化工原理课程设计-乳浊液的干燥

化工原理课程设计

题目：乳浊液物料的干燥

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一、设计题目：乳浊液物料的干燥——奶粉喷雾干燥

二、设计条件：

1、生产任务：年产全脂奶粉920吨。

以年工作日310天，日工作二班，班实际喷雾时间6小时计。产品质量符合国家“全脂奶粉质量标准”。

2、进料状态：浓缩奶总固形物含量50%。

温度55℃、密度1120kg/m3、表面张力0.049N/m、黏度15cp。

成品奶粉含水量≯2.5%（一级品）、密度600 kg/m3、比热2.1kJ/kg·K。

3、新鲜空气状态：t0=25℃、ф0=60%，大气压760mmHg

4、热源：饱和水蒸气。

三、设计项目：

a) 工艺流程的确定

b) 喷雾干燥装置的计算

c) 辅助设备的选型及计算

d) 绘制工艺流程图

e) 编制设计说明书

目录

一、工艺流程确定及论证 …………………………………………………4

1.1论证 ………………………………………………………………………4

1.2喷雾干燥流程图 …………………………………………………………8

二、喷雾干燥的计算 ……………………………………………………… 8

2.1物料及热量衡算 …………………………………………………………8

2.1.1空气状态参数的确定 ……………………………………………………8

2.1.2物料衡算 …………………………………………………………………12

2.1.3热量衡算 …………………………………………………………………13

2.2离心式雾化器的计算 ………………………………………………………14

2.2.1液滴直径ζ的计算 ………………………………………………………15

2.2.2液滴离开转盘的初速度 …………………………………………………15

2.2.3液滴水平飞行距离 ………………………………………………………17

2.2.4离心喷雾器所需功率 ……………………………………………………18

2.3喷雾干燥塔主要尺寸的计算 …………………………………………… 18

2.3.1塔径D …………………………………………………………………… 18

2.3.2塔高H …………………………………………………………………… 19

三、辅助设备的选型计算 ……………………………………………………19

3.1空气过滤器的选型计算 ……………………………………………………19

3.2空气加热器的选型计算 …………………………………………………… 20

3.3粉尘回收装置的选型和计算 ……………………………………………… 22

3.4风机的选型计算 …………………………………………………………… 24

3.5其他辅助设备选用 ………………………………………………………… 25

四、设计结果总汇 ………………………………………………………………26

4.1主要工艺参数 …………………………………………………………………26

4.2干燥装置及主要辅助设计一览表 ……………………………………………27

五、设计说明 ……………………………………………………………………28

六、结束语 ………………………………………………………………………30

七、参考文献 ……………………………………………………………………32

一、工艺流程确定及论证

本工艺采用并流离心式喷雾干燥法对奶粉进行喷雾干燥。

1.1论证

乳粉是一种干燥粉末状乳制品，具有耐保藏、使用方便的特点。生产乳粉的目的在于保留牛乳营养成分的同时，除去乳中大量水分，使牛乳由含水88%的液体状态转变成含水2%的粉末状态，从而大大缩小牛乳体积，既利于包装运输，又便于保藏和使用。乳粉的主要化学成分有水分、脂肪、蛋白质、乳糖、灰分、乳酸等，因含量差异而形成各种种类的乳粉。乳粉的营养价值一般通过乳脂肪及非脂乳固体部分来体现。

1.1.1.本工艺采用喷雾干燥技术制备乳粉。

喷雾干燥，是指用单独一次工序，将溶液、乳浊液、悬浮液或含有水分的膏糊状物料变成粉状、颗粒或块状的干燥产品。其形成取决于物料的物理特性，以及喷雾干燥设备的流程和操作。

奶粉喷雾干燥的原理是将浓缩乳借用机械力量，即压力或离心的方法，通过喷雾器将乳分散为雾状的乳滴（直径为10-15um），大大增加了其表面积，同时送入热风的情况下雾滴和热风接触，浓乳中的水分便在0.01-0.04s的瞬间内蒸发完毕，雾滴被干燥成球形颗粒落入干燥室的底部，水蒸气被热风带走，从干燥室排风口排出，而且微粒表面的温度为干燥介质的湿球温度（50～60℃），若连续出料，整个干燥过程仅需10～30s，故特别适用于热敏性物料的干燥，蛋白质的变性很少，乳清蛋白依然保持良好的溶解性，酶的活性也没有丧失。具有较高的溶解度及冲调性，保持其原有的营养成分及色、香、味。

喷雾干燥的特点如下：

（1） 干燥速度快：由于料液经喷雾后雾化成几十微米大小的液滴，所以单位

重量的表面积很大，每公升料液经喷雾后表面积可达300㎡左右，因此热交换迅速，水分蒸发极快，干燥时间一般只要几秒钟，多则几十秒钟，具有瞬间干燥的特点。

（2） 干燥过程中液滴的温度比较低：喷雾干燥可以采用较高的温度的载热体，但是干燥塔内的温度一般不会很高。当液滴仍有大量水分存在时，它的温度不超过热空气的湿球温度，例如塔内热空气温度>>100℃时，物料温度约50—60℃。所以适合于热敏性物料的干燥，能够保持产品良好的色泽和香味。

（3）干燥产品具有良好的分散性和溶解性能：根据工艺上的要求，选用适当的雾化器，可将料液喷成球状液滴，由于干燥过程是在空气中完成的，所得到的粉粒能保持与液滴相近似的球状，因此具有良好的疏松性、流动性、分散性，冲调时能迅速溶解。

（4）产品纯度高，环境卫生好：由于干燥是在密闭的容器内进行的，杂质不会混入产品，保证了产品纯度。生产有毒气、臭气物料时，可采用封闭循环或“自惰”循环系统的喷雾干燥设备，将毒气、臭气烧毁，防止公害，改善环境。

（5）生产过程简化，操作控制方便：即使含水量高达90%的料液，不经浓缩，同样能一次获得均匀的干燥产品。大部分产品干燥后不需粉碎和筛选，从而简化了生产工艺流程。对于产品粒径大小、松密度、含水量等质量指标，可改变操作条件进行调整，控制管理都很方便。

（6）适宜于连续化大规模生产：干燥后的产品经连续排料，在后处理上结合冷却器和风力输送，组成连续生产作业线，实现自动化大规模生产。

其主要缺点有：

（1）当热风温度低于150 ℃时，热交换的情况较差，需要的设备体积大。在用低温操作时空气消耗量大，因而动力耗用量随之增大。

（2）为了保证乳粉水分含量的要求，必须严格控制各种产品干燥时排风的相对湿度，一般为10%~13%，故需消耗较多的空气量，从而增加了风机的容量及电耗，同时也增加了粉尘回收装置的负荷，影响了产品得率。

（3）对某些膏糊状物料，干燥时需加水稀释，这样就增加了干燥设备的负荷。

（4）由于设备体积庞大，对生产卫生要求高的产品时，设备的清扫工作量较大。

（5）设备的热效率较低，在进风温度不高时，热效率约30—40%左右。

1.1.2本工艺采用离心式喷雾干燥

喷雾干燥按照雾化方法分为压力式、离心式和气流式喷雾干燥。

离心喷雾是将浓奶送入离心盘雾化机中，由于离心盘的高速旋转，被喷成雾状，遇热空气干燥成乳粉。离心喷雾盘的线速度为100—150m/s。用离心喷雾法生产奶粉时，离心喷雾盘的线速度越高，雾滴越小。乳粉颗粒越小，同热空气接触的比表面积越大，热交换速度越快，热效率也越高，热效率也越高，但是小颗粒奶粉的冲调性能较差。

离心式喷雾干燥的操作特点有：

（1）塔内只安装一个雾化器便可完成生产任务。

（2）在一定范围内，可以调节雾滴尺寸。

（3）生产能力调节范围大。

（4）在调节处理量时，不需要改变雾化器工作状态。

（5）与压力式喷雾干燥相比，可以适应叫高粘度的料液。

压力喷雾干燥中，浓奶由高压泵打入喷嘴中，经喷嘴喷出的浓奶被雾化成雾滴，雾滴遇热空气变成乳粉。为了使浓奶在喷嘴出口处除了具有向前喷出的速度以外，还具有旋转运动，使用带斜槽的芯子同板眼搭配（称为S型），还有一种是孔板上带斜槽同板眼搭配（称为M型），两种喷头具有同样的雾化效果。

压力越高，雾化效果越好，奶粉颗料越细，干燥效率越高。但是颗粒细小的乳粉，冲调性能不好。压力式喷雾干燥对料液的要求较高，在进雾化器前必须进行过滤，以防杂质堵塞雾化器。这种结构较紧凑，生产能力大，耗能量较少，且能改变内部元件不同飞雾炬形状。主要缺点是在一定的雾化压力下喷雾量不能在线调节。

气流式喷雾干燥的操作特点是结构简单，加工方便、操作弹性大、易于调节，但用于雾化的压缩空气的动力消耗较大，约为压力式和离心式雾化器的5-8倍。

1.1.3本工艺采用并流型喷雾干燥

喷雾干燥按照喷雾和流体流动方向分为并流型、逆流型和混合型三类。

（1）逆流型操作特点是热利用率较高，但只适用于非热敏性物料的干燥，而且若空塔速度超过限度将引起颗粒的严重夹带，给回收系统增加负荷。

（2）混合型操作特点是气流与产品较充分接触，脱水效率高，但产品有时与湿的热空气流接触，故干燥不均匀，内壁局部粘粉严重。

（3） 并流型操作特点是：被干燥物料允许在低温下进行干燥。由于热风进入干燥室立即与喷雾液滴接触，室内温度急降，不会使干燥物料受热过度，因此，适宜于热敏性物料的干燥。塔壁粘粉较少。由于在干燥室内细粒干燥时间短、粗粒干燥时间长，产品具有比较均匀干燥的特点，适合于液滴高度分散均一的喷雾场合。

