入后未与固体颗粒结合即已干燥，这种小粒子或被带出，或存留在床层中成为新粒子长大的“晶种”。 在床层中，由于雾化器的气流机械作用与流化介质的通过，流化床内的粒子发生相互撞击和冷液喷入热床层后粒子内部产生的热应力，使固体粒子在长大的同时又被破碎而减小粒子尺寸。当床层内粒子长大的速度与破碎速度相等时，粒子的平均尺寸不再变化而达到一稳定值，这时的操作趋于稳定而可连续。即料液不断喷入，床层粒子在某一稳定尺寸范围连续卸出。 以上条件决定于下列各因素：喷雾器的型式和工作条件、干燥条件和流化本身的流体力学条件。其中，喷雾器的条件更为重要。如果喷雾器操作不好，或者床层粘结成饼而无法流化，或者粒子长大不能控制，最后可导致流化状态不佳 在使用气流式喷嘴的喷雾流化干燥装置中，目前比较多的是采用将卸料中一部分尺寸较小的颗粒反回床层作为涂层长大“晶种”的办法来平衡床层中粒子长大，使操作得以连续。返回床层的小粒子量称为返料量，返料量与产品量之比称为返料比。在喷雾流化干燥器操作中，返料比大说明操作效果不佳。因为这时除要增加筛析、返料提升等的电耗外，还会使设备的生产强度降低。 喷雾流化干燥器在干燥的同时进行造粒，经组合后的干燥器有以下特点：（1）喷雾流化干燥器设备容积小，蒸发强度高，真正实现了小设备大生产（一台直径为500mm的喷雾流化干燥器的生产能力可与一台直径为2000mm，高为10000mm的喷雾干燥器相当）；（2）喷雾流化干燥器与喷雾干燥造粒和流化造粒相比，所得产品颗粒均匀，粒径较大，控制操作条件能生产出直径为0.30.5mm的颗粒，如果增加回粉装置， 成粒率大约在90%左右；（3） 喷雾流化干燥器热效率高，一般在60%以上；（4）流化床床层温度比较低，而且温度相对稳定，适用热敏性物料的干燥；（5）所得颗粒状产品的润湿性、溶解性都很好，粉尘少、无污染 ；（6）产品的密度达到0.66g/cm3，具有良好的流动性，节约包装材料。目前，在众多的干燥设备中，喷雾干燥器是应用较广的干燥器之一，是处理溶液、悬浮液或泥浆状物料的干燥设备。能从液体直接干燥成粉体，这是喷雾干燥器的最大优点；热效率低、体积庞大、生产能力低、投资高是它的缺点。喷雾干燥因其可直接由溶液或悬浮体制得成分均匀的粉状产品的特殊优点，目前在化工、轻工、食品等行业中有广泛的应用，化学工业中以染料行业应用最为广泛。 离心式喷雾干燥是喷雾干燥的一种，其优点是操作简单，其料液通道面积大，不易堵塞，而且动力消耗小，较气流式耗能低大约4-8倍。但其也有缺点是结构比较复杂，需要有传动装置（例如用气体透平盘带动、齿轮带动、皮带传动及电机直接带动），液体分布装置和雾化轮，对加工制造要求高。喷雾干燥的产品为细粒子，为了适应环境保护的要求，喷雾干燥系统只用旋风分离器分离产品、净化尾气还是不够的，一般还要用袋式除尘器净化。使尾气中的含尘量低于50mg/Nm3气体，或用湿式洗涤器，可将尾气含尘量降到1535mg/Nm3气体。一般采取该方法来对牛奶进行干燥。乳制品干燥最广泛应用的技术是喷雾干燥。在不考虑能耗高的前提下,喷雾干燥是最常用的方法,因为这一过程减少了对粉末产品的热效应。据统计,世界上超过95%的奶粉是用喷雾干燥方法制造的,由于不进行强烈的热处理,并且允许产品在常温条件下贮存,因此喷雾干燥可以有效保持制造过程的温度。牛奶在干燥过程中很容易损失其营养成分，干燥温度过高，干燥时间过长，牛奶粉末会变黄，口干也会变差。故我们选择喷雾干燥，因为该干燥方法温度低，时间短，但喷雾干燥主要用来干燥液状物料，容积传热系数较低（83418 kJ·m-3·h-1·K-1），所用设备体积大，而且热效率不高。而流态化干燥主要用于固态颗粒的干燥，其热容量系数较大（800025000 kJ·m-3·h-1·K-1）。将这两种干燥器组合起来干燥液状物料，和单纯利用喷雾干燥相比，在相同处理量的情况下，喷雾流化床组合干燥减小了喷雾干燥塔的尺寸，节约了操作空间；产品质量较好。