一、 设计题目：马来酸松香胶离心喷雾干燥设计
二、 设计任务及操作条件
1． 生产能力：产品产量(300+2X)Kg/h〖注：X代表学号最后两位数〗, 含水
率（湿基）5%，损失1%。
2． 物料含水量（湿基）35%。
3． 进料温度90℃。
4． 干燥介质：空气，进风温度150℃，出风温度75℃。
5． 年生产日300天，连续操作24小时/天。
6． 气象条件：年平均气温22℃，相对湿度78%。
三、 设计内容
1. 干燥流程的确定及说明。
2. 干燥器主体工艺尺寸计算及结构设计。
3. 辅助设备的计算与选型。
4. 绘图（A3图纸）
（1）带控制点的工艺流程图
（2）主体设备图
四、 设计基础数据
胶料液运动粘度137.47CP。
胶料比热742.5cal/kg.℃
胶料比重1.069g/cm3
干粉比热328cal/kg.℃;
表面张力34dym/cm;
干燥过程热损失为蒸发水分所需热量24%;
胶料临界含水率15%(湿)。
五、 参考资料
[1]大连理工大学《化工原理》。
[2]天津大学《化工原理》。
[3]华南理工学院化工教研室编《化工过程及设备设计》。
[4]《化工设备设计全书》编委会《干燥设备设计》
[5]《化学工程手册》编委会《化学工程手册（第16篇）干燥》。
[6]持田隆等著，张友国编译《喷雾干燥》
[7]国家医药管理局上海医药设计院《化工工艺设计手册》。
[8]潘永康.现代干燥技术
[9]刘文广.喷雾干燥实用技术大全
目录
1. 离心喷雾干燥器设计方案简介 ................ 1
1.1. 喷雾干燥 .................................................... 1
1.2. 喷雾干燥的特点 .......................................... 1
1.3. 设计内容 .................................................... 1
2. 喷雾干燥的原理： .................................. 2
2.1. 离心喷雾的雾化机理 ................................... 2
2.2. 喷雾快速干燥 ............................................. 2
2.3. 喷雾干燥过程 ............................................. 2
3. 喷雾干燥装置的工艺流程........................ 3
4. 物 料 衡 算与 热 量 衡 算 ................ 4
4.1. 物 料 衡 算 .............................................. 4
4.2. 热量衡算 .................................................... 5
4.2.1. 干燥的水分蒸发量 .............................. 5
4.2.2. 物料升温所需的热量 .......................... 5
4.2.3. 水分蒸发所需热量 .......................... 5
4.2.4. 损失的热量 ........................................ 5
4.2.5. 焓的计算 ..................................... 6
4.2.6. 干空气消耗量..................................... 6
4.2.7. 空气用量 ........................................... 6
4.2.8. 预热器所需热量 ............................... 6
4.2.9. 废气带走的热量 ................................. 6
4.2.10. 需要补充热量 ................................. 7
5. 主要设备的计算及工艺设计 .................... 7
5.1. 雾化器的选择 ............................................. 7
5.2. 喷嘴孔径的计算 .......................................... 7
5.3. 干燥塔主要尺寸的确定： ............................ 9
5.3.1. 塔径的计算 ........................................ 9
