過程裝備與控制工程畢業(yè)設計--微型噴霧干燥器及其自動控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要III</b></p><p>　　AbstractIV</p><p>　　第一部分 前 言1</p><p>　　§1.1 設計噴霧干燥設備的意義1</p><p&g

2、t;　　§1.2 設計噴霧干燥設備的目的1</p><p>　　§1.3 噴霧干燥技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢1</p><p>　　§1.4 噴霧干燥系統(tǒng)簡述2</p><p>　　1.4.1 噴霧干燥設備2</p><p>　　1.4.2 噴霧干燥控制系統(tǒng)4</p><p>　　

3、第二部分 本論8</p><p>　　§2.1設計方案論證8</p><p>　　2.1.1設計原理8</p><p>　　2.1.2 干燥方法的選取8</p><p>　　2.1.3方案的比較與選擇8</p><p>　　2.1.3選用方案的特點10</p><p>　

4、　§2.2工藝計算11</p><p>　　2.2.1 設計要求11</p><p>　　2.2.2設計已知參數(shù)11</p><p>　　2.2.3 料液物理性質(zhì)11</p><p>　　2.2.4 物料衡算12</p><p>　　2.2.5 熱量衡算13</p><p>

5、;　　2.2.6 噴嘴尺寸的設計 21</p><p>　　2.2.7 噴霧干燥塔的直徑和高度計算25</p><p>　　2.2.8 設備主要接管尺寸的計算26</p><p>　　2.2.9 空氣在塔中的運動參數(shù)計算 27</p><p>　　2.2.10主要設計數(shù)據(jù): 28</p><p>　

6、　§ 2.3結構設計計算29</p><p>　　2.3.1 旋風分離器的設計計算29</p><p>　　2.3.2 電加熱器的設計計算32</p><p>　　2.3.3 風機的選用33</p><p>　　2.3.4 泵的型號選擇與計算34</p><p>　　2.3.5 筒體的設計計算35

7、</p><p>　　2.3.6 法蘭的選擇37</p><p>　　2.3.7 鋼架的設計38</p><p>　　§2.4 控制系統(tǒng)的設計39</p><p>　　2.4.1系統(tǒng)的控制方案39</p><p>　　2.4.2 儀表設備選型42</p><p>　　

8、67;2.5可編程控制器軟件設計44</p><p>　　2.5.1 控制要求44</p><p>　　2.5.2 PLC可編程序控制器45</p><p>　　2.5.3 輸入輸出設備與PLC的接線圖52</p><p>　　第三部分 結論53</p><p><b>　　文獻資料54&

9、lt;/b></p><p><b>　　致 謝55</b></p><p>　　蒸發(fā)量5000ml/h的微型噴霧干燥器及其自動控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本課題主要設計的是5000ml/h蒸發(fā)量的噴霧干燥器自動控制系統(tǒng)設計.設計中主要包括了

10、噴霧干燥的工藝計算、輔助設備的設計與計算和自動控制設計等幾個方面；其中工藝計算和自動控制系統(tǒng)的設計將是本噴霧干燥設計的核心內(nèi)容。</p><p>　　在本設計方案中采用PLC控制技術對上述參數(shù)進行自動控制，一鍵式開機，液晶屏顯示數(shù)字式操作，可采用完全自動或人工監(jiān)控兩種運行模式，方便操作和實驗過程的監(jiān)控。整機體積小，重量輕，設計緊湊，可安放在專門設計的不銹鋼機架上，自成一體，無需其他設施即可運行。</p>

11、;<p>　　關鍵詞：噴霧干燥器，PLC自動控制技術</p><p>　　Evaporation of water 5000 mL / h micro-spray dryer and its automatic control system design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　T

12、he problem mainly researches the auto-control system design of the spraying desiccators which has 5000 mL/h evaporation capacities. During the whole process, it mainly includes handicraft calculate, assist equipment’s de

13、sign, and the auto-control design, etc. it is meaningful that the design of the handicraft calculate and auto control system will be the core content of designing this spraying desiccators. </p><p>　　In the

14、design, it’s available that using PLC to control design for the spray drying control system. One-button start-up, liquid crystal display screen digital operation, It can finish adopt full-automatic or the artificial supe

15、rvise and control two kinds of movement modes. The entire machinery of the small size, and light weight, compact design, can be placed in a specially designed stainless steel rack, stand-alone, without other facilities t

16、o run.</p><p>　　Key words: spraying drying PLC auto-control</p><p>　　第一部分 前 言</p><p>　　§1.1 設計噴霧干燥設備的意義</p><p>　　噴霧干燥控制技術仍然是一種較新的干燥技術，需要進一步發(fā)展和完善。本設計是為了達到和實

17、現(xiàn)各種最優(yōu)的技術經(jīng)濟指標，提高技術經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)率，節(jié)約生產(chǎn)過程中消耗的能源，改善工人的勞動條件，保護生產(chǎn)環(huán)境等目的。因此擬開發(fā)微型噴霧干燥裝置就顯得比較重要。</p><p>　　§1.2 設計噴霧干燥設備的目的</p><p>　　本設計的目的在于在研究和設計噴霧干燥設備及其控制的基礎上，通過對噴霧干燥過程機理的掌握和對可編程序控制器的設計和研究，使我們在掌握機械設計及其

18、基本理論方法、化學工程和控制工程等方面的基礎知識，具備過程裝備成套技術基本知識和技能的基礎上，完成本次綜合多學科知識的畢業(yè)設計，達到具有研究、開發(fā)成型過程設備及機械的初步能力。</p><p>　　§1.3 噴霧干燥技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢</p><p>　　隨著計算機技術的發(fā)展,如何模擬干燥塔內(nèi)氣流與霧滴的行為已成為一個課題。這也是一個熱力學問題,即用有限的測試數(shù)據(jù)來模擬并預測

