《化工原理課程設(shè)計(jì)》

1、化工原理課程論文（設(shè)計(jì)）授課時(shí)間：2013 2014年度 第一學(xué)期題 目噴霧干燥課程名稱(chēng)：化工原理課程設(shè)計(jì) _專(zhuān)業(yè)年級(jí)：學(xué) 號(hào)：一 一姓 名：成 績(jī)：指導(dǎo)教師：1. 噴霧干燥的簡(jiǎn)介 41.1噴霧干燥的原理 42. 噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定 53加熱器 74. 計(jì)算熱流量及平均溫差 84.3阻力損失計(jì)算 94.4傳熱計(jì)算 115. 進(jìn)風(fēng)機(jī)的選擇 125.1風(fēng)量計(jì)算 125.2風(fēng)壓計(jì)算 126排風(fēng)機(jī)的選型 136.1風(fēng)量計(jì)算 136.2風(fēng)壓計(jì)算 14參考文獻(xiàn)： 14化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 學(xué)號(hào)一、設(shè)計(jì)題目噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)條件1、物系：牛奶2、 原料含水率：45 %（45 ；50 ；55）

2、0.7 ) 0.016 )3、生產(chǎn)率（原料量）：0.5 t I h（0.3 ；0.5 ；4、產(chǎn)品（乳粉）含水量：2 %5、 加熱蒸汽壓力：700 KPa（絕壓）6、車(chē)間空氣溫度：20 C7、 車(chē)間空氣濕度：0.012 kg /kg（ 0.012 ; 0.014 ;8、 預(yù)熱后進(jìn)入干燥室的空氣溫度：150 C9、 離開(kāi)干燥室的廢氣溫度：80 C10、 離開(kāi)干燥室的廢氣濕度：0.12 kg / kg三、設(shè)計(jì)容1、計(jì)算所需過(guò)濾面積，選擇新鮮空氣過(guò)濾器和廢氣除塵器的型號(hào)。2、計(jì)算所需空氣流量和風(fēng)壓，選擇進(jìn)風(fēng)機(jī)和排風(fēng)機(jī)的型號(hào)。3、計(jì)算所需換熱面積，選擇換熱器（預(yù)熱器）的型號(hào)。4、 畫(huà)出整個(gè)噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)

3、備布置的流程圖（設(shè)備可用方框加文字表示）。四、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)1. 噴霧干燥的簡(jiǎn)介噴霧干燥是采用霧化器將原料液分散為霧滴，并用熱氣體（空氣、氮?dú)饣蜻^(guò)熱 水蒸氣）干燥霧滴而獲得產(chǎn)品的一種干燥方法。原料液可以是溶液、懸浮液或乳 濁液，也可以是熔融液或膏糊液。根據(jù)干燥產(chǎn)品的要求，可以制成粉狀、顆粒狀、 空心球或團(tuán)粒狀。噴霧干燥有以下優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 物聊干燥所需的時(shí)間很短，通常只要15-30秒，甚至只要幾秒. 容易改變操作條件以調(diào)節(jié)或控制產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，例如粒度分布、最 終濕含量等。 根據(jù)工藝上的要求，產(chǎn)品可制成粉末狀、空心球狀或疏松團(tuán)粒狀，通 常不需要粉碎即得成品，而且能在水中迅速溶解

4、，例如殊榮脫脂奶粉、 速溶咖啡等。 簡(jiǎn)化了工藝流程。缺點(diǎn)：容積給熱系數(shù)較小，對(duì)于不能用高溫在熱體干燥的物料，所用設(shè)備就 顯得龐大了一些。而在低溫操作時(shí)，空氣消耗量大，因而動(dòng)力消耗量 也隨之增大。 對(duì)氣一固混合物的分離要求較高。對(duì)于很細(xì)的粉末狀產(chǎn)品，要選擇可 靠的氣固分離裝置，以免產(chǎn)品的損失和對(duì)周?chē)h(huán)境的污染。因此分離 裝置比較復(fù)雜1.1噴霧干燥的原理2噴霧干燥是一種懸浮粒子加工技術(shù)。將流體物料通過(guò)霧化器的作用，形成細(xì)微的液滴，使液滴與高溫空氣接觸，水分迅速蒸發(fā)從而成為粉末狀產(chǎn)品。1.2噴霧干燥工藝流程及其流程圖2噴霧干燥工藝流程包括四個(gè)階段：霧化;料物與空氣接觸（混合流動(dòng)）； 料物干燥（水分及

