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喷雾干燥器的设计
已知：喷嘴进料量；进料密度=1000kg/；喷嘴压差Δp=4MPa；湿料含水量 =1.5kg/kg干料；产品含水量=0.005kg/kg干料;平均雾滴直径=200µm；产品的平均比容=2.595kJ/(kg·℃)
选用气-液向下并流操作。空气入塔温度为=300℃，出塔温度为=100℃；
干空气进口组成 ；
选用旋转式压力型喷雾干燥器
1 压力喷嘴主要尺寸尺寸的确定
1.1喷嘴直径尺寸
为了使塔径不至于过大，根据经验，选用喷雾角θ=；
θ=时，查图6-22，可得=1.0；
利用图6-20，由=1.0，查得=0.45；
根据流量系数值，可计算出口喷嘴直径；
因流量V=A··。
故 ==9.63×；
A===2.39；
由A=，==5.51mm；圆整后的 =6mm。
1.2喷嘴旋转室尺寸
==1.0，其中选取=3mm，选用矩形切向通道，选切向通道宽度b=4mm，旋转室直径为30mm，即R=15mm。
；
旋转室入口为两个矩形通道，；
而=；
故h===8.48mm；圆整为h=8.5mm.。
1.3校核喷嘴的生产能力
因和h经圆整后，影响的主要因素要发生变化，进而影响流量。
圆整后===0.998；
与原=1.0 很接近，能满足设计要求。
1.4空气心的半径
已知 A===2.08；
由图6-21查得，α=0.48；
α=1-， =2.16mm；
1.5喷嘴处液膜的平均速度
已知=3mm，=2.16mm；则
；
液膜是与轴线成θ/2角喷出，可分解成径向速度和轴向速度。
sin（θ/2）=29.3m/s
cos（θ/2）=64.3m/s；
2 干燥空气的用量
干燥采用气液向下并流操作，根据干燥原理。

2.1物料衡算
产品进料量 ；
产品出料量 ；
水分蒸发量 ；
2.2热量衡算
取湿物料进口温度 ℃，物料出口温度90℃；
空气进加热器前温度=20℃，热空气进口温度℃；
热空气出口温度℃。
由物料热量衡算得
需补充能量 ；
汽化水分耗热 =
==5.24W；
物料升温耗热 =;
其中 =2.595kJ/kg;
==W；
废气带走热量 =L×（1.01+1.88×0.02）×（100-20）=83.8L；
热损失按预热器热量的10%计算 =W；
；
得 ；
空气消耗量 ；
出口空气湿含量
3 临界参数
3.1湿球温度
进口空气温度℃，空气湿度为 ；
此气流的焓为 =；
由图14-4 空气-水系统焓-湿图查得
；
3.2临界湿含量
已知，，；
则 =0.79；
即雾滴尺寸缩小了25%；μm
由于收缩而减小的体积=；
除去的水分 =；
剩下的水分=；
临界湿含量 ；
换算成湿基为 即含水18.4%。
3.3计算临界点处空气的温度
干燥第一阶段水分蒸发量为
；
此时湿空气的湿含量为 ；
图14-4 空气-水系统焓-湿图查得；；
4 计算干燥所需时间
4.1雾滴周围气膜的平均导热系数λ。
气膜温度取出塔空气温度和干燥第一阶段物料表面温度的平均值。
即 ；
根据手册查的该温度下空气的导热系数λ=；
4.2干燥第一阶段所需时间
第一阶段平均推动力的计算。
空气温度 300→145；
雾滴温度 40→55.3；

水的汽化潜热为γ=2137kJ/kg;
故 =；
4.3第二阶段干燥所用时间
已知物料临界湿含量；
该阶段，空气 145→100
物料 55.3→90；
故。

=；
5 塔径的计算
已知雾滴初始水平分速度，=29.3m/s；塔内空气平均温度t=200；压力按常压计算。可查得空气的黏度为μ=0.026mPa·s ；
5.1水平分速度=29.3m/s，则
；
根据 计算停留时间。
5.2 Re=R时，，R=169，τ=0；
以下取一系列Re，求出相应的停留时间τ和雾滴水平飞行速度，从而得到τ~关系曲线，即为雾滴水平飞行距离，从而确定塔径。
取Re=100，查图6-25得
；
；
与Re所对应的水平飞行速度为 ；
依次类推，将其计算结果列于下表1中。
表1 雾滴停留时间τ与水平速度ux的关系
Re

169
100
50
25
15
10
8
6
4
2
1
0.5
0
0.45
1.22
2.24
3.35
4.25
4.76
5.57
6.7
9.2
11.4
14.2
0
0.923
2.51
4.59
6.87
8.71
9.76
11.42
13.74
18.86
23.37
29.11
29.3
17.3
8.65
4.33
2.6
1.73
1.38
1.04
0.692
0.346
0.173
0.0865
以为横坐标，为纵坐标，作~曲线，即可得到图1。

由图解法求出=0.77m；
即雾滴由塔中线沿径向运动的半径距离为0.77m。
；
圆整为D=1.6m。
6 塔高的计算
6.1 雾滴沉降速度的计算
；
查图6-25得，=3.7；

6.2雾滴减速所需时间
已知=64.3m/s；
；
令；
由值查图6-25得到=，则=；
6.3取一系列Re值，由图查得相对应的，再计算出相对应的值，将其结果列于下表2中。
表 2 Re与、uy及τ的关系
Re
ξRe2

