奶粉噴霧干燥(1)食品工程設(shè)計(jì)

1、食 品 工 程 原 理課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)設(shè)計(jì)題目奶粉噴霧干燥 專(zhuān)業(yè) 糧食工程 班級(jí) 糧工1103班 姓名 郝林娜 指導(dǎo)老師 馬森 河南工業(yè)大學(xué)2013年 12月22日食品工程原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專(zhuān)業(yè)：糧食工程班級(jí)：1103班姓名：郝林娜學(xué)號(hào)：201111020327一、設(shè)計(jì)題目：奶粉噴霧干燥二、設(shè)計(jì)條件：1、生產(chǎn)任務(wù)：年產(chǎn)全脂奶粉950噸。以年工作日310天，日工作二班，班實(shí)際噴霧時(shí)間6小時(shí)計(jì)。產(chǎn)品質(zhì)量符合國(guó)家“全脂奶粉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”。2、進(jìn)料狀態(tài)：濃縮奶總固形物含量48%。溫度55、密度1120kg/m2、表面張力0.049N/m、黏度15cp。成品奶粉含水量2.5%（一級(jí)品）、密度600

2、 kg/m2、比熱2.1kJ/kg.K。3、新鮮空氣狀態(tài)：t0=25、0=60%，大氣壓760mmHg4、熱源：飽和水蒸氣。三、設(shè)計(jì)項(xiàng)目：a) 工藝流程的確定b) 噴霧干燥裝置的計(jì)算c) 輔助設(shè)備的選型及計(jì)算d) 繪制工藝流程圖e) 編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)四、設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)要求時(shí)間：1周要求：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，確定方案合理，論證清楚，計(jì)算正確，簡(jiǎn)述簡(jiǎn)明，圖紙整潔無(wú)誤，書(shū)寫(xiě)整齊清潔。目錄一、工藝流程確定及論證 41.1論證 41.2噴霧干燥流程圖 7二、噴霧干燥的計(jì)算 72.1物料及熱量衡算 72.1.1空氣狀態(tài)參數(shù)的確定 72.1.2物料衡算 102.1.3熱量衡算 112.2離心式霧化器的計(jì)算 112.

3、2.1液滴直徑的計(jì)算 122.2.2液滴離開(kāi)轉(zhuǎn)盤(pán)的初速度 132.2.3液滴水平飛行距離 142.2.4離心噴霧器所需功率 152.3噴霧干燥塔主要尺寸的計(jì)算 152.3.1塔徑D 152.3.2塔高H 16三、輔助設(shè)備的選型計(jì)算 163.1空氣過(guò)濾器的選型計(jì)算 163.2空氣加熱器的選型計(jì)算 173.3粉塵回收裝置的選型和計(jì)算 193.4風(fēng)機(jī)的選型計(jì)算 213.5其他輔助設(shè)備選用 22四、設(shè)計(jì)結(jié)果總匯 224.1主要工藝參數(shù) 224.2干燥裝置及主要輔助設(shè)計(jì)一覽表 23五、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖 24六、設(shè)計(jì)說(shuō)明 24七、結(jié)束語(yǔ) 26八、參考文獻(xiàn) 27一、工藝流程確定及論證本工藝采用并流離心式

4、噴霧干燥法對(duì)奶粉進(jìn)行噴霧干燥。1.1論證乳粉是一種干燥粉末狀乳制品，具有耐保藏、使用方便的特點(diǎn)。生產(chǎn)乳粉的目的在于保留牛乳營(yíng)養(yǎng)成分的同時(shí)，除去乳中大量水分，使牛乳由含水88%的液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變成含水2%的粉末狀態(tài)，從而大大縮小牛乳體積，既利于包裝運(yùn)輸，又便于保藏和使用。乳粉的主要化學(xué)成分有水分、脂肪、蛋白質(zhì)、乳糖、灰分、乳酸等，因含量差異而形成各種種類(lèi)的乳粉。乳粉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值一般通過(guò)乳脂肪及非脂乳固體部分來(lái)體現(xiàn)。1.1.1.本工藝采用噴霧干燥技術(shù)制備乳粉。噴霧干燥，是指用單獨(dú)一次工序，將溶液、乳濁液、懸浮液或含有水分的膏糊狀物料變成粉狀、顆?；驂K狀的干燥產(chǎn)品。其形成取決于物料的物理特性，以及噴霧干燥

5、設(shè)備的流程和操作。奶粉噴霧干燥的原理是將濃縮乳借用機(jī)械力量，即壓力或離心的方法，通過(guò)噴霧器將乳分散為霧狀的乳滴（直徑為10-15um），大大增加了其表面積，同時(shí)送入熱風(fēng)的情況下霧滴和熱風(fēng)接觸，濃乳中的水分便在0.01-0.04s的瞬間內(nèi)蒸發(fā)完畢，霧滴被干燥成球形顆粒落入干燥室的底部，水蒸氣被熱風(fēng)帶走，從干燥室排風(fēng)口排出，而且微粒表面的溫度為干燥介質(zhì)的濕球溫度（5060），若連續(xù)出料，整個(gè)干燥過(guò)程僅需1030s，故特別適用于熱敏性物料的干燥，蛋白質(zhì)的變性很少，乳清蛋白依然保持良好的溶解性，酶的活性也沒(méi)有喪失。具有較高的溶解度及沖調(diào)性，保持其原有的營(yíng)養(yǎng)成分及色、香、味。噴霧干燥的特點(diǎn)如下：（1）

6、干燥速度快：由于料液經(jīng)噴霧后霧化成幾十微米大小的液滴，所以單位重量的表面積很大，每公升料液經(jīng)噴霧后表面積可達(dá)300左右，因此熱交換迅速，水分蒸發(fā)極快，干燥時(shí)間一般只要幾秒鐘，多則幾十秒鐘，具有瞬間干燥的特點(diǎn)。 （2） 干燥過(guò)程中液滴的溫度比較低：噴霧干燥可以采用較高的溫度的載熱體，但是干燥塔內(nèi)的溫度一般不會(huì)很高。當(dāng)液滴仍有大量水分存在時(shí)，它的溫度不超過(guò)熱空氣的濕球溫度，例如塔內(nèi)熱空氣溫度>>100時(shí)，物料溫度約5060。所以適合于熱敏性物料的干燥，能夠保持產(chǎn)品良好的色澤和香味。 （3）干燥產(chǎn)品具有良好的分散性和溶解性能：根據(jù)工藝上的要求，選用適當(dāng)?shù)撵F化器，可將料液噴成球狀液滴，由于

