食品工程設(shè)計(jì)奶粉噴霧干燥

1、食 品 工 程原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目奶粉噴霧干燥專業(yè)糧食工程 班級 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)書專業(yè)：糧食工程班級：1103班姓名：郝林娜學(xué)號：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%（一級品）、密度600 kg/m2、比熱2.1kJ/k

2、g.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)說明書四、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，簡述簡明，圖紙整潔無誤，書寫整齊清潔。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 7空氣狀態(tài)參數(shù)的確定 7物料衡算 10熱量衡算 112.2離心式霧化器的計(jì)算 11液滴直徑的計(jì)算 12液滴離開轉(zhuǎn)盤的初速度 13液滴水平飛行距離 1

3、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 15塔徑D 15塔高H 16三、輔助設(shè)備的選型計(jì)算 163.1空氣過濾器的選型計(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)說明 24七、結(jié)束語 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噴霧干燥法對奶粉進(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

4、營養(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的乳粉。乳粉的營養(yǎng)價(jià)值一般通過乳脂肪及非脂乳固體部分來體現(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、顆粒或塊狀的干燥產(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，通過噴霧器將乳分散為霧狀的乳滴（直徑為10

5、-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，酶的活性也沒有喪失。具有較高的溶解度及沖調(diào)性，保持其原有的營養(yǎng)成分及色、香、味。噴霧干燥的特點(diǎn)如下：（1）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)

6、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)的溫度一般不會很高。當(dāng)液滴仍有大量水分存在時(shí)，它的溫度不超過熱空氣的濕球溫度，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，由于干燥過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

7、的容器內(nèi)進(jìn)行的，雜質(zhì)不會混入產(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)過程簡化，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，從而簡化了生產(chǎn)工藝流程。對于產(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

8、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）對某些膏糊狀物料，干燥時(shí)需加水稀釋，這樣就增加了干燥設(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，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霧化機(jī)中，由于離

9、心盤的高速旋轉(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?/p>

10、在噴嘴出口處除了具有向前噴出的速度以外，還具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使用帶斜槽的芯子同板眼搭配（稱為S型），還有一種是孔板上帶斜槽同板眼搭配（稱為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。壓力式噴霧干燥對料液的要求較高，在進(jìn)霧化器前必須進(jìn)行過濾，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

11、.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。（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液滴接觸，室內(nèi)溫度急降，不會使干燥物料受熱過度，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，產(chǎn)品具有比較均勻干燥的特點(diǎn)，適合于液滴高

12、度分散均一的噴霧場合。綜上所述，本生產(chǎn)工藝選用并流、離心式噴霧干燥法對奶粉進(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 篩空氣過濾器排 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 t1H1H1 I1L t2H2H2 I22t0=25，0=60% t1=150,H1=0.01189t2=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

13、圖新鮮空氣狀態(tài)參數(shù)由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定條件：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+2490*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

14、)/kg絕干氣加熱后空氣的狀態(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)為先將過濾的空氣由鼓風(fēng)機(jī)吸進(jìn)，通過空氣加熱器加熱至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)化干燥過程，減少干燥塔所需容積，但是考慮到溫度過高會影響乳粉的質(zhì)量，如發(fā)生龜裂或焦化，所以干燥介質(zhì)的溫度會受到限制。同時(shí)溫度過低會使產(chǎn)品水分含量過高而不能達(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)

15、*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絕干氣排風(fēng)狀態(tài)參數(shù)確定干燥的乳粉含水分2.5%以內(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，相對濕度為10-12%。選定排放溫度為80。但為了防止產(chǎn)品長時(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

16、 + 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)書給定) Cl-水的比熱，4.187kJ/kg絕干氣tM1-濃奶溫度，任務(wù)書給定55(任務(wù)書給定) 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/kg水（7,P305：對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

17、時(shí)蒸發(fā)水量（見物料衡算）263.36kg G2-每小時(shí)奶粉產(chǎn)量（見物料衡算）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*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+2490

18、H2-184.542/(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*0.03877183.01 kJ/kg絕干氣2的求取：由H20.6222PS2/(P-2PS2)查得80飽和水蒸汽壓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)相對濕度2=1013%。由于2在此范圍以內(nèi)，所以含水量可以保證。濕比容H2=(1/29+H/1

