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化工原理蒸发课程设计--设计日处理 30 吨鲜奶的全脂奶粉干燥装置.docx

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化工原理课程设计第31页目录1.任务书21.1设计任务21.2任务说明21.3设计内容22.前言22.1工艺背景22.1.1概述22.1.2奶粉干燥简介32.1.3喷雾干燥的原理32.1.4喷雾干燥的特点32.2喷雾干燥方案的选定42.2.1干燥装置流程42.2.2干燥器内热空气和雾滴的流动方向92.2.3操作条件112.2.4雾化器型式123.工艺计算163.1物料衡算173.2热量衡算173.3雾化器的主要尺寸计算193.4干燥器的主要尺寸计算203.4.1临界点几个参数的计算203。

4.2干燥时间计算203.4.3塔径计算213.4.4塔高的计算223.5附属设备的设计和选型243.5.1空气加热器243.5.2风机243.5.3气固分离器253.5.4进料泵的选型273.5.5热风进口分布装置283.5.6排料装置284.设计结果汇总表295.主要参考书目306.设计体会301.任务书1.1设计任务设计日处理30吨鲜奶的全脂奶粉干燥装置。1.2任务说明原料为已经浓缩至浓奶含水58%,成品奶粉含水控制在小于3%。1.3设计内容1、生产流程的确定,工艺条件选定。2、确定雾化器的形式及计算3、干燥塔工艺计算。

包括空气消耗量、加热介质消耗量及塔径和塔高的计算。4、附属设备的计算和选型。包括空气加热器、气固分离器、气液输送机械、热风进口及分布装置和排料装置。5、绘制喷雾干燥装置工艺流程图。6、编写设计说明书一份。2.前言2.1工艺背景2.1.1概述干燥器的种类有很多。常见的几种干燥器的分类方法如下:(1)按操作压力可分为常压型和真空型干燥器。(2)按操作方式可分为连续式和间歇式干燥器。(3)按热量传递的方式可分为:①对流加热型干燥器,如喷雾干燥器、气流干燥器、流化床干燥器等;②传导加热型干燥器,如耙式真空干燥器、滚筒干燥器、冷冻干燥器等;③辐射加热型干燥器。

如红外线干燥器、远红外线干燥器等;④介电加热型干燥器,如微波加热干燥器等。在众多干燥器中,对流加热型干燥器的应用最多。如化学工业中,干燥塑料、树脂等;食品工业中,奶粉及调味品的干燥;医学和生物化学领域中,干燥抗生素、酶、维生素、血浆等。2.1.2奶粉干燥简介鲜奶的主要成分有水分:87%~88%,总乳固体:12%~13%,其中脂肪3.4%~3.8%、蛋白质3.3%~3.5%、乳糖4.6%~4.7%、无机盐0.7%~0.75%,使用喷雾干燥器制成奶粉。鲜奶中含水量大,所以在喷雾干燥之前,总是需要将奶用蒸发方式浓缩到40%~50%的固含量,因为在蒸发器中蒸发水约比喷雾干燥器中蒸发水便宜十倍。

2.1.3喷雾干燥的原理将溶液、乳浊液、悬浮液或浆料在热风中喷雾成细小的液滴,在它下落的过程中,液滴中的水分被蒸发而形成粉末或颗粒状的产品,这样的过程成为喷雾干燥。喷雾干燥的原理如图1-1所示。图1Error!MainDocumentOnly.喷雾干燥示意图在干燥塔的顶部导入热风,同时用泵将料液送至塔顶,经过雾化器喷成雾状的液滴,这些液滴群的表面积很大,与高温热风接触后其中的水分蒸发,在极短的时间内便成为干燥产品,从干燥塔底部排出。热风与液滴接触后高温显著降低,湿度增大,它作为废气由排风机抽出。废气夹带的微粉用分离装置回收。物料干燥分等速阶段和降速阶段两个部分进行。在等