7、干燥過(guò)程是在空氣中完成的，所得到的粉粒能保持與液滴相近似的球狀，因此具有良好的疏松性、流動(dòng)性、分散性，沖調(diào)時(shí)能迅速溶解。 （4）產(chǎn)品純度高，環(huán)境衛(wèi)生好：由于干燥是在密閉的容器內(nèi)進(jìn)行的，雜質(zhì)不會(huì)混入產(chǎn)品，保證了產(chǎn)品純度。生產(chǎn)有毒氣、臭氣物料時(shí)，可采用封閉循環(huán)或“自惰”循環(huán)系統(tǒng)的噴霧干燥設(shè)備，將毒氣、臭氣燒毀，防止公害，改善環(huán)境。 （5）生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化，操作控制方便：即使含水量高達(dá)90%的料液，不經(jīng)濃縮，同樣能一次獲得均勻的干燥產(chǎn)品。大部分產(chǎn)品干燥后不需粉碎和篩選，從而簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程。對(duì)于產(chǎn)品粒徑大小、松密度、含水量等質(zhì)量指標(biāo)，可改變操作條件進(jìn)行調(diào)整，控制管理都很方便。 （6）適宜于連續(xù)化大規(guī)模

8、生產(chǎn)：干燥后的產(chǎn)品經(jīng)連續(xù)排料，在后處理上結(jié)合冷卻器和風(fēng)力輸送，組成連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)線，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化大規(guī)模生產(chǎn)。其主要缺點(diǎn)有：（1）當(dāng)熱風(fēng)溫度低于150 時(shí)，熱交換的情況較差，需要的設(shè)備體積大。在用低溫操作時(shí)空氣消耗量大，因而動(dòng)力耗用量隨之增大。（2）為了保證乳粉水分含量的要求，必須嚴(yán)格控制各種產(chǎn)品干燥時(shí)排風(fēng)的相對(duì)濕度，一般為10%13%，故需消耗較多的空氣量，從而增加了風(fēng)機(jī)的容量及電耗，同時(shí)也增加了粉塵回收裝置的負(fù)荷，影響了產(chǎn)品得率。（3）對(duì)某些膏糊狀物料，干燥時(shí)需加水稀釋?zhuān)@樣就增加了干燥設(shè)備的負(fù)荷。 （4）由于設(shè)備體積龐大，對(duì)生產(chǎn)衛(wèi)生要求高的產(chǎn)品時(shí)，設(shè)備的清掃工作量較大。 （5）設(shè)備的熱效率較低

9、，在進(jìn)風(fēng)溫度不高時(shí)，熱效率約3040%左右。1.1.2本工藝采用離心式噴霧干燥噴霧干燥按照霧化方法分為壓力式、離心式和氣流式噴霧干燥。離心噴霧是將濃奶送入離心盤(pán)霧化機(jī)中，由于離心盤(pán)的高速旋轉(zhuǎn)，被噴成霧狀，遇熱空氣干燥成乳粉。離心噴霧盤(pán)的線速度為100150m/s。用離心噴霧法生產(chǎn)奶粉時(shí)，離心噴霧盤(pán)的線速度越高，霧滴越小。乳粉顆粒越小，同熱空氣接觸的比表面積越大，熱交換速度越快，熱效率也越高，熱效率也越高，但是小顆粒奶粉的沖調(diào)性能較差。離心式噴霧干燥的操作特點(diǎn)有：（1）塔內(nèi)只安裝一個(gè)霧化器便可完成生產(chǎn)任務(wù)。（2）在一定范圍內(nèi)，可以調(diào)節(jié)霧滴尺寸。（3）生產(chǎn)能力調(diào)節(jié)范圍大。（4）在調(diào)節(jié)處理量時(shí)，不需

10、要改變霧化器工作狀態(tài)。（5）與壓力式噴霧干燥相比，可以適應(yīng)叫高粘度的料液。壓力噴霧干燥中，濃奶由高壓泵打入噴嘴中，經(jīng)噴嘴噴出的濃奶被霧化成霧滴，霧滴遇熱空氣變成乳粉。為了使?jié)饽淘趪娮斐隹谔幊司哂邢蚯皣姵龅乃俣纫酝?，還具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使用帶斜槽的芯子同板眼搭配（稱(chēng)為S型），還有一種是孔板上帶斜槽同板眼搭配（稱(chēng)為M型），兩種噴頭具有同樣的霧化效果。壓力越高，霧化效果越好，奶粉顆料越細(xì)，干燥效率越高。但是顆粒細(xì)小的乳粉，沖調(diào)性能不好。壓力式噴霧干燥對(duì)料液的要求較高，在進(jìn)霧化器前必須進(jìn)行過(guò)濾，以防雜質(zhì)堵塞霧化器。這種結(jié)構(gòu)較緊湊，生產(chǎn)能力大，耗能量較少，且能改變內(nèi)部元件不同飛霧炬形狀。主要缺點(diǎn)是在一定的

11、霧化壓力下噴霧量不能在線調(diào)節(jié)。氣流式噴霧干燥的操作特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便、操作彈性大、易于調(diào)節(jié)，但用于霧化的壓縮空氣的動(dòng)力消耗較大，約為壓力式和離心式霧化器的5-8倍。1.1.3本工藝采用并流型噴霧干燥噴霧干燥按照噴霧和流體流動(dòng)方向分為并流型、逆流型和混合型三類(lèi)。（1）逆流型操作特點(diǎn)是熱利用率較高，但只適用于非熱敏性物料的干燥，而且若空塔速度超過(guò)限度將引起顆粒的嚴(yán)重夾帶，給回收系統(tǒng)增加負(fù)荷。（2）混合型操作特點(diǎn)是氣流與產(chǎn)品較充分接觸，脫水效率高，但產(chǎn)品有時(shí)與濕的熱空氣流接觸，故干燥不均勻，內(nèi)壁局部粘粉嚴(yán)重。（3） 并流型操作特點(diǎn)是：被干燥物料允許在低溫下進(jìn)行干燥。由于熱風(fēng)進(jìn)入干燥室立即與噴霧