19、塔內(nèi)氣流流動情況、霧滴的運行軌跡以及霧滴與氣流的混合行為。近年來,計算流體力學的引入使得設想逐漸成為現(xiàn)實。噴霧干燥塔內(nèi)氣流流動的精確模擬是霧滴與氣流混合行為模型化的關鍵步驟。Burn’s等用標準有限差分(有限體積)技術,在無噴霧條件下,得到塔內(nèi)各體積微元的質(zhì)量、動量和能量的非連續(xù)偏微分方程用迭代方法依次數(shù)值解這些方程,在計算機上繪出塔內(nèi)計算流體力學流動三維碼模擬柵格。將來,對于噴霧干燥塔內(nèi)霧滴與氣流的混合行為的模擬,必將成為噴霧干燥塔設

20、計與優(yōu)化的有效工具。</p><p>　　噴霧干燥的能耗,歷來為人們所關注,如何降低能耗一直是伴隨著噴霧干燥的發(fā)展而存在的一個問題。作為典型的熱風對流式傳熱干燥—噴霧干燥與一些傳導傳熱型干燥相比,熱效率很低。因此應當盡可能降低熱風對流傳熱的比例。提高料液的固含量以降低蒸發(fā)負荷位是另一個有效的節(jié)能途徑。但是,固含量提高,料液粘度也增加,給霧化帶來了不便,所以高粘度料液的霧化是近年來的一個研究課題。對于牛頓型流體,當

21、粘度大于10--20 Pa·s時,霧化很困難;而對于某些非牛頓型流體,由于其流變學特性,盡管表觀粘度很大,但是經(jīng)霧化器噴霧后,其表觀粘度大大降低,如洗滌劑等。因此可以利用這一特性。</p><p>　　噴霧技術除了應用于干燥過程外,還應用于反應、吸收、熱分解和造粒等領域。20世紀80年代以來,利用噴霧干燥技術進行反應、吸收最成功的實例就是噴霧脫硫技術的應用。它將煤燃燒后產(chǎn)生的含二氧化硫氣體與含強堿的泥漿

22、霧滴接觸,進行反應、吸收以達到脫硫的目的。噴霧流化造粒技術的發(fā)展,滿足了人們對干燥產(chǎn)品質(zhì)量,例如大顆粒、無灰塵、溶解性和流動性好等不斷提高的要求。</p><p>　　噴霧干燥技術,已經(jīng)歷了100多年的發(fā)展,并進行了大量的基礎研究,至今已經(jīng)基本成熟,其應用領域十分廣泛.但理論仍然落后于實踐,人們的認識與其內(nèi)在實質(zhì)仍有距離.在進行噴霧干燥模擬時,對于霧滴的旋轉(zhuǎn)運動、非球形顆粒及干燥過程中顆粒形狀變化時的模擬精度還有

23、待于提高。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，噴霧干燥的應用將越來越廣泛。噴霧干燥機械一般成本較高。如果能在計算機上把噴霧干燥的過程模擬出來，直觀地反映參數(shù)的變化對噴霧效果的影響，將極大地方便噴霧干燥技術的推廣。</p><p>　　§1.4 噴霧干燥系統(tǒng)簡述</p><p>　　1.4.1 噴霧干燥設備</p><p>　　將料液泵入干燥塔內(nèi)，經(jīng)霧化器的作用變成霧狀液滴，

24、這些液滴群的表面積很大，與高溫熱風接觸后水分迅速蒸發(fā)，在極短的時間內(nèi)便成為干燥制品，從塔底部排出。熱風與液滴接觸后溫度顯著降低，濕度增大，作為廢氣（濕氣）由排風機抽出，廢氣中夾帶的微粉經(jīng)分離裝置回收。</p><p>　　噴霧干燥的過程 ，像通常的干燥一樣，也主要出現(xiàn)兩個階段。</p><p><b>　　預熱階段</b></p><p>　　

25、預熱階段干燥介質(zhì)傳給微粒的熱量與用于微粒表面的水分汽化所需的熱量達到平衡時為止，干燥速度便迅速地增大至某一個最大值，即進入下一個階段。</p><p><b>　　恒速干燥階段</b></p><p>　　當水分蒸發(fā)速度大于乳滴內(nèi)部水分的擴散速度時，則水蒸汽在微粒內(nèi)部形成，乳中的結合水部分地被除掉。此階段的干燥時間較恒速干燥階段長，一般為15～30 s。</p&

26、gt;<p><b>　　噴霧干燥的分類</b></p><p>　　1、按噴霧液滴和熱風流動方向分：</p><p>　?。?）并流型——液滴和熱風呈同一方向流動。</p><p>　?。?）逆流型——液滴和熱風呈反方向流動。</p><p>　　（3）混流型——液滴和熱風呈不規(guī)則混合流動。</p&

27、gt;<p>　　2、按干燥容器的形狀分臥式（廂式）和立式（塔式）兩種?，F(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)宜選用立式，臥式僅用于中小規(guī)模生產(chǎn)，且受建筑高度限制的場合。</p><p>　　3、按霧化方法分有離心式、壓力式和氣流式三種。乳制品常用離心式和壓力式兩種。</p><p>　　4、按干燥制品的出料方法分有連續(xù)式和間歇式（分批式）兩種。</p><p><b

28、>　　噴霧干燥系統(tǒng)組成</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┕┝舷到y(tǒng)</b></p><p>　　供料系統(tǒng)是將料液順利輸送到霧化器中，并能保證其正常霧化，根據(jù)所采用霧化器形式和物料性質(zhì)不同，供料的方式也不同。</p><p><b>　?。ǘ┕嵯到y(tǒng)</b></p><p>

