压力式喷雾干燥塔设计计算书

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目录
一.设计题目----------------------------------------------2 二.设计任务及条件-------------------------------------2 三.工艺设计计算
1.物料衡算----------------------------------------------3 2.热量衡算----------------------------------------------3 3.雾滴干燥所需时间 计算--------------------------3 4.压力式喷嘴主要尺寸的确定----------------------5 5.干燥塔主要尺寸的确定----------------------------6 6.主要附属设备的设计或选型---------------------11 四.设计结果汇总表------------------------------------13 五.参考文献---------------------------------------------13
“压力式喷雾干燥塔设计”任务书
(一)设计题目
压力式喷雾干燥器设计。

(二)设计任务及设计条件
1、干粉生产能力:(湿基)见下表。

2、设备型式:压力式喷雾干燥器,干燥物质为陶瓷原料料浆,干燥介质为空气,热源为发生炉煤气。

3、设计条件:
(1)料浆含水量 w 1=40wt %(湿基) (2)干粉含水量 w 2=6wt %(湿基) (3)料浆密度 ρl =1200kg/m 3
(4)干粉密度 ρp =900kg/m 3 (5)热风入塔温度 t 1=450℃ (6)热风出塔温度 t 2=70℃ (7)料浆入塔温度 t m1=20℃ (8)干粉出塔温度 t m2=50℃ (9)干粉平均粒径 d p =60μm
(10)干粉比热容 c m =1.04kJ/(kg ·℃) (11)料浆雾化压力 2MPa (表压)
(12)取冬季的空气参数 温度t a =2℃,相对湿度φa =70%
(13)进料量 1100kg/h(干基) (三)工艺设计计算 1.物料衡算
(1)料液处理量G 1
212
11001006
11001723.3kg/h 10010040
G G ωω--==⨯=--
(2)水分蒸发量W
121723.31100623.31kg/h
W G G =-=-=
2.热量衡算
(1)使物料升温所需热量:
22()1100 1.04(5020)
55.1kJ/kgH 623.3
m m m m G c t t q o W 21-⨯⨯-=
==
(2) 根据经验,取热损失12=210kJ/kgH q o (3)干燥塔出口空气的湿含量 1
m
2+q
=210+55.1=265.1kJ/kgH q q o =∑
21
121
4.1862026
5.1181.4w m I I c t q H H -=-=⨯-=--∑
据气象条件(年平均气温2℃,年平均相对湿度ϕ=70%),查空气H-I 图,得
10.003kg /kg o H H ==干空气,1464.5/I kJ kg =干空气,任取H 2'=H e =0.04,代入上
式得
I 2'=I e =464.5-181.4(0.04-0.003)=457.8 查I-H 图得H 2=0.141kg 水/kg 干空气 I 2=439.6kj/kg
(4) 于是干空气消耗量
21623.3
4516.7/0.1410.003
W L kg h H H =
==--干空气
3.雾滴干燥所需时间τ计算 (1)汽化潜热γ的确定
由I-H 图查得空气入塔的湿球温度65w as t t ==℃,查手册得该温度下水的汽化潜热γ=2346kJ/kg 。

