喷雾干燥器设计计算.

工业大学课程设计任务书

一、课程设计的容 1．设计任务与要求

设计一喷雾干燥装置以干燥某种物料悬浮液。干燥介质为空气，热源为蒸气和电；雾化器采用旋转型压力喷嘴，选用热风-雾滴（或颗粒）并流向下的操作方式。 2．概述、原理、优点、流程

通过查阅喷雾干燥有关资料，熟悉喷雾干燥基本原理、优点和工艺流程。 3．根据计算的最主要尺寸绘制流程示意图 二、课程设计的要求与数据 料液处理量1G ＝300h kg /

料液含水量1ω＝80％（湿基，质量分数） 产品含水量ω=2%(湿基，质量分数) 料液密度L ρ=11003/m kg 产品密度D ρ=9003/m kg 热风入塔温度 t 1＝300℃ 热风出塔温度t 2=100℃ 料液入塔温度1θ=20℃ 产品出塔温度2θ＝90℃

产品平均粒径dp =125μm 干物料比容热m c =2.5kJ/(kg.·℃) 加热蒸汽压力（表压）0.4MPa 料液雾化压力（表压）4MPa 年平均空气温度12℃ 年平均空气相对湿度 70％

注意：以上数据仅作为例子，每个学生设计时应按下表要求独立自选参数3个，并登记入点名册，所选参数完全一致的学生无效，上述示例数据不能选。

三、课程设计应完成的工作

1、通过查阅喷雾干燥有关资料，熟悉喷雾干燥基本原理、优点和工艺流程。

2、工艺计算

3、主要设备尺寸的设计

4、绘制工艺流程

5、撰写课程设计说明书 四、课程设计进程安排

五、应收集的资料及主要参考文献

英南玉兰主编. 常用化工单元设备的设计. 华东理工大学2005年第一版。

发出任务书日期：2009年6月22日

指导教师签名：

计划完成日期： 2009年7月2日

基层教学单位责任人签章：

主管院长签章：

摘要

物料在加工成为成品之前，必须除去其中超过规定的湿分。化学工业中常用干燥法除湿，它是利用热能使湿物料中的水分汽化，并排出生成的蒸汽，以获得湿含量达到要求的产品。干燥过程中物料表面的水汽压强必须大于干燥介质中的水汽的分压，两者差别越大，干燥操作进行得越快。所以干燥介质应及时将汽化的水汽带走，以维持一定的扩散推动力。

喷雾干燥器是将溶液、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，从而获得粉末状或颗粒状的干产品。本文是设计一个喷雾干燥装置以干燥某种物料悬浮液。干燥介质为空气，热源为蒸汽和电；雾化器采用旋转型压力喷嘴，选用热风-雾滴（或颗粒）并流向下的操作方式。

本文就设计任务与要求，和所规定的工艺设计条件，在喷雾干燥器的原理，优点和流程方面作了详细的描述，同时在工艺设计计算过程中有详细，严谨的计算过程。主要针对的是物料、热量的衡算，喷雾干燥所需的时间，压力喷嘴主要尺寸的确定和干燥塔主要尺寸的确定，在文章的最后绘制了喷雾干燥装置的流程示意图。

关键词：喷雾干燥器干燥塔压力喷嘴

一、工艺设计条件

料液处理量G

1

＝340kg/h

料液含水量ω

1

＝59％（湿基，质量分数）产品含水量ω=2%(湿基，质量分数)

料液密度ρ

L =1100kg/m3产品密度ρ

D

=900kg/m3

热风入塔温度t

1＝245℃热风出塔温度t

2

=100℃

料液入塔温度θ

1=20℃产品出塔温度θ

2

＝90℃

产品平均粒径dp=125μm 干物料比容热c

2

m

=2.5kJ/(kg.·℃)

加热蒸汽压力（表压）0.4MPa 料液雾化压力（表压）4MPa

年平均空气温度12℃年平均空气相对湿度70％

注意：以上数据仅作为例子，每个学生设计时应按下表要求独立自选参数3个，并登记入点名册，所选参数完全一致的学生无效，上述示例数据不能选。

二、设计基本容

1．设计任务与要求

设计一喷雾干燥装置以干燥某种物料悬浮液。干燥介质为空气，热源为蒸气和电；雾化器采用旋转型压力喷嘴，选用热风-雾滴（或颗粒）并流向下的操作方式。

2．概述、原理、优点、流程

（1）概述

喷雾干燥器是将溶液、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，从而获得粉末状或颗粒状的干产品。

（2）原理

在干燥塔顶部导入热风，同时将料液泵送至塔顶，经过雾化器喷成雾状的液滴，这些液

滴群的表面积很大，与高温热风接触后水分迅速蒸发，在极短的时间便成为干燥产品，从干燥塔底部排出。热风与液滴接触后温度显著降低，湿度增大，它作为废气由排风机排出，废气中夹带的微粉用分离装置回收。