19、8)*22.4*(273+t2)/273=(1/29+0.03871/18)*22.4*(273+80)/273=1.0611m3(濕空氣)/kg絕干氣物料衡算每小時(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)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=

20、263.36 kg/h 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=9808.5661*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/h熱量衡算輸入系統(tǒng)熱量新鮮空氣輸入:Q1=LI0=9808.5661*

21、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*55=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：Q2G2CMtM225

22、5.38*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，可見熱量收支平衡。2.1.3.3 干燥過程的熱效率：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

23、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：50

24、0L/h主要性能參數(shù)：離心盤噴嘴外徑：280mm噴嘴個(gè)數(shù)： 6個(gè)噴嘴孔徑： 5.5mm離心盤轉(zhuǎn)速： 7350r/mim離心盤線速度： 104m/s上述采用參考性設(shè)計(jì)，由于離心霧化器結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，故不重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，但可用現(xiàn)有型號的霧化器，并對生產(chǎn)能力方面的參數(shù)做微調(diào)。本次設(shè)計(jì)通過擴(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)。液滴直徑的計(jì)算在忽略了分散盤形狀對霧滴的影響時(shí)，有人提出下面的多管式分散盤霧滴直徑計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式：=98.5式中：-液滴直徑m n-分散盤轉(zhuǎn)速7350 r/min R-分散盤半徑0.14m-料液表

25、面張力0.049/9.81=0.005kgf/m-料液密度1120kg/m3=98.5=m液滴離開轉(zhuǎn)盤的初速度徑向速度的計(jì)算當(dāng)離心盤為圓槽式時(shí)，液滴離開分散盤時(shí)徑向速度按下式計(jì)算：式中：-霧滴的徑向初速度(m/s)-分散盤的角速度-分散盤半徑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)盤轉(zhuǎn)速7350(r/min)。將以上數(shù)據(jù)代入式切向速度的計(jì)算由于淺槽或葉片阻止了料液的滑動(dòng)，離開分散盤邊緣時(shí)的切向速度近似等于分散盤上圓周速度：式中：d-分散盤直徑0.28(m)-切向速度(m/s)。料液離開分散盤時(shí)的合成速度料液離開分散盤時(shí)是徑向速

26、度與切向速度的合成速度的運(yùn)動(dòng)形式，因此最后霧滴離開分散盤時(shí)的速度為：式中：-料液離開分散盤時(shí)的初速度(m/s)。液滴水平飛行距離液滴離開分散盤邊緣沿水平方向飛出，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

27、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：=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：離心噴霧器所需功率分散盤霧化料液時(shí)理論上消耗功率：式中：-離心盤的圓周速度，即離心盤線速度107.76(m/s)-離心盤的生產(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

28、.496m。選?。篋= 2.25R=2.251.496=3.366 m 圓整為D=4m驗(yàn)算：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/sU=0.24730.3m/s，所以選擇D=4m合適。2.3.2 塔高H DH1=1.2D=1.24=4.8mH2=D=4m選鼓形閥d=400mm H1 H2=48.45Q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=0.085

29、3（Vr）1.8624=0.08536.2951.8624=10.488mmH2O3.3粉塵回收裝置的選型和計(jì)算根據(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）缷料裝置簡單

30、，可用鼓形閥。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ui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

31、=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15% 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粒級效率 0.93 1.0分離率=0.9313.3%+1.086.7%=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)=9808.56610.8593(1+0.15)=9692.7

32、76m3/h Pt=(干燥室內(nèi)壓-大氣壓)+過濾器阻力降+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)型號為：離心通風(fēng)機(jī) 4-72-11 8C主要性能

33、參數(shù)：轉(zhuǎn)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)= 8759.8811.0611.25=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=147.086mmH2OPto=Pt據(jù)Pto=180.29mmH2O Q排= 13009.837m3h 查【1】

34、P365表25選排風(fēng)機(jī)型號為：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。（2）集粉箱：無具體型號，設(shè)計(jì)用長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以保證氣密性，用型號l的旋轉(zhuǎn)閥，葉輪