(2)导热系数λ的确定 平均气膜温度为
()5.6770652
1
=+•℃,在该温度下空气的热导热率52.94410/()KW m λ-=⨯⋅℃。

(3)初始滴径l d 的计算
1112221
1
3310
1240
0.67/11004060.06/11006
190010.676063.41120010.06p p p X kg kg X kg kg X d d m
X ωωωωρμρ===--===--⎛⎫++⎛⎫=⋅=⋅⨯= ⎪ ⎪++⎝⎭⎝⎭
水干物料水干物料
(4)雾滴的临界直径
60pc p d d m μ==
(5)液滴的临界湿含量c X 的计算
3
1101311116010000.4110.463.412000.45/p w c p d X d kg kg ρωωρ⎧⎫⎡⎤⎛⎫⎪⎪⎢⎥=-- ⎪⎨⎬ ⎪-⎢⎥
⎪⎪⎝⎭⎣⎦⎩⎭
⎧⎫⎡⎤⎪
⎪⎛⎫=--⎢⎥⎨⎬ ⎪-⎝⎭⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎭⎩
=水干物料
(6)空气的临界湿含量c H 的确定
()()
()()
111111723.310.40.670.450.0034516.7
0.050
c c G X X H H L
ω--=+--=+=
(7)空气的临界温度c t 的确定
由c H =0.050和P =2M Pa ,查得c t =216.45℃
(8)传热温差1m t ∆、2m t ∆的计算
()()()()111
11
22222
266.93ln 64.91ln m c w m m c w
c w m m c w m t t t t t C
t t t t t t t t t C
t t t t ---∆==-----∆=
=--
⑨雾滴干燥所需时间τ的计算
222021
2
221221233
3()()
823461200(63.460)1023469006010(0.450.06)8 2.94410266.9312 2.9441064.911.48100.533l p pc p pc c m m d d d X X t t h s
γργρ-------τ=
+
λ∆12λ∆⨯-⨯⨯⨯⨯⨯-=+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯= 4.压力式喷嘴主要尺寸的确定
(1)为了使塔径不至于过大,根据经验取喷嘴角48β=︒,根据《喷雾干燥实用技术大全》中,图4-11查得A 0.9'= (2)当A 0.9'=时,查图4-12得D C =0.41 (3)喷嘴孔径的计算
1
1/2
2
4
032.3210r m
--⎡⎤⎡⎤===⨯ 即0r =2.32mm ,002 4.64d r mm ==,圆整后取d 0=5mm 。

(4)喷嘴其它主要尺寸的确定
选矩形切线入口通道2个,据经验取 2.2b mm =,2R 1/b=8,即R 1=8.8mm,圆整R 1=9mm,即旋转室直径选用10 mm 。

因为 12A ab =,21 2.2
97.922
b R R mm =-
=-= 所以 1
1
0102
22 3.14 2.329 2.32()()8.9722 2.20.97.9
r R r a bA R π⨯⨯==⨯='⨯⨯
取a=9.0mm
(5)校核喷嘴的生产能力
'
1/21/2
01
02 2.329 2.32(
)(
)()()0.897229 2.27.9
r R r A mm ab
R ππ⨯⨯===⨯⨯ 圆整后'A 基本不变,不必复算,可以满足设计要求。

411/(3600)1723.3/(12003600) 4.010V G ρ-=⨯=⨯=⨯
旋转室通道长度l 和宽度b 之间的关系,可按3l b =选取。

3 2.2 6.6l mm =⨯= (6)空气心半径c r 的计算 01
01
3.14 2.329
1.6629
2.2
r R A A π⨯⨯=
=
=⨯⨯
由A 与a 的关联图查得00.55a =
2.32 1.56c r r mm === (7)喷嘴出口处液膜速度的计算 平均速度
()()
4
022226
0 4.01043.2/3.14 2.32 1.5610
c V u m s r r π--⨯===-⨯-⨯ 水平速度分量
00tan
19.2/2
x u u m s β
==
垂直速度分量
0043.2/y u u m s == 合速度
12
22
000()47.3/res x y u u u m s =+=
5.干燥塔主要尺寸的确定 (1)塔径的计算
塔内空气各参数按常压考虑,其平均温度
()1
450702602
C +=,查手册得空气粘度0.0278a μ=厘泊,空气密度30.671/a kg m ρ=。

① 根据初始水平速度019.2/x u m s =,计算出0e R ,
300063.41019.20.67Re 29.30.0278
p x a
a
d u ρμ-⨯⨯⨯=
==
属于过渡区。