综上所述，本生产工艺选用并流、离心式喷雾干燥法对奶粉进行喷雾干燥处理。

1.2喷雾干燥流程图

图1 喷雾干燥流程图

二、喷雾干燥装置的计算

2.1物料及热量衡算

2.1.1空气状态参数的确定

G1 tM1=55℃

L t0фt0=25H0 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＝25℃,ф0＝60%

查得25℃饱和水蒸汽压Ps0＝23.76 mmHg (3167.89Pa)

湿度H0=0.622ф0Ps0/(P-ф0Ps0)

=0.622×0.6×23.76/(760-0.6×23.76)

=0.01189kg水/kg绝干气

热焓I0=(1.01+1.88H0) t0+2490H0

=(1.01+1.88×0.01189)×25+2490×0.01189

=55.414kJ/kg绝干气

湿比容υH0=(1/29+H/18)×22.4×(273+t0)/273

=(1/29+0.01189/18)×22.4×(273+ 25)/273

=0.8593 m3(湿空气)/kg绝干气

2.1.1.2加热后空气的状态参数

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=0.01189Kg水/Kg绝干气

热焓I1=(1.01+1.88H1)×t1+2490H1

=(1.01+1.88×0.01189)×150+2490×0.01189

=184.459KJ/Kg绝干气

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

=(1/29+0.01189/18)×22.4×(273+ 150)/273

=1.220 m3(湿空气)/kg绝干气

2.1.1.3排风状态参数确定

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，

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）234.94kg G2-----每小时奶粉产量 （见物料衡算）247.31kg 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-(247.31×2.1×70/234.94-247.31×2.1×55/234.94+251) =-53.8735 KJ/Kg水 Δ=(I2-I1)/(H2－H1)

=[(1.01+1.88H2)t2+2490H2-I1]/(H2－H1) =[(1.01+1.88H2)×80+2490H2-184.459)/(H2-0.01189) =-53.8735KJ/Kg水

解得:H2＝0.03871 Kg水/Kg绝干气 热焓I2＝(1.01+1.88 H2)t2+2490 H2 ＝(1.01+1.88×0.03871)×80+2490×0.03871 ＝183.00988 kJ/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

0.03871＝0.622×355.1ф2/(760-355.1×ф2) 解得：ф2＝12.54%﹤13%

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=10～13%。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+0.03871/18)×22.4×(273+80)/273 =1.061m3(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920吨，年工作日为310天，日工作二班，班实际喷雾时间6小时）

G2=920×1000/(310×2×6)= 247.31 kg/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) =247.31×(1-0.025)/(1-0.50) =482.25 Kg/h

W=G1-G2=482.25 -247.31=234.94 kg/h 2.1.2.3每蒸发1kg水干空气用量（绝干量计） L=1/(H2－H1)＝1/(0.03871-0.01189） =37.286 kg绝干气/kg水 每小时干空气量

L＝W/(H2－H1)＝234.94/（0.03871-0.01189）=8759.881 Kg绝干气/h 新鲜空气体积流量

V0=LυH0=8759.881×0.8593=7527.366 m3/h

热空气体积流量

V1=LυH1=8759.881×1.220=10687.055 m3/h 排气体积流量

V2=LυH2＝8759.881×1.061=9294.234 m3/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=8759.881×55.414=485420.05 kJ/h

加热器输入热量：Q2=L(I1- I0)＝8759.881×(184.459 -55.414)=1130418.84 kJ/h 浓奶带入的热量：Q3=G2CMtM1+WCl tM1＝247.31×2.1×55+234.947×4.187×55

=82669.07 KJ/h

ΣQ入=Q1+ Q2+ Q3=485420.05+1130418.84+82669.07=1698507.96 kJ/h 2.1.3.2 输出系统的热量

排气带出的热量:Q’1=LI2 =8759.881×183.00988 =1603144.77 KJ/h 产品奶粉带出的热量：Q’2＝G2CMtM2＝247.31×2.1×70=36354.57 KJ/h 干燥室热损失：Q’3= WQL＝234.94×251=58969.94 KJ/h

ΣQ出＝Q’1+ Q’2+ Q’3= 1603144.77+36354.57+58969.94=1698469.28KJ/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)/ 37.286×(183.00988-55.414)=50.66% 2.1.3.4 空气加热器蒸汽消耗量：

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=1130418.84/(2087.1×0.95)= 570.13 kg/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=482.25kg/h ρ=1120kg/m3

3

=482.25×10/1120=430.58L/h V1=

G1

1

故可选取生产能力为450L/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5.5mm，采用6个喷孔。

核算U孔

482.25103

4

0.839ms

5.5263600

U孔在0.5~1m/s间，适用选LP500 LP500参数如下： 生产能力：500L/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： 5.5mm 离心盘转速： 7350r/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液滴直径ζ的计算

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

径计算的经验公式：δ=98.5×1n R

式中：δ-----液滴直径m

n------分散盘转速7350 r/min R------分散盘半径0.14m

-----料液表面张力0.049/9.81=0.005 kgf/m -----料液密度1120kg/m3

δ=98.5×1

nR

=98.510-5m

2.2.2液滴离开转盘的初速度 2.2.2.1径向速度的计算

当离心盘为圆槽式时，液滴离开分散盘时径向速度按下式计算：

0.8ur0

r0.4

A

(1

0.35A0.950.42r

1.43

)0.4

式中：ur0-----雾滴的径向初速度(m/s) -----分散盘的角速度

2N6027350

60

769.69(rad/s) r-----分散盘半径0.14(m)

0.25

r00.35L0.250.002750.35（1.339105）

A-----常数；A0.090.093.98 4

L0.81.196100.8()()Z6

r0------通道半径0.00275(m) L------料液运动粘度

0.01521.339105(m/s) 1120

G1



482.25

1.196104(m3/s)

11203600

QL-------料液的体积流量

1

N-------分转盘转速7350(r/min)。 将以上数据代入式ur0

0.8r0.4

A

(1

0.35A0.950.42r

0.4) 1.43

769.690.80.140.40.35(1)0.422.39m/s 0.950.421.43

3.983.98769.690.14

2.2.2.2切向速度的计算

由于浅槽或叶片阻止了料液的滑动，离开分散盘边缘时的切向速度近似等于分散盘上圆周速度：ut0dN式中：d------分散盘直径0.28(m)

ut0------切向速度(m/s)。

0.287350

60

107.76m/s

2.2.2.3料液离开分散盘时的合成速度

料液离开分散盘时是径向速度与切向速度的合成速度的运动形式，因此最

后雾滴离开分散盘时的速度为：um0110.06m/s 式中：um0------料液离开分散盘时的初速度(m/s)。

2.2.3液滴水平飞行距离

液滴离开分散盘边缘沿水平方向飞出，液滴飞出的最大距离是确定干燥器直径的主要依据。分散盘产生的雾距，通常是以90%-99%液滴的降落半径作为

最大雾距。但是实际液距和理论值不能吻合，主要原因在于：

① 液滴在喷出后因水分迅速蒸发而使液滴密度减小，因此飞行距离也缩短。 ② 在干燥过程中液滴的直径收缩或因崩裂而减小。 ③ 干燥器热风的流动，液滴的飞行受到影响。 所以考虑到空气阻力的影响，计算液距有下列公式：R式中：dp-----液滴直径7.57105(m) L-----料液密度1120(kg/m3) a-----空气密度(kg/m3)

a1a2

2

1H11H210.072610.03388

vH1vH20.9336kg/m3 22

4dpL3a

ln

um0

um

a

um0-----液滴的初速度110.06m/s

um-----液滴的运动终速度(m/s)，可按液滴在干燥室内的浮翔速度考虑。

2

1dp(La)g(7.57105)2(11200.9336)9.81

um0.2038m/s 5

18aa181.837100.9336

a-----空气在平均温度下的运动粘度(m/s)

2

25℃时，干空气的黏度：a1=1.835×105Pas

干空气的运动黏度：a1a1a10.88571.83510-51.625105m2/s 80℃时，干空气的黏度：a2=2.11×105Pas

干空气的运动黏度：a2a2a20.98156a22.071105m2/s

a

a1a2

2

aa1a2

2



1.8352.11

1051.97105Pas 2

1.6252.0711051.848105m2/s

2

-----阻力系数，是Re的函数。

Re

dLum0a

a

7.57105110.060.9336395

1.9710

阻力系数

18.518.5

R0.60.6

0.512 e395

将以上数据代入公式R

4dpLum0

3ln

a

u m

得：R

47.57105112030.5120.9336ln110.06

0.2038

1.488m

2.2.4离心喷雾器所需功率

分散盘雾化料液时理论上消耗功率：N2.25GV201022g

式中：V0-----离心盘的圆周速度，即离心盘线速度104(m/s) G-----离心盘的生产能力，即(G=G1)=

482.25

3600

0.134(kg/s) 

N

2.250.1341042

10229.81

1.63KW

2.3 喷雾干燥塔主要尺寸的计算 2.3.1 塔径D

离心雾化器的干燥塔直径在一般情况下，塔径D按照下式计算：D=(2~2.8)R

式中：R-----离心雾化器喷雾距半径，即雾滴水平飞行距离1.488m。 选取：D= 2.25R=2.25×1.488=3.348 m 圆整为D=4m 验算：塔内空气平均流速U，应在0.1~0.3m/s之间。

L

vH1vH28759.881

1.2201.061

U0.2208m/s 4D236002

4

43600式中：U------空气平均流速(m/s)

