喷雾干燥器的设计

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 h kg G /3301= 料液含水量 %801=w （湿基）； 产品含水量 %22=w （湿基） 料液密度 3

1/1100m kg =ρ；

产品密度 3

2/900m kg =ρ

热风入塔温度 ℃t 3001=； 热风出塔温度 ℃t 100

2= 料液入塔温度 ℃20

1=θ；

产品出塔温度 ℃90

2=θ 产品平均粒径 m d μ1252=；

产品比热容 )/(5.22℃kg kJ c ⋅= 加热蒸汽压力（表压） MPa 4.0；

料液雾化压力（表压） MPa 4

年平均温度 12℃；

年平均相对湿度 70%

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——料液贮罐 2——料液过滤器 3——截止阀 4——隔膜泵 5——稳压罐 6——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

(一) 物料衡算

1. 绝干物料流量G

h kg w G G /66%)801(330)1(11=-=-=

2. 产品产量2G

h kg w w G G /3.67%

21%)

801(3301)1(2112=--=--=

3. 水分蒸发量W

h kg G G W /7.2623.6733021=-=-=

(二) 热量衡算

1. 物料升温所需热量m q

()()水kg kJ W c G q m /8.447

.26220905.23.671222=-⨯=-=

θθ

2. 汽化kg 1水的热损失l q

W

t

F q q ∆=

α11按经验公式计算

w t ，21.04.33+=αα气的传热系数—干燥塔表面对周围空—

℃t ，t w w 40——=取干燥塔外表面温度

()h ℃m kJ ⋅⋅=⨯+=2/8.414021.04.33α

230——m F ，F =取干燥塔散热面积

室温壁温-∆——t ，℃t 281240=-=∆ 水kg kJ W t F q /6.1337.26228308.411=⨯⨯=∆=α

3. 干燥塔出口空气的湿度2H

根据热量衡算

()()水

kg kJ c q q H H I I H H I I w m l /7.9420187.48.446.13311

1

1212-=⨯++-=++-=--=--θ

即

7.941

1

-=--H H I I ，为一直线方程

根据给出的工艺设计条件，℃t 12

0=，%70=ϕ，由湿空气的H-I 图查出，绝干气水kg kg H H /006.001==。当℃t 3001=时，由湿空气的H-I 图查出，

绝干气kg kJ I /3201=。任取绝干气水kg kg H /05.0=，则

()绝干气kg kJ I /8.315320006.005.07.94=+-⨯-=

连结点(

)绝干气绝干气水kg kJ ，I

kg kg H A /320/006.01

1==和点

()绝干气绝干气水kg kJ ，I kg kg H B /8.315/05.0==，并延长与℃t 100

2=线相交于点D ，点D 就是出口空气状态点。由H-I 图查出，。kg kg H 绝干气水/073.02=

t=125℃

t=100℃I 1=320kJ/kg 绝干气t w =54℃t 1=300℃

C

B

D

A

I

H

0.0730.0630.05

0.006

H 2Hc H 1

图2 2H 求解过程示意图

4. 空气消耗量

绝干空气的消耗量为

h kg H H W L /3921006

.0073.07

.26212=-=-=

实际空气消耗量为

()()h kg H L L /3944006.0139211'0=+⨯=+=

(三) 雾滴干燥所需时间

1. 雾滴临界含水量C X

物料在干燥塔进出口处的干基含水量分别为

绝干料水kg kg w w X /4%

801%

801111=-=-=

绝干料水kg kg w w X /020.0%

21%

21222=-=-=

63.041020.01900

1100113

13

112211=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡++⨯=X X d d c ρρ