5.3.2. 塔高的计算 ...................................... 12
5.3.3. 干燥塔热风进出口接管直径的计算 ............................................................. 12
6. 辅助设备设计计算及选型.......................12
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5. 预热室加热器的选择 ................................. 12 鼓风机的计算与选型 ................................. 13 旋风分离器的选择 .................................... 14 布袋过滤器的选择 .................................... 15 加料器及卸料器的选择 ............................. 15
7. 设计结果汇总 ........................................16
8. 设计评述 ...............................................17
9. 附图 .................................................... 18
10. 参考文献 ............................................. 18
11. 主要符号说明 ...................................... 19
1. 离心喷雾干燥器设计方案简介
1.1. 喷雾干燥
干燥是将原料液在干燥塔内用雾化器分散为雾滴，与进入塔内的热空气或其它气体直接接触而获得粉粒状产品的一种干燥过程。
离心式喷雾器是一种应用较广泛的喷雾器，它使将料液送到高速旋转的转盘上，由于离心力的作用，料液被甩成薄膜，由喷雾盘的边缘甩出同时受空气的摩擦以及本身表面张力作用而成雾滴。
在干燥装置的工艺设计中，设计方案的确定主要包括干燥装置的工艺流程，干燥方法及干燥器形式的选择，主体设备设计计算及工艺计算，辅助设备的计算及选型，带有控制点的生产工艺流程简图及主体设备设计条件图。设计一个干燥流程，其工艺计算包括了：物料衡算，热量衡算，干燥器的工艺设计，干燥器结构设计，附属设备的选型等。
1.2. 喷雾干燥的特点
（1）干燥过程非常迅速，几秒内结束；
（2）干燥过程中液滴温度不高,产品质量较好；
（3）喷雾干燥后产品不需进一步磨碎，简化工序；
（4）喷雾干燥时，可以调节改变干燥条件而调整产品质量指标（如粉末的容积密度，粒大小等）；
（5）产品具有良好的分散性，流动性和溶解性。因为干燥在空气中完成，产品基本能保持与液滴相似的中空球状或疏松的粉末状，具有良好的分散性；
（6）密闭且负压，保证了生产的卫生条件。
1.3. 设计内容
设计方案要满足工艺要求，经济上要合理，且保证安全生产、改善劳动条件。本设计方案要求将含水率为35%（湿基）的马来酸松香胶由胶料液干燥为干粉细小颗粒，最终产品产量为316kg/h，含水率5%（湿基），在干燥过程中产品有1%的损失。已知干燥介质为空气，其进风温度150℃，出风温度75℃。年生产日300天，连续操作24小时/天，年平均气温22℃，相对湿度78%，进料温度为90℃、干燥 1
过程热损失为蒸发水分所需热量24%等。马来酸松香胶粘度较大，易产生粘壁现象，干燥操作过程难控制，为保证产品的质量能达到规定的要求，而且质量要稳定则干燥生产工艺流程中每一个设备都得仔细的设计和计算。最后综合考虑设备的经济性，完全性和高效性，做出选择，选最适合的设备进行干燥，完成设计。
喷雾干燥要求雾滴的平均直径一般为20-60um,因此将溶液分散成的雾滴是喷雾干燥的一个关键。它不仅对经济技术指标而且对产品质量均有较大的影响，特别是对热敏性物料的干燥更为重要。马来酸松香胶属于热敏性物料。干燥方法和干燥设备的选择，应根据马来酸松香胶的特点、产量、经济性等综合考虑。
2. 喷雾干燥的原理：
2.1. 离心喷雾的雾化机理
离心喷雾是利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使其以高速甩出，形成薄膜，由喷雾盘的边缘甩出同时受空气的摩擦以及本身表面张力作用而成细丝或液滴。经过高压泵加压后的料液以一定的速度，沿切线放下进入喷嘴的旋室，这时液体的部分静压能将转化为动能，形成液体的旋转运动。根据自由旋涡动量矩守恒定律，旋转速度与旋涡半径成反比。
2.2. 喷雾快速干燥