5、揮發(fā)性物質(zhì)蒸發(fā)）； 干粉制品從空氣中分離。噴霧干燥的流程圖圖1:噴霧干燥流程圖2. 噴霧干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定2.1空氣用量計(jì)算：原料奶含水率W, 45% ;產(chǎn)品奶粉含水率 W2 2% ；1 .進(jìn)入干燥塔的物料量 G 0.5th500kg h 1。備水分蒸發(fā)量W:G1 W1 W2500 （45 2）1112219.39kg.h 1100 W2100 2氣濕含量：X0 0.012kg.kg 1;因?yàn)榭諝饨?jīng)預(yù)熱器溫度保持不變，熱空氣濕含量：X1X。絕干空氣消耗量L :L W219.392031.39kg.h 壬 2336.1001.205X2 X10.120.012但是，實(shí)際空氣用量要比計(jì)算值多1

6、0% 25% ，所以:L 實(shí) Lo (1 15%)2031.39 1.15 2336.10kg.h 11938.67m3 h(20C時(shí)，查表得，此時(shí)空氣密度 °31.205 kg m )離開(kāi)干燥室的廢棄溫度：T280 C,查表得231.000 kg m3離開(kāi)干燥室空氣量L2 :L2LX22031.392031.391廢氣體積V2 :V2L22275.161.000312215.16m3h 12.2空氣過(guò)濾器選型5過(guò)濾面積計(jì)算公式:式中，A濾層的面積,L通過(guò)濾層的空氣量,m3M濾層的過(guò)濾強(qiáng)度,ml m2，般取 m= 40008000m3 m2 為宜。設(shè)取m= 5000m m2，由2.1

7、，可知L= V實(shí)=2336.10 m3。所以代入數(shù)據(jù)得過(guò)濾面積 A= 0.467 m2?？諝膺^(guò)濾器選型為AF30-N02D-2-X21492.3廢棄除塵器選型由2.1，知廢氣量為 V2215.16m3h 1過(guò)濾面積計(jì)算：F -q式中，F(xiàn)布袋的過(guò)濾總面積，m2v 通過(guò)布袋過(guò)濾器的空氣量，m3 h 1q布袋的單位面積負(fù)荷，m3 m 2 h 1 ;q 值為 140200 m3 m 2 h 1 ;取q = 150m3 m 2 h 1 代入上式，得 F= 14.77 m2。實(shí)際過(guò)濾面積 F實(shí)（1 20%） F 1.2 14.77 17.72m2根據(jù)過(guò)濾F實(shí)面積，查得MC24-1型脈沖袋式除塵器與之相近4

8、，可以選用此除塵器，其參數(shù)如下:項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)過(guò)濾面積，m218過(guò)濾氣速，m/mi n24濾袋條數(shù)，條24處理氣量，m/ h21604300濾袋規(guī)格© 120X 200脈沖閥數(shù)量，個(gè)4壓力損失，mmH2O120 150最大外形尺寸（長(zhǎng)X寬X高），mm1025X 1678X 3660除塵效率，99 99.5質(zhì)量，kg8503加熱器4基于設(shè)計(jì)基本要求的條件，車(chē)間溫度 t°= 20C；熱空氣溫度t1= 150C； 所以t平均=150 2085C，根據(jù)平均溫度查表可得，均2定比熱熔 ©= 1.022kJ/（kg C ），熱導(dǎo)率入 一 3. X 10_2 W m 一一 ：

9、密度卩=0.986kg/m3,，粘度卩 戶(hù) 2.13 X 10一5 Pa s;由2.1可知，新鮮空氣用量 口引2336.10kg.h 1;已知加熱蒸汽在700kPa（絕壓）下處理，查附錄6得此時(shí)溫度164.7 C，323.666 kg m假設(shè)用于加熱的蒸汽處理量：m2= 2000kg/h，4.計(jì)算熱流量及平均溫差4.1.按空氣加熱所需來(lái)計(jì)算換熱器的熱流量Q ms1cp1 (t, t0) 2336.10 1.022 (150 20)3.10 105kJ.h 1=862l5w計(jì)算平均溫差tm，逆 :tm逆Tt2) (T G(164.7 20)(164.7 150)lnT t2Tt164.7 20

10、ln64.7 15057C查書(shū)，得氣體和氣體間進(jìn)行換熱是的K值大致為1235 W2 K 1，先取K值為20 W m2 K則所需傳熱面積為:A亠噸K tm 20 57275.63m4.2初步選定換熱器的型號(hào)在決定管數(shù)和管長(zhǎng)時(shí)，要先選定管流速Ui?？諝庠诠芰魉?lài)鸀?5 30 m s ,設(shè)取 ui = 25m s 1設(shè)所需單程管數(shù)為n,© 25mM 2.5的管徑為0.02m，貝U管流vin0.022 ui 3600 匕 2336.10 2369.27m3h 140.986解得，n=84根。又有傳熱面積 A = 75.63m2可求得單程管長(zhǎng)I':l'75.63830.0251