35、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：將就地集中測量的儀表讀數(shù)全部在儀表盤上顯示出，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產(chǎn)品的理化指標(biāo)?；瘜W(xué)指標(biāo)：水分（不超過）2.50%，脂肪2530%。復(fù)原后的酸度不超過190T，銅不超過6mg/kg。錫不超過100mg/kg，鉛不超過2mg/kg。物理指標(biāo)：溶解度不低于97%，雜質(zhì)度不超過16ppm。微生物指標(biāo)：雜菌數(shù)不超過50

36、000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 V1=11964.49m3/h（

37、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)一覽表序號名稱型號數(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空氣過濾器板式過濾器中空泡沫塑料1過濾面積：1.7m2阻力降：9.0mmH2O3空氣加熱

38、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)盤轉(zhuǎn)速：7350rpm 噴嘴孔徑：5.5mm噴嘴數(shù)：6個(gè)離心盤噴嘴外徑：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，D2=0.3m, H1=H2=2.4m, S1=0.

39、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8集粉箱無具體型號1長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)配合間隙小于0.5mm五、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖見所附A3圖紙上。六

40、、設(shè)計(jì)說明干燥塔設(shè)計(jì)的其他說明：1、熱風(fēng)分配裝置（離心式噴霧干燥熱風(fēng)分配盤）熱風(fēng)以切線方向進(jìn)入分配器，通過多孔板，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)，噴出來的霧距塔頂?shù)木嚯x靠空氣分散器來調(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，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)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)

41、。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。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。干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)合理，盡量使干燥過程的排風(fēng)溫度不超過9

42、0。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、對干燥設(shè)計(jì)過程中某些問題的探討（1）在LP500離心噴霧機(jī)設(shè)計(jì)過程中，為達(dá)密封要求，除圖示用過渡配合并擰緊螺栓外，可在螺栓與離心盤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

43、素，同時(shí)還要兼顧到布置空間要求、產(chǎn)品的粒度要求等，一般來說，旋風(fēng)壓降較大時(shí)，其分離效率也較高，但同時(shí)顆粒的磨損也會加劇。因此，對于易磨損、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分離設(shè)備，對于回收率要求較高時(shí)，采用二級設(shè)備如袋濾器。（4）節(jié)能將是噴霧干燥未來發(fā)展的趨勢，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)溫度不可過高，溫度太高會使奶粉顏色變深，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。采用二級或三級干燥。（5）空氣過濾器定期清洗，長期不清洗，會使過濾器的阻力增大，從而使進(jìn)風(fēng)量減少，

44、影響生產(chǎn)能力。另外，浸油不完全將影響過濾效果，使乳粉的雜質(zhì)增加?？諝膺^濾器也有采用泡沫塑料作為濾層的。（6）噴霧干燥器設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮產(chǎn)品要求，如生產(chǎn)能力、產(chǎn)品殘余水分、產(chǎn)品粒度及分布、產(chǎn)品密度、產(chǎn)品收率、吸濕性等基本要求外，還應(yīng)考慮環(huán)保要求。設(shè)備的振動(dòng)。噴霧干燥系統(tǒng)需配備的風(fēng)機(jī)等動(dòng)力設(shè)備的振動(dòng)對工廠環(huán)境及建筑物都會產(chǎn)生影響。在設(shè)計(jì)及選型時(shí)應(yīng)有減振措施。噪聲。主要是風(fēng)機(jī)的噪聲，噪聲有時(shí)會達(dá)到100dB以上，長期在這種環(huán)境下工作身心會受到一定損傷。排放氣體的要求。主要包括兩部分：一部分時(shí)有燃燒熱源時(shí)產(chǎn)生燃燒氣體的排放；另一部分是尾氣的排放。（7）旋風(fēng)分離器在乳粉生產(chǎn)上尚存在下列弊病：旋風(fēng)分離器分離效率低，旋風(fēng)分離內(nèi)壁粘粉嚴(yán)重，即使器外采用保溫措施，粘壁情況仍無改善，致使分離效果下降，同時(shí)清理困難，經(jīng)受熱粘壁之粉產(chǎn)生焦化，在生產(chǎn)過程中日益剝落混入產(chǎn)品中。旋風(fēng)分離器的錐形集粉箱內(nèi)回收的乳粉，易在錐底搭橋