内容发布更新时间 : 2024/12/23 2:05:14星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

G1 tM1=55℃ 新鲜空气 蒸汽 热空气 浓奶 排气 L t0ф0 H0υH0 I0 L t1 H1υH1 I1 L t2 H2υH2 I2 ф2 t0=20℃，ф0=50% t1=150℃,H1=0.00726 t2=80℃，H2=0.0339 H0=0.00726 热损失QL 空气加热器 冷凝水 干燥塔 奶粉G2 tM2=70℃

图2物料、热量衡算图

2.1.1.1新鲜空气状态参数

由设计任务书给定条件：t0＝20℃,ф0＝50%

查得20℃饱和水蒸汽压Ps0＝17.54 mmHg (2338.59Pa) 湿度H0=0.622ф0Ps0/(P-ф0Ps0)

=0.622*0.5*17.54/(760-0.5*17.54) =0.00726kg水/kg绝干气 热焓I0=(1.01+1.88H0) t0+2490H0

=(1.01+1.88*0.00726)*20+2490*0.00726 =38.554kJ/kg绝干气

湿比容υH0=(1/29+H/18)*22.4*(273+t0)/273

=(1/29+0.00726/18)*22.4*(273+ 20)/273 =0.8387m3(湿空气)/kg绝干气

2.1.1.2加热后空气的状态参数：（[2]，P467。[7],P229-P233）

全脂乳粉的加工工艺流程中，喷雾干燥的操作要点为先将过滤的空气由鼓风机吸进，通过空气加热器加热至130-160℃后，送入喷雾干燥室。如用电热或燃油炉加热，可使干燥介质的温度提高至200℃以上。虽然提高热空气温度可以提高热效率，强化干燥过程，减少干燥塔所需容积，但是考虑到温度过高会影响乳粉的质量，如发生龟裂或焦化，所以干燥介质的温度会受到限制。同时温度过低会使产品水分含量过高而不能达到标准。故加热后的空气温度可确定为150℃。

湿度H1=H0=0.00726Kg水/Kg绝干气

热焓I1=(1.01+1.88*H1)*t1+2490H1

=(1.01+1.88*0.00726)*150+2490*0.00726 =171.628KJ/Kg绝干气

湿比容υH1＝(1/29+ H1/18)*22.4*(273+ t1)/273

=(1/29+0.00726/18)*22.4*(273+ 150)/273 =1.211m3(湿空气)/kg绝干气

2.1.1.3排风状态参数确定：（汇编,P1-8，[7],P305）

干燥的乳粉含水分2.5%以内，从塔底流出，热空气经旋风分离器收集所携带的乳粉颗粒，净化后的空气被排风机送入大气中，排放温度为80-90℃，相对湿度为10-12%。选定排放温度为80℃。但为了防止产品长时间受高温影响而使产品变性，且同时也要防止露水的形成，故奶粉出口温度一般比排气温度低10℃。 就整个干燥器作热量衡算，（[1]下册,P230）

G2CMtM1/W + Cl tM1 +lI0 +l(I1-I0) = G2CM tM2 /W + lI2 +QL

式中：CM-----产品比热，全脂奶粉为2.1kJ/kg℃ (任务书给定)

Cl-----水的比热，4.187kJ/kg绝干气

tM1-----浓奶温度，任务书给定55℃ (任务书给定) tM2-----奶粉出口温度，取70℃

QL-----每蒸发1kg水干燥室的热损失，按工业生产经验取251kJ/kg水（[7],P305：对于保温适宜的干燥室而言：其散失的热量可取60千卡/公斤水，相当于251.04kJ/kg水，而对于空气加热器的热损失可取40千卡/公斤水，相当于167.36kJ/kg水。本工艺保温适宜，故采用热损失为251kJ/kg水。）

W-----每小时蒸发水量（见物料衡算）221.77kg G2-----每小时奶粉产量 （见物料衡算）215.05kg l-----每蒸发１千克水所需空气量Kg,l＝1/(H2－H1) 将上式整理后可得：

Cl tM1-(G2CM tM2 /W－G2CMtM1/W+QL)=(I2-I1)/(H2-H1)

方程左端表示干燥室补充热量与损失热量之差，用Δ表示。 Δ=4.187*55-(215.05*2.1*70/221.77-215.05*2.1*55/221.77+251) =-51.2605KJ/Kg水

Δ=(I2-I1)/(H2－H1)

=[(1.01+1.88H2)t2+2490H2-I1]/(H2－H1) =[(1.01+1.88H2)*80+2490H2-171.628)/(H2-0.00726) =-51.2605KJ/Kg水

解得:H2＝0.03388 Kg水/Kg绝干气 热焓I2＝(1.01+1.88 H2)t2+2490 H2

＝(1.01+1.88*0.03388)*80+2490*0.03388 ＝170.25675kJ/kg绝干气

ф2的求取：由H2＝0.622ф2PS2/(P-ф2PS2) 查得80℃饱和水蒸汽压PS2＝355.1mmHg

0.03388＝0.622*355.1ф2/(760-355.1*ф2)