12、液滴接觸，室內(nèi)溫度急降，不會(huì)使干燥物料受熱過(guò)度，因此，適宜于熱敏性物料的干燥。塔壁粘粉較少。由于在干燥室內(nèi)細(xì)粒干燥時(shí)間短、粗粒干燥時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品具有比較均勻干燥的特點(diǎn)，適合于液滴高度分散均一的噴霧場(chǎng)合。綜上所述，本生產(chǎn)工藝選用并流、離心式噴霧干燥法對(duì)奶粉進(jìn)行噴霧干燥處理。1.2噴霧干燥流程圖包裝成品 新鮮空氣過(guò) 篩 空氣過(guò)濾器排 放冷 卻 送風(fēng)機(jī)奶 粉排風(fēng)機(jī) 空氣預(yù)熱器 旋風(fēng)分離器噴霧干燥 離心式噴霧器濃縮乳圖1 噴霧干燥流程圖二、噴霧干燥裝置的計(jì)算2.1物料及熱量衡算2.1.1空氣狀態(tài)參數(shù)的確定G1 tM1=55新鮮空氣蒸汽熱空氣濃奶排氣L t00 H0H0 I0L t1 H1H1 I1 L

13、t2 H2H2 I22t0=25，0=60% t1=150,H1=0.01189 t2=80，H2=0.03871H0=0.01189熱損失QL空氣加熱器冷凝水干燥塔 奶粉G2 tM2=70圖2物料、熱量衡算圖2.1.1.1新鮮空氣狀態(tài)參數(shù)由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定條件：t025,060%查得25飽和水蒸汽壓Ps023.76 mmHg (3168.4Pa)濕度H0=0.6220Ps0/(P-0Ps0)=0.622*0.6*23.76/(760-0.6*23.76)=0.01189kg水/kg絕干氣熱焓I0=(1.01+1.88H0) t0+2490H0=(1.01+1.88*0.01189)*25+24

14、90*0.01189=55.414kJ/kg絕干氣濕比容H0=(1/29+H/18)*22.4*(273+t0)/273=(1/29+0.01189/18)*22.4*(273+ 25)/273=0.8593 m3(濕空氣)/kg絕干氣2.1.1.2加熱后空氣的狀態(tài)參數(shù)全脂乳粉的加工工藝流程中，噴霧干燥的操作要點(diǎn)為先將過(guò)濾的空氣由鼓風(fēng)機(jī)吸進(jìn)，通過(guò)空氣加熱器加熱至130-160后，送入噴霧干燥室。如用電熱或燃油爐加熱，可使干燥介質(zhì)的溫度提高至200以上。雖然提高熱空氣溫度可以提高熱效率，強(qiáng)化干燥過(guò)程，減少干燥塔所需容積，但是考慮到溫度過(guò)高會(huì)影響乳粉的質(zhì)量，如發(fā)生龜裂或焦化，所以干燥介質(zhì)的溫度會(huì)受

15、到限制。同時(shí)溫度過(guò)低會(huì)使產(chǎn)品水分含量過(guò)高而不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。故加熱后的空氣溫度可確定為150。濕度H1=H0=0.01189Kg水/Kg絕干氣熱焓I1=(1.01+1.88*H1)*t1+2490H1=(1.01+1.88*0.01189)*150+2490*0.01189=184.459KJ/Kg絕干氣濕比容H1(1/29+ H1/18)*22.4*(273+ t1)/273=(1/29+0.01189/18)*22.4*(273+ 150)/273=1.220 m3(濕空氣)/kg絕干氣2.1.1.3排風(fēng)狀態(tài)參數(shù)確定干燥的乳粉含水分2.5%以?xún)?nèi)，從塔底流出，熱空氣經(jīng)旋風(fēng)分離器收集所攜帶的乳粉顆

16、粒，凈化后的空氣被排風(fēng)機(jī)送入大氣中，排放溫度為80-90，相對(duì)濕度為10-12%。選定排放溫度為80。但為了防止產(chǎn)品長(zhǎng)時(shí)間受高溫影響而使產(chǎn)品變性，且同時(shí)也要防止露水的形成，故奶粉出口溫度一般比排氣溫度低10。就整個(gè)干燥器作熱量衡算，G2CMtM1/W + Cl tM1 +lI0 +l(I1-I0) = G2CM tM2 /W + lI2 +QL式中：CM-產(chǎn)品比熱，全脂奶粉為2.1kJ/kg (任務(wù)書(shū)給定) Cl-水的比熱，4.187kJ/kg絕干氣 tM1-濃奶溫度，任務(wù)書(shū)給定55(任務(wù)書(shū)給定) tM2-奶粉出口溫度，取70 QL-每蒸發(fā)1kg水干燥室的熱損失，按工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)取251kJ/k

17、g水（7,P305：對(duì)于保溫適宜的干燥室而言：其散失的熱量可取60千卡/公斤水，相當(dāng)于251.04kJ/kg水，而對(duì)于空氣加熱器的熱損失可取40千卡/公斤水，相當(dāng)于167.36kJ/kg水。本工藝保溫適宜，故采用熱損失為251kJ/kg水。） W-每小時(shí)蒸發(fā)水量（見(jiàn)物料衡算）263.36kg G2-每小時(shí)奶粉產(chǎn)量 （見(jiàn)物料衡算）255.38kg l-每蒸發(fā)千克水所需空氣量Kg，l1/(H2H1) 將上式整理后可得：Cl tM1-(G2CM tM2 /WG2CMtM1/W+ QL)=(I2-I1)/(H2-H1)方程左端表示干燥室補(bǔ)充熱量與損失熱量之差，用表示。=4.187*55-(255.38