29、;　　供熱系統(tǒng)是給干燥提供足夠的熱量，以空氣為載熱體輸送到干燥器內(nèi)，供熱系統(tǒng)形式的選定也與多方面因素有關，其中最主要因素還是料液的性質(zhì)和產(chǎn)品的需要，供熱設備主要有直接供熱和間接換熱兩種形式。</p><p><b>　?。ㄈ╈F化系統(tǒng)</b></p><p>　　霧化系統(tǒng)是整個干燥系統(tǒng)的核心，霧化系統(tǒng)中的霧化器是干燥專家們從理論到結構研究最多的內(nèi)容，目前常用的主要有三

30、種基本形式：離心式、壓力式、氣流式。</p><p><b>　?。ㄋ模└稍锵到y(tǒng)</b></p><p>　　干燥系統(tǒng)是各種不同形式的干燥器，干燥器的形式在一定程度上取決于霧化器的形式，也是噴霧干燥設計中的主要內(nèi)容。</p><p><b>　?。ㄎ澹夤谭蛛x系統(tǒng)</b></p><p>　　霧滴被

31、干燥除去水分后形成了粉粒狀產(chǎn)品，有一部分在干燥塔底部與氣體分離排出干燥器，另有一部分隨尾氣進入氣固分離系統(tǒng)需要進一步分離，氣固分離主要有干式分離和濕式分離兩類。</p><p>　　1.4.2 噴霧干燥控制系統(tǒng)</p><p>　　在過程自動化控制發(fā)展初期，有兩個基本選擇：其中一個是可編程邏輯控制器（PLCs）。</p><p>　　1 可編程邏輯控制器　　可編程

32、邏輯控制器（或稱為PLCs）是一種小型而運行速度很快的計算機，用于控制諸如過程系統(tǒng)中的設備等單個或多個實際應用的工藝流程。</p><p>　　可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機技術結合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程、使用方便等特點。</p><p>　　繼電器：由開關、繼電器、接觸器等組成，靠硬接線實現(xiàn)邏輯運算，有觸點，并行

33、方式，易出現(xiàn)故障，排除難，不易系統(tǒng)更新?lián)Q代。 </p><p>　　PLC：CPU、存儲器等微機系統(tǒng)，程序控制方式，無觸點，串行方式，成品組裝，可靠性極強，安裝、使用、維護、維修方便，易系統(tǒng)更新?lián)Q代。</p><p>　　單片機：硬件需人工設計、焊接，需較強的電子技術技能，抗干擾能力差，程序控制方式，無觸點，維護、使用需較強的專業(yè)知識，程序設計較難，系統(tǒng)更新?lián)Q代周期長。</p>

34、<p>　　2 PLC基本組成：（結合西門子S7-300各模塊介紹）</p><p>　　·中央處理器（CPU） ·存儲器 ·輸入輸出(I/O)接口 ·電源 ·編程器</p><p>　　圖1.1 PLC硬件組成框圖</p><p>　?。?）中央處理器（CPU）F0 MV，DT0</

35、p><p>　?、俳邮詹⒋鎯Τ绦颉?shù)據(jù) ②診斷電源、內(nèi)部電路故障、語法錯誤③通過I/O 接口接收現(xiàn)場狀態(tài)、數(shù)據(jù) ④執(zhí)行程序，實現(xiàn)輸出控制、制表打印、數(shù)據(jù)通信。 </p><p><b>　?。?）存儲器</b></p><p>　　系統(tǒng)程序存放只讀存儲器中，廠家固化。用戶程序存放RAM，但目前常采用E2PRAM。提供存儲器擴展功能

36、。</p><p>　?。?）輸入輸出(I/O)接口</p><p>　　輸入接口：光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。 發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產(chǎn)生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號。 光電三級管：在光信號的照射下導通，導通程度與光信號的強弱有關。在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號與輸入信號有線性關系。 輸入接口電路工作過程：當開關合上，二極

37、管發(fā)光，然后三極管在光的照射下導通，向內(nèi)部電路輸入信號。當開關斷開，二極管不發(fā)光，三極管不導通。</p><p>　　輸出接口 PLC的繼電器輸出接口電路工作過程：當內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負載導通的電流和電壓。當內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負載的電流或電壓。</p><p>

38、;　　圖1.3 編程器繼電器輸出電路構成</p><p><b>　　編程器</b></p><p>　　·作用：輸入、調(diào)試程序，在線監(jiān)控</p><p>　　·種類：手持編程器、計算機輔助編程。</p><p>　　3 PLC工作原理</p><p><b>　

39、　工作方式</b></p><p>　　循環(huán)掃描為主，中斷為輔</p><p><b>　　工作過程</b></p><p>　　圖1.4 可編程控制器運行框圖</p><p>　　圖1.5 簡單控制系統(tǒng)方框圖</p><p><b>　　4 傳感器</b>&

40、lt;/p><p>　　傳感器——能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。</p><p>　　傳感器主要是應用在自動測試與自動控制領域上，可以將測量溫度、壓力、流量、位置、氣體濃度、速度、光亮度、干濕度、距離等轉(zhuǎn)化，然后通過點電的方式進行測量和控制。</p><p>　　總的來說，傳感器是由敏感元件、傳感元件和

41、其他輔助部件組成，如下圖。</p><p>　　圖1.6 傳感器的組成框圖</p><p><b>　　第二部分 本論</b></p><p>　　§2.1設計方案論證</p><p><b>　　2.1.1設計原理</b></p><p>　　噴霧干燥是流化技術

42、用于液態(tài)物料干燥的一種較好的方法。其基本原理：是利用霧化器將一定濃度的液態(tài)物料,噴射成霧狀液滴 ,落于一定流速的熱氣流中,使之迅速干燥,獲得粉狀或顆粒狀制品。其特點是 :瞬間干燥,特別適用于熱敏性物料；產(chǎn)品質(zhì)量好 ,保持原來的色香味,且易溶解；可根據(jù)需要調(diào)節(jié)和控制產(chǎn)品的粗細度和含水量等質(zhì)量指標；制劑體積?。挥欣谥苿┬l(wèi)生。</p><p>　　通過了解霧化機理，從而設計干燥塔的主體設備，其中包括計算干燥塔的熱效率