L------绝干空气流量8759.881kg绝干气/h D----喷雾干燥塔内径12.5m

vH--- 平均湿比容，vH1=1.220和vH2=1.061m3(湿空气)/kg绝干气

0.1m/s

2.3.2 塔高H

H1=1.2D=1.2×4=4.8m H2=D=4m

选鼓形阀d=400mm

tan



2



D/2d/220.2

0.45 H24

因为锥形壳体的应力，随半锥角α值接近圆筒形壳体的应力值。所以在设计制造锥形容器时，α角要选择合适，不宜太大 。

H=H1+H2= 4.8+4=8.8m 有效容积V蒸发强度q核算



4

4

W234.943.89kg水/m3h V60.3D2H1

∴α=48.45°



424.8060.3m2

q经验0.03t110.0315013.5kg水/m3h

q经验q核算，由于二者近似相等，塔高选择合适。

三、辅助设备的选型计算 3.1空气过滤器的选型计算

空气过滤器一般采用油浸式的滤层，，滤层内充填细的钢丝绒，形成绒团（钢丝绒、铜丝绒、尼龙纤维、中孔泡沫塑料均可）喷以轻质定子油或真空泵油（无

味、无臭、无毒、挥发性低、化学稳定性高）制成每块50×50cm左右单体厚约5～12cm，当空气通过时，空气中杂质即被阻挡或为油膜吸附于滤层中，每隔一定时期拆下用碱水清洗，干燥后喷油重新安装，可继续使用。

过滤面积： F

LvHo

m

式中：m-------滤层过滤强度，一般为4000~8000m3/m2 h 选取m= 5000 m3/m2h

F

LvHOm



8759.8810.85932

1.505m2 圆整为1.5m

5000LvHOF



8759.8810.8593

5018.2m3/m2h

1.5

核算m

空气阻力：Hf=0.5SV1.8 式中：S-------滤层厚度，通常取10 cm

V-------过渡速度为 Hf=0.510(

m

m/s 3600

5018.21.8

)9.09mmH2O 3600

过滤时一部分孔被堵，导致Hf上升，至一定程度 （15~20mmH2O）时取下清洗。进料时无压力，不会有漏奶等情况，清洗时仅需拆下进奶管道，离心转盘，清洗容易，轻便。长期不清洗，使过滤器的阻力增大，从而使进风量减少，影响生产能力。

3.2空气加热器的选型计算

空气加热器是以紫铜管或钢管上绕以紫铜的翅片，最后经搪锡而制成具有一定加热面积的加热器，干燥设备一般由若干加热器组成。目前在乳粉生产上常用的有S型及GL型两种形式。

空气加热器是对新鲜空气进行加热的必要设备，用饱和蒸汽作为热源，在

加

热管内流动，新鲜空气在加热管外经翅片间通过，经热交换后空气的温度可达150~170℃，热空气的温度主要取决于加热面积，饱和蒸汽的压力及质量。为强化传热，可采用翅片式换热器，加大湍流程度，减少该侧热阻。

（1） 需要加热量 Q需 Q需L(I1I0)8759.881( 184.45955.414)1189914.6KJ/h 0.95

t1t0150250.862 TST017025（2）传热效率F

选定饱和蒸汽压力：8kgf/cm2 查【1】P334的TS=170℃

（3）表面风速Va的选取

由F查化工原理课程设计辅导书Va-F图得Va=2.75m/s，N=8排。

GLII型钢制空气热交换器比GLI型散热排管的传热系数高，比I型散热

排管重量轻，体积小，消耗金属少，且造价比S、UII型钢制散热排管便宜。故选用GLII型空气加热器。

（4）受风面积Fa

G' G’：校正至20℃，l atm时空气的体积流量[m3/h] Fa3600Va

LvHO273202938759.8810.8593=0.748m2 3600va36002.75 =

（5）选型：据Fa=0.706m2，8排 查[4-4]表选GLII2-15-54。

GLII2-15-54的主要参数：

散热面积F0：26.12m2 受风表面积Fa：0.828m2

通风净截面积Ff：0.438m2

总传热面积Fo=8×26.12=208.96m2

（6）核算传热量：Q供=KFO△tm

K无具体计算公式，故借用S、UII型公式。

K=19.77(Vr)0.608×10-3

Vr=L(1HO)8759.881(10.01189)5.62kg/m2s Ff36000.4383600

K=19.77×5.620.608×10-3=0.0565kw/m2k

△tm=t1t2(17025)(170150)63.10 lnt1/t2ln170150

Q供=KFo△tm=0.0565×208.96×63.10=744.97 kw

=2681905.5 kJ/h

富裕2681905.51189914.62681905.510055.63

Q供>Q需 富裕55.63%不在20~30%范围内

故在原有基础上减两组，即4排。

（7）空气阻力△P=0.0853×（Vr）1.862×4=0.0853×5.621.862×4=8.49mmH2O

3.3 粉尘回收装置的选型和计算

根据课程设计要求，离心雾化的粉尘回收选用旋风分离器。

采用旋风分离器的主要有以下几个方面：

（1）分离效率高，提高产品得率，减少损耗，增进经济效果， 同时减少公害。

（2）分离器内壁应非常光滑，减少液体阻力，粉末不致于粘壁。

（3）若是室温太低，设计的旋风分离器外壁给予保温，或外壁加蒸汽盘管。

（4）尽可能减少旋风分离器只数，因只数多，每只口风速不易分配，只要其中

一只入口风速低于规定速度，则严重影响总效率，最好是单只，阻力小，易于管理和清扫。

（5）易装卸，修理方便，密闭性能好。

（6）缷料装置简单，可用鼓形阀。

（1） 选型：采用干式法回收，选用标准型切线入口的旋风分离器、

离心式喷雾机乳粉粒度谱。

粒径μm 0~60 60~120 120~180 180~240 >240

离心式 分布百分率 2.0 31.2 24.0 18.6 24.0

压力式 分布百分率 66.4 24.6 5.4 2.2 1.5

（2）分离器尺寸及进口风速和阻力计算

进口风速ui一般可取15~25m/s，取ui=22m/s

进口截面积F=LvH2

u8759.8811.061

36000.117m2 i360022

F=DDD2

2480.117m2

∴D=0.967m 圆整为D=1.2m A=D

21.2

20.6m B=D1.2

440.3m ui=8759.8811.061

1/836001.2214.34m/s

D1=D/2=0.6m H1=2D=2.4m H2=2D=2.4m

S1=D/8=0.15m D2=D/4=0.3m

△P=2

Bui

2 标准型ζ=8

1H2ui210.03871

=8v14.342

H2

282805.262N/m2

=82.086mmH2O

（3）分离总效率

dc

= 1.74810-5

m=17.48m

取进入粉尘回收装置的量为15%

0~60um 60~120um

颗粒平均直径 30 90

质量分率 2/15=13.3% 13/15=86.7%

d/d0 2.71 8.14

η——粒级效率 0.93 1.0

分离率η=0.93×13.3%+1.0×86.7%=99.07%

分离总效率η总=0.85+η×0.15=0.85+99.07%×0.15=99.86%

损耗率：1-η总=1-99.86%=0.14%

3.4 风机的选型计算

（1）送风机：风量一般应有10~20%富裕量，取15%。

Q送=LυH0 (1+0.15)= 8759.881×0.8593×(1+0.15)

=8656.47 m3/h

Pt=(干燥室内压-大气压)+过滤器阻力降+加热器压降+热风分配器压

降+沿程与局部压降

一般要求干燥室内压为负压10~15mmH2O，取15mmH2O

过滤器阻力升至15~20mmH2O时需取下洗涤，取其阻力降为15mmH2O。 热风分配器压降计算复杂，无资料介绍，估计为30~40mmH2O，取40mmH2O。 沿程与局部阻力估为：30~40mmH2O，取40mmH2O。

