化工原理課程設計---奶粉噴霧干燥

1、<p>　　化工原理 課程設計任務書</p><p><b>　　專業(yè)：</b></p><p><b>　　班級：</b></p><p><b>　　姓名： </b></p><p>　　設計題目：奶粉噴霧干燥</p><p><b&

2、gt;　　設計條件：</b></p><p>　　1、生產(chǎn)任務：年產(chǎn)全脂奶粉840噸（學號：13--18）； </p><p>　　以年工作日330天，日工作二班，班實際噴霧時間6小時計。產(chǎn)品質(zhì)量符合國家“全脂奶粉質(zhì)量標準”。</p><p>　　2、進料狀態(tài)：濃縮奶總固形物含50%</p><p>　　溫度55℃、密度1120

3、kg/m2、表面張力0.049N/m、黏度15cp。</p><p>　　成品奶粉含水量≯2.5%（一級品）、密度600 kg/m2、比熱2.1kJ/kg.</p><p>　　3、新鮮空氣狀態(tài)： t0=23℃、ф0=55%</p><p>　　大氣壓760mmHg</p><p>　　4、熱源：飽和水蒸氣。</p><

4、p><b>　　三、設計項目：</b></p><p><b>　　工藝流程的確定</b></p><p><b>　　噴霧干燥裝置的計算</b></p><p>　　輔助設備的選型及計算</p><p><b>　　繪制工藝流程圖</b></

5、p><p><b>　　編制設計說明書</b></p><p>　　四、設計時間和設計要求</p><p><b>　　時間：1.5周</b></p><p>　　要求：根據(jù)設計任務，確定方案合理，論證清楚，計算正確，簡述簡明，圖紙整潔無誤，書寫整齊清潔。</p><p><

6、;b>　　目錄</b></p><p>　　一、工藝流程確定及論證3</p><p><b>　　1.1論證3</b></p><p>　　1.1.1.本工藝采用噴霧干燥技術(shù)制備乳粉。3</p><p>　　1.1.2本工藝采用壓力式噴霧干燥4</p><p>　　1.1

7、.3本工藝采用并流型噴霧干燥5</p><p>　　1.2噴霧干燥流程圖6</p><p>　　二、噴霧干燥裝置的計算：7</p><p>　　2.1物料及熱量衡算7</p><p>　　2.1.1空氣狀態(tài)參數(shù)的確定7</p><p>　　2.1.2排風狀態(tài)參數(shù)確定：8</p><p&g

8、t;　　2.1.2物料衡算：10</p><p>　　2.1.3熱量衡算11</p><p>　　2.2.壓力式霧化器計算12</p><p>　　2.2.1 噴咀孔截面積、孔徑及噴頭個數(shù)的確定14</p><p>　　2.2.2 噴咀旋轉(zhuǎn)室的尺寸確定15</p><p>　　2.2.3 噴嘴的生產(chǎn)能力

9、16</p><p>　　2.2.4 進旋轉(zhuǎn)室切向通道長度L的計算16</p><p>　　2.2.5 噴咀芯結(jié)構(gòu)17</p><p>　　2.2.6 干燥室（塔）主要尺寸的確定17</p><p>　　三、輔助設備的選型計算（匯編4-1、曹277、乳品工業(yè)手冊492）18</p><p>　　3.1空氣過濾

10、器的選型計算18</p><p>　　3.2空氣加熱器的選型計算(匯編4-2~4，乳品工業(yè)手冊493~502)19</p><p>　　3.2.1需要加熱量Q需19</p><p>　　3.2.2傳熱效率20</p><p>　　3.2.3表面風速Va的選取20</p><p>　　3.2.4受風面積Fa2

11、1</p><p>　　3.2.5選型21</p><p>　　3.2.6核算傳熱量21</p><p>　　3.2.7空氣阻力22</p><p>　　3.3 粉塵回收裝置的選型和計算22</p><p>　　3.4 風機的選型計算23</p><p>　　3.5高壓泵（匯編4-18

12、、乳品414）24</p><p>　　3.6其它輔助設備選用24</p><p>　　四、設計結(jié)果的匯總：25</p><p>　　4.1主要工藝參數(shù)25</p><p>　　4.2干燥裝置及主要輔助設計一覽表26</p><p>　　五、帶控制點的工藝流程圖27</p><p>

13、<b>　　六、設計說明27</b></p><p><b>　　七、結(jié)束語28</b></p><p><b>　　八、參考文獻28</b></p><p>　　一、工藝流程確定及論證</p><p>　　本工藝采用并流、壓力式噴霧干燥法對奶粉進行噴霧干燥。</p

14、><p><b>　　1.1論證</b></p><p>　　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。生產(chǎn)乳粉的目的在于保留牛乳營養(yǎng)成分的同時，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，既利于包裝運輸，又便于保藏和使用。乳粉的主要化學成分有水分、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

15、乳粉。乳粉的營養(yǎng)價值一般通過乳脂肪及非脂乳固體部分來體現(xiàn)。</p><p>　　1.1.1.本工藝采用噴霧干燥技術(shù)制備乳粉。</p><p>　　噴霧干燥，是指用單獨一次工序，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，以及噴霧干燥設備的流程和操。</p><p>　　奶粉噴霧干燥的原理是將濃縮乳借用機械力