利用不同的喷雾器（机械），将需干燥的物料喷成雾状，形成具有较大的表面积的分散微粒（10-200um），同热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几时秒内获得干燥。如与高温400-500℃的热风接触需0.01-0.04秒内就完成干燥，与100-150℃的热风接触需1-3秒就完成干燥。成品以粉末状态沉降于干燥器的底部排出。
2.3. 喷雾干燥过程
喷雾干燥过程可分为三个阶段：料液雾化、雾滴与热风接触干燥、干燥产品的收集。
①料液雾化 料液雾化的目的是将料液分散为细微的雾滴，雾滴的平均直径一般为20～60um，因此具有很大的表面积。雾滴的大小 2
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和均匀度对产品质量和技术经济指标影响很大，所以料液雾化器是喷雾干燥器的关键部件。目前常用的雾化器按喷嘴不同可分为三种：气流式喷嘴﹑压力式喷嘴和旋转式雾化器，在实际设计中根据生产要求具体选择。
②雾滴与热风接触干燥 在喷雾干燥室内，雾滴与空气的接触﹑混合﹑及流动是同时进行的传热传质过程，即干燥过程。雾滴与热风接触方式有并流式﹑逆流式和混流式，接触方式不同，对干燥室内的温度分步﹑雾滴的运动轨迹﹑物料在干燥室内停留时间及产品质量都有很大影响。实际生产过程中应根据物料的性质选择合适的接触方式。
③干燥产品的收集 干燥产品的收集有两种方式：一种是干燥的粉末或颗粒产品落到干燥室的椎体壁上并滑行到锥底，通过星型卸料阀之类的排料设备排出，少量细粉随废气进入气固分离设备收集下来；另一种是全部干燥成品随气流一起进入气固分离设备收集下来。喷雾干燥产品大多数采用塔底出料部分细粉在随废气排放中收集下来，以提高产品收率，降低生产成本。
3. 喷雾干燥装置的工艺流程
本次设计的干燥装置工艺流程草图如下图所示。对流加热型的一般工艺的主要设备包括：鼓风机﹑空气加热器、加料器、干燥器、旋风分离器、布袋过滤器、引风机、电加热器及卸料器等。
原料液经过滤器由加料器送至雾化器，干燥过程所需的新鲜空气，经过滤器由鼓风机送至空气加热器中加热到所要求的温度，再进入热风分布器，在干燥室内同时用电加热器补充热量，经雾化器雾化的雾滴和来自热风分布器的热风相互接触，在干燥室中干燥，干燥产品一部分经干燥器底部经卸料器排出，另一部分与废气一起进入旋风分离器﹑布袋过滤器分离下来，废气经引风机排出。
3
图1 离心喷雾干燥的工艺流程草图
4. 物 料 衡 算与 热 量 衡 算
已知数据参数 （学号末两位为０８）
产品产量Ｇ２＝（３００＋２Ｘ）＝３００＋２×８＝３
１６kg/h
干燥前湿物料的含水率 ω1 = 35% = 0.35
干燥器出口物料中的含水率 ω2 = 5% = 0.05
产品损失量 Ｇ损=３１６×１％＝３.１６ kg/h
进料温度 ｔｍ１ = 90℃
热风入口温度 ｔ１ = 150℃
热风出口温度 ｔ２ ＝ ７５℃
相对湿度υ = 78% = 0.78
胶料液运动黏度 ULL=137.47 CP=137.47 X 10-3 Pa·s
干粉比热 Ｃ干＝３２８ｃａｌ／(kg ℃)＝1.373 kJ/(kg ℃)
胶料比热 Ｃ湿 ＝７４２．５ｃａｌ／(kg℃)＝3.108 kJ/(kg ℃)
胶料比重 ??1069kg/m3
表面张力 σ= 34 dym /cm =0.034 N /m
4.1. 物 料 衡 算
（1）实际产品量 G2 = ３１６ kg / h
理论总产量 G2 + G损=３１９.１６ kg/h
4
（2）产品处理量 G1 (kg/h)
G1?(G2?G损)(1?w2)
1?w1=319.16?(1?0.05)=４６６.４６
kg/h 1?0.35
图二 干燥装置简图
4.2. 热量衡算
4.2.1. 干燥的水分蒸发量W (kg/h)
Ｗ＝Ｇ１－Ｇ２＝４６６.４６－３１９.１６＝１４７.３０ kg/h
干粉比热容 cs?328cal/kg℃=1.373 kJ/（kg℃）
胶料比热 Ｃ湿 ＝７４２．５ｃａｌ／(kg℃)＝3.108 kJ/(kg℃)
水的比热容 C
干物料比热容
cM?(1?w2)cs?w2cw?(1?0.05)?1 .373?0.05?4.187?1.514kJ（/kg?C）
由于粉状马来酸松香胶的物化性质较为特殊，它具有热敏性很强熔点低,极易吸潮,粒径小和粘性大等特点，因此我们考虑取出口温度为98℃。
4.2.2. 物料升温所需的热量：qM?kJ/h? 水 = 4.187 kJ/(kg℃)（由文献查得）
qM??G2?G损?cM?tM2?tM1??319.16?1.514??98?90??3865.66kJ/h
4.2.3. 水分蒸发所需热量qw?W??Cwt2?r0?-Clt吗? 查文献1
??cltM1??147.30???1.88?75?2492??4.187?90??313641qw?W??1.88t2?2492.47kJ/h
4.2.4.