Pt= -15-0+15+8.49+40+40=88.49 mmH2O

Pto=Pto1.288.4990.18mmH2O 

0.8593

据Pto=90.18mmH2O Q送=8656.47m3/h 查【1】P365表25

选送风机型号为： 离心通风机 4-72-11 8C

主要性能参数：转速1250rpm 全压：137mmH2O

流量：20800m3/h 效率：91% 所需功率：10.3KW

（2）排风机

排风机富裕量一般为15~30%，取25%。

Q排=LvH2(1+0.25)= 8759.881×1.061×1.25=11617.79 m3/h

Pt=出口动压-进口静压+旋风分离器压降+沿程、局部压降

出口动压一般取15mmH2O，进口静压取-15mmH2O。

旋风分离器压降152.49mmH2O

沿程、局部压降估为35mmH2O

Pt=15-(-15)+ 82.086+35=147.086 mmH2O

Pto=Pt 01.2147.086180.29mmH2O 

1.061

据Pto=180.29mmH2O Q排= 11617.79m3∕h 查【1】P365表25

选排风机型号为： 离心通风机 4-72-11 6C

主要性能参数：转速2240rpm 全压248mmH2O

流量： 15800m3/h 效率：91% 所需功率：14.1kw

一般为使干燥室内形成10~20mmH2O的负压，排风机的风量需比送负机的风量大20~40%。

1580011617.7926.46% 15800

由于20%26.46%40%，所以风机选择合适

3.5 其它辅助设备选用

（1）浓奶保温槽：选RP6L5型，其贮液容积为500L，加热面积2.67m2， 容积内径900mm，电机功率0.37kw，2台。

（2）集粉箱：无具体型号，设计用长1m，宽0.5m，高0.5m的箱体。

（3）旋转阀：采用普通式即可，动配合间隙小于0.05mm以保证气密性，

用型号l的旋转阀，叶轮容积1.0升，叶轮转速30rpm，所

需功率0.4kw，排料量1吨/小时。

（4）仪表盘：将就地集中测量的仪表读数全部在仪表盘上显示出，包括差

压计、温度计、电流表（送风机、排风机、雾化器的电流）。

四、设计结果总汇：

4.1 主要工艺参数

（1）产量：年产全脂奶粉920吨，每小时产量为247.31kg，产品质量符合轻工

部“全脂奶粉质量标准”。

轻工部全脂乳粉一级产品的理化指标。

化学指标：水分（不超过）2.50%，脂肪25~30%。

复原后的酸度不超过190T，铜不超过6mg/kg。

锡不超过100mg/kg，铅不超过2mg/kg。

物理指标：溶解度不低于97%，杂质度不超过16ppm。

微生物指标：杂菌数不超过50000个/g，大肠菌不检出。

（2）浓奶：总固形物含量50%，温度55℃，每小时喷雾量G1=482.25kg/h。

（3）蒸发水量：W=234.94kg/h

（4）干燥空气用量：L=37.286kg绝干气/kg水

（5）新鲜空气的状态及流量：t0=25℃ ф0＝60%

H0=0.01189kg水/kg绝干气 I0=55.414kJ/kg绝干气

υH0=0.8593m3(湿空气)/kg绝干气 V0=7527.366m3/h

（6）热空气的状态及流量：t1=150℃

H1=0.01189kg水/kg绝干气 I1=184.459KJ/Kg绝干气

υH1=1.220m3(湿空气)/kg绝干气 V1=10687.055m3/h

（7）排气的状态及流量：t2=80℃ ф2＝0.1254

H2=0.03871 Kg水/Kg绝干气 I2=183.00988kJ/kg绝干气 υH2=1.061m3(湿空气)/kg绝干气 V2=9294.234m3/h

（8）加热蒸汽的状态及流量：T3=170℃ P=8.0kgf/cm2 Dk=570.13kg/h

4.2 干燥装置及主要辅助设计一览表

五、设计说明

干燥塔设计的其他说明：

1、热风分配装置（离心式喷雾干燥热风分配盘）

热风以切线方向进入分配器，通过多孔板，在导板空气分散器作用下，热风便能均匀地、螺旋式地进入喷雾塔内，喷出来的雾距塔顶的距离靠空气分散器来调节，空气分散器挂在锥形支座中间部位比较适合。分配器风道截面随风量的减小而变小，这样可使风道中的风速和动压基本一致。为了防止粘粉的焦化，在喷雾塔顶热风引入导管处设有用冷风冷却的三角形风道。

2、干燥塔上设有人孔、振荡荡器。振荡器使喷至塔壁上的奶粉尽可能地被振荡下来，以防止焦化，但总不可避免某些奶粉粘在壁上，因此每隔一段时间就需人入内扫出，因此须设人孔。振动器安装在塔壁上及圆锥底部，各两个。

3、为使喷雾正常进行，在干燥塔上设有窥视镜及安全灯，安全灯主要起照明作用，为防止出现不测事件，其电压控制在36V。

4、塔体材料：乳粉喷雾干燥设备的内表面，凡与产品接触的部位普遍采用不锈钢材料制成，钢厚2～3mm，干燥塔边上加角钢圈，顶部用槽钢固定起来。材料可用1cr18Ni9Ti。

5、干燥室、热风分配装置、粉尘回收设备、热风管、空气加热器等应根据不同要求，必须附有一定厚度的绝热层（保温层），以减少热损失或设备停用时因乳粉吸潮而粘结。粉尘回收装置应有较高的回收率，同时应便于清洗，操作方便，干燥后的乳粉应迅速自干燥室内自动卸出，并及时进行冷却。干燥设备的设计应合理，尽量使干燥过程的排风温度不超过90℃。游离脂肪合量高的乳粉很易引起变质，不耐保藏，喷雾前对浓奶进行两段均质可使游离脂肪含量降低，出

粉后迅速冷却到20℃以下进行输粉为佳。

6、对干燥设计过程中某些问题的探讨

（1）在LP500离心喷雾机设计过程中，为达密封要求，除图示用过渡配合并拧紧螺栓外，可在螺栓与离心盘间要密封部位加上密封垫圈，这种方法更便于拆卸。另一种方法，将离心盘与喷嘴配合部位做成锥形，喷嘴装上拧紧后可自然而然达到密封要求

（2）奶粉喷雾干燥带控制点的工艺流程图中，弯管处直径一般为管径的3倍左右，以减少阻力降。

（3）旋风分离器的性能主要有三个指标，即含尘气体的处理量，压力损失以及分离效率。在选择旋风分离器形式时，要充分考虑上述因素，同时还要兼顾到布置空间要求、产品的粒度要求等，一般来说，旋风压降较大时，其分离效率也较高，但同时颗粒的磨损也会加剧。因此，对于易磨损、又有产品粒度要求时，应选择低速低压的旋风分离器。旋风分离器一般作为一级分离设备，对于回收率要求较高时，采用二级设备如袋滤器。

（4）节能将是喷雾干燥未来发展的趋势，节能的措施有以下几点：①提高进口温度和降低出口温度，但进塔热风温度不可过高，温度太高会使奶粉颜色变深，影响产品品质。②提高料液固形物含量。③提高料液的温度。④排放的气体进行部分再循环利用。⑤利用热交换器回收余热。⑥采用二级或三级干燥。

（5）空气过滤器定期清洗，长期不清洗，会使过滤器的阻力增大，从而使进风量减少，影响生产能力。另外，浸油不完全将影响过滤效果，使乳粉的杂质增加。空气过滤器也有采用泡沫塑料作为滤层的。

（6）喷雾干燥器设计时，除了考虑产品要求，如生产能力、产品残余水分、产品粒度及分布、产品密度、产品收率、吸湿性等基本要求外，还应考虑环保要求。①设备的振动。喷雾干燥系统需配备的风机等动力设备的振动对工厂环境及建筑物都会产生影响。在设计及选型时应有减振措施。②噪声。主要是风机的噪

声，噪声有时会达到100dB以上，长期在这种环境下工作身心会受到一定损伤。③排放气体的要求。主要包括两部分：一部分时有燃烧热源时产生燃烧气体的排放；另一部分是尾气的排放。

（7）旋风分离器在乳粉生产上尚存在下列弊病：①旋风分离器分离效率低，旋风分离内壁粘粉严重，即使器外采用保温措施，粘壁情况仍无改善，致使分离效果下降，同时清理困难，经受热粘壁之粉产生焦化，在生产过程中日益剥落混入产品中。②旋风分离器的锥形集粉箱内回收的乳粉，易在锥底搭桥，有时会形成坚硬的粉块，无法清除，也不能使用连续的机械出粉装置，不能使这部分较细的乳粉与干燥室内粗粉相混合。

（8）牛奶喷雾干燥也可以采用泡沫干燥的方法。泡沫干燥是将高压气体注入进料泵与雾化器之间的气液混合器中，使气体与液体充分混合并经雾化后形成泡沫。雾化后雾滴的不同部位有许多微小的气泡，这些气泡在高温下膨胀、破裂，加大了传质表面积，也提高了传质速率，节约了能源。

六、结束语

通过一个星期的努力，我完成了这份奶粉喷雾干燥设计说明书。对我而言，这确是一个很辛苦的过程。学习化工原理课程已经2个学期了，同时进行的还有化工原理的实验课。这一次的设计说明要求我们把这2学期学到的知识真正的运用到其中，是理论在实践中的一次应用。而要完成这份设计说明书，仅仅依靠书上的知识是不够的，需要我们自己动手查阅文献，找资料，通过学校图书馆的资料库，或者是老师提供的一些有用的参考书。另外，还有进行大量的计算，从各种设备的选择到设备尺寸、通风量、散热面积等等，都需要根据实际情况作出选择。在这一个星期的学习中，我们化身为工程设计师，设计一份

乃风喷雾干燥的说明书。

做设计说明书的过程中，必须要有足够的耐心和认真的态度。依照模板进行设计时，仍旧会遇见许多似懂非懂的问题。每当这个时候，就要专研于文献资料中了。幸好，学校图书馆和网络为查找资料提供了便捷。但是，虽然有网络上的资源共享，完成这份报告并不是这么容易。有许多参考资料历史比较悠久，寻找比较困难，而即使找到了一份参考资料，也必须花费不少的心思在众多的资料中找出有用的内容。每解决一个问题，是对这份设计说明书负责，是对自己负责，也是对将来可能的成为一个工程设计师负责。也许最后的成绩只是合格、良好和优秀的差别，但在设计的过程中所学学习到的知识，是态度认真与不认真两者无法相比较的。

由此我想到，有些人之所以能够获得成功，并不在于这些人有多聪明，有多优越，而在于当懒惰的人休息的时候，有些人仍在努力，付出了许多辛勤劳动。成功从来都不是一种巧合和侥幸，她是日积和月累，是长久的付出所得到的回报。不断上进，认真一致的心态必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美，那种追求的锲而不舍的过程是相同的，这就是一种优良的品质，它将指引着一个人意气风发，更好走好自己的每一步。

在今后学习和工作中，我要始终抱着一个认真的态度，戒骄戒躁，努力追求目标，不断进取。这一次的化工原理工程设计，从某种意义上说，已经不仅仅是一次对所学知识的运用过程，这次课程也使我对未来的学习和工作产生了更深层的启示和思考。