16、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10-15um），大大增加了其表面積，同時送入熱風的情況下霧滴和熱風接觸，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，水蒸氣被熱風帶走，從干燥室排風口排出，而且微粒表面的溫度為干燥介質(zhì)的濕球溫度（50～60℃），若連續(xù)出料，整個干燥過程僅需10～30s，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

17、，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。</p><p>　　噴霧干燥的特點如下：</p><p>　?。?） 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300㎡左右，因此熱交換迅速，水分蒸發(fā)極快，干燥時間一般只要幾秒鐘，多則幾十秒鐘，具有瞬間干燥的特點。 </p>&

18、lt;p>　?。?） 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。當液滴仍有大量水分存在時，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，物料溫度約50—60℃。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。 </p><p>　?。?）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?shù)撵F化器，可將

19、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、流動性、分散性，沖調(diào)時能迅速溶解。 </p><p>　　（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，可采用封閉循環(huán)或“自惰”循環(huán)系統(tǒng)的噴霧干燥設備，將毒氣、臭氣燒毀，防止公害，改善環(huán)境。 </p><p>

20、　?。?）生產(chǎn)過程簡化，操作控制方便：即使含水量高達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，可改變操作條件進行調(diào)整，控制管理都很方便。 </p><p>　?。?）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)合冷卻器和風力輸送，組成連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)線，實現(xiàn)自動化大規(guī)模生產(chǎn)。</p&g

21、t;<p><b>　　其主要缺點有：</b></p><p>　?。?）當熱風溫度低于150 ℃時，熱交換的情況較差，需要的設備體積大。在用低溫操作時空氣消耗量大，因而動力耗用量隨之增大。</p><p>　?。?）為了保證乳粉水分含量的要求，必須嚴格控制各種產(chǎn)品干燥時排風的相對濕度，一般為10%~13%，故需消耗較多的空氣量，從而增加了風機的容量及電

22、耗，同時也增加了粉塵回收裝置的負荷，影響了產(chǎn)品得率。</p><p>　　（3）對某些膏糊狀物料，干燥時需加水稀釋，這樣就增加了干燥設備的負荷。 </p><p>　?。?）由于設備體積龐大，對生產(chǎn)衛(wèi)生要求高的產(chǎn)品時，設備的清掃工作量較大。 </p><p>　?。?）設備的熱效率較低，在進風溫度不高時，熱效率約30—40%左右。</p><p&

23、gt;　　1.1.2本工藝采用壓力式噴霧干燥</p><p>　　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。</p><p>　　離心式主要是利用高速旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生很大的離心力，使料液被甩出去而分散霧化。離心式的特點是可以處理較粘稠；料液內(nèi)含有顆粒的物料；霧化均勻，不易堵塞霧化器。缺點是只能采用立式，由于高速旋轉(zhuǎn)，故對旋轉(zhuǎn)軸及軸承、齒輪等要求很嚴，乳粉中氣泡較多，不利于保藏等。&

24、lt;/p><p>　　壓力式噴霧干燥器是通過高壓設備給料液加壓后通過霧化器霧化，其壓力一般在2～20MP。與離心式相比，其結(jié)構(gòu)較緊湊，生產(chǎn)能力大，耗能量少，而且改變內(nèi)部元件能改變不同的霧炬形狀，調(diào)節(jié)霧化壓力能調(diào)整產(chǎn)品粒度【4】。壓力式的主要缺點是高粘度物料不易霧化；噴嘴易堵塞；噴嘴易受磨損。對于低粘度的料液，采用壓力式較適宜。因此在奶粉噴霧干燥中選擇壓力式。</p><p>　　1.1.3本

25、工藝采用并流型噴霧干燥</p><p>　　噴霧干燥按照噴霧和流體流動方向分為并流型、逆流型和混合型三類。</p><p>　　（1）逆流型操作特點是熱利用率較高，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重夾帶，給回收系統(tǒng)增加負荷。</p><p>　　（2）混合型操作特點是氣流與產(chǎn)品較充分接觸，脫水效率高，但產(chǎn)品有時與濕的熱空氣流接觸，故

26、干燥不均勻，內(nèi)壁局部粘粉嚴重。</p><p>　?。?） 并流型操作特點是：被干燥物料允許在低溫下進行干燥。由于熱風進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)細粒干燥時間短、粗粒干燥時間長，產(chǎn)品具有比較均勻干燥的特點，適合于液滴高度分散均一的噴霧場合。</p><p>　　綜上所述，本生產(chǎn)工藝選用并流、壓

27、力式噴霧干燥法對奶粉進行噴霧干燥處理。</p><p>　　1.2噴霧干燥流程圖</p><p>　　圖1 噴霧干燥流程圖</p><p>　　二、噴霧干燥裝置的計算：</p><p>　　2.1物料及熱量衡算</p><p>　　2.1.1空氣狀態(tài)參數(shù)的確定</p><p>　　G1 tM1=

28、55℃</p><p>　　新鮮空氣　　　　　　　蒸汽　　　　　　　熱空氣　　　濃奶　　　排氣</p><p>　　L t0ф0 H0υH0 I0　　　　　　　　　　L t1 H1υH1 I1　 　　　　　　　L t2 H2υH2 I2ф2</p><p>　　t0=23℃，ф0=55% t1=150℃,H1=0.00963

29、 t2=80℃，H2=0.0364</p><p>　　H0=0.00963</p><p><b>　　熱損失QL</b></p><p>　　空氣加熱器　　　冷凝水　　　　　　　干燥塔 奶粉G2 tM2=70℃</p><p>　　圖2物料、熱量衡算圖</p><p&