② 由Re 与ζ,2Re ζ,/Re ζ,B 的列线图查得查得0Re 时,20 3.010B B -==⨯。

③ 当初始的瞬间,即当00τ=,由[]2043l l a
d B B ρτμ=-得0τ=。

④ 取一系列1Re 100=,2Re 70=,…;得一系列1x u ,2x u ,…;查得相应的1B ,
2B …;算出一系列相应的1τ,2τ,…;列出表1中。

⑤ 以τ为横坐标,x u 为纵坐标,作τ-x u 曲线,如图1所示。

用图解积分法求得
0.033
0.31x S u d m τ==⎰
塔径D=2S=0.62m ,圆整取为D=0.7m 。

(2)塔高的计算
①减速运动段的距离1Y 的计算 a. 由初始垂直速度0y u 计算出0Re 。

0Re =00p y a
a
d u ρμ=
363.41043.20.67
660.0278
-⨯⨯⨯= 属于过渡区。

3
2
4()
3a a p l a
g d ρρρψμ-=
=3332
49.80.67(0.063410)(12000.67)3(0.027810)
--⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=3.46 b. 由于2Re ,f f ψζ= 查Re 与ζ,2
Re ζ,/Re ζ,B 的列线图得Re f =0.13。

c. 据0Re 查Re 与ζ,2Re ζ,/Re ζ,B 的列线图得2
3Re 6.410o o ζ=⨯,则
4
23
11 1.5610Re 6.410 3.46
o o ζψ-==⨯-⨯- 表1 停留时间τ与雾滴水平速度x u 的关系
15 10.4 3.7 0.00145 10 6.9 5.2 0.00456 7 4.8 6.2 0.00663 5 3.45 7.1 0.0085 3 2.07 8.7 0.0118 2 1.38 10.0 0.0145 1 0.69 12.5 0.0197 0.5 0.35 15.2 0.0253 0.3 0.21 17.3 0.0296 0.2 0.14
19.0
0.0332
图1 x u τ-曲线图
d. 取一系列12Re 300,Re 200,,Re 1.8f ==⋯=,由Re 与ζ,2Re ζ,/Re ζ,B 的
列线图查得相应的222
1122Re ,Re ,Re ;f f ζζζ⋯再计算出相应的
222
1122111
,,,,Re Re Re f f
ζψζψζψ⋯---列于表2中。

e. 以Re 为横坐标,
21
Re ζψ
-为纵坐标作图,如图2所示。

表2 Re 与
2
1
Re ζψ
-、y u 、τ'的关系 Re
2Re ζ
3
2110Re ζψ⎡⎤⨯⎢⎥
-⎣⎦
Re a
y l a u d μρ=
(/m s )
2'
24Re
3Re l l a d d ρτμζψ
=-⎰ (s )
66 6.4×310 0.156 44 0 50 3.9×310 0.263 32.7 2.0×310- 30 1.9×310 0.621 21.3 1.6×310- 20 1.1×310 0.95 13.2 1.3×210- 10 4.2×210 2.4 6.54 0.02755 8 3.2×210 4.1 5.12 0.04678 5 7.1×210 5.8 3.27 0.0646 2 14.8 33 1.95 0.2365 0.5 10 320
0.3863 0.8526
0.35
8.5

0.2406
f .由1Re =66,可计算出144/y u m s =,据图2可求得409
2300
Re
Re d ζψ
-⎰
从而可以算出
停留时间1τ'=
2
66
250
4Re 3Re l l a
d d ρμζψ
-⎰
=0.3166250Re Re d ζψ-⎰=2
2.3210s -⨯。

图2 Re 与
2
1
Re ζψ
-曲线 g .类似地,由23Re ,Re ,⋯Re f ,根据图4-45可求得,409
2200
Re
Re d ζψ
-⎰
,⋯,
409
20.35Re
Re d ζψ-⎰;亦可计算出相应的停留时间2τ',3τ'⋯,τ',如表2所示。

