食工原理课程设计说明书 奶粉喷雾干燥的设计

食工原理课程设计

说明书

江南大学食品学院食科0804班

2011年6月26日

设计任务书

一、设计题目

奶粉喷雾干燥装置的设计

二、设计条件

（一）设计原始条件

1、干燥处理量 G1 = 2700吨/年

2、物料进入干燥器的湿含量 w1 = 60%（湿基，质量百分数）

3、产品含水量 w2 = 2%（湿基，质量百分数）

4、料液密度ρw = 1100kg/m3

5、产品密度ρ D = 900kg/m3

6、湿物料进口温度θ1 = 50℃

7、产品出口温度θ2 = 75℃

8、干燥介质空气温度 t0 = 15℃

9、干燥介质空气相对湿度φ0 = 75%

10、热风入塔温度 t1 = 145℃

11、热风出塔温度 t2 = 95℃

(二)设计者自行确定

1、压力喷嘴、喷雾角θ、雾化压力

2、热损失估计 q1

3、车间停工检修制度（工作日/年）

三、设计要求

1、干燥装置的工艺流程设计

喷雾器、干燥室、除尘装置（旋风分离器）、风机选择

2、喷雾器形式尺寸计算（喷嘴尺寸、θ、d0、h）

3、干燥塔尺寸（D、Z）

4、旋风分离器尺寸（D及各部分尺寸）

5、风机、板式换热器规格型号

6、绘制待检测仪表的喷雾装置工艺流程图

7、喷雾干燥器的工艺条件图

8、编写说明书

四、工艺计算结果汇总表

目录

一、喷雾干燥技术简介………………………………

二、设计方案的拟定及说明………………………………

三、工艺流程草图及说明………………………………

四、工艺计算及主体设备设计………………………………

五、辅助设备的计算及选型………………………………

六、设计结果一览表………………………………

七、对本设计的评述………………………………

八、附图………………………………

九、参考文献………………………………

十、主要符号说明………………………………

一、喷雾干燥技术简介

喷雾干燥技术是采用雾化器将原料液分散为雾状液滴，并在热的干燥介质中干燥而获得产品的过程。原料液可以是溶液、乳浊液或悬浮液，也可以是熔融液或膏糊液。根据干燥产品的要求，可以制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状。

喷雾干燥技术已有一百多年的历史，它在工业上的应用也有近百年的历史。开始只限于蛋粉、奶粉等少数成品的产生，由于对它的不断研究和开发，现已在化学工业、食品工业、医药、农药、陶瓷、水泥、水产、林业冶金等工业生产中的广泛应用。目前，已从喷雾干燥发展到喷雾冷却、喷雾吸收、喷雾萃取和喷雾冷冻。

（一）喷雾干燥装置设计的特点

喷雾干燥是传热、传质和流体流动同时进行的过程。对于任何一种喷雾干燥装置的设计，都应考虑下列因素：

1、保证产品质量要求。如达到要求的含水量，一定的粒度分布、结晶形状及光泽等。

2、干燥速率快，以缩短干燥时间，减小设备尺寸，提高设备的生产能力。

3、干燥器的热效率高。干燥操作是能量消耗较大的单元操作之一。在干燥操作中，热能

的利用情况是技术经济的一个主要指标。

4、干燥系统的流动阻力要小，以降低输送机械的动力消耗。

5、环境污染小，劳动条件好。

6、操作简便、安全可靠。对于易燃、易爆、有毒物料的干燥要采取特殊的技术措施。（二）雾化机理

溶液的喷雾干燥是在瞬间完成的，为此要增加其分散度，即增加单位体积溶液中的表面积，才能加速传热和传质过程（即干燥过程）。当溶液雾化为细雾滴时，必须要消耗一定的能量。而能量消耗取决于高速流动液体的应变能（克服所做的功）、克服形成相同表面（液滴）时的表面张力和粘滞力以及传给液滴动能和克服流动阻力。

液体的雾化机理基本上可划分为三种类型，即滴状分裂、丝状分裂和膜状分裂。（三）喷雾干燥过程的四个阶段

喷雾干燥过程可分为四个阶段：料液雾化为雾滴；雾滴与空气接触（混合与流动）；雾滴干燥（水分蒸发）；干燥产品与空气分离。

目前常用的料液雾化器有三种：气流式喷嘴、压力式喷嘴、旋转式雾化器。

（四）喷雾干燥的优缺点

1、喷雾干燥的优点

①由于雾滴群的表面积很大，物料干燥所需时间很短。

②在高温气流中，表面润湿的物料温度不超过空气的湿球温度，由于干燥时间迅速且

时间短，最终产品的温度也不高。因此，喷雾干燥特别适宜热敏性物料的干燥。

③容易改变操作条件，以调节或控制产品的质量指标，如产品的粒度分布、最终湿含

量等。

④根据工艺上的要求和操作上的灵活性，可以满足各种产品的质量指标。

⑤简化了工艺流程，容易实现机械化、自动化，还能减轻粉尘飞扬，改善劳动环境。

2、喷雾干燥的缺点

①当热空气温度低于150℃时，容积传热系数较低（23~93W/m^3℃）,所用设备的容积

就显得庞大一些。在低温操作时，热利用率低，空气消耗量较大，因此动力消耗也随之增大。

②对气-固混合物的分离要求较高。对于细粉产品，要选择高效分离装置，以免产品损

失和污染大气。因此高效分离装置的结构比较复杂。

二、奶粉喷雾干燥装置设计方案的拟定及说明

奶粉是以鲜奶为主要原料加工而来的直接产品，考虑到产品的品质要求（包括含水量、粒径、溶解性、热稳定性、色泽和形状等），生产过程的工艺操作要求与安全性以及经济合理等问题，本设计方案选择采用塔式干燥室以及压力式雾化器；干燥介质采用热空气，过程中使用板式换热器与电加热；为了克服整个系统的阻力以输送干燥介质，风机选用离心式通风机，配置方式为前送后抽式；分离带有粉尘的废气，一级分离安装旋风分离器，二级分离安装袋滤器。

三、工艺流程草图及说明

采用压力式喷嘴喷雾干燥这种料液的工艺流程示意图如图1所示。料液经过过滤器由泵送至雾化器，干燥过程所需的新鲜空气经过滤后由鼓风机送至空气加热器中加热到所要求的温度再进入热风分布器的热风相接触，在干燥室中使雾滴干燥；干燥的产品一部分由干燥器底部排除，另一部分与废气一起进入旋风分离器分离下来；废气由引风机排入大气。

四、工艺计算及主体设备设计

（一）物料衡算

W ——水分蒸发量，kg/h

X1、X2 ——干燥前后物料的干基含水量，%

w1、w2 ——干燥前后物料的湿基含水量，%

G1、G2 ——干燥前后物料的质量流量，kg/h

Gc ——绝干物料的质量流量，kg/h

1、绝干物料质量流量Gc

干燥处理量 G1 = 2700吨/年

平均按每年365天，52周，每周工作5天，即共有260工作日/年，每个工作日按24小时计算，则有6240工作时/年，所以G1 = 433 kg/h.

Gc = G1 × (100 - w1)/100 = G2 × (100-w2)/100

= 433 × (100 - 60)/100 = 173.2 kg/h

2、产品产量G2