18、*2.1*70/263.36-255.38*2.1*55/263.36+251)=-51.2605 KJ/Kg水=(I2-I1)/(H2H1) =(1.01+1.88H2)t2+2490H2-I1/(H2H1) =(1.01+1.88H2)*80+2490H2-184.542/(H2-0.01189)=-51.2605KJ/Kg水解得:H20.03877 Kg水/Kg絕干氣熱焓I2(1.01+1.88 H2)t2+2490 H2(1.01+1.88*0.03877)*80+2490*0.03877 183.01 kJ/kg絕干氣2的求?。河蒆20.6222PS2/(P-2PS2)查得80飽和水

19、蒸汽壓PS2355.1mmHg0.038770.622*355.12/(760-355.1*2)解得：212.55%13%為保證乳粉水分含量的要求，必須嚴(yán)格控制排風(fēng)相對(duì)濕度2=1013%。由于2在此范圍以?xún)?nèi)，所以含水量可以保證。濕比容H2=(1/29+H/18)*22.4*(273+t2)/273=(1/29+0.03871/18)*22.4*(273+80)/273=1.0611m3(濕空氣)/kg絕干氣2.1.2物料衡算 2.1.2.1每小時(shí)需得奶粉量G2可由年產(chǎn)量，年工作日，日工作班數(shù)及噴霧時(shí)間求?。ㄏ嚓P(guān)數(shù)據(jù)由任務(wù)書(shū)給定：年產(chǎn)全脂奶粉950噸，年工作日為310天，日工作二班，班實(shí)際噴霧時(shí)

20、間6小時(shí)）G2=950*1000/(310*2*6)= 255.38 kg/h2.1.2.2 每小時(shí)噴霧濃奶量及蒸發(fā)水分量WG1=G2*(1-W2)/(1-W1) =255.38*(1-0.025)/(1-0.50)=518.74 Kg/hW=G1-G2=518.74 -255.38=263.36 kg/h 2.1.2.3每蒸發(fā)1kg水干空氣用量（絕干量計(jì)）l=1/(H2H1)1/(0.03877-0.01189）=37.20 kg絕干氣/kg水每小時(shí)干空氣量LW/(H2H1)263.36/（0.03877-0.01189）=9808.5661 Kg絕干氣/h新鮮空氣體積流量V0=LH0=98

21、08.5661*0.8593=8428.5009 m3/h熱空氣體積流量V1=LH1=9808.5661*1.220=11964.49 m3/h排氣體積流量V2=LH29808.5661*1.0611=10470.8695 m3/h2.1.3熱量衡算2.1.3.1輸入系統(tǒng)熱量新鮮空氣輸入:Q1=LI0=9808.5661*55.414=544277.33 kJ/h加熱器輸入熱量：Q2=L(I1- I0)9808.5661*(184.542 -55.414)= 544277.33 kJ/h濃奶帶入的熱量：Q3=G2CMtM1+WCl tM1255.38*2.1*55+263.36*4.187*5

22、5 =90144.248KJ/h Q入=Q1+ Q2+ Q3=544277.33+544277.33+90144.248=1900236.65 kJ/h2.1.3.2 輸出系統(tǒng)的熱量排氣帶出的熱量:Q1=LI2 =9808.5661*183.00988 =1796593.86 KJ/h產(chǎn)品奶粉帶出的熱量：Q2G2CMtM2255.38*2.1*70=37540.86 KJ/h干燥室熱損失：Q3= WQL263.36*251=66103.36 KJ/hQ出Q1+ Q2+ Q3= 1796593.86+37540.86+66103.36=1900238.08KJ/h由于Q出Q入，可見(jiàn)熱量收支平衡。

23、2.1.3.3 干燥過(guò)程的熱效率：表示每蒸發(fā)1kg水分，干燥器內(nèi)所需加入的熱量中用于汽化水分所耗熱量的百分率。=(r0+CWt2)-CltM1)/l(I2I0) =(2490+1.88*80)-4.187*55)/ 37.286 *(183.00988-55.414)=50.66% 2.1.3.4 空氣加熱器蒸汽消耗量：選取加熱用飽和水蒸氣溫度T= t1+10=150+10=160查得其飽和蒸汽壓為6.303Kgf/cm2(絕壓)，汽化潛熱為2087.1kJ/kg并取熱效率k=95%蒸汽消耗量:Dk=Q2/rk=1130418.84/(2087.1*0.95)= 570.13 kg/h2.2離

24、心式霧化器的計(jì)算根據(jù)現(xiàn)有的定型設(shè)備LP150，用其有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行參考設(shè)計(jì)。 G1=518.74kg/h =1120kg/m3 V1=故可選取生產(chǎn)能力為500L/h的離心霧化器。要使噴孔流速U孔在0.51m/s之間，可增大孔徑至5.5mm，采用6個(gè)噴孔。核算U孔U孔在0.51m/s間，適用選LP500LP500參數(shù)如下：生產(chǎn)能力：500L/h主要性能參數(shù)：離心盤(pán)噴嘴外徑：280mm噴嘴個(gè)數(shù)： 6個(gè)噴嘴孔徑： 5.5mm離心盤(pán)轉(zhuǎn)速： 7350r/mim離心盤(pán)線速度： 104m/s上述采用參考性設(shè)計(jì)，由于離心霧化器結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，故不重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，但可用現(xiàn)有型號(hào)的霧化器，并對(duì)生產(chǎn)能力方面的參數(shù)做微調(diào)。

25、本次設(shè)計(jì)通過(guò)擴(kuò)大噴嘴口徑和增加噴口數(shù)量使噴嘴的液體流速控制在0.51m/s內(nèi)，隨后再對(duì)噴嘴的性能參數(shù)做相應(yīng)的調(diào)整，最后列出主要性能參數(shù)。2.2.1液滴直徑的計(jì)算在忽略了分散盤(pán)形狀對(duì)霧滴的影響時(shí)，有人提出下面的多管式分散盤(pán)霧滴直徑計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式：=98.5×式中：-液滴直徑m n-分散盤(pán)轉(zhuǎn)速7350 r/min R-分散盤(pán)半徑0.14m -料液表面張力0.049/9.81=0.005 kgf/m -料液密度1120kg/m3=98.5×=m2.2.2液滴離開(kāi)轉(zhuǎn)盤(pán)的初速度2.2.2.1徑向速度的計(jì)算當(dāng)離心盤(pán)為圓槽式時(shí)，液滴離開(kāi)分散盤(pán)時(shí)徑向速度按下式計(jì)算：式中：-霧滴的徑向初速度