30、gt;　　2.1.1.1新鮮空氣狀態(tài)參數(shù)：（參化工原理P216～218）</p><p>　　由設計條件給定：　t0＝23℃　　ф0＝55%</p><p>　　查得23℃飽和水蒸汽壓Ps0＝21.07 mmHg （2809.24Pa）</p><p>　　濕度H0=0.622ф0Ps0/(P-ф0Ps0)</p><p>　　=0.622*

31、0.55*21.07/(760-0.55*21.07)</p><p>　　=0.00963kg水/kg絕干氣　</p><p>　　熱焓I0=(1.01+1.88H0) t0+2490H0</p><p>　　=(1.01+1.88*0.00963)*23+2490*0.00963</p><p>　　=47.625kJ/kg絕干氣<

32、/p><p>　　濕比容υH0=(1/29+H/18)*22.4*(273+t0)/273</p><p>　　=(1/29+0.00963/18)*22.4*(273+ 23)/273</p><p>　　=0.8505m3(濕空氣)/kg絕干氣</p><p>　　2.1.1.2加熱后空氣的狀態(tài)參數(shù)：（[2]，P467。[7],P229-P2

33、33）</p><p>　　全脂乳粉的加工工藝流程中，噴霧干燥的操作要點為先將過濾的空氣由鼓風機吸進，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。同時溫度過低會使產(chǎn)品水分含量過高而不能達到標準

34、。故加熱后的空氣溫度可確定為150℃。 </p><p>　　濕度H1=H0=0.00963Kg水/Kg絕干氣</p><p>　　熱焓I1=(1.01+1.88*H1)*t1+2490H1　</p><p>　　=(1.01+1.88*0.00963)*150+2490*0.00963</p><p>　　=178.194KJ/Kg絕干氣&

35、lt;/p><p>　　濕比容υH1＝(1/29+ H1/18)*22.4*(273+ t1)/273</p><p>　　=(1/29+0.00963/18)*22.4*(273+ 150)/273</p><p>　　=1.215m3(濕空氣)/kg絕干氣</p><p>　　2.1.2排風狀態(tài)參數(shù)確定：</p><p&g

36、t;　?。ㄈ榉凵a(chǎn)基本知識 P258，乳與乳制品生產(chǎn)　P279,273,305）</p><p>　　干燥的乳粉含水量在2.5%以內(nèi)，從塔底流出，熱空氣經(jīng)旋風分離器收集所攜帶的乳粉顆粒，凈化后的空氣被排風機送入大氣中，排放溫度為80~90℃，相對濕度為10~13%。選定排放溫度為80℃，但為了防止產(chǎn)品長時間受高溫影響而使產(chǎn)品變性，且同時要防止露水的形成，故奶粉出口溫度一般比排氣溫度低10℃。就整個干燥器做物料衡算

37、：（化工原理　下P230））</p><p><b>　　.</b></p><p>　　式中：CM-----產(chǎn)品比熱，全脂奶粉為2.1kJ/kg℃ (任務書給定)</p><p>　　Cl-----水的比熱，4.187kJ/kg絕干氣 </p><p>　　tM1-----濃奶溫度，任務書給定55℃　(任務書給定)　

38、　　　</p><p>　　tM2-----奶粉出口溫度，取70℃ </p><p>　　QL-----每蒸發(fā)1kg水干燥室的熱損失，按工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗取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，相當于167.36kJ/kg水。本工藝保溫適宜，故采用熱損失為25

39、1kJ/kg水。）</p><p>　　W-----每小時蒸發(fā)水量（見物料衡算）201.514kg</p><p>　　G2-----每小時奶粉產(chǎn)量 （見物料衡算）212.12kg</p><p>　　L-----每蒸發(fā)１千克水所需空氣量Kg,l＝1/(H2－H1) </p><p><b>　　將上式整理后可得：</b

40、></p><p>　　方程左端表示干燥室補充熱量與損失熱量之差，用Δ表示。</p><p>　　Δ=4.187*55－(212.12*2.1*70/201.514－212.12*2.1*55/201.514＋251)</p><p>　　=－53.873KJ/Kg水</p><p>　　Δ=(I2－I1)/(H2－H1)</p&

41、gt;<p>　　=[(1.01+1.88H2)t2+2490H2-I1]/(H2－H1) </p><p>　　=[(1.01+1.88H2)*80+2490H2-178.194) ]/(H2-0.00963)</p><p>　　=－53.873KJ/Kg水</p><p>　　解得:H2＝0.03635 Kg水/Kg絕干氣</p&g

42、t;<p>　　熱焓 I2＝(1.01+1.88 H2)t2+2490 H2　　</p><p>　　＝(1.01+1.88*0.03635)*80+2490*0.03635</p><p>　?。?76.779kJ/kg絕干氣</p><p><b>　　ф2的求取：由</b></p><p>　　查得8

43、0℃飽和水蒸汽壓＝355.1mmHg</p><p>　　0.03635＝0.622*355.1ф2/(760-355.1*ф2)　</p><p>　　解得： ф2＝11.82%﹤13%</p><p>　　為保證乳粉水分含量的要求，必須嚴格控制排風相對濕度ф2=10～13%。由于ф2在此范圍以內(nèi)，所以含水量可以保證。</p><p>