喷雾干燥和流化床干燥的组合在食品、医药和轻工产品干燥中均有应用。如奶粉的干燥，微囊化粉末酒的生产等。其组合形式有二级干燥，也有三级干燥。它由一个喷雾干燥器和一个振动流化床干燥器组成。采用此操作时，可适当提到进气温度，降低排气温度，以降低能耗并保证质量。第三节 牛奶的喷雾干燥法爱尔兰工业发展局的McKeon于1985年得出结论：在欧洲和北美，脱水食品的消费呈下降趋势，而在其他地方则呈上升趋势。10年后此情形依旧相似。McKeon指出，冰箱拥有率的上升导致发达国家市场上许多脱水食品需求的萎缩。然而包括代肉品、早餐谷物制品和果汁等在内的大类产品仍处快于速增长阶段。但是，在世界范围内脱水食品仍然占重要的地位。需要大规模的干燥操作的谷物和奶粉在国际贸易上的量相当大。如目前（1997）新西兰正在建立一个生产能力为20th的奶粉生产厂。牛奶在干燥过程中很容易损失其营养成分，干燥温度过高，干燥时间过长，牛奶粉末会变黄，口干也会变差。故我们选择喷雾干燥，因为该干燥方法温度低，时间短，但喷雾干燥主要用来干燥液状物料，容积传热系数较低（83418 kJ·m-3·h-1·K-1），所用设备体积大，而且热效率不高。而流态化干燥主要用于固态颗粒的干燥，其热容量系数较大（800025000 kJ·m-3·h-1·K-1）。将这两种干燥器组合起来干燥液状物料，和单纯利用喷雾干燥相比，在相同处理量的情况下，喷雾流化床组合干燥减小了喷雾干燥塔的尺寸，节约了操作空间；产品质量较好。喷雾干燥和流化床干燥的组合在食品、医药和轻工产品干燥中均有应用。如奶粉的干燥，微囊化粉末酒的生产等。其组合形式有二级干燥，也有三级干燥。它由一个喷雾干燥器和一个振动流化床干燥器组成。采用此操作时，可适当提到进气温度，降低排气温度，以降低能耗并保证质量。乳液的雾化装置选择转盘式，这是一种饶对称轴旋转的叶轮。料液在靠近中心的位置进入转盘，在离心力的作用下加速流经叶片到达轮缘。转盘的圆周速度为100-200m/s。叶片呈辐射状矩形。它有弯曲的叶片，能借助离心力的作用去除料液中气泡。用这种转盘生产的乳粉比用径向直叶片转盘生产的乳粉所夹杂的空气量要少，而散堆密度大。转盘式雾化器在运行前要检查转盘上方罩壳与转盘的距离要尽量小（一般2mm），以免从间隙中抽入空气面产生吸顶（或称泵吸）作用，导致乳粉积聚到塔顶而焦化。转盘式雾化器用的供料泵是用带调速电机的单螺杆泵或离心泵。还有，最好将乳液预热到60-80进行喷雾，以降低乳液粘度，从而可以提高进料浓度，以提高生产能力和经济效益，并且能提高乳粉的质量。为避免因受热面加速老化增稠面使粘度增加，乳液的预热应在喷雾之前进行。推荐用的加热器型式有盘管式或刮壁式加热器。乳品干燥的目的是制品的保存期延长，重量减轻，便于运输和使用。经工业化处理的乳品：全脂乳粉、脱脂乳粉、乳清粉、富脂乳粉、豆乳粉、奶茶粉、冰淇淋粉和奶油等。在这些乳制品中有加糖和不加糖的不同品种，并可制成速溶或普通品种。由于乳制品的营养价值和口感好，已日益为人们所重视，故乳制品的加工技术和生产规模发展很快，使加工后的乳制品复溶性好、营养组成保存全面、成本降低。在众多的乳制品加工中，主要采用的是喷雾干燥法。它经历了卧箱式喷雾干燥，单塔立式喷雾干燥和喷雾-多级干燥法。目前我国的乳品工业已有多家工厂采用多级干燥生产乳粉，取得了很好的效果。离心式喷雾干燥是喷雾干燥的一种，其优点是操作简单，其料液通道面积大，不易堵塞，而且动力消耗小，较气流式耗能低大约4-8倍。但其也有缺点是结构比较复杂，需要有传动装置（例如用气体透平盘带动、齿轮带动、皮带传动及电机直接带动），液体分布装置和雾化轮，对加工制造要求高。喷雾干燥的产品为细粒子，为了适应环境保护的要求，喷雾干燥系统只用旋风分离器分离产品、净化尾气还是不够的，一般还要用袋式除尘器净化。