26、(m/s) -分散盤(pán)的角速度 -分散盤(pán)半徑0.14(m) A-常數(shù)； -通道半徑0.00275(m) -料液運(yùn)動(dòng)粘度(m2/s) -料液的體積流量 N-分轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速7350(r/min)。將以上數(shù)據(jù)代入式 2.2.2.2切向速度的計(jì)算由于淺槽或葉片阻止了料液的滑動(dòng)，離開(kāi)分散盤(pán)邊緣時(shí)的切向速度近似等于分散盤(pán)上圓周速度：式中：d-分散盤(pán)直徑0.28(m)-切向速度(m/s)。2.2.2.3料液離開(kāi)分散盤(pán)時(shí)的合成速度料液離開(kāi)分散盤(pán)時(shí)是徑向速度與切向速度的合成速度的運(yùn)動(dòng)形式，因此最后霧滴離開(kāi)分散盤(pán)時(shí)的速度為：式中：-料液離開(kāi)分散盤(pán)時(shí)的初速度(m/s)。2.2.3液滴水平飛行距離液滴離開(kāi)分散盤(pán)邊緣沿水平方

27、向飛出，液滴飛出的最大距離是確定干燥器直徑的主要依據(jù)。分散盤(pán)產(chǎn)生的霧距，通常是以90%-99%液滴的降落半徑作為最大霧距。但是實(shí)際液距和理論值不能吻合，主要原因在于： 液滴在噴出后因水分迅速蒸發(fā)而使液滴密度減小，因此飛行距離也縮短。 在干燥過(guò)程中液滴的直徑收縮或因崩裂而減小。 干燥器熱風(fēng)的流動(dòng)，液滴的飛行受到影響。所以考慮到空氣阻力的影響，計(jì)算液距有下列公式：式中：-液滴直徑 -料液密度1120(kg/m3) -空氣密度(kg/m3) -液滴的初速度110.06m/s -液滴的運(yùn)動(dòng)終速度(m/s)，可按液滴在干燥室內(nèi)的浮翔速度考慮。 -空氣在平均溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度(m2/s)25時(shí)，干空氣的黏度

28、：=1.835×干空氣的運(yùn)動(dòng)黏度：80時(shí)，干空氣的黏度：=2.11×干空氣的運(yùn)動(dòng)黏度： -阻力系數(shù)，是Re的函數(shù)。阻力系數(shù)將以上數(shù)據(jù)代入公式得：2.2.4離心噴霧器所需功率分散盤(pán)霧化料液時(shí)理論上消耗功率：式中：-離心盤(pán)的圓周速度，即離心盤(pán)線速度107.76(m/s) -離心盤(pán)的生產(chǎn)能力，即(=)= 2.3 噴霧干燥塔主要尺寸的計(jì)算2.3.1 塔徑D 離心霧化器的干燥塔直徑在一般情況下，塔徑D按照下式計(jì)算：D=(22.8)R式中：R-離心霧化器噴霧距半徑，即霧滴水平飛行距離1.496m。選?。篋= 2.25R=2.25×1.496=3.366 m 圓整為D=4m驗(yàn)算

29、：塔內(nèi)空氣平均流速U，應(yīng)在0.10.3m/s之間。式中：U-空氣平均流速(m/s) L-絕干空氣流量9808.5661kg絕干氣/h D-噴霧干燥塔內(nèi)徑12.5m - 平均濕比容，=1.2198和=1.061m3(濕空氣)/kg絕干氣0.1m/s<U=0.2473<0.3m/s，所以選擇D=4m合適。2.3.2 塔高H DH1=1.2D=1.2×4=4.8mH2=D=4m選鼓形閥d=400mm H1 H2=48.45°<60°合適 d因?yàn)殄F形殼體的應(yīng)力，隨半錐角的增大而增大；當(dāng)角很小時(shí)，其應(yīng)力值接近圓筒形殼體的應(yīng)力值。所以在設(shè)計(jì)制造錐形容器時(shí)，角

30、要選擇合適，不宜太大 。 H=H1+H2= 4.8+4=8.8m 有效容積蒸發(fā)強(qiáng)度，二者相差太大，所以塔高選擇不合適。選塔高為5米。則H1=1.3D=1.3 4=5.2m H2=D=4mH1+H2=5.2+4+9.2m有效容積V=3.14÷4×D2 ×H1=69.08m3，由于二者近似相等，塔高選擇合適。三、輔助設(shè)備的選型計(jì)算3.1空氣過(guò)濾器的選型計(jì)算空氣過(guò)濾器一般采用油浸式的濾層，濾層內(nèi)充填細(xì)的鋼絲絨，形成絨團(tuán)（鋼絲絨、銅絲絨、尼龍纖維、中孔泡沫塑料均可）噴以輕質(zhì)定子油或真空泵油（無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)毒、揮發(fā)性低、化學(xué)穩(wěn)定性高）制成每塊50×50cm左右單體

31、厚約512cm，當(dāng)空氣通過(guò)時(shí)，空氣中雜質(zhì)即被阻擋或?yàn)橛湍の接跒V層中，每隔一定時(shí)期拆下用堿水清洗，干燥后噴油重新安裝，可繼續(xù)使用。過(guò)濾面積： 式中：m-濾層過(guò)濾強(qiáng)度，一般為40008000m3/m2 h 選取m= 5000 m3/m2h 圓整為1.7m2 核算空氣阻力：Hf=0.5SV1.8式中：S-濾層厚度，通常取10 cmV-過(guò)渡速度為 Hf=0.5 過(guò)濾時(shí)一部分孔被堵，導(dǎo)致Hf上升，至一定程度 （）時(shí)取下清洗。進(jìn)料時(shí)無(wú)壓力，不會(huì)有漏奶等情況，清洗時(shí)僅需拆下進(jìn)奶管道，離心轉(zhuǎn)盤(pán)，清洗容易，輕便。長(zhǎng)期不清洗，使過(guò)濾器的阻力增大，從而使進(jìn)風(fēng)量減少，影響生產(chǎn)能力。3.2空氣加熱器的選型計(jì)