物料干燥过程分为等速阶段和减速阶段两个部分进行。在等速阶段，水分蒸发是在液滴表面发生，蒸发速度由蒸汽通过周围气膜的扩散速度所控制。主要的推动力是周围热风和液滴的温度差，温度差越大蒸发速度越快，水分通过颗粒的扩散速度大于蒸发速度。当扩散速度降低而不能再维持颗粒表面的饱和时，蒸发速度开始减慢，干燥进入减速阶段。在减速阶段中，颗粒温度开始上升，干燥结束时，物料的温度接近于周围空气的温度。

（3）优点：

(a) 干燥速度十分迅速。料液经喷雾后，表面积很大。在热风气流中热交换迅速，水分蒸发极快，瞬间就可蒸发95％～98％的水分，完成干燥的时间一般仅需5～40s左右。

(b) 干燥过程中液滴的温度不高，产品质量较好。喷雾干燥使用的温度围非常广（80～800℃），即使采用高温热风，其排风温度仍不会很高。在干燥初期，物料温度不超过周围热空气的湿球温度50～60℃，干燥产品质量较好，不容易发生蛋白质变化，维生素损失，氧化等缺陷。对热敏性物料和产品的质量，基本上接近在真空下干燥的标准，防止物料过热变质。

(c) 产品具有良好的分散性，流动性和溶解性。由于干燥过程是在空气中完成的，产品基本上能保持与液滴相近似的中空球状或疏松团粒状的粉末状，具有良好的分散性，流动性和溶解性。

(d) 生产过程简化，操作控制方便。喷雾干燥通常用于处理湿含量40％～60％的溶液，特殊浆料即使湿含量高达90％，也可不经浓缩，同样能一次干燥成粉状产品。大部分产品干燥后不需要再进行粉碎和筛选，从而减少了生产工序，简化了生产工艺流程。产品的粒经，松密度，水分，在一定围，可用改变操作条件进行调整，控制管理都很方便。

(e) 防止发生公害，改善生产环境。由于喷雾干燥是在密闭的干燥塔进行的，这就避免了干燥产品在车间里飞扬。

(f) 适宜于连续化大规模生产。喷雾干燥能适应工业上大规模生产的要求，干燥产品经连续排料，在后处理上可结合冷却器和风力输送，组成连续生产作业线。

(g) 容易改变操错条件，控制或调节产品的质量指标。改变原料的浓度，热风温度等喷雾条件，可获得不同水分和粒度的产品。

(h) 可以满足对产品的各种要求。增加某些措施或运用操作上的灵活性，能制成不同形

状（球形、粉末、疏松团粒）、性质（流动性、速溶性）、色、香、味的产品。 (4) 流程

常用喷雾干燥工艺流程：雾化→热气流中加热→水分蒸发干燥→气固分离→收集产品； 主要构成：干燥器、雾化器、旋风分离器、卸料器、空气加热器、过滤器、风机和泵等。

3．工艺设计计算 3.1物料衡算 ① 产品产量G 2 G 2＝G 1×

2111ωω--＝340×02

.0159

.01--＝142.2 (kg/h) ② 水分蒸发量W

W ＝G 1－G 2＝340-142.2＝197.8(kg/h) 3.2热量衡算

① 物料升温所需的热量q m q m ＝

W c G m ）θθ1222(-＝8

.19720905.22.142）（-??＝125.88 (kJ/kg 水) ② 热损失q l

根据经验取q l ＝210（kJ/kg 水） ③ 干燥塔出口空气的湿含量H 2

1

21

2H H I I --＝－(q m ＋q l －C W θ1)＝－(125.88＋210－4.186×20)＝－252.16

C W 为水的比热；4.186kJ/(kg ·℃)

I 1，I 2分别为空气进入干燥器前和离开干燥器时的热焓，kJ/kg 干气； H 1，H 2分别为空气进入干燥器前和离开干燥器时的湿度，kg 水/kg 干气； 根据年平均空气温度为12℃，年平均空气相对湿度70％，查空气的I －H 图得H 0= H 1=0.006, I 1=320kJ/kg ，任取H '1＝H e =0.04，代入上式得： I '2= I e =320－223.50×(0.04－0.006)=311.43 kJ/kg