损失热量为蒸发水分所需热量的24%,则损失热量为 5
q损?kJ/h?
q损?24%qw=75273.95kJ/h
4.2.5. 焓的计算 进 口 空 气 的 焓 为 I1 ； 出 口 空 气
的 焓 为 I2。由于年平均气温t0?22℃,相对湿度υ = 78% = 0.78查空气的I--H图，得H0?H1?0.014kg水/kg干空气。 I1?(1.01?1.88H1)t1?2492H1?(1.01?1.88?0.014)?150?2492?0.014?190.34kJ/h
H2通过下式进行计算
?qM?q损?I2?I13865.66?75273.95?4.187?90???160.44 ?cltM1?W147.30H2?H1
现任取He?0.04代入上式得
Ie?186.17kJ/kg
由点（H1?0.014,I1?190.34）至点（He?0.04,Ie?186.17)连线并延长与
所得的点便为所求空气的出口状态，查I--H图得H2=0.042 kgT2?75℃线相交，
水/kg干空气,则
I2?185.85 kJ/kg
4.2.6.
L=干空气消耗量L（kg/h） W147.30??5260.71kg/h H2?H10.042?0.014
4.2.7.
4.2.8. 空气用量L??L?1?H0??5260.71??1?0.014??5334.36kg/h 预热器所需热量 qp(kJ/h)又H0?H1?0.014kg水/kg干空气
所 以 qp?L(I1?I0)?L(1.01?1.88H0)(t1?t0)
（1.01?1.88?0.014）?（150?22）?697827.71kJ/h =5260.71?
4.2.9. 废气带走的热量 q(kJ/h)
I0??1.01?1.88H0?t0?2492H0
I2??1.01?1.88H2?t2?2492H2
6
?q废?L?I2-I0??L??1.01?1.88H2?t2?2492H2（-?1.01?1.88H0?t1?2492H0）
?1.01?1.88*0.042）?1.01?1.88*0.014）?5260.71（?75?2492*0.042-（22?2492*0.014??
?676784.87KJ/h
4.2.10. 需要补充热量 Qd?kJ/h? 【1】
设湿物料进出干燥器的焓分别为：I料1和I料2
I料1?C湿t1
I料2?C干t2
I料2-I料1?C干t2-C湿t1?1.373*98-3.108*90?-145.166kJ/kg
绝干物料的量G
G?G（?316*（1-0.05）?300.2Kg/h 21-?2）
损失的热量qd 【7】
qd?L?I2-I1??G（I料2-I料1）?q损
?5260.71*（185.85-190.34）?300.2*(?145.66)?75273.95
?8074.53kJ/h
5. 主要设备的计算及工艺设计
5.1. 雾化器的选择
对于任何雾化器的要求都是产生尽可能均匀的雾滴。工业喷雾干燥常用的压力式、旋转式、气流式三种。
旋转式和喷嘴式雾化器（包括压力式和气流式），在低.中、高的供料范围都能满足生产要求。在高处理量情况下尽管采用多喷嘴雾化器也可以满足要求，但采用旋转式雾化器更有利。
在高进料速率条件下，旋转式喷雾器所产生的雾滴一般具有较高的均匀性。
本干燥装置的设计所干燥的产品是马来酸松香胶，产生的干粉的颗粒较小，经比较，宜选用旋转式雾化器。
旋转式雾化器的优点有：操作简单，对物料的适应性强，操作弹性大；操作压力低；不易堵塞，产品粒度分布均匀。
5.2. 喷嘴孔径的计算
7
⑴根据经验取雾化角β=48o，则由β与喷嘴的结构参数A｀关联图查得A=0.9，由流量系数与结构参数关联图可查得，流量系数CD=0.45。取料液雾化压力为5ＭＰａ
⑵喷嘴孔径的计算：由于离心压力式喷嘴可分为旋转型压力喷嘴和离心型压力喷嘴。
0.5
r0?(V
?*CD2?P/?1)0.5?G1/3600?1???466.46/(3600*1069)?????? 6??CD2?P/?1???3.14*0.2*5*10/1069??
