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喷雾干燥器的设计
概述
(一)喷雾干燥简介
喷雾干燥是将溶液或悬浮液等分散成细粒后用气态载热(载湿)体使其迅速干燥的过程。因此喷雾干燥特别适用于处理对热敏感的物质, 同时还可缩短工艺过程、省去过滤、离心、沉降、研磨等操作; 且可以控制成品的松密度、颗粒大小, 及获得高度的溶解性。大型喷雾干燥的脱水能力可达每小时几千公斤。因此工业上的应用日益广泛,诸如奶粉、蛋粉、蛋白脾、骨胶、;咖啡、生物制品、药物、推生素、抗菌素、酵母, 甚至某种菌类芽胞等的干燥, 以及许多要求极细分散度的产品如氢氧化铝、纸张填料、高岭土、化装品用碳酸钙等都有采用。还有一些极细颗粒的悬浮液, 过滤困难, 也可用喷雾干燥直接获得干物料。
(二) 喷雾干燥的原理
喷雾干燥是将溶液、浆液或悬浮液在热风中喷雾成细小液滴,液滴在下降过程中,水分被迅速汽化而达到干燥目的,从而获得粉末或颗粒状的产品。
物料的干燥过程分为等速阶段和降速阶段。在等速阶段,水分通过颗粒的扩散速率大于汽化速率,水分汽化是在液滴表面发生,等速阶段又称为表面汽化控制阶段。当水分通过颗粒的扩散速率降低而不能维持颗粒表面的充分润湿时,汽化速率开始减慢,干燥进入降速阶段,降速阶段又称为内部迁移控制阶段。
(三)喷雾干燥的特点
喷雾干燥的优点主要是:
干燥速度快。
产品具有良好的分散性和溶解性。
生产过程简化,操作控制方便。
产品纯度高,生产环境好。
适宜于连续化大规模生产。
喷雾干燥的缺点有:
低温操作时,传质速率较低,热效率较低,空气消耗量大,动力消耗也随之增大。
从废气中回收粉尘的设备投资大。
干燥膏糊状物料时,干燥设备的负荷较大。
工艺设计条件
干燥物料为悬浮液,干燥介质为空气,热源为蒸汽和电;雾化器采用旋转型压力式喷嘴,选用热风——雾滴并流向下的操作方式。具体工艺参数如下:
料液处理量
料液含水量(湿基); 产品含水量(湿基)
料液密度; 产品密度
热风入塔温度; 热风出塔温度
料液入塔温度; 产品出塔温度
产品平均粒径; 产品比热容
加热蒸汽压力(表压) ; 料液雾化压力(表压)
年平均温度 12℃; 年平均相对湿度 70%
干燥装置流程
干燥装置采用开放式流程。热风在系统中使用一次,经袋滤器除尘后,就排入大气中,不再循环使用。
工艺流程图
1——料液贮罐 2——料液过滤器 3——截止阀 4——隔膜泵 5——稳压罐
6——空气过滤器 7——鼓风机 8——翅片式加热器 9——电加热器
10——干燥塔 11——星形卸料阀 12——旋风分离器 13——雾化器
14——袋滤器 15——碟阀 16——引风机 17——消音器
图1 喷雾干燥装置工艺流程示意图
工艺设计计算
物料衡算
绝干物料流量
产品产量
水分蒸发量W
热量衡算
物料升温所需热量
汽化水的热损失
计算
,
干燥塔出口空气的湿度
根据热量衡算
即,为一直线方程
根据给出的工艺设计条件,,,由湿空气的H-I图查出,。当时,由湿空气的H-I图查出,。任取,则
连结点和点,并延长与线相交于点D,点D就是出口空气状态点。由H-I图查出,
图2 求解过程示意图
空气消耗量
绝干空气的消耗量为
实际空气消耗量为
雾滴干燥所需时间
雾滴临界含水量
物料在干燥塔进出口处的干基含水量分别为
即在恒速干燥阶段液滴体积收缩了37%
液滴在恒速干燥阶段由于收缩而减小的体积为
除去的水分质量为`
剩余的水分质量为
临界含水量为
初始滴径
由
汽化潜热
热空气入塔温度,湿度,由湿空气H-I图查出,热空气入塔状态下的湿球温度,查手册得水在的汽化潜热。
导热系数
平均气膜温度为
查手册得空气在77℃下的导热系数
恒速阶段物料表面温度
即空气的绝热饱和温度,可以取空气入塔状态下的湿球温度
空气临界温度
恒速阶段的水分蒸发量为
空气的临界湿度为
在H-I图中,过作垂线,与AD交于点C,点C温度即为空气临界温度,由H-I查出
雾滴在恒速阶段的干燥时间
恒速阶段热空气与液滴的温度变化
空气:
液滴:
平均推动力为
雾滴在降速阶段的干燥时间
降速阶段热空气与物料的温度变化
空气:
物料:
平均推动力为
雾滴干燥所需时间
压力喷嘴主要尺寸的确定
雾化角
为了了使塔径不致过大,根据经验,选取。
流量系数
,由的关联图查出,喷嘴结构参数。
,由的关联图查出,流量系数。
喷嘴孔径
由
由
圆整,取。
喷嘴旋转室尺寸
喷嘴孔半径取1mm,即
选用矩形切向通道,,即
旋转室直径为10mm,则半径
由及
圆整,取
核算喷嘴的生产能力
经圆整后
与原