水分通过颗粒的扩散速度大于蒸发速度。水分蒸发是在液滴表面发生,蒸发速度由蒸气通过周围热风的扩散速度所控制。主要的推动力是周围热风和液滴的温度差,温差越大蒸发速度越快。当水分通过颗粒的扩散速度开始减慢,干燥进入减速阶段。此时物料温度开始上升,干燥结束时物料的温度接近于周围空气的温度。2.1.4喷雾干燥的特点喷雾干燥具有许多优点,主要的有以下几个方面:⑴干燥速度快。由于料液经喷雾后被雾化成几十微米大小的液滴,所以单位体积液滴具有的表面积很大,每升料液经喷雾后表面积可达300m2左右,因此传质、传热迅速,水分蒸发极快,干燥时间一般仅5~40s。⑵干燥过程中液滴的温度较低。喷雾干燥可以

但是干燥塔内的温度一般不会很高。在干燥初期,物料温度不超过周围热空气的湿球温度,干燥产品质量好,适合于热敏性物料的干燥。⑶产品具有良好的分散性和溶解性。根据工艺要求,选用适当的雾化器,可将料液喷成球状液滴,由于干燥过程是在空气中完成的,所得到的粉粒能保持与液滴相近似的球状,因此具有良好的疏松性、流动性、分散性和溶解性。⑷生产过程简化,操作控制方便。即使是含水量高达90%的料液,不经浓缩,同样能一次获得均匀的产品。大部分产品干燥后不需粉碎和筛选,从而简化了生产工艺流程。对于产品粒径大小、松密度、含水量等质量指标,可改变操作条件进行调整,控制管理都很方便。⑸产品纯度高,生产环境好。由于干燥是在密闭的容器内进行的。

杂质不会混入产品,保证了产品纯度。对于有毒气和臭气的物料。可采用闭路循环系统的喷雾干燥设备,防止污染,改善环境。⑹适宜于连续化大规模生产。干燥后的产品经连续排料,在后处理上结合冷却器和风力输送,组成连续生产作业线,实现自动化大规模生产。基于上述优点,喷雾干燥自20世纪40年代用于工业生产以来,已在化学工业、食品工业、医药、农药、陶瓷、水泥及冶金行业中获得了广泛的应用。喷雾干燥也具有以下几个缺点:⑴当热风温度较低(低于150℃)时,传质速率较低,需要的设备体积大,且低温操作时空气消耗量大,因而动力消耗随之增大;⑵从废气中回收粉尘的分离设备要求高,附属装置结构复杂,费用较高;⑶对一些糊状物料。

干燥时需加水稀释,增大了干燥设备的负荷。但是这些缺点并不影响它的广泛应用,尤其是在大规模生产中,喷雾干燥的经济性极为突出。2.2喷雾干燥方案的选定2.2.1干燥装置流程喷雾干燥获得的产品达数百种,因此,喷雾干燥的流程也是多种多样的。这里介绍的是基本类型。在实际生产中,可能多加几件或者减少几件设备,构成生产流程,但离不开这种基本类型。2.2.1.1开放式喷雾干燥系统图1Error!MainDocumentOnly.开放式喷雾干燥系统1空气过滤器;2空气加热器;3精过滤器;4物料过滤器;5气流式雾化器;6旋风除尘器;7干燥塔该系统的特征是喷雾的料液全部是水溶液,干燥

空气通过干燥器及除尘系统后,再排放到大气中,不再循环使用,这是一种标准的流程。在工业生产中最为常见的是这种流程,如图1-2所示。开放式喷雾干燥系统流程比较简单,各种型式的雾化设备装置都能使用,该系统的缺点是载热体消耗量较大。2.2.1.2闭路循环喷雾干燥系统闭路循环喷雾干燥系统,是基于干燥介质为惰性气体(例如N2气)的再循环和再利用。当然,特殊情况下也可以用空气(如空气-四氯化碳系统)。干燥系统部件间连接处要保证气密性密封,干燥室在低压0.196MPa(200mmH2O)下操作。起流程如图1-3所示。图1-3闭路循环喷雾干燥系统1-贮料槽;2-冷却塔;3-加热器;4-鼓风机。