31

参考文献

【1】夏清，陈常贵主编 《化工原理(上册)》 天津大学出版社，2005

【2】夏清，陈常贵主编 《化工原理(下册)》 天津大学出版社，2005

【3】《化工原理课程设计》 浙江工商大学 食品与生物工程学院工程教研室，2005

【4】王喜忠，于才渊，周才君编著 《喷雾干燥》 化学工业出版社，2003

【5】刘广文 《喷雾干燥实用技术大全》 中国轻工业出版社，2001

【6】无锡轻工业学院等 《食品工程原理(下册)》 轻工出版社，1985

【7】郭宜祜等 《喷雾干燥》 化工出版社，1983

【8】金世林 《乳与乳制品生产》 轻工出版社，1977

【9】华东化工学院机械制图教研组 《化工制图》 高教出版社，1980

【10】郭本恒 《乳品化学》 中国轻工业出版社，2001

【11】郭本恒主编 《乳粉》 化学工业出版社，2003

32

化工原理课程设计

题目：乳浊液物料的干燥

专业：

姓名：

指导老师：

一、设计题目：乳浊液物料的干燥——奶粉喷雾干燥

二、设计条件：

1、生产任务：年产全脂奶粉920吨。

以年工作日310天，日工作二班，班实际喷雾时间6小时计。产品质量符合国家“全脂奶粉质量标准”。

2、进料状态：浓缩奶总固形物含量50%。

温度55℃、密度1120kg/m3、表面张力0.049N/m、黏度15cp。

成品奶粉含水量≯2.5%（一级品）、密度600 kg/m3、比热2.1kJ/kg·K。

3、新鲜空气状态：t0=25℃、ф0=60%，大气压760mmHg

4、热源：饱和水蒸气。

三、设计项目：

a) 工艺流程的确定

b) 喷雾干燥装置的计算

c) 辅助设备的选型及计算

d) 绘制工艺流程图

e) 编制设计说明书

目录

一、工艺流程确定及论证 …………………………………………………4

1.1论证 ………………………………………………………………………4

1.2喷雾干燥流程图 …………………………………………………………8

二、喷雾干燥的计算 ……………………………………………………… 8

2.1物料及热量衡算 …………………………………………………………8

2.1.1空气状态参数的确定 ……………………………………………………8

2.1.2物料衡算 …………………………………………………………………12

2.1.3热量衡算 …………………………………………………………………13

2.2离心式雾化器的计算 ………………………………………………………14

2.2.1液滴直径ζ的计算 ………………………………………………………15

2.2.2液滴离开转盘的初速度 …………………………………………………15

2.2.3液滴水平飞行距离 ………………………………………………………17

2.2.4离心喷雾器所需功率 ……………………………………………………18

2.3喷雾干燥塔主要尺寸的计算 …………………………………………… 18

2.3.1塔径D …………………………………………………………………… 18

2.3.2塔高H …………………………………………………………………… 19

三、辅助设备的选型计算 ……………………………………………………19

3.1空气过滤器的选型计算 ……………………………………………………19

3.2空气加热器的选型计算 …………………………………………………… 20

3.3粉尘回收装置的选型和计算 ……………………………………………… 22

3.4风机的选型计算 …………………………………………………………… 24

3.5其他辅助设备选用 ………………………………………………………… 25

四、设计结果总汇 ………………………………………………………………26

4.1主要工艺参数 …………………………………………………………………26

4.2干燥装置及主要辅助设计一览表 ……………………………………………27

五、设计说明 ……………………………………………………………………28

六、结束语 ………………………………………………………………………30

七、参考文献 ……………………………………………………………………32

一、工艺流程确定及论证

本工艺采用并流离心式喷雾干燥法对奶粉进行喷雾干燥。

1.1论证

乳粉是一种干燥粉末状乳制品，具有耐保藏、使用方便的特点。生产乳粉的目的在于保留牛乳营养成分的同时，除去乳中大量水分，使牛乳由含水88%的液体状态转变成含水2%的粉末状态，从而大大缩小牛乳体积，既利于包装运输，又便于保藏和使用。乳粉的主要化学成分有水分、脂肪、蛋白质、乳糖、灰分、乳酸等，因含量差异而形成各种种类的乳粉。乳粉的营养价值一般通过乳脂肪及非脂乳固体部分来体现。

1.1.1.本工艺采用喷雾干燥技术制备乳粉。

喷雾干燥，是指用单独一次工序，将溶液、乳浊液、悬浮液或含有水分的膏糊状物料变成粉状、颗粒或块状的干燥产品。其形成取决于物料的物理特性，以及喷雾干燥设备的流程和操作。

奶粉喷雾干燥的原理是将浓缩乳借用机械力量，即压力或离心的方法，通过喷雾器将乳分散为雾状的乳滴（直径为10-15um），大大增加了其表面积，同时送入热风的情况下雾滴和热风接触，浓乳中的水分便在0.01-0.04s的瞬间内蒸发完毕，雾滴被干燥成球形颗粒落入干燥室的底部，水蒸气被热风带走，从干燥室排风口排出，而且微粒表面的温度为干燥介质的湿球温度（50～60℃），若连续出料，整个干燥过程仅需10～30s，故特别适用于热敏性物料的干燥，蛋白质的变性很少，乳清蛋白依然保持良好的溶解性，酶的活性也没有丧失。具有较高的溶解度及冲调性，保持其原有的营养成分及色、香、味。

喷雾干燥的特点如下：

（1） 干燥速度快：由于料液经喷雾后雾化成几十微米大小的液滴，所以单位

重量的表面积很大，每公升料液经喷雾后表面积可达300㎡左右，因此热交换迅速，水分蒸发极快，干燥时间一般只要几秒钟，多则几十秒钟，具有瞬间干燥的特点。

（2） 干燥过程中液滴的温度比较低：喷雾干燥可以采用较高的温度的载热体，但是干燥塔内的温度一般不会很高。当液滴仍有大量水分存在时，它的温度不超过热空气的湿球温度，例如塔内热空气温度>>100℃时，物料温度约50—60℃。所以适合于热敏性物料的干燥，能够保持产品良好的色泽和香味。

（3）干燥产品具有良好的分散性和溶解性能：根据工艺上的要求，选用适当的雾化器，可将料液喷成球状液滴，由于干燥过程是在空气中完成的，所得到的粉粒能保持与液滴相近似的球状，因此具有良好的疏松性、流动性、分散性，冲调时能迅速溶解。

（4）产品纯度高，环境卫生好：由于干燥是在密闭的容器内进行的，杂质不会混入产品，保证了产品纯度。生产有毒气、臭气物料时，可采用封闭循环或“自惰”循环系统的喷雾干燥设备，将毒气、臭气烧毁，防止公害，改善环境。

（5）生产过程简化，操作控制方便：即使含水量高达90%的料液，不经浓缩，同样能一次获得均匀的干燥产品。大部分产品干燥后不需粉碎和筛选，从而简化了生产工艺流程。对于产品粒径大小、松密度、含水量等质量指标，可改变操作条件进行调整，控制管理都很方便。

（6）适宜于连续化大规模生产：干燥后的产品经连续排料，在后处理上结合冷却器和风力输送，组成连续生产作业线，实现自动化大规模生产。

其主要缺点有：

（1）当热风温度低于150 ℃时，热交换的情况较差，需要的设备体积大。在用低温操作时空气消耗量大，因而动力耗用量随之增大。

（2）为了保证乳粉水分含量的要求，必须严格控制各种产品干燥时排风的相对湿度，一般为10%~13%，故需消耗较多的空气量，从而增加了风机的容量及电耗，同时也增加了粉尘回收装置的负荷，影响了产品得率。

（3）对某些膏糊状物料，干燥时需加水稀释，这样就增加了干燥设备的负荷。

（4）由于设备体积庞大，对生产卫生要求高的产品时，设备的清扫工作量较大。

（5）设备的热效率较低，在进风温度不高时，热效率约30—40%左右。

1.1.2本工艺采用离心式喷雾干燥

喷雾干燥按照雾化方法分为压力式、离心式和气流式喷雾干燥。

离心喷雾是将浓奶送入离心盘雾化机中，由于离心盘的高速旋转，被喷成雾状，遇热空气干燥成乳粉。离心喷雾盘的线速度为100—150m/s。用离心喷雾法生产奶粉时，离心喷雾盘的线速度越高，雾滴越小。乳粉颗粒越小，同热空气接触的比表面积越大，热交换速度越快，热效率也越高，热效率也越高，但是小颗粒奶粉的冲调性能较差。

离心式喷雾干燥的操作特点有：

（1）塔内只安装一个雾化器便可完成生产任务。

（2）在一定范围内，可以调节雾滴尺寸。

（3）生产能力调节范围大。

（4）在调节处理量时，不需要改变雾化器工作状态。

（5）与压力式喷雾干燥相比，可以适应叫高粘度的料液。

压力喷雾干燥中，浓奶由高压泵打入喷嘴中，经喷嘴喷出的浓奶被雾化成雾滴，雾滴遇热空气变成乳粉。为了使浓奶在喷嘴出口处除了具有向前喷出的速度以外，还具有旋转运动，使用带斜槽的芯子同板眼搭配（称为S型），还有一种是孔板上带斜槽同板眼搭配（称为M型），两种喷头具有同样的雾化效果。

压力越高，雾化效果越好，奶粉颗料越细，干燥效率越高。但是颗粒细小的乳粉，冲调性能不好。压力式喷雾干燥对料液的要求较高，在进雾化器前必须进行过滤，以防杂质堵塞雾化器。这种结构较紧凑，生产能力大，耗能量较少，且能改变内部元件不同飞雾炬形状。主要缺点是在一定的雾化压力下喷雾量不能在线调节。

气流式喷雾干燥的操作特点是结构简单，加工方便、操作弹性大、易于调节，但用于雾化的压缩空气的动力消耗较大，约为压力式和离心式雾化器的5-8倍。

1.1.3本工艺采用并流型喷雾干燥

喷雾干燥按照喷雾和流体流动方向分为并流型、逆流型和混合型三类。

（1）逆流型操作特点是热利用率较高，但只适用于非热敏性物料的干燥，而且若空塔速度超过限度将引起颗粒的严重夹带，给回收系统增加负荷。

（2）混合型操作特点是气流与产品较充分接触，脱水效率高，但产品有时与湿的热空气流接触，故干燥不均匀，内壁局部粘粉严重。

（3） 并流型操作特点是：被干燥物料允许在低温下进行干燥。由于热风进入干燥室立即与喷雾液滴接触，室内温度急降，不会使干燥物料受热过度，因此，适宜于热敏性物料的干燥。塔壁粘粉较少。由于在干燥室内细粒干燥时间短、粗粒干燥时间长，产品具有比较均匀干燥的特点，适合于液滴高度分散均一的喷雾场合。

