过程装备与控制工程毕业设计完整版(全套)

过程装备与控制工程XX大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导 下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或 未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名：日期：目录摘要IIIABSTRACT IV第一部分前言1 1.1设计喷雾干燥设备的意义1 1.2设计喷雾干燥设备的目的 11.3喷雾干燥技术的发展现状及趋势1 1.4喷雾干燥系统简述21.4.1喷雾干燥设备21.4.2喷雾干燥控制系统4第二部分本论82.1设计方案论证82.1.1设计原理82.1.2干燥方法的选取82.1.3方案的比较与选择82.1.3选用方案的特点102.2工艺计算112.2.1设计要求112.2.2设计已知参数112.2.3料液物理性质112.2.4物料衡算122.2.5热量衡算132.2.6喷嘴尺寸的设计 212.2.7喷雾干燥塔的直径和高度计算 252.2.8设备主要接管尺寸的计算262.2.9空气在塔中的运动参数计算 272.2.10主要设计数据： 28 2.3结构设计计算292.3.1旋风分离器的设计计算292.3.2电加热器的设计计算 322.3.3 风机的选用 332.3.4泵的型号选择与计算342.3.5筒体的设计计算 352.3.6法兰的选择372.3.7钢架的设计382.4控制系统的设计392.4.1系统的控制方案392.4.2仪表设备选型422.5可编程控制器软件设计442.5.1控制要求442.5.2 PLC可编程序控制器452.5.3输入输出设备与PLC的接线图52第三部分结论53文献资料54致谢55蒸发量5000ml/h的微型喷雾干燥器及其自动控制系统设计摘要本课题主要设计的是5000ml/h蒸发量的喷雾干燥器自动控制系统设计设计中主要 包括了喷雾干燥的工艺计算、辅助设备的设计与计算和自动控制设计等几个方面；其中 工艺计算和自动控制系统的设计将是本喷雾干燥设计的核心内容。在本设计方案中采用PLC控制技术对上述参数进行自动控制，一键式开机，液晶屏 显示数字式操作，可采用完全自动或人工监控两种运行模式，方便操作和实验过程的监 控。整机体积小，重量轻，设计紧凑，可安放在专门设计的不锈钢机架上，自成一体， 无需其他设施即可运行。关键词：喷雾干燥器，PLC自动控制技术Evaporation of water 5000 mL / h micro-spray dryer and its automatic control system designAbstractThe problem mainly researches the autocontrol system design of the spraying desic which has 5000 mL/h evaporatioicapacitieDuring thewhole process,itmainly includes handicraflcalculateassistequipmentdesign, and the autccontroldesign, etc. it is meaningful that the design of the handicraft calculate and auto control system will b content of designing this spraying desiccators.In the designs available that using PLC to control design for the spray drying system. Onebutton startup, liquid crystal display screen digital operation. It can f fulla utomatior t he ar ti ficisuLperviseand co nt roltwo kinds of moveme nt modes. The entirenachinery of the small size,and lightweight,compact design,can be placedin a specially designed stainless steel rack, standalone, without other facilities to runwords： spraying drying PLC auto-control第一部分 前言1.1设计喷雾干燥设备的意义喷雾干燥控制技术仍然是一种较新的干燥技术，需要进一步发展和完善。本设计是 为了达到和实现各种最优的技术经济指标，提高技术经济效益和劳动生产率，节约生产 过程中消耗的能源，改善工人的劳动条件，保护生产环境等目的。