11、1.60m若選用4.5m長(zhǎng)的管，2管程，則一臺(tái)換熱器的總管數(shù)為 4.5 X 84 = 378根。查化工原理附錄十九得相近浮頭式換熱器的主要參數(shù)，見(jiàn)表2-1項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)殼徑D (DN600m管尺寸© 25mrX 2.5mm管程數(shù)M(N)m管長(zhǎng)l (L)4.5m管數(shù)n2管排列方式正方形斜轉(zhuǎn)45°中心排管數(shù)n198管心距傳熱面積A28mm管程流通面積Si1168.2 m20.0311每程的管數(shù)山:總管數(shù)n _ 198 管程數(shù)Np _ V可對(duì)表2-1中的數(shù)據(jù)做核算如下:管程流通面積Si:S d2 m (0.022) 99 0.0311m2，由表 2-1,查得的 0.0311m2

12、 很 44符合。傳熱面積 A: A d°nl 0.025 198 4.569.9m2，比查得的 68.2m2 稍大，這是由于管長(zhǎng)的一小部分需用于在管板上固定管子。應(yīng)以查得的68.2m2為準(zhǔn)。中心排管數(shù)nc，查得的nc _ 11似乎太??；現(xiàn)未知浮式6管程的具體排管方 式，暫存疑。以下按式：nc 1.19、. 198 16.74，取整nc _ 17。管程流速Ui :4.3阻力損失計(jì)算Vi2369.27-36003600Si0.0311雷諾數(shù)Re :Re1dM 1口10.020 21.16 0.98652.13 1041.96 10摩擦系數(shù)：取鋼管絕對(duì)粗糙度£_0.1mm得相對(duì)粗

13、糙度di 0.1 200.005 ;根據(jù) Re_ 1.96 104，查圖，得 i _0.管阻力損失:Pi0.0354.5 21.162 0.9860.02（ ）1738Pa回彎阻力損失:2 2Ui 1，21.160.986、FC"Pr1-1()220.74Pa2 2管程總損失：pt ( pipr)FrNsNp (1738 220.74) 1.4 1.0 2 5484.47Pa432殼程取折流擋板間距h = 0.2m計(jì)算截面積So:Soh (D n cd0)0.2 (0.6 17 0.025)0.035m2計(jì)算流速u(mài)2 :U2理 36002000 36004.33m s23.666 0

14、.035雷諾數(shù)Re2:Re2°.°25 433 警 2.92 1041.36 10由于Re2500，摩擦系數(shù)f。:f。5.00.288Re25.0小“4 0.2280.4842.92 10折流擋板數(shù)Nb :Nb4.510.221.5 取 M=22管束損失 p1:P1 Ffo nc(N b1)(qU20.40.4817(221)(3.6664.332-)2579 .99 Pa缺口損失:p2 N b (3.52h)(3.522 0.2 3.666 4.33、0.62142.19Pa殼程損失 ps:Ps ( P1p2)F S N S(2579.99 2142.19) 1.0 1.

15、0 4722.18Pa核算下來(lái)，管程及殼程的阻力損失都不從多 10kPa,又都不小于1kPa。故適4.4傳熱計(jì)算管程給熱系數(shù)a畀由已算出的Re, = 1.96 104，由于是對(duì)于空氣，Pr 0.7Nu=0.02Rg8=0.02 (1.96 104)0.854.3010.0352a1 Nu1( L)54.3095.03W m 2 Kd10.02殼程給熱系數(shù)a2查資料知飽和水蒸汽對(duì)管壁的給熱系數(shù)a2 = 104kcal m 2 h 1 C-1或4211.163 10 W m K o傳熱系數(shù)Ko計(jì)算公式為：1a?式中，K空氣加熱器的傳熱系數(shù)， W m 2 K 1 ;S加熱管的壁厚，m入加熱管導(dǎo)熱系數(shù)