综上所述，本生产工艺选用并流、离心式喷雾干燥法对奶粉进行喷雾干燥处理。

1.2喷雾干燥流程图

图1 喷雾干燥流程图

二、喷雾干燥装置的计算

2.1物料及热量衡算

2.1.1空气状态参数的确定

G1 tM1=55℃

L t0фt0=25H0 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＝25℃,ф0＝60%

查得25℃饱和水蒸汽压Ps0＝23.76 mmHg (3167.89Pa)

湿度H0=0.622ф0Ps0/(P-ф0Ps0)

=0.622×0.6×23.76/(760-0.6×23.76)

=0.01189kg水/kg绝干气

热焓I0=(1.01+1.88H0) t0+2490H0

=(1.01+1.88×0.01189)×25+2490×0.01189

=55.414kJ/kg绝干气

湿比容υH0=(1/29+H/18)×22.4×(273+t0)/273

=(1/29+0.01189/18)×22.4×(273+ 25)/273

=0.8593 m3(湿空气)/kg绝干气

2.1.1.2加热后空气的状态参数

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=0.01189Kg水/Kg绝干气

热焓I1=(1.01+1.88H1)×t1+2490H1

=(1.01+1.88×0.01189)×150+2490×0.01189

=184.459KJ/Kg绝干气

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

=(1/29+0.01189/18)×22.4×(273+ 150)/273

=1.220 m3(湿空气)/kg绝干气

2.1.1.3排风状态参数确定

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，

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）234.94kg G2-----每小时奶粉产量 （见物料衡算）247.31kg 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-(247.31×2.1×70/234.94-247.31×2.1×55/234.94+251) =-53.8735 KJ/Kg水 Δ=(I2-I1)/(H2－H1)

=[(1.01+1.88H2)t2+2490H2-I1]/(H2－H1) =[(1.01+1.88H2)×80+2490H2-184.459)/(H2-0.01189) =-53.8735KJ/Kg水

解得:H2＝0.03871 Kg水/Kg绝干气 热焓I2＝(1.01+1.88 H2)t2+2490 H2 ＝(1.01+1.88×0.03871)×80+2490×0.03871 ＝183.00988 kJ/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

0.03871＝0.622×355.1ф2/(760-355.1×ф2) 解得：ф2＝12.54%﹤13%

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=10～13%。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+0.03871/18)×22.4×(273+80)/273 =1.061m3(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920吨，年工作日为310天，日工作二班，班实际喷雾时间6小时）

G2=920×1000/(310×2×6)= 247.31 kg/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) =247.31×(1-0.025)/(1-0.50) =482.25 Kg/h

W=G1-G2=482.25 -247.31=234.94 kg/h 2.1.2.3每蒸发1kg水干空气用量（绝干量计） L=1/(H2－H1)＝1/(0.03871-0.01189） =37.286 kg绝干气/kg水 每小时干空气量

L＝W/(H2－H1)＝234.94/（0.03871-0.01189）=8759.881 Kg绝干气/h 新鲜空气体积流量

V0=LυH0=8759.881×0.8593=7527.366 m3/h

热空气体积流量

V1=LυH1=8759.881×1.220=10687.055 m3/h 排气体积流量

V2=LυH2＝8759.881×1.061=9294.234 m3/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=8759.881×55.414=485420.05 kJ/h

加热器输入热量：Q2=L(I1- I0)＝8759.881×(184.459 -55.414)=1130418.84 kJ/h 浓奶带入的热量：Q3=G2CMtM1+WCl tM1＝247.31×2.1×55+234.947×4.187×55

=82669.07 KJ/h

ΣQ入=Q1+ Q2+ Q3=485420.05+1130418.84+82669.07=1698507.96 kJ/h 2.1.3.2 输出系统的热量

排气带出的热量:Q’1=LI2 =8759.881×183.00988 =1603144.77 KJ/h 产品奶粉带出的热量：Q’2＝G2CMtM2＝247.31×2.1×70=36354.57 KJ/h 干燥室热损失：Q’3= WQL＝234.94×251=58969.94 KJ/h

ΣQ出＝Q’1+ Q’2+ Q’3= 1603144.77+36354.57+58969.94=1698469.28KJ/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)/ 37.286×(183.00988-55.414)=50.66% 2.1.3.4 空气加热器蒸汽消耗量：

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=1130418.84/(2087.1×0.95)= 570.13 kg/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=482.25kg/h ρ=1120kg/m3

3

=482.25×10/1120=430.58L/h V1=

G1

1

故可选取生产能力为450L/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5.5mm，采用6个喷孔。

核算U孔

482.25103

4

0.839ms

5.5263600

U孔在0.5~1m/s间，适用选LP500 LP500参数如下： 生产能力：500L/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： 5.5mm 离心盘转速： 7350r/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液滴直径ζ的计算

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

径计算的经验公式：δ=98.5×1n R

式中：δ-----液滴直径m

n------分散盘转速7350 r/min R------分散盘半径0.14m

-----料液表面张力0.049/9.81=0.005 kgf/m -----料液密度1120kg/m3

δ=98.5×1

nR

=98.510-5m

2.2.2液滴离开转盘的初速度 2.2.2.1径向速度的计算

当离心盘为圆槽式时，液滴离开分散盘时径向速度按下式计算：

0.8ur0

r0.4

A

(1

0.35A0.950.42r

1.43

)0.4

式中：ur0-----雾滴的径向初速度(m/s) -----分散盘的角速度

2N6027350

60

769.69(rad/s) r-----分散盘半径0.14(m)

0.25

r00.35L0.250.002750.35（1.339105）

A-----常数；A0.090.093.98 4

L0.81.196100.8()()Z6

r0------通道半径0.00275(m) L------料液运动粘度

0.01521.339105(m/s) 1120

G1



482.25

1.196104(m3/s)

11203600

QL-------料液的体积流量

1

N-------分转盘转速7350(r/min)。 将以上数据代入式ur0

0.8r0.4

A

(1

0.35A0.950.42r

0.4) 1.43

769.690.80.140.40.35(1)0.422.39m/s 0.950.421.43

3.983.98769.690.14

2.2.2.2切向速度的计算

由于浅槽或叶片阻止了料液的滑动，离开分散盘边缘时的切向速度近似等于分散盘上圆周速度：ut0dN式中：d------分散盘直径0.28(m)

ut0------切向速度(m/s)。

0.287350

60

107.76m/s

2.2.2.3料液离开分散盘时的合成速度

料液离开分散盘时是径向速度与切向速度的合成速度的运动形式，因此最

后雾滴离开分散盘时的速度为：um0110.06m/s 式中：um0------料液离开分散盘时的初速度(m/s)。

2.2.3液滴水平飞行距离

液滴离开分散盘边缘沿水平方向飞出，液滴飞出的最大距离是确定干燥器直径的主要依据。分散盘产生的雾距，通常是以90%-99%液滴的降落半径作为

最大雾距。但是实际液距和理论值不能吻合，主要原因在于：

① 液滴在喷出后因水分迅速蒸发而使液滴密度减小，因此飞行距离也缩短。 ② 在干燥过程中液滴的直径收缩或因崩裂而减小。 ③ 干燥器热风的流动，液滴的飞行受到影响。 所以考虑到空气阻力的影响，计算液距有下列公式：R式中：dp-----液滴直径7.57105(m) L-----料液密度1120(kg/m3) a-----空气密度(kg/m3)

a1a2

2

1H11H210.072610.03388

vH1vH20.9336kg/m3 22

4dpL3a

ln

um0

um

a

um0-----液滴的初速度110.06m/s

um-----液滴的运动终速度(m/s)，可按液滴在干燥室内的浮翔速度考虑。

2

1dp(La)g(7.57105)2(11200.9336)9.81

um0.2038m/s 5

18aa181.837100.9336

a-----空气在平均温度下的运动粘度(m/s)

2

25℃时，干空气的黏度：a1=1.835×105Pas

干空气的运动黏度：a1a1a10.88571.83510-51.625105m2/s 80℃时，干空气的黏度：a2=2.11×105Pas

干空气的运动黏度：a2a2a20.98156a22.071105m2/s

a

a1a2

2

aa1a2

2



1.8352.11

1051.97105Pas 2

1.6252.0711051.848105m2/s

2

-----阻力系数，是Re的函数。

Re

dLum0a

a

7.57105110.060.9336395

1.9710

阻力系数

18.518.5

R0.60.6

0.512 e395

将以上数据代入公式R

4dpLum0

3ln

a

u m

得：R

47.57105112030.5120.9336ln110.06

0.2038

1.488m

2.2.4离心喷雾器所需功率

分散盘雾化料液时理论上消耗功率：N2.25GV201022g

式中：V0-----离心盘的圆周速度，即离心盘线速度104(m/s) G-----离心盘的生产能力，即(G=G1)=

482.25

3600

0.134(kg/s) 

N

2.250.1341042

10229.81

1.63KW

2.3 喷雾干燥塔主要尺寸的计算 2.3.1 塔径D

离心雾化器的干燥塔直径在一般情况下，塔径D按照下式计算：D=(2~2.8)R

式中：R-----离心雾化器喷雾距半径，即雾滴水平飞行距离1.488m。 选取：D= 2.25R=2.25×1.488=3.348 m 圆整为D=4m 验算：塔内空气平均流速U，应在0.1~0.3m/s之间。

L

vH1vH28759.881

1.2201.061

U0.2208m/s 4D236002

4

43600式中：U------空气平均流速(m/s)