因此拟开发微型喷雾 干燥装置就显得比较重要。 1.2设计喷雾干燥设备的目的本设计的目的在于在研究和设计喷雾干燥设备及其控制的基础上，通过对喷雾干燥 过程机理的掌握和对可编程序控制器的设计和研究，使我们在掌握机械设计及其基本理 论方法、化学工程和控制工程等方面的基础知识，具备过程装备成套技术基本知识和技 能的基础上，完成本次综合多学科知识的毕业设计，达到具有研究、开发成型过程设备 及机械的初步能力。 1.3喷雾干燥技术的发展现状及趋势随着计算机技术的发展，如何模拟干燥塔内气流与雾滴的行为已成为一个课题。这 也是一个热力学问题，即用有限的测试数据来模拟并预测塔内气流流动情况、雾滴的运 行轨迹以及雾滴与气流的混合行为。近年来计算流体力学的引入使得设想逐渐成为现 实。喷雾干燥塔内气流流动的精确模拟是雾滴与气流混合行为模型化的关键步骤。 Burns等用标准有限差分（有限体积）技术，在无喷雾条件下，得到塔内各体积微元的质 量、动量和能量的非连续偏微分方程用迭代方法依次数值解这些方程，在计算机上绘出 塔内计算流体力学流动三维码模拟栅格。将来，对于喷雾干燥塔内雾滴与气流的混合行 为的模拟，必将成为喷雾干燥塔设计与优化的有效工具。喷雾干燥的能耗，历来为人们所关注，如何降低能耗一直是伴随着喷雾干燥的发展 而存在的一个问题。作为典型的热风对流式传热干燥一喷雾干燥与一些传导传热型干 燥相比，热效率很低。因此应当尽可能降低热风对流传热的比例。提高料液的固含量以 降低蒸发负荷位是另一个有效的节能途径。但是，固含量提高，料液粘度也增加,给雾化 带来了不便,所以高粘度料液的雾化是近年来的一个研究课题。对于牛顿型流体，当粘 度大于1020 Pas时,雾化很困难;而对于某些非牛顿型流体，由于其流变学特性，尽 管表观粘度很大，但是经雾化器喷雾后,其表观粘度大大降低，如洗涤剂等。因此可以利 用这一特性。喷雾技术除了应用于干燥过程外,还应用于反应、吸收、热分解和造粒等领域。20 世纪80年代以来,利用喷雾干燥技术进行反应、吸收最成功的实例就是喷雾脱硫技术 的应用。它将煤燃烧后产生的含二氧化硫气体与含强碱的泥浆雾滴接触，进行反应、吸 收以达到脱硫的目的。喷雾流化造粒技术的发展,满足了人们对干燥产品质量，例如大 颗粒、无灰尘、溶解性和流动性好等不断提高的要求。喷雾干燥技术，已经历了 100多年的发展，并进行了大量的基础研究，至今已经基本 成熟,其应用领域十分广泛但理论仍然落后于实践，人们的认识与其内在实质仍有距离. 在进行喷雾干燥模拟时,对于雾滴的旋转运动、非球形颗粒及干燥过程中颗粒形状变化 时的模拟精度还有待于提高。随着经济的发展，喷雾干燥的应用将越来越广泛。喷雾干 燥机械一般成本较高。如果能在计算机上把喷雾干燥的过程模拟出来，直观地反映参数 的变化对喷雾效果的影响，将极大地方便喷雾干燥技术的推广。1.4喷雾干燥系统简述1.4.1喷雾干燥设备将料液泵入干燥塔内，经雾化器的作用变成雾状液滴，这些液滴群的表面积很大， 与高温热风接触后水分迅速蒸发，在极短的时间内便成为干燥制品，从塔底部排出。热 风与液滴接触后温度显著降低，湿度增大，作为废气（湿气）由排风机抽出，废气中夹 带的微粉经分离装置回收。喷雾干燥的过程，像通常的干燥一样，也主要出现两个阶段。预热阶段预热阶段干燥介质传给微粒的热量与用于微粒表面的水分汽化所需的热量达到平 衡时为止，干燥速度便迅速地增大至某一个最大值，即进入下一个阶段。恒速干燥阶段当水分蒸发速度大于乳滴内部水分的扩散速度时，则水蒸汽在微粒内部形成，乳中 的结合水部分地被除掉。此阶段的干燥时间较恒速干燥阶段长，一般为15一30 s。喷雾干燥的分类1、按喷雾液滴和热风流动方向分：（1）并流型液滴和热风呈同一方向流动。（2）逆流型液滴和热风呈反方向流动。（3）混流型一一液滴和热风呈不规则混合流动。2、按干燥容器的形状分卧式（厢式）和立式（塔式）两种。现代化大规模生产宜选用立式，卧式仅用于中小规模生产，且受建筑高度限制的场合。3、按雾化方法分有离心式、压力式和气流式三种。乳制品常用离心式和压力式两种。4、按干燥制品的出料方法分有连续式和间歇式（分批式）两种。喷雾干燥系统组成（一）供料系统供料系统是将料液顺利输送到雾化器中，并能保证其正常雾化，根据所采用雾化器 形式和物料性质不同，供料的方式也不同。（二）供热系统供热系统是给干燥提供足够的热量，以空气为载热体输送到干燥器内，供热系统形 式的选定也与多方面因素有关，其中最主要因素还是料液的性质和产品的需要，供热设 备主要有直接供热和间接换热两种形式。（三）雾化系统雾化系统是整个干燥系统的核心，雾化系统中的雾化器是干燥专家们从理论到结构研 究最多的内容，目前常用的主要有三种基本形式：离心式、压力式、气流式。（四）干燥系统干燥系统是各种不同形式的干燥器，干燥器的形式在一定程度上取决于雾化器的形 式，也是喷雾干燥设计中的主要内容。（五）气固分离系统雾滴被干燥除去水分后形成了粉粒状产品，有一部分在干燥塔底部与气体分离排出 干燥器，另有一部分随尾气进入气固分离系统需要进一步分离，气固分离主要有干式分离和湿式分离两类。