＝９.４Ｘ１０－4（ｍ）
即d0?0.00094m圆整后取d0?2mm
⑶喷嘴其它主要尺寸的确定。现选用矩形切线入口通道2个，根据经验取矩形入口宽b=1.2mm , 2R1/b= 8即R1=4.8mm ，圆整后
R1=5mm ， 旋转室直径为10mm。设旋转室高度为a，则旋转室半
径R1?5.000mm。通道总截面积A1?2ab
R2?R1-b?4..4mm 2
1
212所以A1?πr0R1r0?3.14?0.94?5??0.94?()?????3.16mm ?2bA?R2?2?1.2?0.9??4.4?
取a=3.2mm
⑷校核喷嘴的生产能力
因为d0和h经圆整后，影响CD的主要因素A发生变化，进而影响流量。首先要核算A' '
r3.14?0.94?50.942A?(0)2?()?0.89 2abR22?3.2?1.24.4'
'与A=0.9基本不变，不必复算，故此喷嘴满足设计要求。 ?r0R111
旋转室通道长度L和宽度b之间可按L=3b选取，即L=2.4mm ⑸空气心半径rc
A0?
??r0?R1A1?3.14?0.94?5?1.92 2?3.2?1.2由几何特性系数A0和有效截面系数a0的关联图可查得a0?0.65则
8
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rc?-a0r0?-0.65?0.94?0.56mm
⑹喷嘴出口处液膜速度的计算。喷嘴出口处液膜的平均速度U0水平速度分Ux0、垂直分量Uy0分别为：
U0??r02-rc2V?G1/?3600?1??r02?rc2?466.46/?3600?1069??67.7(m/s) 22?63.14?0.94?0.56?10
Ux0?U0sin??/2??67.7?sin(48?)?27.5?m/s?2
?48?Uy0?U0cos（）?67.7?cos（）?61.8?m/s? 【2】 22
5.3. 干燥塔主要尺寸的确定：【1】
5.3.1. 塔径的计算
1?150?75??112.5?C。查文献8《化工原理2塔内空气的平均温度为
实验》知该温度下空气的动力粘度?a?0.0225 mPa，空气的密度?a?0.916kg/m3。料液雾化的目的是将料液分散为细微的雾滴，使其具有很大的表面积，因此雾滴的平均直径一般为20--60?m，故本设计中取雾滴直径为dp?50?m。
①根据水平初速度Ux0?27.5m/s计算出Re0。
雷诺数 Re0?dpUx0?a
?a50?10-6?27.5?0.916??56 -30.0225?10
②由球形颗粒的曳力系数及函数值表可查得当Re0?56时，Ｂ＝Ｂ＝0.0209 ０
４ｄｐ?１＝０ ③由?＝?Ｂ－Ｂ０?可得?＝?０３?ａ
④取一系列２４ｄｐ?１Re1?50，Re2?30，?由?＝?Ｂ－Ｂ０?算出一系列３?ａ２
相对应的飞行时间?1，?2?列表
9
⑤取一系列
Re1?50，Re2?30，?由Ux?
?a
dRe求Ux1，Ux2? p?a
当Re50时U?a0.0225?10-3
1?x1?dRe1?-6
?50?24.56m/s p?a50?10?0.916
当Re2?30时
Ux2?14.74m/s
当Re.0225?10-33?20时U??a0x3
dRe3
?-6?20?9.83m/s p?a50?10?0.916
当Re?a