使尾气中的含尘量低于50mg/Nm3气体，或用湿式洗涤器，可将尾气含尘量降到1535mg/Nm3气体。一般采取该方法来对牛奶进行干燥。第二章 设计计算第一节 设计题目及工艺条件本次设计的任务是设计处理量为1500kg/h的牛奶二级组合干燥系统中的喷雾干燥器。主要工艺条件数据如下：处理物料：牛奶初始湿含量：W0=48%（湿基）喷雾干燥后牛奶的湿含量：W=7%牛乳的初始温度；Tm0=50进气温度：Tg0=180出气温度：T=80 干粉的温度比出口气体温度低10为：70空气初温：t0=11牛奶浓缩温度：40大气压：101.3kpa空气的相对湿度：=70%牛奶比热：C牛奶=0.938kcal/kg=0.938×4.187=3.927kJ/kg奶粉的比热：C奶粉=0.25kcal/kg=0.25×4.187=1.047kJ/kg第二节 工艺计算一、 物料衡算(一) 干粉产量 （2-1）Gc湿物料中绝对干燥物料量（kg/h）G1进入干燥器的原料液质量1500kg/hG2干粉产品量（kg/h）W1湿物料湿含量48%W2牛奶湿含量7%所以：1500×=838.71kg/h（二） 水分蒸发量 W=G1-G2=1500-838.71=661.29kg/h（三） 空气用量 11水的饱和蒸汽压PS为9.844mm,即PS=1.31kPa 化工工程手册第16篇干燥第69页表3-1（四） 初始空气湿度（化工工程手册第16篇干燥第68页） （2-2）空气相对湿度70%湿度：=0.0057kg/kg湿比热容：焓：（五） 进口空气湿度空气加热过程中湿含量不变即：（六） 出口空气湿度（化工原理下册第208页） （2-3）得：H2=0.043kg/kg （2-4） （七） 空气用量（八） 实际空气用量（九） 风量计算热风进风湿比容（出自化工原理下册第203页） （2-5） 出风湿比容 进风体积出风体积二、 热量衡算加热器加热量（出自化工原理下册第213页） （2-6）干燥器热损失： 表2.1输入热量输出热量空气4.51×1053.447×106物料1.74×1050.615×105qp30.6×105qL1.395×10536.856×10536.480×105相等第三章 结构设计第一节 雾化器的选择离心式雾化器是离心喷雾干燥机的关键部件，它的转速低，振动大小及转速稳定性都直接影响雾化效果及干燥物的质量，雾化器可采用齿轮传动或用皮带转动或用电机直接驱动。齿轮传动或皮带转动的雾化器耗能大，转速不稳定，雾滴不均匀，齿轮传动振动大，易磨损，尤其在高速时能耗大幅度增加。电动喷头是新型的离心式雾化器，可解决以上问题，并可以无级调速，改善粘壁现象调节干燥物粒度大小。本设计中离心雾化器选用林州干燥设备厂生产的RW2T型高速离心雾化器。功率18.522KW，转速1100015000r/min，额定电压380V，喷液量2003000kg/h，喷雾盘直径210mm，传动方式两极斜齿轮，圆周转速125165m/s。冷却方式为风冷，水冷（喷雾干燥第125页）。第二节 塔径的计算离心雾化器喷雾矩半径计算公式（喷雾干燥第234页） （3-1）D喷雾盘直径（m）G喷雾量（kg/h）n转速（r/min）D=0.18m G=1500kg/h n=15000r/min这是雾滴由干燥器中线沿径向运动的半径距离，因而干燥器的直径（喷雾干燥第234页） （3-2）取空气在干燥塔中的平均速度第三节 塔高计算一、 塔高 二、 计算干燥塔有效容积（出自喷雾干燥第233页） （3-3）WA水分蒸发量kg/hqA 容积干燥强度。根据（出自喷雾干燥第233页）热风入口温度为180，出口温度为80时，qA取为4.32kg/m3·h三、 有效高度为防止在锥角处粘壁，取h=0.9H 取为5m0.5<0.625 <1 符合要求.