1.4.2喷雾干燥控制系统在过程自动化控制发展初期，有两个基本选择：其中一个是可编程逻辑控制器 （PLCs）。1可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器（或称为PLCs）是一种小型而运行速度很快的计算机，用于控制 诸如过程系统中的设备等单个或多个实际应用的工艺流程。可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心的工业控制装置。它将传统的继电器控 制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性、灵活通用、易于编程、使用方便等特 点。继电器：由开关、继电器、接触器等组成，靠硬接线实现逻辑运算，有触点，并行 方式，易出现故障，排除难，不易系统更新换代。PLC： CPU、存储器等微机系统，程序控制方式，无触点，串行方式，成品组装，可 靠性极强，安装、使用、维护、维修方便，易系统更新换代。单片机：硬件需人工设计、焊接，需较强的电子技术技能，抗干扰能力差，程序控 制方式，无触点，维护、使用需较强的专业知识，程序设计较难，系统更新换代周期长。 2 PLC基本组成：（结合西门子S7-300各模块介绍）中央处理器（CPU）存储器 输入输出（I/O ）接口 电源 编程器图1.1 PLC硬件组成框图（1）中央处理器（CPU） F0 MV , DT0接收并存储程序、数据诊断电源、内部电路故障、语法错误通过 I/O 接接收现场状态、数据执行程序，实现输出控制、制表打印、数据通信。(2) 存储器系统程序存放只读存储器中，厂家固化。用户程序存放RAM,但目前常采用E2PRAM。 提供存储器扩展功能。(3) 输入输出(I/O)接口输入接:光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在 光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同 的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。 在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接电路工 作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入 信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。(4) 输出接口PLC的继电器输出接口电路工作过程：当内部电路输出数字信号1,有电流流过， 继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出 数字信号0,则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的 电流或电压。(5)编程器作用：输入、调试程序，在线监控种类：手持编程器、计算机辅助编程。3 PLC工作原理工作方式循环扫描为主,工作过程中断为辅图1.4可编程控制器运行框图传感器一一能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或 装置。通常由敏感元件和转换元件组成。传感器主要是应用在自动测试与自动控制领域上，可以将测量温度、压力、 流量、位置、气体 浓度、速度、光亮度、干湿 度、距离等转化，然后通过点电 的方式进行测量和控制。总的来说，传感器是由敏感元件、传感元件和其他辅助部件组成，如下图。图1.6传感器的组成框图第二部分本论 2.1设计方案论证2.1.1设计原理喷雾干燥是流化技术用于液态物料干燥的一种较好的方法。其基本原理：是利用 雾化器将一定浓度的液态物料，喷射成雾状液滴，落于一定流速的热气流中，使之迅速干 燥，获得粉状或颗粒状制品。其特点是：瞬间干燥，特别适用于热敏性物料；产品质量好， 保持原来的色香味，且易溶解；可根据需要调节和控制产品的粗细度和含水量等质量指 标；制剂体积小；有利于制剂卫生。通过了解雾化机理，从而设计干燥塔的主体设备，其中包括计算干燥塔的热效率， 雾滴干燥时间，喷嘴尺寸，喷雾干燥塔的直径和高度等。然后根据干燥塔的主体设备选 择辅助设备：空气电加热器、旋风分离器、风机、进料液的输送泵，还应设计计算筒体， 其中也包括各种继电器的选型，PLC控制程序的编写等。最后，将要对整个的喷雾干燥 系统进行控制设计。喷雾干燥简单工艺流程为：物料一一提取一一浓缩一一喷雾一一收集产品。2.1.2干燥方法的选取干燥方法有：机械除湿法、化学除湿法和加热（或冷冻）除湿干燥法。（1）机械除湿法用压榨、过滤、离心分离等机械方法除去物料中的湿分。这种方 法除湿快而费用低，但除湿程度不高。（2）化学除湿法利用吸湿剂（如浓硫酸、无水氯化钙、分子筛等）除去气体、液 体和固体物料中少量湿分。