43、，霧滴干燥時間，噴嘴尺寸，噴霧干燥塔的直徑和高度等。然后根據(jù)干燥塔的主體設備選擇輔助設備：空氣電加熱器、旋風分離器、風機、進料液的輸送泵，還應設計計算筒體，其中也包括各種繼電器的選型，PLC控制程序的編寫等。最后，將要對整個的噴霧干燥系統(tǒng)進行控制設計。</p><p>　　噴霧干燥簡單工藝流程為 :物料—→提取—→濃縮—→噴霧—→收集產(chǎn)品。</p><p>　　2.1.2 干燥方法的選取&

44、lt;/p><p>　　干燥方法有：機械除濕法、化學除濕法和加熱（或冷凍）除濕干燥法。</p><p>　?。?）機械除濕法 用壓榨、過濾、離心分離等機械方法除去物料中的濕分。這種方法除濕快而費用低，但除濕程度不高。</p><p>　?。?）化學除濕法 利用吸濕劑（如濃硫酸、無水氯化鈣、分子篩等）除去氣體、液體和固體物料中少量濕分。這種方法除濕有限而費用高。<

45、;/p><p>　?。?）加熱（或冷凍）干燥法 借助于熱能使物料中濕分蒸發(fā)而得到干燥，或用冷凍法使物料中的水結冰后升華而被干燥。這種方法在生產(chǎn)中常用。</p><p>　　本設計中選用加熱干燥法。</p><p>　　2.1.3方案的比較與選擇</p><p>　　首先，干燥介質(zhì)的選擇。干燥介質(zhì)為物料升溫和濕份蒸發(fā)提供熱量，并帶走蒸發(fā)的濕份。干

46、燥介質(zhì)通常有空氣，煙道氣、過熱蒸汽、惰性氣體等。以空氣作為干燥介質(zhì)是目前應用最為普遍的方法，因為對干燥器的使用而言，它最為簡單和便利。</p><p>　　在本設計中采用空氣作為干燥介質(zhì)。</p><p>　　其次，霧化器的選擇：霧化器是噴霧干燥裝置的關鍵部件。主要的霧化器有三種：壓力式，離心式，氣流式。</p><p>　?。?）壓力式霧化器</p>

47、;<p>　　也稱壓力噴嘴，主要由液體切向入口，液體旋轉(zhuǎn)室，噴嘴孔組成。根據(jù)旋轉(zhuǎn)動量矩守恒定律，旋轉(zhuǎn)速度與旋轉(zhuǎn)半徑成反比，越靠近軸心，旋轉(zhuǎn)速度越大，其靜壓力越小，結果在噴嘴中央形成一股壓力等于大氣壓的空氣旋流。而液體則形成繞空氣心旋轉(zhuǎn)的環(huán)形薄膜，液體靜壓在噴嘴孔處轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚯斑\動的旋轉(zhuǎn)的液體動能，從噴嘴噴出。因此，壓力式霧化器是本次設計所選。</p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)式霧化器</p&g

48、t;<p>　　當料液被送到高速轉(zhuǎn)盤上時，由于離心力作用，料液在旋轉(zhuǎn)面上伸展為薄膜，并以不斷增長的速度向盤的邊緣運動。離開邊緣時，被分散為霧滴，在盤旋轉(zhuǎn)時，也帶動周圍空氣循環(huán)。當盤圓周速度小于50米/秒時，霧滴很不均勻。</p><p>　?。?）氣流式霧化器 </p><p>　　氣流式霧化器也稱氣流式噴嘴，現(xiàn)以二流體噴嘴為例說明操作原理，當氣液二相在端面接觸時，由

49、于環(huán)隙噴出的氣體速度很高（200-340米/秒）在兩流體之間存在很大的相對速度（液體速度不超過2米/秒 ），產(chǎn)生很大的摩擦力，把料液霧化。</p><p>　　本設計的霧化器選擇壓力式霧化器。</p><p>　　再次，噴霧干燥內(nèi)部的流型和噴嘴等的選擇。按生產(chǎn)流程分類，噴霧干燥的流程有開放式、封閉式、自惰循環(huán)式、半封循環(huán)式4種。</p><p>　　1、開放循環(huán)式噴

50、霧干燥系統(tǒng)的特點是：載熱體在這個系統(tǒng)中只使用一次就排入大氣中，不再循環(huán)使用。</p><p>　　2、封閉循環(huán)式循環(huán)噴霧干燥系統(tǒng)的特點是載熱體在這個系統(tǒng)中組成一個封閉的循環(huán)回路，有利于節(jié)約載熱體、回收有機溶劑、防止毒性物質(zhì)污染大氣。</p><p>　　3、自惰循環(huán)式噴霧干燥系統(tǒng)。所謂自惰，就是指在系統(tǒng)中有一個自制惰性氣體裝置。在這個裝置內(nèi)，引入氣體燃料，可燃氣體燃燒，還可將空氣中的氧氣燒

51、去，剩下氮和二氧化碳氣體作為干燥介質(zhì)。</p><p>　　4、半封閉循環(huán)式噴霧干燥系統(tǒng)的特點是介于開放式和封閉循環(huán)式之間。一般用于以水作為懸浮介質(zhì)的物料。</p><p>　　本設計選擇開放循環(huán)式噴霧干燥系統(tǒng)。</p><p>　　最后，計算和控制方案的選擇。計算塔高塔徑和踏的容積時有兩種計算方法：一是干燥強度法，另一種是圖解積分法。</p><