32、算空氣加熱器是以紫銅管或鋼管上繞以紫銅的翅片，最后經(jīng)搪錫而制成具有一定加熱面積的加熱器，干燥設(shè)備一般由若干加熱器組成。目前在乳粉生產(chǎn)上常用的有S型及GL型兩種形式?？諝饧訜崞魇菍?duì)新鮮空氣進(jìn)行加熱的必要設(shè)備，用飽和蒸汽作為熱源，在加熱管內(nèi)流動(dòng)，新鮮空氣在加熱管外經(jīng)翅片間通過(guò)，經(jīng)熱交換后空氣的溫度可達(dá)150170，熱空氣的溫度主要取決于加熱面積，飽和蒸汽的壓力及質(zhì)量。為強(qiáng)化傳熱，可采用翅片式換熱器，加大湍流程度，減少該側(cè)熱阻。（1） 需要加熱量 Q需 （2）傳熱效率選定飽和蒸汽壓力：8kgf/cm2 查【1】P334的TS=170（3）表面風(fēng)速Va的選取由F查化工原理課程設(shè)計(jì)輔導(dǎo)書(shū)Va-F圖得Va

33、=2.75m/s，N=8排。GLII型鋼制空氣熱交換器比GLI型散熱排管的傳熱系數(shù)高，比I型散熱排管重量輕，體積小，消耗金屬少，且造價(jià)比S、UII型鋼制散熱排管便宜。故選用GLII型空氣加熱器。（4）受風(fēng)面積Fa G：校正至25，l atm時(shí)空氣的體積流量m3/h =（5）選型：據(jù)Fa=0.748m2，8排 查4-4表選GLII2-15-54。 GLII2-15-54的主要參數(shù)： 散熱面積F0：26.12m2 受風(fēng)表面積Fa：0.828m2 通風(fēng)凈截面積Ff：0.438m2 總傳熱面積Fo=8×26.12=208.96m2（6）核算傳熱量：Q供=KFOtm K無(wú)具體計(jì)算公式，故借用S

34、、UII型公式。 K=19.77(Vr)0.608×10-3 Vr= K=19.77×5.620.608×10-3=0.0565kw/m2k tm= Q供=KFotm=0.0565×208.96×63.10=744.97 kw=2681905.5 kJ/h富裕 Q供>Q需 富裕55.63%不在2030%范圍內(nèi) 故在原有基礎(chǔ)上減兩組，即4排。（7）空氣阻力P=0.0853×（Vr）1.862×4=0.0853×6.2951.862×4=10.488mmH2O3.3 粉塵回收裝置的選型和計(jì)算3.3.1根

35、據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，離心霧化的粉塵回收選用旋風(fēng)分離器。采用旋風(fēng)分離器的主要有以下幾個(gè)方面：（1）分離效率高，提高產(chǎn)品得率，減少損耗，增進(jìn)經(jīng)濟(jì)效果， 同時(shí)減少公害。（2）分離器內(nèi)壁應(yīng)非常光滑，減少液體阻力，粉末不致于粘壁。（3）若是室溫太低，設(shè)計(jì)的旋風(fēng)分離器外壁給予保溫，或外壁加蒸汽盤(pán)管。（4）盡可能減少旋風(fēng)分離器只數(shù)，因只數(shù)多，每只口風(fēng)速不易分配，只要其中一只入口風(fēng)速低于規(guī)定速度，則嚴(yán)重影響總效率，最好是單只，阻力小，易于管理和清掃。（5）易裝卸，修理方便，密閉性能好。（6）缷料裝置簡(jiǎn)單，可用鼓形閥。3.3.2粉塵回收裝置的選型及計(jì)算（1） 選型：采用干式法回收，選用標(biāo)準(zhǔn)型切線入口的旋風(fēng)分離器、離

36、心式噴霧機(jī)乳粉粒度譜。粒徑m 060 60120 120180 180240 >240離心式 分布百分率 2.0 31.2 24.0 18.6 24.0壓力式 分布百分率 66.4 24.6 5.4 2.2 1.5（2）分離器尺寸及進(jìn)口風(fēng)速和阻力計(jì)算進(jìn)口風(fēng)速u(mài)i一般可取1525m/s，取ui=22m/s進(jìn)口截面積F=F=0.1314m2D=1.03m 圓整為D=1.2mA= B=ui=D1=D/2=0.6m H1=2D=2.4m H2=2D=2.4mS1=D/8=0.15m D2=D/4=0.3mP= 標(biāo)準(zhǔn)型=8 =102.95mmH2O（3）分離總效率dc= 取進(jìn)入粉塵回收裝置的量為1

37、5% 060um 60120um顆粒平均直徑 30 90質(zhì)量分率 2/15=13.3% 13/15=86.7%d/d0 2.71 8.14粒級(jí)效率 0.93 1.0分離率=0.93×13.3%+1.0×86.7%=99.07%分離總效率總=0.85+×0.15=0.85+99.07%×0.15=99.86%損耗率：1-總=1-99.86%=0.14%3.4 風(fēng)機(jī)的選型計(jì)算（1）送風(fēng)機(jī)：風(fēng)量一般應(yīng)有1020%富裕量，取15%。 Q送=LH0 (1+0.15)=9808.5661×0.8593×(1+0.15)=9692.776 m3/h

38、 Pt=(干燥室內(nèi)壓-大氣壓)+過(guò)濾器阻力降+加熱器壓降+熱風(fēng)分配器壓降+沿程與局部壓降一般要求干燥室內(nèi)壓為負(fù)壓1015mmH2O，取15mmH2O過(guò)濾器阻力升至1520mmH2O時(shí)需取下洗滌，取其阻力降為15mmH2O。熱風(fēng)分配器壓降計(jì)算復(fù)雜，無(wú)資料介紹，估計(jì)為3040mmH2O，取40mmH2O。沿程與局部阻力估為：3040mmH2O，取40mmH2O。Pt= -15-0+15+10.49+40+40=90.42 mmH2OPto=Pt 據(jù)Pto=92.139mmH2O Q送=9692.776m3/h 查【1】P365表25選送風(fēng)機(jī)型號(hào)為： 離心通風(fēng)機(jī) 4-72-11 8C主要性能參數(shù)：轉(zhuǎn)