这种方法除湿有限而费用高。（3）加热（或冷冻）干燥法 借助于热能使物料中湿分蒸发而得到干燥，或用冷 冻法使物料中的水结冰后升华而被干燥。这种方法在生产中常用。本设计中选用加热干燥法。2.1.3方案的比较与选择首先，干燥介质的选择。干燥介质为物料升温和湿份蒸发提供热量，并带走蒸发的 湿份。干燥介质通常有空气，烟道气、过热蒸汽、惰性气体等。以空气作为干燥介质是 目前应用最为普遍的方法，因为对干燥器的使用而言，它最为简单和便利。在本设计中采用空气作为干燥介质。其次，雾化器的选择：雾化器是喷雾干燥装置的关键部件。主要的雾化器有三种： 压力式，离心式，气流式。（1）压力式雾化器也称压力喷嘴，主要由液体切向入，液体旋转室，喷嘴孔组成。根据旋转动量矩 守恒定律，旋转速度与旋转半径成反比，越靠近轴心，旋转速度越大，其静压力越小， 结果在喷嘴中央形成一股压力等于大气压的空气旋流。而液体则形成绕空气心旋转的环 形薄膜，液体静压在喷嘴孔处转变为向前运动的旋转的液体动能，从喷嘴喷出。因此， 压力式雾化器是本次设计所选。（2）旋转式雾化器当料液被送到高速转盘上时，由于离心力作用，料液在旋转面上伸展为薄膜，并以 不断增长的速度向盘的边缘运动。离开边缘时，被分散为雾滴，在盘旋转时，也带动周 围空气循环。当盘圆周速度小于50米/秒时，雾滴很不均匀。（3）气流式雾化器气流式雾化器也称气流式喷嘴，现以二流体喷嘴为例说明操作原理，当气液二相在 端面接触时，由于环隙喷出的气体速度很高（200-340米/秒）在两流体之间存在很大的 相对速度（液体速度不超过2米/秒），产生很大的摩擦力，把料液雾化。本设计的雾化器选择压力式雾化器。再次，喷雾干燥内部的流型和喷嘴等的选择。按生产流程分类，喷雾干燥的流程有 开放式、封闭式、自惰循环式、半封循环式4种。1、开放循环式喷雾干燥系统的特点是：载热体在这个系统中只使用一次就排入大气中，不再循环使用。2、封闭循环式循环喷雾干燥系统的特点是载热体在这个系统中组成一个封闭的循环回路，有利于节约载热体、回收有机溶剂、防止毒性物质污染大气。3、自惰循环式喷雾干燥系统。所谓自惰，就是指在系统中有一个自制惰性气体装置。在这个装置内，引入气体燃料，可燃气体燃烧，还可将空气中的氧气烧去，剩下氮 和二氧化碳气体作为干燥介质。4、半封闭循环式喷雾干燥系统的特点是介于开放式和封闭循环式之间。一般用于以水作为悬浮介质的物料。本设计选择开放循环式喷雾干燥系统。最后，计算和控制方案的选择。计算塔高塔径和踏的容积时有两种计算方法：一是 干燥强度法，另一种是图解积分法。本设计在的相关计算采用干燥强度法进行计算。自动控制方面，可以采用传统的继电器控制，可编程序控制和PLC控制。PLC的关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图语言的程序及辅助通讯程序, 梯形图语言的解释程序的效率决定了PLC的性能，通讯程序决定了PLC与外界交换信 息的难易。对于简单的应用,通常以独立控制器的方式运作，不需与外界交换信息，只需 内部固化有能解释梯形图语言的程序即可。PLC控制具有以下主要特点：1. (1)可靠性高、抗干扰的主要措施之一。输入输出接电路采用光电耦合器 来传递信号。使外部电路和内部电路之间避免电的联系。(2)滤波。2编程简单、使用方便、控制程序可变。3功能完善、扩充方便、组合灵活、实用性强。4.体积小、重量轻、功耗低。本设计的控制系统采用可编程序控制器和PLC控制技术。根据以上的叙述，在本设计中采用空气作为干燥介质，雾化器为压力式雾化器，并 流型喷雾干燥，计算采用干燥强度法进行计算，控制系统采用可编程序控制器和PLC控 制技术。2.1.3选用方案的特点在干燥装置的工艺设计中，一般要遵循下列原则：1满足工艺要求所确定的工艺流程和设备，必须保证产品的质量能达到规定的 要求，而且质量要稳定。这就要求各种物料的流量稳定。同时设计方案要有一定的适应 性，因此，应考虑在适当的位置安装测量仪器和控制调节装备等。2经济上要合理 要节省热能和电能，尽量降低生产过程中各种物料的损耗，减 少设备费和操作费，是费用尽量降低。3.保证安全生产，注意改善劳动条件。综上所述，本方案具有以下特点：1. 干燥温度控制采用实时调控PIC恒温控制技术，是全温区控温准确。2. 进料量可通过进料泵的调节，最小物料量可达50ML3. 整机体积小，重量轻，噪音极低，结构紧凑，可安放在专门设计的不锈钢机架上, 自成一体。4人性化的操作面板，自动操作与手动操作双重模式，切换方便，实验过程随心 掌握，各项参数均有液晶显示。8整个微型干燥各元件易拆卸。采用快开结构或法兰连接。 2.2工艺计算2.2.1设计要求进风温度控制：50_350C出风温度控制：30_140C料液蒸发量：5000 mL/H2.2.2设计已知参数物料名称：乳粉料液初始含水率：70_80%取料液初始含水率为w1：80%干燥产品含水率：1_2%取干燥产品含水率为w :22%热风入温度t :1240C废气出温度t :100C22.2.3料液物理性质1.