喷雾干燥器的设计.docx
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喷雾干燥器的设计.docx
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喷雾干燥器的设计
喷雾干燥器的设计
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。
(4)生产过程简化,操作控制方便。
(5)产品纯度高,生产环境好。
(6)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。
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,选用热风一一雾滴并流向下的操作方式。
具体工艺参数如下:
料液处理量G、=33O£g/力
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
1一一料液贮雒2——料液过滤器3—一截止阀4——隔膜泵5——稳压罐6—一空气过滤器7—一鼓风机8——翅片式加热器9一一电加热器
10——干燥塔11——星形卸料阀12一一族风分离器13——雾化器
14—袋滤器15一一碟阀16―引风机17一一消音器
图1喷雾干燥装置工艺流程示意图
五、工艺设计计算
(一)•
㈡物料衡算
1.绝干物料流量G
G=GI(l-w1)=330(1-80%)=Skg/h
2.产品产量G,
■
=£1(1-^)=330(1-80%)=67?
'1一昭1-2%6
■
3.水分蒸发量W
W=G]—G?
=330-67・3=262・7匕/力
㈢.
⑷热量衡算
1.物料升温所需热量%
2.汽化水的热损失侑
⑷按经验公^=—计算
W
a燥塔表面对周围空气的传热系数,a=33.4+0.21「
tw——干燥塔外表面温度,取J=4or
a=33.4+0.21x40=41.SkJ/(in2・t?
・〃)
F干燥塔散热面积,取F=30/zr
0温一室温,4=40-12=2妙
L他水
3.干燥塔出口空气的湿度
根据热量衡算
J211-叽一比
=1一一(如+%)+_©--(133.6+44.8)+4.187x20--94.1kJ/kg水
H—H、
即‘一人=-94・7,为一直线方程H—H、
根据给出的工艺设计条件,/0=\2V,0=70%,由湿空气的H-I图查出,
Hx=H°=0.006kg水/kg绝干气。
当r严300匕时,由湿空气的H-I图查出,
/,=3202/kg绝干气。
任取刃=0.05kg水/kg绝干气,则
I
/=_94.7x(0.05-0.006)+320=315.弘丿/kg绝干气
连结点=0.006匕水/kg绝干气,11=320kJ/kg绝干气)和点
B(H=0・05kg水/kg绝干气,I=315・8R/£g绝干气),并延长与r2=100r线相交于点
1u320kJ/k晚F气"54X2t^300'C
图2求解过程示意图
4.空气消耗量
绝干空气的消耗量为
实际空气消耗量为
r=L(l+//0)=3921x(l+0.006)=3944^//?
雾滴干燥所需时间
1.雾滴临界含水量尢.
物料在干燥塔进出口处的干基含水量分别为
X.=一=」=0.020灯水/匕绝干料
1-叫1-2%
4_
P\J+
3
"11001+0.020'
x
3
=0.63
[pz1+X1J
[9001+4_
dc液滴临界滴径dc=d,=125“〃
心初始液滴滴径
即在晅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
除去的水分质量为、
剩余的水分质量为
学(0.80p一0.75几.)O
临界含水量为
2.初始滴径心
=198/277?
10.630.63
3.汽化潜热广
热空气入塔温度-=3001,湿度耳=0・006蚣/鏡绝干气,由湿空气H-I图查出,
热空气入塔状态下的湿球温度tw=54t?
,查手册得水在54匕的汽化潜热F=2369kJ/kg。
4.-
导热系数几
平均气膜温度为、4+W°=77T
2
查手册得空气在77T下的导热系数/I=3x10■讣W/(加•匕)
6.恒速阶段物料表面温度
即空气的绝热饱和温度匕,可以取空气入塔状态下的湿球温度4
□=g.=54r
7.空气临界温度J
恒速阶段的水分蒸发疑为
州=G(X1-XJ=66(4-0.59)=225.\kg/h
空气的临界湿度为
在H-I图中,过日亡作垂线,与AD交于点C,点C温度即为空气临界温度由H-I查出
tc=i25r
8.雾滴在恒速阶段的干燥时间右
恒速阶段热空气与液滴的温度变化
空气:
30(亡—12比液滴:
2叱—54匕
平均推动力为
300-20
In
125-54
A/[=(3OO-2O)-(125-54)=152X?