44、　　濕比容υH2=(1/29+H2/18)*22.4*(273+t2)/273=(1/29+0.03635/18)*22.4*(273+80)/273</p><p>　　=1.0573m3(濕空氣)/kg絕干氣</p><p>　　2.1.2物料衡算： </p><p>　　2.1.2.1每小時需得奶粉量G2</p><p>　　可由年產(chǎn)量

45、，年工作日，日工作班數(shù)及噴霧時間求取（相關數(shù)據(jù)由任務書給定：年產(chǎn)全脂奶粉880噸，年工作日為330天，日工作二班，班實際噴霧時間6小時）</p><p>　　=212.12kg/h</p><p>　　2.1.2.2 每小時噴霧濃奶量及蒸發(fā)水分量W　</p><p>　　=212.12*(1-0.025)/(1-0.50)</p><p>　

46、　=413.634kg/h</p><p>　　W=G1-G2=413.634－212.12=201.514kg/h </p><p>　　2.1.2.3每蒸發(fā)1kg水干空氣用量（絕干量計）</p><p>　　L=1/(H2－H1)＝1/(0.03635-0.00963）</p><p>　　=37.425kg絕干氣/kg水</p&

47、gt;<p><b>　　每小時干空氣量</b></p><p>　　L＝W/(H2－H1)＝201.514/（0.03635-0.00963）=7541.69Kg絕干氣/h</p><p><b>　　新鮮空氣體積流量</b></p><p>　　V0=LυH0=7541.69*0.8505=6414.21

48、m3/h</p><p><b>　　熱空氣體積流量</b></p><p>　　V1=LυH1=7541.69*1.215=9163.15m3/h</p><p><b>　　干燥空氣體積流量</b></p><p>　　V2=LυH2=7541.69*1.0573=7973.83m3/h<

49、/p><p><b>　　2.1.3熱量衡算</b></p><p>　　2.1.3.1　輸入系統(tǒng)熱量</p><p>　　新鮮空氣輸入：　 =7541.69×47.625=359172.97KJ/h</p><p>　　熱器輸入熱量： ＝7541.69×(178.194-47.625)</p&

50、gt;<p>　　=984710.92 KJ/h　</p><p><b>　　濃奶帶入的熱量：</b></p><p>　　＝212.12×2.1×55+201.514×4.187×55</p><p>　?。?0905.51KJ/h</p><p>　?。?.6

51、×10+9.85×10+0.71×10</p><p>　　＝14.16×10KJ/h　</p><p>　　2.1.3.2 輸出系統(tǒng)的熱量</p><p>　　排氣帶出的熱量:　 =7541.69×176.779=1333212.4KJ/h</p><p>　　產(chǎn)品奶粉帶出的熱量：

52、 ＝212.12×2.1×70=31181.64KJ/h　</p><p>　　干燥室熱損失：　 ＝201.514×251=50580.014KJ/h</p><p>　?。?3.33×10+0.31×10+0.51×10</p><p>　　＝14.15×10KJ/h　</p&g

53、t;<p>　　ΣQ入＝ΣQ出可見熱量收支平衡。</p><p>　　2.1.3.3 干燥過程的熱效率</p><p>　　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。</p><p>　　η=((r0+CWt2)-CltM1)/L(I2－I0) </p><p>　　=((2490+1.88*8

54、0)-4.187*55)/ (37.425 (176.779-47.625) )</p><p><b>　　= 49.9% </b></p><p>　　2.1.3.4 空氣加熱器蒸汽消耗量：（[5] 噴霧干燥,P266）</p><p>　　選取加熱用飽和水蒸氣溫度T= t1+10=150+10=160℃</p><

55、p>　　查得其飽和蒸汽壓為6.303Kgf/cm2(絕壓)，汽化潛熱為2087.1kJ/kg</p><p>　　并取熱效率ηk=95%</p><p>　　蒸汽消耗量:Dk=Q2/rηk=984710.92/2087.1*0.95=496.64kg/h　</p><p>　　2.2.壓力式霧化器計算</p><p>　　壓力式噴嘴在結(jié)

56、構(gòu)上的共同特點是使液體獲得旋轉(zhuǎn)運動，即液體獲得離心慣性力，然后由噴嘴孔高速噴出。壓力噴嘴一般分為旋轉(zhuǎn)型壓力噴嘴和離心型壓力噴嘴兩種類型。液體通過內(nèi)插頭完成旋轉(zhuǎn)運動，然后由嘴噴噴出。具有使液體旋轉(zhuǎn)的內(nèi)插頭噴嘴，稱為離心型壓力噴嘴【3】。旋轉(zhuǎn)型壓力噴嘴則是液體經(jīng)過旋轉(zhuǎn)室噴出的噴嘴，與離心型相比，其流量更大，適于生產(chǎn)能力較大的干燥設備。因而在此選用旋轉(zhuǎn)型壓力噴嘴。</p><p>　　2.2.1 噴咀孔截面積、孔徑及噴

57、頭個數(shù)的確定</p><p>　　2.2.1.1 噴咀孔截面積</p><p>　　霧化角增大，流量系數(shù)CD減小，使噴咀的料液處理量降低，而塔徑卻需增大【3】。因而為使塔徑不至過大，且與氣流良好接觸,根據(jù)經(jīng)驗,霧化角控制在60~70°。在此選65°。</p><p>　　由θ=65°，查圖3-44可查，得A’=2.5</p>