密度查文献3第 51页表1-5-4得取平均值:(0.925 1.6103 1.3908 2.8570 1.615 1.6105 1.373)(2-2-1)71.626所以料液密度:1000 80% 1626 20%(2-2-2)1125.2cg/m 32. 黏度查文献第52页表1-5-6得在 20C下K 0. 00199Ps3. 表面张力查文献第53页表1-5-8得在20U下表面张力为：0.0467N /m4. 干燥后物料的质量比容查文献3第54页表1-5-9得比热容为：C4.088kjkg km2.24物料衡算1.每小时料液处理量已知：取料液初始含水率为：80%取干燥产品含水率为：2%常温下水的密度：1000kg：m3体积流量：蒸发量料液初始含水率500080%6250ml：h(2-2-3)蒸发水质量流量:W 蒸发水量 密度 5000m mLh 1000 kg m 3 5kg- h(2-2-4)查文献第211页(13-18)式G G 1 G 1C 1122(2-2-5)式中G 湿物料中绝对干物料的质量，Kg/hC进入干燥器的湿物料质量，Kg/hG离开干燥器的物料质量，Kg/h2干燥前物料中的含水率，湿基;干燥后物料中的含水率，湿基。2将数据代入（2-2-5）式得：G 1 0.8 G 1 0.21 2查文献5第211页（13-17）式：G G W 得（2-2-6）1 2将数据代入（2-2-6）式得：G G 51 2由、式得G6.282kg-hG?1.282kg/h2.2.5热量衡算1.加热前空气参数的计算：取:空气的初温度为t =20C0相对湿度为： =70%0查文献第330页附表7得初始饱和水蒸汽压P =17.54mmHgw 0查文献第202页（13-2a）式得：PPW 00 S00.7 17.54(2-2-7)12.278mmHg由于是水一空气系统查文献第202页（13-1a）式得湿含量:P = 12.278mmHgw0PH 0.622w0-0P P(2-2-8)式中：H湿空气的湿含量，Kg/Kg0P空气中水汽初始分压，mmHgw 0P湿空气的总压.mmHgw 00.62212.287760 12.287=0.0102Kg/KgH = 0.0102 Kg/Kg0查文献第203页(13-5c)式得湿空气的焓:I 1.01 1.88 H t 2492 H0 0 0 0(2-2-9)I 湿空气的焓，KJ/kg0H湿空气的湿含量，Kg/Kg0t湿空-的初始温度，C0=(1.01+1.88 x 0.0102) x 20+2492 x 0.0102=46.002KJ/kgI = 46. 002KJ/kg0查文献第203页(13-6a)式得 湿空气的比容0.733 1.244 H0273 20273式中V 湿空气的比容H 00.733 1.244 0.0102273 20273=0.8432m /kgV = 0. 843加 /kgH02.各加热后热风参数的计算:已知：热风=240C 加热前后空气湿含不变:H H =0.0102kg/kg1 0同理：湿空气的焓为I 1.01 1.88 H t 2492 H1 1 1 1(2-2-10)= (1.01+1.88 x 0.0102) x 240+2492 x 0.0102=272.4206kJ/kg湿空气的比容:0.733 1.244 H1273 t1I = 2724206kJ/kg(2-2-11)0.733 1.244 0.0102273 240273=1.4012m /kgV = 1.401 加 /kgH03.排出空气的参数：查文献第51页表1-5-4得：料液密度：=1125.2Kg/m料液初温：t =20Cm1平均比热：C =4.088KJ/Kg KC = 4.088KJ/Kg Kmm干燥产品的出温度：90C查文献第213页(13-23b)得：用于加热物料的热量消耗G C t t2mmW(2-2-12)式中：Q 干燥所需的全部热量，KJ/kgmC 干燥后物料的质量热熔，KJ/(kg K)mt , t进，出干燥器的物料温度，cm 1 m 21.282 4.08890 205 =73.3714KJ/kg 由于干塔外无保温层： 查文献14第625页，Q = 73.3714KJ/kgm令散热损失为：Q =300kJ/kg1查文献14第217页(13-27式),得：总热消耗：Q C t Q Qd1 m1m1Q = 300kJ/kg(2-2-13)0 4.187 20300 73.3714=-289.6314其中令Q0d查文献第213页例13-6得：湿空气的质量比热：C 1.01 1.88 HH 11=1.01+1.88x0.0102=1.029kJ/kgKC =H1查文献囚第215页(13-28a)得：t t2942 Q1HH C21H 1式中：t, t热风的进，出处的温度，C1 2H , H湿空气的初，末湿含量，kg/kg1 2C空气的质量比热，kJ/kgKH 1Q总热消耗量，kJ/kgH0.010222492 289.63141.029=0.06198kg/kg空气的焓：1 1.0121.88 Ht 2492 H2 2 2=(1.01+1.88x0.06196)x 100+2492x0.06196=267.892kJ/kgI2湿空气比容：“0.733 1.244 H 273 tV 22h 22730.733 1.244 0.06198273 100273=1.1068m /kgVH24. 