52、;p>　　本設計在的相關計算采用干燥強度法進行計算。</p><p>　　自動控制方面，可以采用傳統(tǒng)的繼電器控制，可編程序控制和PLC控制。</p><p>　　PLC 的關鍵技術在于其內(nèi)部固化了一個能解釋梯形圖語言的程序及輔助通訊程序,梯形圖語言的解釋程序的效率決定了PLC 的性能,通訊程序決定了PLC 與外界交換信息的難易。對于簡單的應用,通常以獨立

53、控制器的方式運作,不需與外界交換信息,只需內(nèi)部固化有能解釋梯形圖語言的程序即可。 </p><p>　　PLC控制具有以下主要特點：</p><p>　?。?）可靠性高、抗干擾的主要措施之一。輸入輸出接口電路采用光電耦合器 來傳遞信號。使外部電路和內(nèi)部電路之間避免電的聯(lián)系。</p><p><b>　?。?）濾波。</b></p>

54、<p>　　2．編程簡單、使用方便、控制程序可變。</p><p>　　3．功能完善、擴充方便、組合靈活、實用性強。</p><p>　　4．體積小、重量輕、功耗低。</p><p>　　本設計的控制系統(tǒng)采用可編程序控制器和PLC控制技術。</p><p>　　根據(jù)以上的敘述，在本設計中采用空氣作為干燥介質(zhì)，霧化器為壓力式霧化器

55、，并流型噴霧干燥，計算采用干燥強度法進行計算，控制系統(tǒng)采用可編程序控制器和PLC控制技術。</p><p>　　2.1.3選用方案的特點</p><p>　　在干燥裝置的工藝設計中，一般要遵循下列原則：</p><p>　　1．滿足工藝要求 所確定的工藝流程和設備，必須保證產(chǎn)品的質(zhì)量能達到規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定。這就要求各種物料的流量穩(wěn)定。同時設計方案要有一定

56、的適應性，因此，應考慮在適當?shù)奈恢冒惭b測量儀器和控制調(diào)節(jié)裝備等。</p><p>　　2．經(jīng)濟上要合理 要節(jié)省熱能和電能，盡量降低生產(chǎn)過程中各種物料的損耗，減少設備費和操作費，是費用盡量降低。</p><p>　　3．保證安全生產(chǎn)，注意改善勞動條件。</p><p>　　綜上所述，本方案具有以下特點：</p><p>　　1.干燥溫度控制采

57、用實時調(diào)控PIC恒溫控制技術，是全溫區(qū)控溫準確。</p><p>　　2．進料量可通過進料泵的調(diào)節(jié)，最小物料量可達50ML</p><p>　　3. 整機體積小，重量輕，噪音極低,結構緊湊，可安放在專門設計的不銹鋼機架上，自成一體。</p><p>　　4．人性化的操作面板，自動操作與手動操作雙重模式，切換方便，實驗過程隨心掌握，各項參數(shù)均有液晶顯示。</p&

58、gt;<p>　　8．整個微型干燥各元件易拆卸。采用快開結構或法蘭連接。</p><p><b>　　§2.2工藝計算</b></p><p>　　2.2.1 設計要求</p><p>　　進風溫度控制：50～350℃</p><p>　　出風溫度控制：30～140℃</p><

59、;p>　　料液蒸發(fā)量: 5000 mL/H </p><p>　　2.2.2設計已知參數(shù)</p><p>　　物料名稱: 乳粉</p><p>　　料液初始含水率: 70～80％</p><p>　　取料液初始含水率為w1: 80％</p><p&g

60、t;　　干燥產(chǎn)品含水率: 1～2％</p><p>　　取干燥產(chǎn)品含水率為w2: 2％</p><p>　　熱風入口溫度t1: 240℃</p><p>　　廢氣出口溫度t2: 100℃</p><p>　　2.2.3 料液物理性質(zhì)</p><

61、p><b>　　1. 密度</b></p><p>　　查文獻[3]第51頁表1-5-4得</p><p>　　取平均值: (2-2-1)</p><p>　　所以料液密度: (2-2-2)</p><p><b>　　2. 黏度</b></

62、p><p>　　查文獻[3]第52頁表1-5-6得</p><p><b>　　在20℃下 </b></p><p><b>　　3. 表面張力</b></p><p>　　查文獻[3]第53頁表1-5-8得</p><p>　　在20℃下 表面張力為:

63、</p><p>　　4. 干燥后物料的質(zhì)量比容</p><p>　　查文獻[3]第54頁表1-5-9得</p><p><b>　　比熱容為: </b></p><p>　　2.2.4 物料衡算</p><p>　　1. 每小時料液處理量 </p><p>　　已

64、知: 取料液初始含水率為: 80％</p><p>　　取干燥產(chǎn)品含水率為: 2％</p><p>　　常溫下水的密度： </p><p><b>　　體積流量：</b></p><p><b>　　(2-2-3)</b></p><p><b

65、>　　蒸發(fā)水質(zhì)量流量:</b></p><p>　　(2-2-4) </p><p>　　查文獻[5]第211頁(13-18)式</p><p><b>　　(2-2-5)</b></p><p>　　式中——濕物料中絕對干物料的質(zhì)量，Kg/h</p><p>　　

66、——進入干燥器的濕物料質(zhì)量，Kg/h</p><p>　　——離開干燥器的物料質(zhì)量，Kg/h</p><p>　　——干燥前物料中的含水率，濕基；</p><p>　　——干燥后物料中的含水率，濕基。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入（2-2-5）式得: .....</p><p>　　查文獻[5]第211頁(

67、13-17)式: </p><p>　　得 (2-2-6）</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入（2-2-6）式得: ......</p><p><b>　　由、式得</b></p><p>　　2.2.5 熱量衡算</p>&l

68、t;p>　　1. 加熱前空氣參數(shù)的計算:</p><p>　　取:空氣的初溫度為 =20℃</p><p>　　相對濕度為: =70％</p><p>　　查文獻[4]第330頁附表7得</p><p>　　初始飽和水蒸汽壓 =17.54mmHg</p><p>　　查文獻[5]第202頁(13-2a)式得:

69、</p><p><b>　　(2-2-7)</b></p><p>　　Pw0 = 12.278mmHg</p><p><b>　　由于是水—空氣系統(tǒng)</b></p><p>　　查文獻[5]第202頁(13-1a)式得 濕含量:</p><p><b>

70、;　　(2-2-8)</b></p><p>　　式中：——濕空氣的濕含量，Kg/Kg</p><p>　　——空氣中水汽初始分壓，mmHg</p><p>　　——濕空氣的總壓，mmHg</p><p>　　=0.0102Kg/Kg H0 = 0.0102 Kg/Kg</p>&l

71、t;p>　　查文獻[5]第203頁(13-5c)式得 濕空氣的焓:</p><p><b>　　(2-2-9)</b></p><p>　　——濕空氣的焓，KJ/kg</p><p>　　——濕空氣的濕含量，Kg/Kg</p><p>　　——濕空氣的初始溫度，℃ </p><p>

72、　　= (1.01+1.88×0.0102)×20+2492×0.0102</p><p>　　=46.002KJ/kg I0 = 46.002KJ/kg</p><p>　　查文獻[5]第203頁(13-6a)式得 濕空氣的比容</p><p>　　式中——濕空氣的比容</p&

73、gt;<p>　　=0.8432m³/kg VH0 = 0.8432m³/kg</p><p>　　2. 各加熱后熱風參數(shù)的計算:</p><p>　　已知: 熱風 =240℃</p><p>　　加熱前后空氣濕含不變:</p><p>　　=0.0102kg/kg

74、</p><p>　　同理: 濕空氣的焓為</p><p><b>　　(2-2-10)</b></p><p>　　=(1.01+1.88×0.0102)×240+2492×0.0102</p><p>　　=272.4206kJ/kg I1 = 2

75、72.4206kJ/kg</p><p><b>　　濕空氣的比容: </b></p><p><b>　?。?-2-11）</b></p><p>　　=1.4012m³/kg VH0 = 1.4012m³/kg</p><p&

76、gt;　　3. 排出空氣的參數(shù):</p><p>　　查文獻[3]第51頁表1-5-4得:</p><p>　　料液密度: =1125.2Kg/m³</p><p>　　料液初溫: =20℃</p><p>　　平均比熱: =4.088KJ/Kg·K Cm = 4.088KJ/Kg·K&l

77、t;/p><p>　　干燥產(chǎn)品的出口溫度: 90℃</p><p>　　查文獻[5]第213頁(13-23b)得: 用于加熱物料的熱量消耗</p><p><b>　　(2-2-12)</b></p><p>　　式中：——干燥所需的全部熱量，KJ/kg</p><p>　　——干燥后物料的質(zhì)量熱

78、熔，KJ/(kg?K)</p><p>　　, ——進，出口干燥器的物料溫度，℃</p><p>　　=73.3714KJ/kg Qm = 73.3714KJ/kg</p><p>　　由于干塔外無保溫層:</p><p>　　查文獻[14]第625頁,</p><p>　　令散熱損失

79、為: =300kJ/kg Q1 = 300kJ/kg</p><p>　　查文獻[14]第217頁(13-27式),得:</p><p>　　總熱消耗: (2-2-13)</p><p>　　=-289.6314</p><p><b>　　其中令&l

80、t;/b></p><p>　　查文獻[5]第213頁 例13-6得:</p><p><b>　　濕空氣的質(zhì)量比熱:</b></p><p><b>　　(2-2-14)</b></p><p>　　=1.01+1.88×0.0102</p><p>　　=

81、1.029kJ/kg·K CH1 = 1.029kJ/kg·K</p><p>　　查文獻[5]第215頁(13-28a)得:</p><p><b>　　(2-2-15)</b></p><p>　　式中：，——熱風的進，出口處的溫度，℃</p><p>　　，——濕

82、空氣的初，末濕含量, kg/kg</p><p>　　——空氣的質(zhì)量比熱，kJ/kg·K</p><p>　　——總熱消耗量，kJ/kg</p><p><b>　　(2-2-16)</b></p><p>　　=0.06198kg/kg H2 = 0.06198kg/k

83、g</p><p><b>　　空氣的焓：</b></p><p><b>　?。?-2-17）</b></p><p>　　= (1.01+1.88×0.06196) ×100+2492×0.06196</p><p>　　=267.892kJ/kg

84、 I2 = 267.892kJ/kg</p><p><b>　　濕空氣比容: </b></p><p><b>　　（2-2-18）</b></p><p>　　=1.1068m³/kg VH2 = 1.1068m

85、79;/kg</p><p>　　4. 各階段氣流量的計算:</p><p>　　查文獻[5] 第211頁(13-20a)式</p><p><b>　　干空氣質(zhì)量流量:</b></p><p><b>　　(2-2-19)</b></p><p>　　=96.5623kJ/

86、h L = 96.5623kJ/h</p><p><b>　　新鮮空氣量:</b></p><p><b>　　(2-2-20)</b></p><p>　　=96.5623×0.8423</p><p>　　=81.3344m³/h

87、 V0 = 81.3344m³/h</p><p><b>　　熱空氣量:</b></p><p><b>　　(2-2-21)</b></p><p>　　= 96.5623×1.4012</p><p>　　=135.3031m³

88、;/h V1 = 135.3031m³/h</p><p><b>　　廢空氣量:</b></p><p><b>　　(2-2-22)</b></p><p>　　= 96.5623×1.1067</p><p>　　=106.8655m&#

89、179;/h V2 = 106.8655m³/h</p><p><b>　　5. 加熱功率:</b></p><p>　　將濕空氣由20℃加熱到240℃所需要的熱量,已知電阻絲效率在93%--95%之間,故取為95%進行計算;</p><p>　　查文獻[9] 第374頁:</p>