58、<p>　　再由A’=2.5查圖3-42，可得孔板系數(shù)CD=0.25</p><p><b>　　據(jù)公式：</b></p><p>　　ρ——濃奶密度1120kg/m3</p><p><b>　　Q——噴嘴流量</b></p><p>　　△P——壓力式霧化器的操作壓力，應在100~

59、150 kgf/cm2之間，</p><p>　　選取120kgf/cm2</p><p>　　CD——孔板系數(shù) CD=0.25</p><p><b>　　故 F=</b></p><p>　　2.2.1.2 孔徑</p><p>　　選取噴嘴孔徑do，根據(jù)經(jīng)驗一般為1~1.5mm，選1.2

60、mm，則r0=0.6mm。</p><p>　　2.2.1.3 噴頭個數(shù)的確定</p><p><b>　　此值需圓整為3個。</b></p><p>　　2.2.2 噴咀旋轉(zhuǎn)室的尺寸確定</p><p>　　由式： A1=nbh</p><p><b>　　∵A’=</b>

61、;</p><p><b>　　∴可得A1=</b></p><p>　　A’ ——噴咀的結(jié)構(gòu)參數(shù) A’=2.5</p><p>　　r0 ——噴咀孔半徑</p><p>　　R ——旋轉(zhuǎn)室半徑，取R=3mm</p><p>　　b ——液體入口寬度，取b=0.4mm，b太大，不會粘在

62、壁上，分散開，</p><p><b>　　b太窄，阻力大。</b></p><p>　　A1 ——切向通道總的截面積</p><p>　　R1 ——R1=R-3-=3-0.2=2.8mm</p><p>　　n ——增向通道個數(shù) n=4</p><p>　　h ——液體入口高度</p&

63、gt;<p>　　A1=1.047×10-6</p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　整取0.9mm</b></p><p><b>　　根據(jù)經(jīng)驗校核</b></p><p>　　2R/b=2×3/0.4=15 其

64、值在6~30之間</p><p>　　h/b=7×10-4/0.4×10-3=1.75 其值在1.3~3.0之間</p><p>　　2.2.3 噴嘴的生產(chǎn)能力</p><p><b>　　A’=A2.34</b></p><p>　　查圖3-42，可得CD’=0.26</p>&l

65、t;p><b>　　查圖可得θ=630</b></p><p>　　∴實際的Q ’=F·CD’</p><p>　　=1.07×10-4m3/s</p><p>　　大于 m3/s 符合要求</p><p>　　由 可用來調(diào)節(jié)流量。</p><p>　　2.2.4 進旋

66、轉(zhuǎn)室切向通道長度L的計算</p><p><b>　　如圖可知</b></p><p>　　R2 ——空氣心外半徑一般取</p><p>　　R2=4~4.5mm，取</p><p><b>　　R2=4mm</b></p><p>　　R ——旋轉(zhuǎn)室半徑，R=3mm<

67、/p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　L=</b></p><p><b>　　L ——入口長度</b></p><p><b>　　經(jīng)驗校核</b></p><p><b>　　在0.9~7之間&

68、lt;/b></p><p>　　L/b在0.9~7時對流量系數(shù)沒有多大影響。當L/b過大時，壓頭損失過大。L/b過小時，液體進入旋轉(zhuǎn)室后就會出現(xiàn)散亂流動，不能在室內(nèi)均勻地旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.2.5 噴咀芯結(jié)構(gòu)</p><p>　　厚度為6~7mm，噴嘴孔長度取孔直徑1.2mm。</p><p>　　2.2.6 干燥室（塔）

69、主要尺寸的確定</p><p>　　因立式噴霧設備較臥式有如下優(yōu)點【6】：</p><p>　　干燥塔生產(chǎn)能力大，占地面積小，設備蒸發(fā)強度大，干燥時間長，有利于提高設備的熱效率等，故選擇立式。</p><p>　　采用多噴頭式n=3，呈多邊三角形布置。</p><p>　　其中心距為1000mm。</p><p>　　

70、噴頭與塔壁間距可取1000~1200mm，在此取1100mm，可減少周壁的沾粉現(xiàn)象，氣流的截面速度下降，有利于設備熱效率提高。</p><p>　　q=0.03t1-1=0.03×150-1=3.5 kg水/m3h</p><p><b>　　V=</b></p><p>　　V——干燥室的有效容積</p><p&

71、gt;　　W——干燥室的水分蒸發(fā) </p><p><b>　　q——干燥強度</b></p><p>　　t1——進入干燥室的熱風溫度</p><p><b>　　V=</b></p><p>　　H——立式干燥室的有效高度</p&g

72、t;<p>　　F——干燥室的截面積</p><p><b>　　D——干燥室的直徑</b></p><p><b>　　D=</b></p><p>　　經(jīng)圓整 D=3.5m</p><p><b>　　∴</b></p><p&g

73、t;　　H2=D=3.5（m）</p><p>　　取d=0.4~0.5m 在此d=0.4m</p><p>　　夾角應小于60°，使產(chǎn)品不易堵塞。</p><p><b>　　通過幾何計算 </b></p><p>　　α=48°<60°符合要求。</p>&l