由此得
到减速运动段的停留时间0.24s τ'=。

h .由表2的y u ,τ'数据,作τ'-y u 曲线如图3所示。

用图解积分法可得减速运动段的距离0.852610
1.52y y u d m τ==⎰。

圆整后为y=1.6m 。

(3)热风进出口接管直径的确定
在干燥系统中,一般取风管中的风速为15~25 m/s 。

① 热风进口接管直径1d
1H v =1
1273(0.773 1.244)
273
t H ++ =(0.773+1.244⨯0.003)273450
273
+=2.063/g m k 干空气
3114516.7 2.069304.4/H V Lv m s ==⨯=
取热风管道中的气速为253/m s ,则
10.363d m =
=
圆整后取干燥塔热风入口接管直径1d =370mm 。

② 热风出口接管直径2d
2
22273(0.773 1.244)273
H t v H +=+ =(0.773+1.244⨯0.141)27370
273+
=31.19/m kg 干空气 V 2=L 2H ν=4516.7⨯1.19=5374.9h m /3
20.276d m =
=
圆整后取2280d mm = 6.主要附属设备的设计或选型 (1)旋风分离器
进入旋风分离器的含尘气体近似按空气处理,取温度为95C ︒。

3327395
(0.773 1.2440.141)
1.28/273
H m kg υ+=+⨯=干空气 3334516.7 1.285909/H V L m h υ==⨯=
采用蜗壳式旋风分离器,其进口宽度0.225b D =,高度0.3a D =,取进口速度为25 m/s,则
35909
0.2250.32536003600
V D D ⨯⨯=
=
即0.973D m =。

圆整后取1000D mm =。

其余各部分尺寸为
10.8800L D mm == 222000L D mm ==
0.225225b D mm == 0.3300a D mm == 0.35350d D mm == 0.7700l D mm ==
'0.2200d D mm ==
(2)风机的选择
干燥塔的操作压力一般为0~-100(表压),所以本系数需2台风机,即干燥塔前安装1台鼓风机,干燥塔后安装1台引风机,阻力也可以干燥塔为基准分前段(从空气过滤器至塔)阻力和后段(塔后的设备及管道等)阻力。

在操作条件下,热风流经各设备及管道等的阻力如表3所示, ○
1鼓风机的选型 鼓风机入口处的空气风度为2C ︒,湿含量 0H =0.003
302732
(0.773 1.2440.003)
0.78/273
H m kg υ+=+⨯=干空气 3004516.70.783523/H V L m h υ==⨯=
表3 系统阻力估算表
3C 0.83/kg m ︒系统前风温按150计,密度为,则所需风压(规定状态下)为
1.22169pa 0.83⎛⎫⨯= ⎪⎝⎭
1500
34-72-11No.4.5A m /2530pa h 故选用离心机,风量为5730,风压为。

2 引风机的选型
C kg ,︒3系统后段风温按80计,密度为1.000/m 则引风机所需风压为(规定状态下)为
5160pa ⎛⎫⨯= ⎪⎝⎭
1.2 4300。

1.000 352C H 0.035.27375
(0.773 1.244 1.22m /273h v H kg ︒=+=+=2取引风机入口处的风温为75,湿含量为)空气
355V L 1.224516.75510/h v m h ==⨯=
3919NO.5A /Pa m h -故选用离心通风机,风量为5903,全压为5750。

(四)设计结果汇总表
通过上述设计计算得到的本设计示例设计结果汇总表 设计结果汇总表
料液处理量,kg/h1723.3
蒸发水量,kg/h623.31
空气用量,kg干空气/h4516.7
雾化器孔径,mm 5.0
干燥塔直径,m0.7
干燥塔有效高度,m 1.6
旋风分离器直径,m1
鼓风机型号4-72-11 No.4.5A
引风机型号9-26NO.5A
(五)参考文献
1、《喷雾干燥实用技术大全》中国轻工业出版社刘广文编著
2、《化学单元过程及设备课程设计》化学工业出版社匡国柱史启才主编。

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