90、<p><b>　?。?-2-23）</b></p><p>　　式中：Q——加熱需要的熱量，kw</p><p>　　——干空氣質(zhì)量流量，kJ/h</p><p>　　——濕空氣的初始含量，kg/kg</p><p>　　——濕空氣的定壓比熱，KJ/Kg·K</p><p>

91、　　，——空氣的進，出口溫度，℃</p><p><b>　　——電阻絲效率。</b></p><p>　　=6.40005kw Q = 6.4005kw</p><p>　　6. 干燥塔熱效率的計算:</p><p>　　查文獻[6] 第29頁 (2

92、-19)式:</p><p>　　總效率 (2-2-24)</p><p>　　式中: 為進入前的大氣溫度;</p><p><b>　　為空氣進入溫度;</b></p><p>　　為排出干燥塔的溫度 </p><p><b&

93、gt;　　總效率 </b></p><p>　　=63.64% η = 63.64％</p><p>　　7． 霧滴干燥時間的計算：</p><p>　?、?汽化潛熱的確定</p><p>　　根據(jù) 空氣入塔狀態(tài)下的濕球溫度℃,</p><p>　　查文獻[2

94、] 第16-382頁 表1得 該溫度下水的汽化潛熱為</p><p><b>　?、?熱導率的確定</b></p><p>　　平均氣膜溫度為72.5℃</p><p>　　查文獻[4] 第330頁 表6得 該溫度下空氣的熱導率</p><p><b>　　70℃時 </b></p>

95、;<p><b>　　80℃時 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p>　?、?霧滴臨界直徑的計算</p><p>　　根據(jù)查文獻[3]第237頁可知在10--100之間</p><p><b>　　故霧滴臨界直徑</b>

96、</p><p><b>　　=60μm</b></p><p><b>　?、艹跏嫉螐?</b></p><p>　　已知 =80/20=4(kg/kg)</p><p>　　=2/98=0.0204(kg/kg)</p><p>　　（2-2-25） </p

97、><p>　　式中：——產(chǎn)品的顆粒直徑，m</p><p>　　——干燥產(chǎn)品的密度，Kg/</p><p>　　——物料的初始密度，Kg/</p><p>　　,——料液的初末干濕含量，kg/kg</p><p>　　根據(jù)文獻[3]可知=900Kg/</p><p>　　=94.6

98、 </p><p>　　⑤ 霧滴臨界濕含量</p><p>　　文獻[9] 第368頁</p><p><b>　?。?-2-26）</b></p><p>　　式中：——水的密度，Kg/</p><p>　　——料液的初始濕含水率</p><p>　　——霧滴臨

99、界濕含量。</p><p>　　=0.133(kg/kg)</p><p>　?、?空氣臨界濕含量 </p><p>　　查文獻[9] 第368頁</p><p><b>　　(2-2-27)</b></p><p>　　= 0.0605(kg/kg)</p><p>

100、　?、?空氣臨界溫度</p><p>　　查文獻[12] 第11-28頁 圖11-3-1, 空氣I-H圖得</p><p><b>　　=120℃ </b></p><p><b>　　傳熱溫度差,</b></p><p><b>　?。?-2-28）</b></

101、p><p>　　式中：——空氣進干燥器的溫度，℃</p><p>　　——料液進入干燥器的溫度，℃</p><p>　　——空氣在干燥器入口狀態(tài)下的濕球溫度，℃</p><p>　　= 134.758℃</p><p><b>　?。?-2-29）</b></p><p>　　

102、式中：——空氣進干燥器的溫度，℃</p><p>　　——產(chǎn)品離開干燥器的溫度，℃</p><p><b>　　=32.3℃</b></p><p>　　霧滴干燥所需的時間T</p><p><b>　　(2-2-30)</b></p><p>　　式中：，——料液及干燥產(chǎn)品

103、的密度，Kg/；</p><p>　　，——霧滴的初始及臨界直徑，m；</p><p>　　，——料液的臨界及干燥產(chǎn)品的干基濕含量，質(zhì)量分數(shù)；</p><p>　　，——恒速及降速階段干燥產(chǎn)品介質(zhì)與液滴之間的對數(shù)平均溫度差，℃；</p><p><b>　　——汽化潛熱，。</b></p><p>

104、;　　=0.5068s Т= 0.5068s</p><p>　　2.2.6 噴嘴尺寸的設計 </p><p>　　已知: 采用壓力式噴嘴,噴霧流量為6.2820kg/h, 含固量80%,料液密度為1125.2kg/m³,干燥后產(chǎn)品的含水量為2%, 用1Pa壓力進行噴霧,選用兩

105、個矩形通道口,查文獻[6] 第104頁 例3-4得</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗選用霧化角, </p><p>　　當時,查 圖3-69得 </p><p>　　當時,查 圖3-67得 CD=0.34</p><p>　　噴嘴孔徑的計算。根據(jù)文獻[6] 第104頁 例3-4式（8-15）可得</p><p>　　(2-

106、2-31) 式中：——流量系數(shù)；</p><p>　　——噴嘴出口處的壓頭，=/(1g),m；</p><p>　　——噴嘴壓差，Pa；</p><p><b>　　——噴嘴半徑，m。</b></p><p><b>　　噴嘴孔的直徑</b></p><p>

107、<b>　　(2-2-32)</b></p><p><b>　　圓整后 ， </b></p><p>　　噴嘴其它主要尺寸的確定。</p><p>　　已知：，選旋轉(zhuǎn)室的寬度 b=0.6mm 旋轉(zhuǎn)室直徑選用10mm，故旋轉(zhuǎn)室半徑=5mm， </p><p><b>　　因為

108、 </b></p><p>　　由根據(jù)文獻[6] 第104頁 例3-4式(8-17) 得</p><p><b>　　(2-2-33)</b></p><p>　　式中：h為旋轉(zhuǎn)室高度，</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入（2-2-33）式，得</p><p>　　所以