39、速1250rpm 全壓：137mmH2O流量：20800m3/h 效率：91% 所需功率：10.3KW （2）排風(fēng)機(jī)排風(fēng)機(jī)富裕量一般為1530%，取25%。Q排=LvH2(1+0.25)= 8759.881×1.061×1.25=11617.79 m3/hPt=出口動(dòng)壓-進(jìn)口靜壓+旋風(fēng)分離器壓降+沿程、局部壓降出口動(dòng)壓一般取15mmH2O，進(jìn)口靜壓取-15mmH2O。旋風(fēng)分離器壓降152.49mmH2O沿程、局部壓降估為35mmH2OPt=15-(-15)+ 82.086+35=147.086 mmH2OPto=Pt 據(jù)Pto=180.29mmH2O Q排= 13009.8

40、37m3h 查【1】P365表25選排風(fēng)機(jī)型號(hào)為： 離心通風(fēng)機(jī) 4-72-11 6C主要性能參數(shù)：轉(zhuǎn)速2240rpm 全壓248mmH2O流量： 15800m3/h 效率：91% 所需功率：14.1kw一般為使干燥室內(nèi)形成1020mmH2O的負(fù)壓，排風(fēng)機(jī)的風(fēng)量需比送負(fù)機(jī)的風(fēng)量大2040%。由于，所以風(fēng)機(jī)選擇合適3.5 其它輔助設(shè)備選用（1）濃奶保溫槽：選RP6L5型，其貯液容積為500L，加熱面積2.67m2， 容積內(nèi)徑900mm，電機(jī)功率0.37kw，2臺(tái)。（2）集粉箱：無(wú)具體型號(hào)，設(shè)計(jì)用長(zhǎng)1m，寬0.5m，高0.5m的箱體。（3）旋轉(zhuǎn)閥：采用普通式即可，動(dòng)配合間隙小于0.05mm以保證氣密

41、性， 用型號(hào)l的旋轉(zhuǎn)閥，葉輪容積1.0升，葉輪轉(zhuǎn)速30rpm，所需功率0.4kw，排料量1噸/小時(shí)。（4）儀表盤(pán)：將就地集中測(cè)量的儀表讀數(shù)全部在儀表盤(pán)上顯示出，包括差壓計(jì)、溫度計(jì)、電流表（送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、霧化器的電流）。四、設(shè)計(jì)結(jié)果總匯：4.1 主要工藝參數(shù)（1）產(chǎn)量：年產(chǎn)全脂奶粉950噸，每小時(shí)產(chǎn)量為263.36kg，產(chǎn)品質(zhì)量符合輕工部“全脂奶粉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”。輕工部全脂乳粉一級(jí)產(chǎn)品的理化指標(biāo)?；瘜W(xué)指標(biāo)：水分（不超過(guò)）2.50%，脂肪2530%。 復(fù)原后的酸度不超過(guò)190T，銅不超過(guò)6mg/kg。 錫不超過(guò)100mg/kg，鉛不超過(guò)2mg/kg。物理指標(biāo)：溶解度不低于97%，雜質(zhì)度不超過(guò)16pp

42、m。微生物指標(biāo)：雜菌數(shù)不超過(guò)50000個(gè)/g，大腸菌不檢出。（2）濃奶：總固形物含量48%，溫度55，每小時(shí)噴霧量G1=518.74kg/h。（3）蒸發(fā)水量：W=263.36kg/h（4）干燥空氣用量：L=37.20kg絕干氣/kg水（5）新鮮空氣的狀態(tài)及流量：t0=25 060% H0=0.01189kg水/kg絕干氣 I0=55.414kJ/kg絕干氣 H0=0.8593m3(濕空氣)/kg絕干氣 V0=7527.366m3/h（6）熱空氣的狀態(tài)及流量：t1=150 H1=0.01189kg水/kg絕干氣 I1=184.459KJ/Kg絕干氣 H1=1.2198m3(濕空氣)/kg絕干氣

43、V1=11964.49m3/h（7）排氣的狀態(tài)及流量：t2=80 20.1254 H2=0.03877Kg水/Kg絕干氣 I2=183.01kJ/kg絕干氣 H2=1.0611m3(濕空氣)/kg絕干氣 V2=10407.87m3/h（8）加熱蒸汽的狀態(tài)及流量：T3=170 P=8.0kgf/cm2 Dk=570.13kg/h4.2 干燥裝置及主要輔助設(shè)計(jì)一覽表序號(hào)名 稱(chēng)型 號(hào)數(shù)量主 要 性 能 參 數(shù)1送風(fēng)機(jī)離心式通風(fēng)機(jī)4-72-11 8C1全風(fēng)壓：137mmH2O 轉(zhuǎn)速：1250rpm流量：20800m3/h 效率：91 % 所需功率:9.7kw2空氣過(guò)濾器板式過(guò)濾器中空泡沫塑料1過(guò)濾面積

44、：1.7m2阻力降：9.0mmH2O3空氣加熱器GLII2-15-544組總散熱面積：208.96m2 受風(fēng)面積：0.828m2通風(fēng)凈截面積：0.438 m2 阻力降：8.49mmH2O4(1)干燥塔立式、并流、離心式1塔徑：4. 0m 塔高：9.2m 有效容積：69.08m2蒸發(fā)強(qiáng)度： 3.27kg水/m3h 蒸發(fā)水量：263.36 kg/h(2)霧化器LP500離心式霧化器1噴霧量：463.16L/h 轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速：7350rpm 噴嘴孔徑：5.5mm噴嘴數(shù)：6個(gè) 離心盤(pán)噴嘴外徑：280 mm5旋風(fēng)分離器標(biāo)準(zhǔn)切線型進(jìn)口1分離器尺寸：D=1.2m，A=0.6m，B=0.3m, D1=0.6m，D