5-洗涤-冷凝器;6-冷却器;7-引风机;8-旋风分离器通常在下述情况下需选择闭路循环流程:①原料液由固体和有机溶剂组成;②要求有机溶剂全部回收;③干燥有毒的固体粉粒状产品;④不允许气味、溶剂蒸发和颗粒状物质的逸出,防止对环境大气造成污染;⑤粉尘在空气中可能形成爆炸混合物;⑥必须防止有机溶剂的爆炸和燃烧的危险;⑦在干燥过程中,由于氧化作用,粉尘不允许和氧接触。在流程中,设置的洗涤-冷凝器,其目的之一是冷凝从物料中出来的进入惰性气体中的有机蒸汽,洗涤液就是固体中的有机溶剂;目的之二是洗涤气体中的粉尘,防止堵塞加热器。2.2.1.3半闭路循环喷雾干燥系统这种流程表示在图1-4上。

此系统用空气作为干燥介质。这个系统的部件间的连接是非气密性的,由系统排放到大气中的空气量,相当于漏入干燥系统的空气量。干燥器在微真空下操作,压力约在-10~-30mmH2O。排放的少量气体,能够较容易地处理,一般用作燃料的空气。该系统用于有气味和有毒的水溶液物料。但是,粉尘没有爆炸和燃烧的危险。需要间接加热,以防止粉体(产品)同燃烧产物接触。含有毒性颗粒或气味的少量排放气体,通过燃烧室的火焰区域,将其惰性化(即氧化)或脱味,然后排放到大气中。图1Error!MainDocumentOnly.半闭路循环喷雾干燥系统1干燥塔;2燃烧炉间接换热器;3鼓风机;4洗涤冷凝器;5冷却器;6循环泵;7引风机;8旋风分离器2。

2.1.4自惰化(Self-inertizing)喷雾干燥系统它也是一个半闭路循环系统。此流程表示在图1-5上。加热器采用直接燃烧,允许采用高的干燥空气入口温度,可以提高干燥器热效率。排放的气体量等于在燃烧室燃烧产生的气体体积量(大约为总气体量的10%~15%)。如果排出的气体有臭味,还可以将此部分气体通入燃烧室进行燃烧,并回收这部分热量,如图1-6所示。图1-5自惰化喷雾干燥系统1-干燥器;2-直接燃烧加热器;3-鼓风机;4-洗涤-冷凝器;5-冷却器;6-循环泵;7-引风机;8-旋风分离器图1-6带有预热和燃烧的自惰化喷雾干燥系统1-干燥塔;2-直接燃烧加热器;3-废气回收热交换器。

4-鼓风机;5-冷却器;6-循环泵;7-洗涤-冷凝器;8-引风机;9-旋风分离器直接燃烧加热这样的流程,如果燃烧炉设计适宜,它可经获得完全燃烧的条件,采用非常少的过量燃料空气操作,可以建立起自惰化系统。该流程用于水溶液物料,干燥产品不能和空气及氧气接触,或有爆炸的危险,或通过氧化作用,破坏产品质量。图1Error!MainDocumentOnly.无菌的喷雾干燥系统1压缩空气预过滤器(只用于二流体喷嘴);2间接空气加热器;3高效颗粒空气过滤器;4料液消毒过滤器;5二流体喷嘴(或压力式喷嘴);6喷雾干燥器;7高效颗粒空气过滤器;8间接空气加热器;9鼓风机;10干燥空气预过滤器;11旋风分离器;12净化室隔层该系统的特征就是采用直接燃烧加热器。

用燃烧气体更可取,容易控制燃烧。在燃烧室中,采用精确调节过剩燃烧用空气量,以得到低氧含量的循环干燥空气流。一个自惰化系统,不需要氮气及其他惰性气体。系统不需要气密性密封。干燥室在微真空下操作,在干燥器附近没有粉尘。2.2.1.5无菌的喷雾干燥系统药品的喷雾干燥,要求生产得到的产品没有污染和外来的特殊物质,要求非常净化的条件,采用无菌的喷雾干燥流程能满足这些条件。在无菌的流程中,设置高温高效颗粒空气过滤器和无菌液体过滤器,并结合无污染的雾化及粉体卸料系统。无菌系统主要用于制药工业。无菌的喷雾干燥流程,示于图1-7上。2.2.1.6二级干燥系统图1Error!MainDocumentOnly。

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