=1.685
“仏2-心2)_2369X1100(1.98x1(T4『-(1.25x1(T。
『―8^8x3x10"5x152.3
9.雾滴在降速阶段的干燥时间门
降速阶段热空气与物料的温度变化
空气:
12SCt100X
物料:
54匕t9CT
平均推动力为
(125-54)-(100-90)
in
=31.ir
100-90
1.705
_-“2)_2369x(1.25x107)2%900x(0.59-0.020)
T1~12加212x3x10_5x31.1
10.雾滴干燥所需时间r
r=rl+r2=1.68+1.70=3・38s
(六)压力喷嘴主要尺寸的确定
1・>
X雾化角&
为了了使塔径不致过大,根据经验,选取&=49。
。
3.流量系数C。
&=49。
,由&与A的关联图查出,喷嘴结构参数A=1.0o
A=l.o9由A与Co的关联图查出,流量系数C()=0.45o
4.喷嘴孔径〃()
330
由F=fd°2
圆整,取〃°=2mm。
5.喷嘴旋转室尺寸
喷嘴孔半径取Imm,即心=
选用矩形切向通道,切身通道宽度取1.2mm,即b=1.2mm
旋转室直径为10mm,则半径R=5mm
/?
!
=R-匕=5-—=4.4/n/z?
22
由A]=2bh及A'==1.0
3.14x1x5I1
h=^=\-^=—」——=3A2mm
圆整,取h=3.0mm
6.核算喷嘴的生产能力
经圆整后
与原A=\.0很接近,不必复算,可以满足设计要求。
7.空气心半径心
A=2」8,由a与A的关联图查出,a=0.47
由a=1-J
r=“)J\—a=1xJ1-0.47=0.73〃?
〃?
8.喷嘴出口处液膜速度知及其分速度"八叫
n
液膜与轴线成一角喷出,"可分解成径向速度化和轴向速度"v
ur=wn・sin—=56.8xsin=23.6m/s
x022
«/v=uh・cos—=56.8xcos=5\.7m/s
022
图3离心型压力式雾化器结构示意图
表1压力喷嘴主要尺寸
单位:
mm
e
rc
喷嘴旋转室尺寸
b
R
<
&
h
49°
2
1
5
■
(七)干燥塔主要尺寸的确定
1.塔径
塔内空气的平均温度为
由手册查出,在200°C下,空气的动力粘度为“°=0・026〃?
P"・s,空气的密度为
Pa=0.15kg/
(1)Y
由径向分速度心,计算:
■=()时的雷诺数Re。
门daia1.98x1(T4x23.6x0.75,=
Re0==:
=135
儿0.026x10-'
Re=Re()=135时'ux=23.6m/s,r=0
(3)取一系列Re,求出相应的雾滴水平飞行速度化和停留时间丁。
如取Re二100,由=化乞与Re=100对应的雾滴水平飞行速度为
Re-Lia100x0.026xlO"3一,
=———=:
=17.5/77/5
心・p°1.98x10^x0.75
由zk卅的列线图查出
A广油〃(Re)
_]()0歹・&2-
-f'-6/(Re--=L45xlQ~2-1」5x10-2=03x10-2
J,35^Re2
相应的的停留时间为
丁_4A心|_4x0.3xl0-2x(1.98xl0~4)2x1100_§心、,咱
T議3x0.026x10-**X
其余各项计算结果列于表2。
表2停留时间丁与雾滴水平运动速度你的关系
Re
『lx"J(Re)严6/(Re)h^.Re2h。
^Re2_
SS
(
135
100
50
25
15
10
8
6
4
2
1
(1.15-1.15)x10-2=0(1・45-1.15)x10-2=o.3xlO"2(2.21-1.15)x10-2=i06x10-2(3.25-1.15)x10-2=2.1x10-(4.38-1」5)x10-=3.23x10-2(5.28-1.15)x10-2=413x10-2(5.80-1.15)xl0"2=4.65xl0"2(6.58-1.15)xl0"2=5.43xl0"2(7.77-1.15)x10-2=6.62x10-2(10.3-1.15)xl0"2=9.15xl0"2(12.6-1.15)xl0~2=11.45xl0"2(15.3-1.15)xl0"2=14.15xl0-2
0
(4))
“以7•为横坐标,心为纵坐标画出心〜:
■关系曲线,如图4,用图解积分可得
ucIt=0.732m
即雾滴由沿径向运动的半径距离为5=0.732/h,则塔直径为
D=25=2x0.732=1.464/2/
圆整后取D=1.50/no
T,S
图4心〜z•关系曲线图
2.塔高
(1)降速运动时间内雾滴的下降距离0
®r=0时,雾滴轴向运动的雷诺数Rc()为
1.98x10^x51.7x0.75“
0.026xlO'3
=123.8
4x9.81x0.75x(1.98x10“)'x(1100-0.75)
3x(0.026xl0"3)2
由Rc与^Re2的关系列
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