74、t;p>　　因為錐形殼體的應力，隨半錐角α的增大而增大；當α角很小時，其應力值接近圓筒形殼體的應力值。所以在設計制造錐形容器時，α角要選擇合適，不宜太大 。 </p><p>　　三、輔助設備的選型計算（匯編4-1、曹277、乳品工業(yè)手冊492）</p><p>　　3.1空氣過濾器的選型計算</p><p&g

75、t;　　材料采用中空泡沫塑料，油浸式濾層，濾層用不銹鋼細絲，形成絨團（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（無味、無臭、無毒、揮發(fā)性低、化學穩(wěn)定性高）制成每塊50×50cm左右單體厚約5～12cm，當空氣通過時，空氣中雜質(zhì)即被阻擋或為油膜吸附于濾層中，每隔一定時期拆下用堿水清洗，干燥后噴油重新安裝，可繼續(xù)使用。</p><p><b>　　F=</b>

76、;</p><p>　　——m為濾層過濾強度，一般為4000~8000m3/m2 h </p><p>　　選m=5000m3/m2h</p><p><b>　　圓整為1.3m2</b></p><p><b>　　核算m=</b></p><p>　　空氣阻力Hf=0.

77、5sv1.8</p><p>　　S：濾層厚度，通常取10 cm</p><p><b>　　V：過渡速度為</b></p><p><b>　　Hf=0.5</b></p><p>　　過濾時一部分孔被堵，導致Hf上升，至一定程度（）時取下清洗。進料時無壓力，不會有漏奶等情況，清洗時僅需

78、拆下進奶管道，離心轉(zhuǎn)盤，清洗容易，輕便。長期不清洗，使過濾器的阻力增大，從而使進風量減少，影響生產(chǎn)能力。</p><p>　　3.2空氣加熱器的選型計算(匯編4-2~4，乳品工業(yè)手冊493~502)</p><p>　　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。</

79、p><p>　　空氣加熱器是對新鮮空氣進行加熱的必要設備，用飽和蒸汽作為熱源，在加熱管內(nèi)流動，新鮮空氣在加熱管外經(jīng)翅片間通過，經(jīng)熱交換后空氣的溫度可達150~170℃，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。</p><p>　　3.2.1需要加熱量Q需 </p><p><b>　　

80、Q需=</b></p><p><b>　　3.2.2傳熱效率</b></p><p>　　選定飽和蒸汽壓力：6.3kgf/cm2 查[1]P334的TS=160℃</p><p>　　3.2.3表面風速Va的選取</p><p>　　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

81、排管重量輕，體積小，消耗金屬少，且造價比S、UII型鋼制散熱排管便宜。故選用GLII型空氣加熱器。</p><p>　　由ε查[4-3] Va-ε圖的Va=1.5m/s，N=8排。</p><p>　　3.2.4受風面積Fa</p><p>　　G’：校正至20℃，latm時空氣的體積流量[m3/h]</p><p><b>　　=

82、</b></p><p><b>　　=1.176m2</b></p><p><b>　　3.2.5選型</b></p><p>　　據(jù)Fa=1.176m2，8排查[4-4]表選GLII2-15-78。</p><p>　　GLII2-15-78的主要參數(shù)：</p>&l

83、t;p>　　散熱面積F0：37.62m2 受風表面積Fa：1.192m2</p><p>　　通風凈截面積Ff：0.632m2</p><p>　　總傳熱面積Fo=8×37.62=300.96m2</p><p>　　3.2.6核算傳熱量</p><p><b>　　Q供=KFO△tm</b&g

84、t;</p><p>　　K無具體計算公式，故借用S、UII型公式。</p><p>　　K=19.77(Vr)×10</p><p><b>　　Vr=</b></p><p>　　K=19.77×3.35×10=0.041kw/m2k</p><p><b&

85、gt;　　△tm=℃</b></p><p>　　Q供=KFO△tm=0.041×300.96×48.52=598.72kw</p><p>　　=2155407.8kJ/h</p><p>　　富裕（2155407.8-1040000）/2155407.8=51.7%</p><p>　　Q供>Q需

86、富裕51.7%＞20~30%，故在原有基礎上減2組，即6排。</p><p>　　校驗得富裕=38%，不在20~30%范圍內(nèi)，再減2排，即4排。校驗得富裕=29%，符合要求。</p><p><b>　　3.2.7空氣阻力</b></p><p>　　△P =0.0853×（Vr）×4</p><p&g

87、t;　　=0.0853×3.35×4</p><p>　　=3.24mmH2O</p><p>　　3.3 粉塵回收裝置的選型和計算</p><p>　　粉塵回收設備主要有布袋過濾器和旋風分離器兩種。對于乳粉生產(chǎn)而言，旋風分離器的回收率遠遠低于布袋過濾器，經(jīng)濟損失極大【8】。此外，布袋過濾器操作方便，動力消耗少，布袋內(nèi)的積粉便于清理。因此乳粉生產(chǎn)

88、通常采用布袋過濾器。</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　V——通過布袋過渡器的空氣量</p><p>　　q——布袋的允許通過負荷，一般150~200m3/m2h，選170 m3/m2h。</p><p><b>　　F=</b></p><p>

89、;　?。?）確定規(guī)格、只數(shù)、組數(shù)</p><p><b>　　Z=</b></p><p>　　Z ——運行時的只數(shù)</p><p>　　d ——布袋直徑，150~200mm，選180mm。</p><p>　　l ——布袋長度，2m~3.5m，選3m。</p><p>　　Z= 圓整為28只&