各阶段气流量的计算：(2-2-14)1. 029kJ/kg K(2-2-15)(2-2-16)=0. 06198kg/kg(2-2-17)=267892kJ/kg(2-2-18)=1.1068m /kg查文献第211页(13-20a)式干空气质量流量：L -JH H2 150.06198 0.0102 =96.5623kJ/h 新鲜空气量：V L V0H 096.5623 0.8423=96.5623x0.8423=81.3344m /h热空气量：(2-2-19)L = 965623kJ/h(2-2-20)V L V1H 1=96.5623x 1.4012= 135.3031m /h废空气量：V = 81. 3344m /h0(2-2-21)V L V2H 2=96.5623x 1.1067= 106.8655m /hV = 1353031m /h1(2-2-22)V = 1068655m /h25. 加热功率:将湿空气由20C加热到240C所需要的热量，已知电阻丝效率在93%-95%之间,故取为95%进行计算；查文献9第374页:(2-2-23)L 1 H C t t 10P2 213600式中：Q加热需要的热量，kwL 干空气质量流量，kJ/hH湿空气的初始含量，kg/kg0C湿空气的定压比热，KJ/Kg KP2t, t 空气的进，出温度，1 2电阻丝效率。96.56231 0.01021.02240 2010.53600=6.40005kw6. 干燥塔热效率的计算：查文献6第29页(2-19)式:总效率 100%t t1 0式中：t为进入前的大气温度；0t 为空气进入温度；1t为排出干燥塔的温度总效率240 100240 20100%6. 4005kw(2-2-24)=63.64%7雾滴干燥时间的计算： 汽化潜热的确定二 63.64%根据 70%空气入塔状态下的湿球温度t45C,W查文献2第16-382页表1得该温度下水的汽化潜热为553kcal/kg 553 4. 1817 23154KJ/kg 热导率的确定平均气膜温度为t45 1002-72.5C查文献第330页表6得 该温度下空气的热导率70C 时 2.97 10 5kw/m k80C时3.05 10 5kw /m k2所以2.98 10 5kw /m k 雾滴临界直径的计算根据查文献第237页可知d在10100 m之间PC故雾滴临界直径dPCd d =60 mPCP 初始滴径dP0已知 X =80/20=4(kg/kg)1X =2/98=0.0204(kg/kg)211 X 3d p1 3 d(2-2-25)p01 X p12式中：d产品的颗粒直径，mPp 干燥产品的密度，Kg/m3物料的初始密度，Kg/m3X , X料液的初末干湿含量，kg/kg1 2根据文献可知=900Kg/m3P9001 41d3 60p0 1125.2 1 0.0204=94.6 m 雾滴临界湿含量Xc文献第368页1d 3Xw1p-c1 w1d1p0w(2-2-26)式中：水一水的密度，Kg/m3料液的初始湿含水率1Xc 雾滴临界湿含量。11 0.860 3 100094.61125.2(2-2-27)(2-2-28)=0.133(kg/kg) 空气临界湿含量Hc查文献第368页TT TT G 1 w X XH H11 1c 1L0 01026.2821 0.8 4 0.1330 010296.5623=0.0605(kg/kg) 空气临界温度tc查文献12第11-28页 图11-3-1,空气I-H图得t =120Cc传热温度差t , tm 1m 2t t t t t1 m4c wm1t tln Tt tc w式中：j 空气进干燥器的温度，ct 料液进入干燥器的温度，cm1t 空气在干燥器入状态下的湿球温度，cw240 20120 45n 240 20 ln120 45134.758C(2-2-29)t t t ttcw2mm2t tln ew-t t2 m 2式中：空气进干燥器的温度，Ct产品离开干燥器的温度，Cm 2120 45100 901120 45ln 100 90=32.3Cr d 2 X XppcC212 tm 2雾滴干燥所需的时间Tr d 2 d 2p0pc8 t m1(2-2-30)式中：，一一料液及干燥产品的密度，Kg/m3;Pd , d雾滴的初始及临界直径，m;P0PCX , X 料液的临界及干燥产品的干基湿含量，质量分数;c2t , t 恒速及降速阶段干燥产品介质与液滴之间的对数平均温度差，C；m 1m 2汽化潜热，kJ /m h C oo2315.4 1125.2 0.9462 0.62 10 88 2.98 10 5 134.32315.4 900 0.62 10 8 0.133 0.020412 2.98 10 5 32.3T= 0. 