16、，W m 2 K 1，鐵管入=45 X 1.163 =53W m 2 K 1 o所以，將數(shù)值代入，可得K= 33.90 W m 2 K 1所需的傳熱面積A :QK tm8621533.90 57244.62 m與所選的換熱器列出的面積 A=68.2m2比較，有近30%的裕度。從阻力損失和換 熱面積的核算看，原選的換熱器適用。5.進(jìn)風(fēng)機(jī)的選擇5.1風(fēng)量計(jì)算從進(jìn)風(fēng)機(jī)到干燥塔，需經(jīng)過(guò)加熱器，假設(shè)全程管長(zhǎng) 15m,其中進(jìn)風(fēng)機(jī)到加熱器為 5m加熱器到干燥塔10m為其中經(jīng)過(guò)3個(gè)90°彎頭，干燥塔器維持147 Pa負(fù)壓 已知新鮮空氣溫度t120C，查得此溫度下空氣密度 11.205kg m 3，粘

17、度1311.81 10 Pa s。熱空氣溫度t2150C，溫度下空氣密度 20.825kg m粘度22.41 10 5Pa s。查得90°彎頭阻力系數(shù)0.75。由（1）可知干燥器所需新鮮空氣用量為:02336.101.2051938.67m3h 1所以風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為：V 1938.67m3 h 15.2風(fēng)壓計(jì)算：計(jì)算公式為：d 1.13%V3600 v進(jìn)風(fēng)管直徑d1計(jì)算：取空氣流速V110m s 1，風(fēng)機(jī)出口出動(dòng)壓為 500Pa。d11.13 艦?00.262m沿程損失1:從進(jìn)風(fēng)機(jī)到加熱器雷諾數(shù):d1u 10.262 10 1.2051.81 101.74 105取鋼管的絕對(duì)粗糙度0.

18、1mm，則相對(duì)粗糙度. 'd10.00035，可查得0.0198沿程損失:P f1d120.019850.2621.205 102222.8Pa沿程損失2:從加熱器到干燥塔雷諾數(shù)：0.262 10 0.8252.41 108.97 104取鋼管的絕對(duì)粗糙度0.1mm，則相對(duì)粗糙度/ d10.00035，可查得 0.020沿程損失： pf29l22u2100.825 1020.0232.44Pa0.262 2524總彎頭損失:2uPtR n =21023 0.75112.5Pa2加熱管阻力損失：因?yàn)榭諝庾吖艹?由(4)可知 Pt 5484.47Pa風(fēng)機(jī)出口處的靜壓P f P f1 P f

19、 2 P fR Pt (147)22.8 32.44 112.5 5484.47 147 5476.2Pa5.2.5 風(fēng)機(jī)出口全壓：p出Pf 500 5476.2 500 5976.2Pa取風(fēng)機(jī)入口前的全壓為0,所以所需的全壓為：p p出 -05976.2 05976.2Pa5.3風(fēng)機(jī)選型根據(jù)流量V實(shí)1938.67m2h 1、風(fēng)壓 P出5967.2Pa的要求,可選9-19型離心式通風(fēng)機(jī)機(jī)號(hào)(M)轉(zhuǎn)速(r/mi n)全壓(Pa)流量(m3/h)電動(dòng)機(jī)型號(hào)電動(dòng)機(jī)功率KW5.6290071822622Y160M1-2116排風(fēng)機(jī)的選型6.1風(fēng)量計(jì)算從干燥塔到排風(fēng)機(jī)，全程管長(zhǎng)15m其中干燥塔到除塵器為

20、5m除塵器到排風(fēng)機(jī) 10m為其中經(jīng)過(guò)2個(gè)90°彎頭，干燥塔器維持147Pa負(fù)壓。已知廢空氣t3 80C , 查得此溫度下空氣密度3 1.000kg m 3，粘度1 2.11 10 1Pa s。，查得90°彎頭阻力系數(shù)0.75。由(1)可知干燥器排除的廢空氣量為：V2 L/22151%000 2215.16m3h 16.2風(fēng)壓計(jì)算8:計(jì)算公式為：d 1叫36氓風(fēng)機(jī)進(jìn)口處動(dòng)壓為500Pa。d31.13、”36001.13Vi2658.190.126m3600 6沿程損失:雷諾數(shù)：Re3d3U33卩3°.126 6 呼00457142.11 10 5取鋼管的絕對(duì)粗糙度0.1mm，則相對(duì)粗糙度. di0.00035 ,可查得 0.0185沿程損失:23U3133 d；20.0185150.1261.0002$39.64Pa總彎頭損失:PfR2 u220.756?-27 Pa2除塵器阻力損失：由3.中選型的除塵器可知，阻力損P0120150mmH2O ,排風(fēng)機(jī)直徑d1計(jì)算：取廢空氣流速V1 6m s本次取 p0 125mmH2O 1226Pa風(fēng)機(jī)出口處的靜壓： pf3p0pfR 147 39.64 1226 27 147 1439.64Pa排風(fēng)機(jī)選型CF(A)-2.5A主要參