109、 取 </p><p><b>　　校核噴嘴的生產(chǎn)能力</b></p><p>　　因為d0和h是經(jīng)過圓整得到的，如果發(fā)生變化，那么CD也將發(fā)生變化 </p><p><b>　　(2-2-34)</b></p><p>　　當時，查圖3—67得CD =0.34，固液體質(zhì)量流

110、量為：</p><p><b>　　(2-2-35)</b></p><p>　　校核結果符合設計的要求</p><p>　　旋轉(zhuǎn)室通道長度L和寬度b的關系，按L=3b選取</p><p><b>　　空氣心半徑：</b></p><p><b>　?。?-2-36

111、）</b></p><p>　　由圖3-68查得， 則</p><p>　　故: （2-2-37）</p><p>　　式中：——有效截面系數(shù)；</p><p><b>　　——空氣心半徑，；</b></p><p&

112、gt;　　式(2-2-37)代入數(shù)據(jù)得：</p><p>　　噴嘴出口處液膜速度計算。噴嘴出口處液膜的平均速度、水平速度分量、垂直速度分量及合成速度分別為</p><p><b>　　（2-2-38）</b></p><p>　　式中：——噴嘴出口處液膜的平均速度，</p><p>　　式(2-3-38)代入數(shù)據(jù)得：&l

113、t;/p><p>　?。?-2-39） </p><p><b>　?。?-2-40）</b></p><p>　　⑨ 壓力噴嘴直徑平均直徑滴液直徑的計算</p><p>　　查文獻[2]第16-300頁 （9-26） 式得</p><p>　　DVS =

114、 (2-2-41)</p><p>　　DVS----體積一面積平均直徑，單位：微米；</p><p>　　----為噴嘴壓力差，單位為： </p><p>　　----噴嘴孔截面積，單位為：</p><p>　　數(shù)據(jù)代入(2-2-41)式，得：</p><p&g

115、t;<b>　　DVS = </b></p><p>　　2.2.7 噴霧干燥塔的直徑和高度計算</p><p>　　1 首先計算容積干燥強度</p><p>　　查文獻[3]第253頁 表6-1-1得: </p><p>　　當溫度是240℃時,出口溫度為100℃時 AV=7.3kg/m³﹒

116、h </p><p><b>　　2 塔徑</b></p><p>　　由查文獻[3]第257頁得:</p><p><b>　　(2-2-42)</b></p><p>　　式中：——干燥強度，kg/m³﹒h</p><p><b>　

117、　——干燥塔塔徑</b></p><p>　　式(2-2-42)代入數(shù)據(jù)得：</p><p>　　圓整得: D = 0.95m</p><p><b>　　塔高</b></p><p><b>　　(2-2-43)</b

118、></p><p><b>　　= 2×0.95</b></p><p>　　=1.9m H = 1.9m</p><p><b>　　圓錐部分的高度</b></p><p>　　錐角應該小于該物料的休止角, 取為60

119、76;</p><p>　　排料口徑d=100mm d = 100mm</p><p><b>　　(2-2-44)</b></p><p>　　圓整得: h=0.75m h=0.75m </

120、p><p><b>　　干燥塔容積</b></p><p>　　查文獻[2]第16-375頁 （9-48）式，得</p><p>　　(2-2-45) </p><p><b>　　式中：W為水蒸發(fā)量</b></p><p><b>　　為干燥強度 </b&

121、gt;</p><p>　　V=0.6849m2 </p><p>　　2.2.8 設備主要接管尺寸的計算</p><p>　　查文獻[9] 第372頁可知，在干燥裝置中，一般取風管中的氣速為:15～ 25m/s</p><p>　　查文獻[7] 第392頁 表4-32冷拔無縫不銹鋼鋼管規(guī)格

122、 </p><p>　　選進氣管: 理論重量 5.52 kg/m </p><p>　　管中氣速: （2-2-46）</p><p>　　校核結果, 符合設計要求 </p><p>　　同理: 排氣管:

123、 理論重量 2.93 kg/m</p><p>　　管中氣速: （2-2-47）</p><p>　　校核結果, 符合設計要求</p><p>　　查文獻[9]第372頁 得</p><p>　　一般液體在管子中的流速在0.5—1m/s之間,</

124、p><p>　　又因為料液的體積流量為:6250mL/h</p><p>　　查文獻[7] 第392頁</p><p>　　進料管: 理論重量 3.18 kg/m</p><p>　　進料流速為: (2-2-48)</p><p>　　校核結

125、果, 符合設計要求</p><p>　　查文獻《化工設備用鋼》選用管的材料是: 0Cr13</p><p>　　2.2.9 空氣在塔中的運動參數(shù)計算 </p><p>　　1 空氣在塔中的平均速度</p><p>　　在塔中的平均速度一般為:0.1～0.5 m/s </p><p><b>　　(2-2-

126、49)</b></p><p>　　式中: 為圓錐部分按等體積原則：</p><p><b>　　等效為圓柱直徑 </b></p><p>　　校核結果, 符合設計要求</p><p>　　空氣在塔中最小停留時間:</p><p>　　由文獻[5]第240頁得，霧滴的干燥時間通常為1

127、5—30s</p><p><b>　　(2-2-50)</b></p><p>　　校核結果, 符合設計要求 </p><p>　　2.2.10主要設計數(shù)據(jù): </p><p>　　表2.1 主要設計數(shù)據(jù)表</p><p>　　§ 2.3結構設計計算</p>

128、<p>　　2.3.1 旋風分離器的設計計算</p><p>　　旋風分離器是利用含塵氣體在器內(nèi)旋風時產(chǎn)生離心力而使粉塵向壁移動從而</p><p><b>　　得到分離的。</b></p><p>　　旋風分離器的器體上部為圓筒形,下部為</p><p>　　圓錐形。其構造形式見右圖所示。入口形式</p