【正文】 ............... 63 主電路圖 ..................................................................................................... 64 PLC 外圍控制接線圖 ................................................................................. 64 軟件設(shè)計 ........................................................................................................... 66 程序流程圖 ................................................................................................. 66 梯形圖的設(shè)計 ............................................................................................. 66 第三部分 結(jié)論 ............................................................................................................ 70 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 71 致謝 .............................................................................................................................. 72 附錄 .............................................................................................................................. 73 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 IV 頁 蒸發(fā)水量 1500ml/h 微型噴霧干燥器及其自動控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要 干燥技術(shù)在化工、醫(yī)藥、食品、礦業(yè)和木材等行業(yè)中應(yīng)用廣泛 ，噴霧干燥是目前市場上比較常見的一種干燥方式，它具有高速度、高效率、節(jié)省工 序和人力等優(yōu)點，特別適用于熱敏性物料 [9]。 其中，控制系統(tǒng)采用了 PLC 可編程控制系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、可靠性高、靈活性高的優(yōu)點 。 本設(shè)計為蒸發(fā)量 1500mL/h 的微型噴霧干燥器及其自動控制系統(tǒng)，它主要包括：噴霧干燥器和自動控制系統(tǒng)總體 方案的選擇、物料衡算、熱量衡算、空氣加熱器的選型、風(fēng)機(jī)的選型、泵的選型、旋風(fēng)分離器的設(shè)計計算、干燥塔結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、管道的設(shè)計計算、自動控制系統(tǒng)的設(shè)計、控制方案的制定等。對于微型噴霧干燥器來說比較適合，要求完成軟硬件的設(shè)計工作 ，并能對設(shè)計的控制系統(tǒng)進(jìn)行一定的優(yōu)化。 [3] 噴霧干燥技術(shù)的特點 噴霧干燥的顯著地特點是將液體霧化成為非常微細(xì)的霧滴，因而具有很大的表面積，也顯著地增加了水分的蒸發(fā)面積，大大地縮短了干燥時間。 c. 料液未經(jīng)滅菌消毒處理?，F(xiàn)今研發(fā)出了新型的離心式霧化器，其霧化單機(jī)可達(dá)每小時霧化能力達(dá) 45t；超聲霧化器及靜電霧化。 3) 生產(chǎn)過程簡化，操作控制方便 2. 壓力式霧化器的噴霧干燥 [1] 壓力式霧化器是基于用高壓泵直接使溶液受壓后，在小孔中卸壓而使溶液霧化的裝置。前兩種霧化器都不能霧化的料液，采用氣流式霧化器可能霧化。 4. 超聲霧化器的噴霧干燥 [2] 其基本原理是：利用足夠強(qiáng)度的超聲場，讓液體從超聲源表面釋放出細(xì)小的霧滴，這些液滴再與周圍的空氣接觸，完成蒸發(fā)干燥過程。此種方法產(chǎn)生的霧滴直徑由幾納米、幾微米至幾毫米數(shù)量級的很廣范圍。最早是 La Mont 1865年提出用噴霧干燥法來處理蛋品，但作出極為重要貢獻(xiàn)的是美國的 Sameul Percy的發(fā)明，他在 1872 年題為 “干燥操作的改進(jìn)及通過霧化將液體物料濃縮 ”的專利中，雖然沒有給出附圖，但清楚地論述了噴霧干燥過程的實質(zhì)。 到 20 世紀(jì) 30 年代初期，關(guān)于噴霧干燥方面的文獻(xiàn)很多，這表明噴霧干燥級數(shù)已被認(rèn)可。 