45、2=0.3m, H1=H2=2.4m, S1=0.15m, H=4.8m進(jìn)口風(fēng)速：16.06m/s 阻力降：102.95mmH2O分離效率：99.86%6排風(fēng)機(jī)離心通風(fēng)機(jī)4-72-11 6C1風(fēng)壓：248mmH2O，轉(zhuǎn)速： 2240rpm，流量： 15800m3/h，效率： 91% 所需功率：14.1 kw7濃奶保溫槽RP6L5型1貯液容積：500 ml 加熱面積： 2.67m2 容器內(nèi)徑：900 mm 電機(jī)功率：0.37KW 2臺(tái)8集粉箱無(wú)具體型號(hào)1長(zhǎng)1m 寬0.5m 高0.5m9旋轉(zhuǎn)閥普通式1型1葉輪容積：1.0升 葉輪轉(zhuǎn)速：30rpm 所需功率：0.4kw排料量：1噸/小時(shí) 動(dòng)配合間隙小

46、于0.5mm五、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖見(jiàn)所附A3圖紙上。六、設(shè)計(jì)說(shuō)明干燥塔設(shè)計(jì)的其他說(shuō)明：1、熱風(fēng)分配裝置（離心式噴霧干燥熱風(fēng)分配盤(pán)）熱風(fēng)以切線方向進(jìn)入分配器，通過(guò)多孔板，在導(dǎo)板空氣分散器作用下，熱風(fēng)便能均勻地、螺旋式地進(jìn)入噴霧塔內(nèi)，噴出來(lái)的霧距塔頂?shù)木嚯x靠空氣分散器來(lái)調(diào)節(jié)，空氣分散器掛在錐形支座中間部位比較適合。分配器風(fēng)道截面隨風(fēng)量的減小而變小，這樣可使風(fēng)道中的風(fēng)速和動(dòng)壓基本一致。為了防止粘粉的焦化，在噴霧塔頂熱風(fēng)引入導(dǎo)管處設(shè)有用冷風(fēng)冷卻的三角形風(fēng)道。2、干燥塔上設(shè)有人孔、振蕩蕩器。振蕩器使噴至塔壁上的奶粉盡可能地被振蕩下來(lái)，以防止焦化，但總不可避免某些奶粉粘在壁上，因此每隔一段時(shí)間就需人入內(nèi)

47、掃出，因此須設(shè)人孔。振動(dòng)器安裝在塔壁上及圓錐底部，各兩個(gè)。3、為使噴霧正常進(jìn)行，在干燥塔上設(shè)有窺視鏡及安全燈，安全燈主要起照明作用，為防止出現(xiàn)不測(cè)事件，其電壓控制在36V。4、塔體材料：乳粉噴霧干燥設(shè)備的內(nèi)表面，凡與產(chǎn)品接觸的部位普遍采用不銹鋼材料制成，鋼厚23mm，干燥塔邊上加角鋼圈，頂部用槽鋼固定起來(lái)。材料可用1cr18Ni9Ti。5、干燥室、熱風(fēng)分配裝置、粉塵回收設(shè)備、熱風(fēng)管、空氣加熱器等應(yīng)根據(jù)不同要求，必須附有一定厚度的絕熱層（保溫層），以減少熱損失或設(shè)備停用時(shí)因乳粉吸潮而粘結(jié)。粉塵回收裝置應(yīng)有較高的回收率，同時(shí)應(yīng)便于清洗，操作方便，干燥后的乳粉應(yīng)迅速自干燥室內(nèi)自動(dòng)卸出，并及時(shí)進(jìn)行冷卻

48、。干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)合理，盡量使干燥過(guò)程的排風(fēng)溫度不超過(guò)90。游離脂肪合量高的乳粉很易引起變質(zhì)，不耐保藏，噴霧前對(duì)濃奶進(jìn)行兩段均質(zhì)可使游離脂肪含量降低，出粉后迅速冷卻到20以下進(jìn)行輸粉為佳。6、對(duì)干燥設(shè)計(jì)過(guò)程中某些問(wèn)題的探討（1）在LP500離心噴霧機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，為達(dá)密封要求，除圖示用過(guò)渡配合并擰緊螺栓外，可在螺栓與離心盤(pán)間要密封部位加上密封墊圈，這種方法更便于拆卸。另一種方法，將離心盤(pán)與噴嘴配合部位做成錐形，噴嘴裝上擰緊后可自然而然達(dá)到密封要求（2）奶粉噴霧干燥帶控制點(diǎn)的工藝流程圖中，彎管處直徑一般為管徑的3倍左右，以減少阻力降。（3）旋風(fēng)分離器的性能主要有三個(gè)指標(biāo)，即含塵氣體的處理量，壓力損

49、失以及分離效率。在選擇旋風(fēng)分離器形式時(shí)，要充分考慮上述因素，同時(shí)還要兼顧到布置空間要求、產(chǎn)品的粒度要求等，一般來(lái)說(shuō)，旋風(fēng)壓降較大時(shí)，其分離效率也較高，但同時(shí)顆粒的磨損也會(huì)加劇。因此，對(duì)于易磨損、又有產(chǎn)品粒度要求時(shí)，應(yīng)選擇低速低壓的旋風(fēng)分離器。旋風(fēng)分離器一般作為一級(jí)分離設(shè)備，對(duì)于回收率要求較高時(shí)，采用二級(jí)設(shè)備如袋濾器。（4）節(jié)能將是噴霧干燥未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，節(jié)能的措施有以下幾點(diǎn)：提高進(jìn)口溫度和降低出口溫度，但進(jìn)塔熱風(fēng)溫度不可過(guò)高，溫度太高會(huì)使奶粉顏色變深，影響產(chǎn)品品質(zhì)。提高料液固形物含量。提高料液的溫度。排放的氣體進(jìn)行部分再循環(huán)利用。利用熱交換器回收余熱。采用二級(jí)或三級(jí)干燥。（5）空氣過(guò)濾器定期清洗，長(zhǎng)期不清洗，會(huì)使過(guò)濾器的阻力增大，從而使進(jìn)風(fēng)量減少，影響生產(chǎn)能力。另外，浸油不完全將影響過(guò)濾效果，使乳粉的雜質(zhì)增加?？諝?/p>