解得：ф2＝11.06%﹤12%

为保证乳粉水分含量的要求，必须严格控制排风相对湿度ф2=10～12%。由于ф2在此范围以内，所以含水量可以保证。 湿比容υH2=(1/29+H/18)*22.4*(273+t2)/273

=(1/29+0.03388/18)*22.4*(273+80)/273 =1.0533m3(湿空气)/kg绝干气

2.1.2物料衡算：

2.1.2.1 每小时需得奶粉量G2可由年产量，年工作日，日工作班数及喷雾时间求取（相关数据由任务书给定：年产全脂奶粉800吨，年工作日为310天，日工作二班，班实际喷雾时间6小时）

G2=800*1000/(310*2*6)=215.05kg/h 2.1.2.2 每小时喷雾浓奶量及蒸发水分量W G1=G2*(1-W2)/(1-W1) =215.05*(1-0.025)/(1-0.52) =436.82Kg/h

W=G1-G2=436.82-215.05=221.77kg/h

2.1.2.3每蒸发1kg水干空气用量（绝干量计）

L=1/(H2－H1)＝1/(0.03388-0.00726） =37.566kg绝干气/kg水 每小时干空气量

L＝W/(H2－H1)＝221.77/（0.03388-0.00726）=8330.9542Kg绝干气/h 新鲜空气体积流量

V0=LυH0=8330.9542*0.8387=6987.1713m3/h 热空气体积流量

V1=LυH1=8330.9542*1.211=10088.785m3/h 排气体积流量

V2=LυH2＝8330.9542*1.0533=8774.994m3/h

2.1.3热量衡算 2.1.3.1 输入系统热量

新鲜空气输入:Q1=LI0=8330.9542*38.554=321191.61kJ/h

加热器输入热量：Q2=L(I1- I0)＝8330.9542*(171.628 -38.554)=1108633.4 kJ/h 浓奶带入的热量：Q3=G2CMtM1+WCl tM1＝215.05*2.1*55+221.77*4.187*55

=75908.579KJ/h

ΣQ入=Q1+ Q2+ Q3=321191.61+1108633.4+75908.579=1505733.6kJ/h

2.1.3.2 输出系统的热量

排气带出的热量:Q’1=LI2 =8330.9542*170.25675 =1418401.2KJ/h 产品奶粉带出的热量：Q’2＝G2CMtM2＝215.05*2.1*70=31612.35KJ/h 干燥室热损失：Q’3= WQL＝221.77*251=55664.27KJ/h

ΣQ出＝Q’1+ Q’2+ Q’3= 1418401.2+31612.35+55664.27=1505677.8 KJ/h

由于ΣQ出＝ΣQ入，可见热量收支平衡。

2.1.3.3 干燥过程的热效率：表示每蒸发1kg水分，干燥器内所需加入的热量中用于汽化水分所耗热量的百分率。 η=((r0+CWt2)-CltM1)/l(I2－I0)

=((2490+1.88*80)-4.187*55)/37.566(170.25675-38.554)=48.7%

2.1.3.4 空气加热器蒸汽消耗量：（[5],P266） 选取加热用饱和水蒸气温度T= t1+10=150+10=160℃

查得其饱和蒸汽压为6.303Kgf/cm2(绝压)，汽化潜热为2087.1kJ/kg 并取热效率ηk=95%

蒸汽消耗量:Dk=Q2/rηk=1108633.4/2087.1*0.95=504.62kg/h

2.2离心式雾化器的计算：

根据现有的定型设备LP150，用其有关数据进行参考设计。

G1=436.82kg/h ρ=1120kg/m3

436.82?103??390.02L/h V1=?11120G1故可选取生产能力为400L/h的离心雾化器。

要使喷孔流速U孔在0.5~1m/s之间，可增大孔径至5mm，采用6个喷孔。

核算U孔?390.02?103?4?0.9196ms

?5?6?36002U孔在0.5~1m/s间，适用选LP400

LP400：参数如下： 生产能力：400L/h

主要性能参数：离心盘喷嘴外径：280mm

喷嘴个数： 6个 喷嘴孔径： 5mm 离心盘转速： 7300r/mim 离心盘线速度： 104m/s

上述采用参考性设计，由于离心雾化器结构相对较复杂，故不重新进行设计，但可用现有型号的雾化器，并对生产能力方面的参数做微调。本次设计通过扩大喷嘴口径和增加喷口数量使喷嘴的液体流速控制在0.5~1m/s内，随后再对喷嘴的性能参数做相应的调整，最后列出主要性能参数。

2.2.1雾滴直径dL的计算([6]，P432)

在忽略了分散盘形状对雾滴的影响时，有人提出下面的多管式分散盘雾滴直