L------绝干空气流量8759.881kg绝干气/h D----喷雾干燥塔内径12.5m

vH--- 平均湿比容，vH1=1.220和vH2=1.061m3(湿空气)/kg绝干气

0.1m/s

2.3.2 塔高H

H1=1.2D=1.2×4=4.8m H2=D=4m

选鼓形阀d=400mm

tan



2



D/2d/220.2

0.45 H24

因为锥形壳体的应力，随半锥角α值接近圆筒形壳体的应力值。所以在设计制造锥形容器时，α角要选择合适，不宜太大 。

H=H1+H2= 4.8+4=8.8m 有效容积V蒸发强度q核算



4

4

W234.943.89kg水/m3h V60.3D2H1

∴α=48.45°



424.8060.3m2

q经验0.03t110.0315013.5kg水/m3h

q经验q核算，由于二者近似相等，塔高选择合适。

三、辅助设备的选型计算 3.1空气过滤器的选型计算

空气过滤器一般采用油浸式的滤层，，滤层内充填细的钢丝绒，形成绒团（钢丝绒、铜丝绒、尼龙纤维、中孔泡沫塑料均可）喷以轻质定子油或真空泵油（无

味、无臭、无毒、挥发性低、化学稳定性高）制成每块50×50cm左右单体厚约5～12cm，当空气通过时，空气中杂质即被阻挡或为油膜吸附于滤层中，每隔一定时期拆下用碱水清洗，干燥后喷油重新安装，可继续使用。

过滤面积： F

LvHo

m

式中：m-------滤层过滤强度，一般为4000~8000m3/m2 h 选取m= 5000 m3/m2h

F

LvHOm



8759.8810.85932

1.505m2 圆整为1.5m

5000LvHOF



8759.8810.8593

5018.2m3/m2h

1.5

核算m

空气阻力：Hf=0.5SV1.8 式中：S-------滤层厚度，通常取10 cm

V-------过渡速度为 Hf=0.510(

m

m/s 3600

5018.21.8

)9.09mmH2O 3600

过滤时一部分孔被堵，导致Hf上升，至一定程度 （15~20mmH2O）时取下清洗。进料时无压力，不会有漏奶等情况，清洗时仅需拆下进奶管道，离心转盘，清洗容易，轻便。长期不清洗，使过滤器的阻力增大，从而使进风量减少，影响生产能力。

3.2空气加热器的选型计算

空气加热器是以紫铜管或钢管上绕以紫铜的翅片，最后经搪锡而制成具有一定加热面积的加热器，干燥设备一般由若干加热器组成。目前在乳粉生产上常用的有S型及GL型两种形式。

空气加热器是对新鲜空气进行加热的必要设备，用饱和蒸汽作为热源，在

加

热管内流动，新鲜空气在加热管外经翅片间通过，经热交换后空气的温度可达150~170℃，热空气的温度主要取决于加热面积，饱和蒸汽的压力及质量。为强化传热，可采用翅片式换热器，加大湍流程度，减少该侧热阻。

（1） 需要加热量 Q需 Q需L(I1I0)8759.881( 184.45955.414)1189914.6KJ/h 0.95

t1t0150250.862 TST017025（2）传热效率F

选定饱和蒸汽压力：8kgf/cm2 查【1】P334的TS=170℃

（3）表面风速Va的选取

由F查化工原理课程设计辅导书Va-F图得Va=2.75m/s，N=8排。

GLII型钢制空气热交换器比GLI型散热排管的传热系数高，比I型散热

排管重量轻，体积小，消耗金属少，且造价比S、UII型钢制散热排管便宜。故选用GLII型空气加热器。

（4）受风面积Fa

G' G’：校正至20℃，l atm时空气的体积流量[m3/h] Fa3600Va

LvHO273202938759.8810.8593=0.748m2 3600va36002.75 =

（5）选型：据Fa=0.706m2，8排 查[4-4]表选GLII2-15-54。

GLII2-15-54的主要参数：

散热面积F0：26.12m2 受风表面积Fa：0.828m2

通风净截面积Ff：0.438m2

总传热面积Fo=8×26.12=208.96m2

（6）核算传热量：Q供=KFO△tm

K无具体计算公式，故借用S、UII型公式。

K=19.77(Vr)0.608×10-3

Vr=L(1HO)8759.881(10.01189)5.62kg/m2s Ff36000.4383600

K=19.77×5.620.608×10-3=0.0565kw/m2k

△tm=t1t2(17025)(170150)63.10 lnt1/t2ln170150

Q供=KFo△tm=0.0565×208.96×63.10=744.97 kw

=2681905.5 kJ/h

富裕2681905.51189914.62681905.510055.63

Q供>Q需 富裕55.63%不在20~30%范围内

故在原有基础上减两组，即4排。

（7）空气阻力△P=0.0853×（Vr）1.862×4=0.0853×5.621.862×4=8.49mmH2O

3.3 粉尘回收装置的选型和计算

根据课程设计要求，离心雾化的粉尘回收选用旋风分离器。

采用旋风分离器的主要有以下几个方面：

（1）分离效率高，提高产品得率，减少损耗，增进经济效果， 同时减少公害。

（2）分离器内壁应非常光滑，减少液体阻力，粉末不致于粘壁。

（3）若是室温太低，设计的旋风分离器外壁给予保温，或外壁加蒸汽盘管。

（4）尽可能减少旋风分离器只数，因只数多，每只口风速不易分配，只要其中

一只入口风速低于规定速度，则严重影响总效率，最好是单只，阻力小，易于管理和清扫。

（5）易装卸，修理方便，密闭性能好。

（6）缷料装置简单，可用鼓形阀。

（1） 选型：采用干式法回收，选用标准型切线入口的旋风分离器、

离心式喷雾机乳粉粒度谱。

粒径μm 0~60 60~120 120~180 180~240 >240

离心式 分布百分率 2.0 31.2 24.0 18.6 24.0

压力式 分布百分率 66.4 24.6 5.4 2.2 1.5

（2）分离器尺寸及进口风速和阻力计算

进口风速ui一般可取15~25m/s，取ui=22m/s

进口截面积F=LvH2

u8759.8811.061

36000.117m2 i360022

F=DDD2

2480.117m2

∴D=0.967m 圆整为D=1.2m A=D

21.2

20.6m B=D1.2

440.3m ui=8759.8811.061

1/836001.2214.34m/s

D1=D/2=0.6m H1=2D=2.4m H2=2D=2.4m

S1=D/8=0.15m D2=D/4=0.3m

△P=2

Bui

2 标准型ζ=8

1H2ui210.03871

=8v14.342

H2

282805.262N/m2

=82.086mmH2O

（3）分离总效率

dc

= 1.74810-5

m=17.48m

取进入粉尘回收装置的量为15%

0~60um 60~120um

颗粒平均直径 30 90

质量分率 2/15=13.3% 13/15=86.7%

d/d0 2.71 8.14

η——粒级效率 0.93 1.0

分离率η=0.93×13.3%+1.0×86.7%=99.07%

分离总效率η总=0.85+η×0.15=0.85+99.07%×0.15=99.86%

损耗率：1-η总=1-99.86%=0.14%

3.4 风机的选型计算

（1）送风机：风量一般应有10~20%富裕量，取15%。

Q送=LυH0 (1+0.15)= 8759.881×0.8593×(1+0.15)

=8656.47 m3/h

Pt=(干燥室内压-大气压)+过滤器阻力降+加热器压降+热风分配器压

降+沿程与局部压降

一般要求干燥室内压为负压10~15mmH2O，取15mmH2O

过滤器阻力升至15~20mmH2O时需取下洗涤，取其阻力降为15mmH2O。 热风分配器压降计算复杂，无资料介绍，估计为30~40mmH2O，取40mmH2O。 沿程与局部阻力估为：30~40mmH2O，取40mmH2O。