确定四、 下锥体高度为使产品不容易在锥壁堆积，不应小于60°取=60°取五、 用体积给热系数法验算干燥塔体积圆柱体体积: 圆锥体体积: 总体积: 干燥塔内有效平均温差:=49.3 （3-4）为体积给热系数.喷雾干燥取125210kJ/（m3·h·）（出自化工工程手册第16篇干燥第362页）取=205kJ/（m3·h·）Q=205×368.43×49.3=3.72×106kJ/h>3.68×106kJ/h干燥塔尺寸符合要求。第四节 热风分布器设计雾滴和气体的有效混合是喷雾干燥技术中的一个重要问题，热风分配器直接控制着塔内的热风流动状态，它一方面要促进气固接触，强化干燥过程，另一方面还要防止半湿物料粘壁。液滴和气流的混合方式有并流，逆流，混合流3种。喷雾可以垂直向上或向下，也可以水平喷雾，或与垂线成一角度喷雾。影响混合的主要因素是各种雾化器喷雾轨迹和热风导入口的形式。离心喷雾中，大多数的热风分配器都设在塔顶，进入塔内的气流成螺旋状转动，与喷雾混合后液滴的轨迹与气流一样，这样可延长干燥时间，故一般干燥塔的圆柱部分高度较短。此设计中采用一种新型的热风分配器，分配器的外形是一蜗壳，内缘为圆形，离心雾化器安装在中间。风道入口方形尺寸较大，在整个圆围上其截面尺寸各处都不相等，这样就构成了渐缩形的风道截面。这种设计的特点是可使锥形环隙进风均匀。在锥体的内外侧各设有许多导风板，导风板的作用在于控制热风的方向，使雾滴与热风的混合达到设计要求，保证干燥塔能达到良好的操作状态。导风板角度可从0°35°范围内调节，导风板角度的改变直接影响到喷雾的运动轨迹和最后产品的性质。进口空气速度取入口面积：确定基圆尺寸：进入叶片的风速一般控制在2m/s。取=2m/s，由连续性方程 由雾化器的产品资料知中心放置雾化器的口径需800mm取h=400mmm 入口尺寸：为保证空气能均匀地进入叶片，蜗壳采用尖舌设计设流体沿着整个叶轮圆周均匀流入，即蜗壳通过个不同截面上的流量与从该截面到蜗壳起始截面之间所形成的夹角成正比。即=，忽略摩擦影响时，按动量矩不变原理可得=常数机壳的整个截面都充满着有效气体，于是得 （3-5）得由上式知流体质点的运动轨迹为一对数螺旋线，对于每一个值都可以得到一个值，把各个点连接起来就是蜗壳的外形线。蜗壳的尺寸与张开度有关，任意角度处的蜗壳张开度为 （3-6） （3-7）再此设计中m用正方形法绘制蜗壳型线设为螺旋线的开始点，在叶轮的中央作出正方形，边长，然后分别以正方形的四个角的顶点为中心，从点开始，以角依次以，为半径画弧，便获得所需的螺旋线。=叶片设计因喷雾器的上端安装需800，且需留有一定的安装坡度取叶片所在的环形宽度为200。叶片数取12片，平均分布；叶片安置角取30°。出风口风速一般取为12，在出风处有40%左右的漏出风。 图3.1 下热风分散器图3.2 上热风分散器第五节 保温层设计超细玻璃棉热导率方程查表12-1得，（化工容器） （3-8）假设室外风速为 （3-9），将以上数值代入式 查表12-11 （化工容器第351页）最适宜经济厚度取，经验证符合条件。所以，设备保温层取150，采用超细玻璃棉，耐热温度300，质量密度。第六节 连接管路设计一、 蜗壳进风口热风速度去14m/s则圆整后取=1000mm二、 喷雾塔出口至旋风分离器进风口热风速度取15m/s则圆整后取=800mm三、 旋风分离器出口至风机出口热风速度取15m/s则圆整后D旋=800mm四、 风机出口热风到此时温度约下降70，则风量变为：排风速度取16m/s圆整后D排=700mm第四章 强度计算第一节 确定壁厚塔体中为微负压，表压不超过-300pa可当作常压容器设计。因为此干燥塔用于奶粉干燥，塔体材料选用304不锈钢。壁厚确定取计算壁厚为最小壁厚3mm不锈钢腐蚀裕量为0取壁厚 第二节 干燥塔强度计算一、 自重热风分配器估计重量30000N。塔体内部面积：