5068s=0.5068s 2.2.6喷嘴尺寸的设计已知：采用压力式喷嘴，喷雾流量为6.2820kg/h,含固量80%，料液密度为 1125.2kg/m，干燥后产品的含水量为2%,用1Pa压力进行喷雾，选用两个矩形通道口, 查文献6第104页 例3-4得根据经验选用雾化角，57当 57时，查图3-69得A=1.31mm 2当 A=1.31mm 2 时，查图 3-67 得 CD=0.34喷嘴孔径的计算。根据文献第104页例3-4式（8-15）可得；2 P(2-2-31)式中：C流量系数;DH 喷嘴出处的压头，H = P/（1g）,m；t0to1P喷嘴压差，Pa;r 喷嘴半径，mo06.2823600 112520.34，2 1 104 9,81125.20.345 10 7m 2喷嘴孔的直径圆整后d 0.7nm02r0(2-2-32)：4 0.345 10 7TH0.6629mmr 0. 35nm0喷嘴其它主要尺寸的确定。已知：A=1.31mm 2 ,选旋转室的宽度b=0.6mm旋转室直径选用10mm,故旋转室半径R 2=5mm,R R b 5 0.6 4.7mm1222因为A1 2bh由根据文献6第104页例3-4式(8-17)得r R I r2bh 亠(2-2-33)A斗 R1式中：h为旋转室高度，将数据代入(2-2-33 )式，得3.14 0.35 51314/T0.1146mm 2所以 h . 9538nm取 h 1mm校核喷嘴的生产能力因为d和h是经过圆整得到的，如果发生变化，那么C也将发生变化0DA 2bh12 0.6 11.2nmr R rA024(2-2-34)2ab V R13.14 0.35 5:051.291.71.2496mm 2当A 1.2496mm 2时，查图367得Cd=0.34,固液体质量流量为：G CD 丐戸 3600(2-2-35)0.34 3.14 0.00035 1 104 1125.2 3600.1125.22.235g/h校核结果符合设计的要求旋转室通道长度L和宽度b的关系，按L=3b选取L 3 0.6 1.8mm空气心半径r :cr R0_2-A1(2-2-36)3.14 0.35 52 0.6 14.579nm 2由图3-68查得，a 0.33则故： r 1 a rc *00式中：a 有效截面系数；0IC空气心半径，mm ；式(2-2-37)代入数据得：(1 0.33 0.350.2865mm(2-2-37)喷嘴出处液膜速度计算。喷嘴出处液膜的平均速度u0水平速度分量鷺、垂直速度分量U及合成速度u分别为y0reS0r 2r20c(2-2-38)式中：u 喷嘴出处液膜的平均速度，m /s0式(2-3-38)代入数据得：6.2823600 11003.14 0.0003520.00028652 13.3081mfs(2-2-39)u sin0 212.3081.57(2-2-40)5.1612m su u cosy 0257 12.3081 cos -23.3517 m .s压力喷嘴直径平均直径滴液直径的计算查文献第16-300页(9-26)式得D = 156.9 FN P 7VSD体积一面积平均直径，单位:VSP-为喷嘴压力差，单位为：(2-2-41)微米;KPaFN 293 CDA0-喷嘴孔截面积，单位为: 数据代入(2-2-41)式，得：cmD = 156.9293 0.34 3.14VS0.03511000 750.9963 m2.2.7喷雾干燥塔的直径和高度计算1首先计算容积干燥强度查文献第253页 表6-1-1得:当温度是240时,出温度为100时A =7.3kg/mV2 塔径由查文献第257页得:1D 1.05(2-2-42)W 3匸V式中：Av 干燥强度，kg/mhD 干燥塔塔径式(2-2-42)代入数据得:1.050.9256m7.3圆整得：D 0.95m3 塔高H 22.5 D=2x0.95= 1.9m4 圆锥部分的高度锥角应该小于该物料的休止角，取为60排料径d=100mmt g600950 1002t g600736.1216mm圆整得：h=0.75m5干燥塔容积查文献第16-375页（9-48）式，得式中：W为水蒸发量AV为干燥强度57.30.6849 2D = 0.95m(2-2-43)H = 1.9md = 100mm(2-2-44)h=0.75m(2-2-45)V=06849m22.2.8设备主要接管尺寸的计算查文献第372页可知，在干燥装置中，一般取风管中的气速为：15 25m/s查文献7第392页 表4-32冷拔无缝不锈钢钢管规格选进气管：60 4理论重量5.52 kg/m管中气速:(2-2-46)4 Vu11 D 2,135.303136003.14 0.052217.7063m 汨校核结果，符合设计要求同理：排气管： 50 2.5理论重量2.93 kg/m管中气速:4 Vu缶2 D 2,106.8655436003.14 0.045218.6741m .