90、lt;/p><p>　　一般有二組、一組使用，一組備用。</p><p><b>　?。?）核算q</b></p><p><b>　　q= m3/m2h</b></p><p>　　在150~200范圍內(nèi)，故可。</p><p><b>　　（4）計算阻力</b

91、></p><p>　　△P=（K0Zp+a0）qb0 </p><p>　　△P ——空氣通過布袋時的阻力</p><p>　　ZP ——織物的沾塵度，對乳粉而言：ZP=500g/m2</p><p>　　k0、a0、b0是常數(shù)，對棉織絨布而言。</p><p>　　k0=2.45×10-4

92、  a0=7.56×10-3 b0=1.14</p><p>　　△P=（2.45×10-4×500+7.56×10-3）×1881.14</p><p>　　=50.9(mmH20) </p><p>　　△P上升到一定程度，如80 mmH20，應更換、清洗。</p><

93、;p>　　3.4 風機的選型計算</p><p>　?。?）送風機：風量一般應有10~20%富裕量，取15%。</p><p>　　Q送=LvHO(1+0.15)= 7541.69×0.8505×(1+0.15)</p><p><b>　　=7376m3/h</b></p><p>　　Pt=

94、(干燥室內(nèi)壓-大氣壓)+過濾器阻力降+加熱器壓降+熱風分配器壓</p><p><b>　　降+沿程與局部壓降</b></p><p>　　一般要求干燥室內(nèi)壓為負壓10~15mmH2O，取15mmH2O</p><p>　　過濾器阻力升至15~20mmH2O時需取下洗滌，取其阻力降為15mmH2O。</p><p>　　

95、熱風分配器壓降計算復雜，無資料介紹，估計為30~40mmH2O，取40mmH2O。</p><p>　　沿程與局部阻力估為：30~40mmH2O，取40mmH2O。</p><p>　　Pt= -15-0+15+4.35+40+40=84.35mmH2O</p><p><b>　　Pto=Pt</b></p><p>

96、　　據(jù)Pto=86.13mmH2O Q送=7376m3/h</p><p>　　查表選4-72-11 6D離心通風機</p><p>　　主要性能參數(shù)：轉(zhuǎn)速1450rpm 全壓：104mmH2O</p><p>　　流量：10200m3/h 效率：91% 所需功率：4KW </p><p>&

97、lt;b>　　（2）排風機</b></p><p>　　排風機富裕量一般為15~30%，取25%。</p><p>　　Q排=LvH2(1+0.25)= 7541.69×1.0573×1.25=9967.3m3/h</p><p>　　Pt=出口動壓一進口靜壓+旋風分離器壓降+沿程、局部壓降</p><p&g

98、t;　　出口動壓一般取15mmH2O，進口靜壓取-15mmH2O。</p><p>　　空氣通過布袋時壓降45.44mmH2O</p><p>　　沿程、局部壓降估為40mmH2O</p><p>　　Pt=15-(-15)+45.44+40=115.44mmH2O</p><p><b>　　Pto=Pt</b><

99、;/p><p>　　據(jù)Pto=172.04mmH2O Q排=9967.3m3h 查[1]365表25</p><p>　　選排風機型號為： 離心通風機4-72-11 6C</p><p>　　主要性能參數(shù)：轉(zhuǎn)速2240rpm 全壓248mmH2O</p><p>　　流量：15800m3/h 效率：91% 所

100、需功率：14.1kw</p><p>　　一般為使干燥室內(nèi)形成10~20mmH2O的負壓，排風機的風量需比送風機的風量大20~40%。</p><p>　　由于20%<35.44%<40%,所以風機選擇合適</p><p>　　3.5高壓泵（匯編4-18、乳品414）</p><p>　　根據(jù)設計壓力一般在100~150Kgf/c

101、m2，如120 Kgf/cm2，流量如430Kg/hr</p><p>　　據(jù)此選擇RPO2或RPO3型高壓泵，其輸出量更接近設計值，更加經(jīng)濟。</p><p>　　3.6其它輔助設備選用</p><p>　　（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，電機功率0.37kw，2臺。</p><

102、p>　　（2）集粉箱：無具體型號，設計用長1m，寬0.5m，高0.5m的箱體。</p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)閥：采用普通式即可，動配合間隙小于0.05mm以保證氣密性，用型號l的旋轉(zhuǎn)閥，葉輪容積1.0升，葉輪轉(zhuǎn)速30rpm，所需功率0.4kw，排料量1噸/小時。</p><p>　?。?）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、溫度計、電流表（送風機、排風

103、機、霧化器的電流）。</p><p>　　四、設計結(jié)果的匯總：</p><p><b>　　4.1主要工藝參數(shù)</b></p><p>　?。?）產(chǎn)量：年產(chǎn)全脂奶粉840噸，每小時產(chǎn)量為212.12kg，產(chǎn)品質(zhì)量符合輕工部“全脂奶粉質(zhì)量標準”。</p><p>　　輕工部全脂乳粉一級產(chǎn)品的理化指標。</p>

104、<p>　　化學指標：水分（不超過）2.50%，脂肪25~30%。</p><p>　　復原后的酸度不超過190T，銅不超過6mg/kg。</p><p>　　錫不超過100mg/kg，鉛不超過2mg/kg。</p><p>　　物理指標：溶解度不低于97%，雜質(zhì)度不超過16ppm。</p><p>　　微生物指標：雜菌數(shù)不超過5