Pt= -15-0+15+8.49+40+40=88.49 mmH2O

Pto=Pto1.288.4990.18mmH2O 

0.8593

据Pto=90.18mmH2O Q送=8656.47m3/h 查【1】P365表25

选送风机型号为： 离心通风机 4-72-11 8C

主要性能参数：转速1250rpm 全压：137mmH2O

流量：20800m3/h 效率：91% 所需功率：10.3KW

（2）排风机

排风机富裕量一般为15~30%，取25%。

Q排=LvH2(1+0.25)= 8759.881×1.061×1.25=11617.79 m3/h

Pt=出口动压-进口静压+旋风分离器压降+沿程、局部压降

出口动压一般取15mmH2O，进口静压取-15mmH2O。

旋风分离器压降152.49mmH2O

沿程、局部压降估为35mmH2O

Pt=15-(-15)+ 82.086+35=147.086 mmH2O

Pto=Pt 01.2147.086180.29mmH2O 

1.061

据Pto=180.29mmH2O Q排= 11617.79m3∕h 查【1】P365表25

选排风机型号为： 离心通风机 4-72-11 6C

主要性能参数：转速2240rpm 全压248mmH2O

流量： 15800m3/h 效率：91% 所需功率：14.1kw

一般为使干燥室内形成10~20mmH2O的负压，排风机的风量需比送负机的风量大20~40%。

1580011617.7926.46% 15800

由于20%26.46%40%，所以风机选择合适

3.5 其它辅助设备选用

（1）浓奶保温槽：选RP6L5型，其贮液容积为500L，加热面积2.67m2， 容积内径900mm，电机功率0.37kw，2台。

（2）集粉箱：无具体型号，设计用长1m，宽0.5m，高0.5m的箱体。

（3）旋转阀：采用普通式即可，动配合间隙小于0.05mm以保证气密性，

用型号l的旋转阀，叶轮容积1.0升，叶轮转速30rpm，所

需功率0.4kw，排料量1吨/小时。

（4）仪表盘：将就地集中测量的仪表读数全部在仪表盘上显示出，包括差

压计、温度计、电流表（送风机、排风机、雾化器的电流）。

四、设计结果总汇：

4.1 主要工艺参数

（1）产量：年产全脂奶粉920吨，每小时产量为247.31kg，产品质量符合轻工

部“全脂奶粉质量标准”。

轻工部全脂乳粉一级产品的理化指标。

化学指标：水分（不超过）2.50%，脂肪25~30%。

复原后的酸度不超过190T，铜不超过6mg/kg。

锡不超过100mg/kg，铅不超过2mg/kg。

物理指标：溶解度不低于97%，杂质度不超过16ppm。

微生物指标：杂菌数不超过50000个/g，大肠菌不检出。

（2）浓奶：总固形物含量50%，温度55℃，每小时喷雾量G1=482.25kg/h。

（3）蒸发水量：W=234.94kg/h

（4）干燥空气用量：L=37.286kg绝干气/kg水

（5）新鲜空气的状态及流量：t0=25℃ ф0＝60%

H0=0.01189kg水/kg绝干气 I0=55.414kJ/kg绝干气

υH0=0.8593m3(湿空气)/kg绝干气 V0=7527.366m3/h

（6）热空气的状态及流量：t1=150℃

H1=0.01189kg水/kg绝干气 I1=184.459KJ/Kg绝干气

υH1=1.220m3(湿空气)/kg绝干气 V1=10687.055m3/h

（7）排气的状态及流量：t2=80℃ ф2＝0.1254

H2=0.03871 Kg水/Kg绝干气 I2=183.00988kJ/kg绝干气 υH2=1.061m3(湿空气)/kg绝干气 V2=9294.234m3/h

（8）加热蒸汽的状态及流量：T3=170℃ P=8.0kgf/cm2 Dk=570.13kg/h

4.2 干燥装置及主要辅助设计一览表

五、设计说明

干燥塔设计的其他说明：

1、热风分配装置（离心式喷雾干燥热风分配盘）

热风以切线方向进入分配器，通过多孔板，在导板空气分散器作用下，热风便能均匀地、螺旋式地进入喷雾塔内，喷出来的雾距塔顶的距离靠空气分散器来调节，空气分散器挂在锥形支座中间部位比较适合。分配器风道截面随风量的减小而变小，这样可使风道中的风速和动压基本一致。为了防止粘粉的焦化，在喷雾塔顶热风引入导管处设有用冷风冷却的三角形风道。

2、干燥塔上设有人孔、振荡荡器。振荡器使喷至塔壁上的奶粉尽可能地被振荡下来，以防止焦化，但总不可避免某些奶粉粘在壁上，因此每隔一段时间就需人入内扫出，因此须设人孔。振动器安装在塔壁上及圆锥底部，各两个。

3、为使喷雾正常进行，在干燥塔上设有窥视镜及安全灯，安全灯主要起照明作用，为防止出现不测事件，其电压控制在36V。

4、塔体材料：乳粉喷雾干燥设备的内表面，凡与产品接触的部位普遍采用不锈钢材料制成，钢厚2～3mm，干燥塔边上加角钢圈，顶部用槽钢固定起来。材料可用1cr18Ni9Ti。

5、干燥室、热风分配装置、粉尘回收设备、热风管、空气加热器等应根据不同要求，必须附有一定厚度的绝热层（保温层），以减少热损失或设备停用时因乳粉吸潮而粘结。粉尘回收装置应有较高的回收率，同时应便于清洗，操作方便，干燥后的乳粉应迅速自干燥室内自动卸出，并及时进行冷却。干燥设备的设计应合理，尽量使干燥过程的排风温度不超过90℃。游离脂肪合量高的乳粉很易引起变质，不耐保藏，喷雾前对浓奶进行两段均质可使游离脂肪含量降低，出

粉后迅速冷却到20℃以下进行输粉为佳。

6、对干燥设计过程中某些问题的探讨

（1）在LP500离心喷雾机设计过程中，为达密封要求，除图示用过渡配合并拧紧螺栓外，可在螺栓与离心盘间要密封部位加上密封垫圈，这种方法更便于拆卸。另一种方法，将离心盘与喷嘴配合部位做成锥形，喷嘴装上拧紧后可自然而然达到密封要求

（2）奶粉喷雾干燥带控制点的工艺流程图中，弯管处直径一般为管径的3倍左右，以减少阻力降。

（3）旋风分离器的性能主要有三个指标，即含尘气体的处理量，压力损失以及分离效率。在选择旋风分离器形式时，要充分考虑上述因素，同时还要兼顾到布置空间要求、产品的粒度要求等，一般来说，旋风压降较大时，其分离效率也较高，但同时颗粒的磨损也会加剧。因此，对于易磨损、又有产品粒度要求时，应选择低速低压的旋风分离器。旋风分离器一般作为一级分离设备，对于回收率要求较高时，采用二级设备如袋滤器。

（4）节能将是喷雾干燥未来发展的趋势，节能的措施有以下几点：①提高进口温度和降低出口温度，但进塔热风温度不可过高，温度太高会使奶粉颜色变深，影响产品品质。②提高料液固形物含量。③提高料液的温度。④排放的气体进行部分再循环利用。⑤利用热交换器回收余热。⑥采用二级或三级干燥。

（5）空气过滤器定期清洗，长期不清洗，会使过滤器的阻力增大，从而使进风量减少，影响生产能力。另外，浸油不完全将影响过滤效果，使乳粉的杂质增加。空气过滤器也有采用泡沫塑料作为滤层的。

（6）喷雾干燥器设计时，除了考虑产品要求，如生产能力、产品残余水分、产品粒度及分布、产品密度、产品收率、吸湿性等基本要求外，还应考虑环保要求。①设备的振动。喷雾干燥系统需配备的风机等动力设备的振动对工厂环境及建筑物都会产生影响。在设计及选型时应有减振措施。②噪声。主要是风机的噪

声，噪声有时会达到100dB以上，长期在这种环境下工作身心会受到一定损伤。③排放气体的要求。主要包括两部分：一部分时有燃烧热源时产生燃烧气体的排放；另一部分是尾气的排放。

（7）旋风分离器在乳粉生产上尚存在下列弊病：①旋风分离器分离效率低，旋风分离内壁粘粉严重，即使器外采用保温措施，粘壁情况仍无改善，致使分离效果下降，同时清理困难，经受热粘壁之粉产生焦化，在生产过程中日益剥落混入产品中。②旋风分离器的锥形集粉箱内回收的乳粉，易在锥底搭桥，有时会形成坚硬的粉块，无法清除，也不能使用连续的机械出粉装置，不能使这部分较细的乳粉与干燥室内粗粉相混合。

（8）牛奶喷雾干燥也可以采用泡沫干燥的方法。泡沫干燥是将高压气体注入进料泵与雾化器之间的气液混合器中，使气体与液体充分混合并经雾化后形成泡沫。雾化后雾滴的不同部位有许多微小的气泡，这些气泡在高温下膨胀、破裂，加大了传质表面积，也提高了传质速率，节约了能源。

六、结束语

通过一个星期的努力，我完成了这份奶粉喷雾干燥设计说明书。对我而言，这确是一个很辛苦的过程。学习化工原理课程已经2个学期了，同时进行的还有化工原理的实验课。这一次的设计说明要求我们把这2学期学到的知识真正的运用到其中，是理论在实践中的一次应用。而要完成这份设计说明书，仅仅依靠书上的知识是不够的，需要我们自己动手查阅文献，找资料，通过学校图书馆的资料库，或者是老师提供的一些有用的参考书。另外，还有进行大量的计算，从各种设备的选择到设备尺寸、通风量、散热面积等等，都需要根据实际情况作出选择。在这一个星期的学习中，我们化身为工程设计师，设计一份

乃风喷雾干燥的说明书。

做设计说明书的过程中，必须要有足够的耐心和认真的态度。依照模板进行设计时，仍旧会遇见许多似懂非懂的问题。每当这个时候，就要专研于文献资料中了。幸好，学校图书馆和网络为查找资料提供了便捷。但是，虽然有网络上的资源共享，完成这份报告并不是这么容易。有许多参考资料历史比较悠久，寻找比较困难，而即使找到了一份参考资料，也必须花费不少的心思在众多的资料中找出有用的内容。每解决一个问题，是对这份设计说明书负责，是对自己负责，也是对将来可能的成为一个工程设计师负责。也许最后的成绩只是合格、良好和优秀的差别，但在设计的过程中所学学习到的知识，是态度认真与不认真两者无法相比较的。

由此我想到，有些人之所以能够获得成功，并不在于这些人有多聪明，有多优越，而在于当懒惰的人休息的时候，有些人仍在努力，付出了许多辛勤劳动。成功从来都不是一种巧合和侥幸，她是日积和月累，是长久的付出所得到的回报。不断上进，认真一致的心态必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美，那种追求的锲而不舍的过程是相同的，这就是一种优良的品质，它将指引着一个人意气风发，更好走好自己的每一步。

在今后学习和工作中，我要始终抱着一个认真的态度，戒骄戒躁，努力追求目标，不断进取。这一次的化工原理工程设计，从某种意义上说，已经不仅仅是一次对所学知识的运用过程，这次课程也使我对未来的学习和工作产生了更深层的启示和思考。

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参考文献

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【2】夏清，陈常贵主编 《化工原理(下册)》 天津大学出版社，2005

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【4】王喜忠，于才渊，周才君编著 《喷雾干燥》 化学工业出版社，2003

【5】刘广文 《喷雾干燥实用技术大全》 中国轻工业出版社，2001

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【7】郭宜祜等 《喷雾干燥》 化工出版社，1983

【8】金世林 《乳与乳制品生产》 轻工出版社，1977

【9】华东化工学院机械制图教研组 《化工制图》 高教出版社，1980

【10】郭本恒 《乳品化学》 中国轻工业出版社，2001

【11】郭本恒主编 《乳粉》 化学工业出版社，2003

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