；s(2-2-47)校核结果，符合设计要求查文献第372页 得般液体在管子中的流速在0.5 1m/s之间,又因为料液的体积流量为:6250mL/h查文献第392页进料管：54 2.5理论重量3.18 kg/m进料流速为：u 乂A4 6250 10 313.14 0.0492 36000.9211m s校核结果，符合设计要求查文献化工设备用钢选用管的材料是:0Cr132.2.9空气在塔中的运动参数计算1空气在塔中的平均速度在塔中的平均速度一般为:0.1一0.5 m/s“14 V 4 VV11C 2 D 2 D 2(2-2-48)(2-2-49)式中：D为圆锥部分按等体积原则:cD21D 2C232等效为圆柱直径D 0.28mC4 V 4 V1 1D 2 D 2C1 4 106.8655 4 106.865512 3.14 0.953.14 0.283600 0.2803n js校核结果，符合设计要求2空气在塔中最小停留时间：由文献5第 240页得，雾滴的干燥时间通常为1530s(2-2-50)3600 VminV13600 0.6849135.303118.2231S校核结果，符合设计要求2.2.10主要设计数据：表2.1主要设计数据表名称结果料液密度p=1125.2Kg/m黏度K=0.00199pa s表面张力为0.0467N/m比热容为C =4.088KJ/Kg Km料液初始含水率为80%干燥产品含水率为2%料液进料量6250mL/h干燥器的湿物料质量G =6.282Kg/h1产品的质量G =1.282kg/h2空气初温度t =20C0初始饱和水蒸汽压P =12.278mmHgs0热风入温度240C废气出温度100C干燥产品的出温度90C用于加热物料的热量消耗Q =73.3714KJ/kgm湿空气的质量比热C =1.029kJ/kgKH1湿空气的焓I = 267.1064kJ/kg2湿空气比容V =1.1068m /kgH2干空气质量流L =96.5623kJ/h新鲜空气量V=81.3344m /h0热空气量V= 135.3031m /h1废空气量V= 106.8655m /h2加热功率Q= 6.4005kw干燥塔总效率n =63.64%雾滴干燥时间T=0.5068s喷嘴孔直径d =0.7mm0塔径D=0.95m总塔高H=2.65m排料径d=60mm干燥塔容积V=0.641m选进气管60x4排气管50x2.5空气在塔中的平均速度V=0.3516 m/sc空气在塔中最小停留时间T =18.2231smin2.3结构设计计算2.3.1旋风分离器的设计计算旋风分离器是利用含尘气体在器内旋风时产生离心力而使粉尘向壁移动从而图2.1旋风分离器结构得到分离的。旋风分离器的器体上部为圆筒形,下部为 圆锥形。其构造形式见右图所示。入形式 常规分为切线进口，蜗卷入两种。其中蜗卷入 使气体均匀螺旋流动，有较高的回收效率。选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的 根据是:生产能力（气流流量），可容许的压力降、 粉尘性质、要求的分离效率。选型时应在高效率与低阻力两者之间作权 衡。大抵长、径比大且出、入口截面小的设备效率高而阻力大，反之则阻力而效率低。设备的尺寸可根据气体处理量决定。规定一进口 气速即可算出旋风分离器进出的尺寸从而按比例定出其直径。有性能表时亦可直接根 据气体处理量查出合用的型号。但应要注意同一型式中尺寸越大，效率将越低，故需要根据设备的直径D估计其是否合乎要求。此外还应对设备的阻力和分离效率进行核算。核算总效率要有该型设备的粒级效率曲线与所处理的粉尘的粒度分布数据。查文献6第289页 表7-2采用蜗卷式旋风分离器（表中2a型）（a）计算旋风分离器的直径D其进宽度b=0.225D,高度H=0.3D （D为旋风分离器的直径）由此求得进截面A为：A 0.225D0.3D（2-3-1）0.0675D 2含尘气体可按空气计算，在80oC时空气的重度为:29273ra22.4273 80(2-3-2)0.948 kgfm 3根据计算部分可知,废空气的体积流量为:106.8655m 3：h 0.02968m 3： s旋风分离器的进风速度为20.913m/s,所以进截面积为:A 0.02968 A18.67410.001589m 30.0675 D 20.001589, 得D 153.3333mm(b)计算旋风分离的尺寸旋风分离直径：D 153.3333mm圆整：D153mm圆柱体的高度：L 0.8D 122.666mm1圆整：L1123mm圆锥体的高度：L 2D 306.666mm2圆整：L1307 mm讲宽度：b 0.225D