105、0000個/g，大腸菌不檢出。</p><p>　?。?）濃奶：總固形物含量50%，溫度55℃，每小時噴霧量G1=413.63kg/h。</p><p>　?。?）蒸發(fā)水量：W=201.514kg/h</p><p>　?。?）干燥空氣用量：L=7541.69kg干/kg水</p><p>　　（5）新鮮空氣的狀態(tài)及流量：t0=23℃

106、 ψ0=55%</p><p>　　H0=0,00963kg/mg I0=47.625kJ/kg</p><p>　　VH0=0.8505m3/kg V0=6414.21m3/h</p><p>　?。?）熱空氣的狀態(tài)及流量：t1=160℃ </p><p>　　H1=0.00963kg/mg

107、 I1=178.194kJ/kg</p><p>　　VH1=1.215m3/kg V1=9163.15m3/h</p><p>　?。?）排氣的狀態(tài)及流量：t2=82℃ ψ2=11.7%</p><p>　　H2=0.03635kg/mg I2=176.779kJ/kg</p><p>　　VH2=1.05

108、73m3/kg V2=7973.83m3/h</p><p>　?。?）加熱蒸汽的狀態(tài)及流量：T3=160℃ P=6.303kgf/cm2 D=496.64kg/h</p><p>　　4.2干燥裝置及主要輔助設計一覽表</p><p>　　五、帶控制點的工藝流程圖</p><p><b>　　見所附A3圖紙上。&l

109、t;/b></p><p><b>　　六、設計說明</b></p><p>　　干燥塔設計的其他說明：</p><p><b>　　1、熱風分配裝置</b></p><p>　　熱風從側(cè)面進入，通過一塊垂直和一塊水平孔板分布均勻。</p><p>　　2、干燥塔上設有

110、燈孔、視孔、人孔、振蕩器、排風管等。振動器安裝在塔壁上及圓錐底部，各兩個。</p><p>　　3、為使噴霧正常進行，以防在生產(chǎn)中出現(xiàn)不測事件，其電壓控制在36V。</p><p>　　4、塔體材料：塔體內(nèi)外壁用厚度為2～3mm的不銹鋼焊成，頂部用槽鋼固定起來。材料可用1cr18Ni9Ti。</p><p>　　5、干燥塔塔體夾層用保溫材料保溫，以減少熱損失或設備停

111、用時因乳粉吸潮而粘結(jié)。</p><p>　　粉塵回收裝置應回收物料的性質(zhì)選擇。用于噴霧干燥的袋濾器，大多不超過130℃。在本設計中，不應超過90℃。</p><p>　　游離脂肪含量過高，乳粉極易氧化，不耐保藏，沖調(diào)性差，此時應冷卻到20℃以下進行輸粉為佳。</p><p>　　6、對干燥設計過程中某些問題的探討</p><p>　　（1）噴

112、霧干燥塔主要尺寸的確定中，離心式噴霧干燥中此現(xiàn)象不明顯，故不作深入探討。</p><p>　?。?）奶粉的色澤、顆粒、沖調(diào)、粉中雜質(zhì)、蛋白質(zhì)在塔中變性的程度均與噴霧干燥系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、生產(chǎn)參數(shù)的控制和操作者的責任心有關。要生產(chǎn)合格優(yōu)質(zhì)的奶粉必須從每個細節(jié)做起。</p><p>　　由于設計制圖時未考慮裝訂問題，故僅按普通不需裝訂要求布局，而未留出裝訂部位。</p><p

113、><b>　　七、結(jié)束語</b></p><p>　　這次課程設計使我充分了解到化工原理課程的重要性和實用性，通過對噴霧干燥的設計，我更加的清楚噴霧干燥的具體操作及流程。傅老師不僅教給我們專業(yè)知識，并且講述了他人的經(jīng)歷，豐富了課堂教學，還教導我們在遇到問題遇到困難的時候，一定要不懈努力，不能退縮，發(fā)現(xiàn)問題的所在，然后一一解決。只有真正吃過苦的人才能得到別人的尊重，只有這樣，才能成功的做

114、成想做的事，才能在今后的道路上披荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功、收獲喜悅。這次的課程設計過程不僅培養(yǎng)了我獨立思考、動手實踐的能力，也使我體會到了合作的重要性，遇到問題時，同學之間的互相討論會給自己很大的啟發(fā)。</p><p>　　不可否認，本次設計存在不少缺點和不足，但這次的課程設計使我找出了自己在學習上的不足，對以后的工作學習也有指導作用。我相信在以后的學習中會克服這些不足，達到熟練掌握的目的。

115、</p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　　【1】 郭本恒等、乳品化學、中國輕工業(yè)出版社 2001.7</p><p>　　【2】 夏清等、化工原理（下冊）、天津大學出版社 2007.1</p><p>　　【3】 陳壽鵬等、食品工程原理設計課程資料匯編 2002.5</p>

116、;<p>　　【4】 劉廣文等、噴霧干燥實用技術(shù)大全、 中國輕工業(yè)出版社 2001.10</p><p>　　【5】 金世琳等、乳與乳制品生產(chǎn)、 輕工業(yè)出版社 1985.10</p><p>　　【6】 曹惠興等、乳品生產(chǎn)基本知識、輕工業(yè)出版社 1984</p><p>　　【7】 夏清等、化工原理（上冊）、天津大學出版社 2007.1<