τ
uy
371
300
200
100
50
20
10
5
4
3.7
7.8×104
5.85×104
3.08×104
1.07×104
3.75×103
1.02×103
4.1×102
1.73×102
1.33×102
1.16×102
1.28×10-5
1.71×10-5
3.26×10-5
9.45×10-5
2.75×10-4
1.11×10-3
3.40×10-3
1.75×10-2
5.88×10-2
∞
0
1.43×10-3
2.39×10-3
0.0162
0.0383
0.104
0.213
0.429
0.581
——
64.3
51.9
34.6
17.3
8.65
3.46
1.73
0.865
0.692
0.641
6.4以Re为横坐标，为纵坐标，可得到下图2。
6.5 由，可计算出；据图2可求得，从而可计算出停留时间；
类似的，由不同的Re值，可求出相对应的值，再计算相对应的τ，将数据填入表2，由此可得减速运动段的停留时间τ=0.581s。
6.6 由表2 的τ，数据，做τ—曲线，按，用图解积分法可求的雾滴减速阶段运动的距离=1.64m。
6.7因干燥所用时间为1.56s，减去减速运动所需时间0.581s，即为等速下降所需时间=1.56-0.581=0.98s
考虑安全系数，取等速下降时间为3.6s；
故 等速下降距离为h=；
加上降速阶段的距离 喷雾干燥塔的实际高度为。
故 取干燥塔的高度H=4m。
7 干燥塔热风进出口直径的计算
在干燥装置设计时，一般取风管中的风速为。
7.1热风进口接管直径。
热风进口处空气的比体积；
；
取热风进口管道中的气速为25m/s;
则进口直径 ；
圆整后取=0.85m。
7.2热风出口接管直径。
同理，热风出口处空气的比体积为
；
取热风出口管道中的气速为25m/s;
则出口直径为；
圆整后取=0.72m。
8 主要附属设备的设计和选型
8.1 空气加热器
环境空气先用翅片式加热器由25℃加热到130℃，再用电加热器加到300℃。
8.1.1翅片式加热器
将干空气由25℃加热到130℃所需的热量为
=；
耗能为
已知0.4Mpa下水的饱和温度为T=151℃，汽化潜热γ=2115kJ/kg。
冷凝水排出温度为151℃，则水蒸气的消耗量为
；
加热器中空气的比体积为；
；
空气的平均温度为，由空气性能图查得；
根据散热排管性能规格初选型号为SRZ20×10D，单元组件的散热面积，通风净截面积为。
在散热器中气流的实际风速 ；
空气的质量流速
传热系数 ；
传热温差为 ；
所需传热面积 ；
所需单元排管数
实际选取6组。
总传热面积。
安全系数。
故可选择SRZ20×10D型空气加热器，共六组翅片式加热器。
8.1.2燃气加热器
将空气由130℃加热到300℃所需的热量
即燃气消耗功率为
8.2 旋风分离器 进入旋风分离器的含尘气体近似按空气处理，温度取95℃。
则；
；
选择涡壳式入口的旋风分离器，取入口风速为；
选择圆柱体高度为圆柱体直径的0.9
因为；经圆整后
即
圆锥体高度；
进口宽度；
进口高度；
排气管直径；
排气管深度；
排尘管直径。
8.3布袋过滤器 取进入布袋过滤器的气体温度为90℃。
则 ；
。
取过滤气速为；
所需过滤面积为。
故选择布袋过滤器的型号为LSB-140顺喷脉冲袋式除尘器。过滤面积为。过滤效率为99.5%。
8.4风机的选择
喷雾干燥塔的操作压力一般是0~-100Pa（表压），因此系统需要两台风机。干燥塔前安装一台鼓风机，干燥塔后安装一台引风机。在操作条件下空气流经各设备和管道的阻力如下表所示。
表4 系统阻力估算表
设备
压降/Pa
设备
压降/Pa
空气过滤器
200
旋风分离器
1500
翅片加热器
300
脉冲布袋除尘器
1500
电加热器热
200
干燥塔
100
热风分布器
200
消音器
400
管道，弯头，阀门
600
管道，阀门，弯头
800
总计
1500
总计
4300

8.4.1鼓风机的选型 鼓风机入口温度为25℃，湿含量为；
则；
；
系统前段平均风温度按150℃，密度为；
则所需风压为；
故选用离心式4-72-11No.9A转速；风量为；
功率，风压为。
8.4.2引风机的选择 取引风机入口处的温度为85℃，
湿含量为；
；

系统后段平均风温按90℃计算，密度为，
则所需风压为
选用离心式9-26No.8A型风量为；功率；风压为

9 工艺设计计算的数据汇总

物料处理量/

翅片式加热器型号
SRZ20×10D
蒸发水量/

燃气加热器耗电量

产品产量/

袋式滤器过滤面积
145
空气用量/

旋风分离器直径
2.7
雾化器孔径

布袋过滤器型号
LSB-140
干燥塔直径
1.6
鼓风机型号
4-72-11No.9A
干燥塔高度
4
引风机型号
9-26No.8A

10 参考文献
1 陈英南编.常用化工单元设备的设计.上海:华东理工大学出版社.2005.4
2 陈敏恒编.化工原理.下册.北京:化学工业出版社.第四版 2008.1
3 匡国柱主编.化工单元过程及设备课程设计.北京：化学工业出版社2005.1;
4 王喜忠编.喷雾干燥.北京:化学工业出版社.第二版.2004.3;
5 朱有庭编 化工设备设计手册.下卷.北京化学工业出版社。