噴霧干燥技術(shù)的國內(nèi)研究進(jìn)展 最近，國際上有些學(xué)者把超聲霧化用于噴霧干燥中，取得了一些成果。與常用的霧化器相比，其最大的優(yōu)點就是節(jié)能。 我國的噴霧干燥技術(shù)發(fā)展的起步比較晚，但自從 50 年代吉林染料廠引進(jìn)第一臺前蘇聯(lián)的離心盤式噴霧干燥器以來，我國的噴霧干燥技術(shù)發(fā)展也很快。此外，上海染化十廠、天津油漆廠、吉林染料廠和陜西省陶瓷非金屬礦研究所等都對我國的噴霧干燥技術(shù)發(fā)展作了貢獻(xiàn)。據(jù)報道，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速與液滴直徑成反比，且轉(zhuǎn)速升高以后，液滴的噴距縮短，而液滴分布趨于均勻。 國內(nèi)外噴霧干燥設(shè)備的差異 1. 進(jìn)風(fēng)溫度較低 由于建廠的規(guī)模普遍較小，中小型鍋爐的工作壓力偏低，干燥塔設(shè)備結(jié)構(gòu)存在問題再加之觀念上的一些問題 (怕進(jìn)風(fēng)溫度高影響產(chǎn)品質(zhì)量 )，進(jìn)風(fēng)溫度較低使干燥塔的體積較大，消耗較多的材料。 5. 排風(fēng)過濾系統(tǒng) 大多數(shù)的干燥塔用布袋式內(nèi)濾捕粉，這種捕粉方式相對效率較高一點，但粉在布袋內(nèi)停留的時間長；這部分顆粒較細(xì)，抖粉時回到塔內(nèi)勢必影響沖調(diào)性；單獨收集回溶造成能源浪費，且由于多次受熱，使蛋白質(zhì)變性，影響產(chǎn)品質(zhì)量。 [4] 噴霧干燥器的發(fā)展趨勢 噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用廣泛 , 其優(yōu)勢明顯 , 但其理論仍然落后于實踐 , 突出表現(xiàn)在干燥理論的實踐指導(dǎo)性差。 2) 考慮到噴霧干燥的低熱效率，噴霧干燥的節(jié)能技術(shù)研究尚需要我們的研究人員繼續(xù)努力。筆者認(rèn)為，這個研究方向可以解決目前很多實際上在設(shè)計初期通過實驗還無法解決的問題，還可以提供很多目前還無法直接監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和結(jié)果，例如噴霧狀態(tài)下的霧滴可能的飛行軌跡和氣流分布、溫度分布等。 1) 提高熱載體的進(jìn)口溫度，降低其出口溫度。 3) 提高料液的溫度。 噴霧干燥系統(tǒng)排放尾氣的溫度較高，含有較多的可利用的熱能，因此可從尾氣余熱回收方面促進(jìn)節(jié)能。Filkova 和 Westergaard 等給出了不同的組合干燥的性能比較。過熱蒸汽在食品、化工產(chǎn)品的加工中得到 了運(yùn)用。但冷凍干燥存在著能耗高、操作時間長、需要二次處理產(chǎn)品等不足。最近，筆者獲得了國家林業(yè)局 948 項目的支持，也開始這方面的研究，希望在上述研究的基礎(chǔ)上能有所突破。 噴霧干燥自動控制系統(tǒng)的概述 自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個工作狀態(tài)或參數(shù)自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。比較機(jī)構(gòu)是控制器的一個組成部分。在分析自動控制系統(tǒng)特性時，最經(jīng)常遇到的是將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的被控變量數(shù)值（既給定植）是否變化和如何變化來分類，這樣可以將 自動化控制系統(tǒng)分為三類：即定植控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。隨動控制系統(tǒng)的目的 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 10 頁 就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。 但噴霧干燥 也存在著一些迫切需要解決的難題：如奶粉噴霧干燥中出現(xiàn)的粘壁、奶粉速溶問題，如中藥 提取液噴霧干燥時的粘壁與干燥產(chǎn)品吸潮問題，難以處理粘度較大的浸膏，中藥提取液是否能夠真正實現(xiàn)直接噴霧制粒以及噴霧干燥熱效率低、設(shè)備龐大、結(jié)構(gòu)要求高等問題日益突出，因此，需要對噴霧干燥技術(shù)做進(jìn)一步的研究及優(yōu)化。過熱蒸汽和惰性氣體都對設(shè)備有較高的要求，造價較高。 [17] 噴霧干燥內(nèi)霧滴 —空氣的 流向 在噴霧干燥中，霧滴 —空氣的流向有并流、逆流及混流。 [17] 霧化器與霧化方式 噴霧干燥的核心部件是液體的霧化裝置，簡稱霧化器。有以下優(yōu)點： 1)產(chǎn)品水分易控制、粒度尚能調(diào)節(jié)；2)產(chǎn)品為空心球形顆粒，壓磚成型時填充模具，流動性很好，排氣性也好； 3)可大大簡 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 12 頁 化工藝流程，易實現(xiàn)自動化； 4)負(fù)壓操作，減少了粉塵污染。 [17] 噴霧干燥器的附屬設(shè)備的方案論證 空氣加熱器 噴霧干燥的熱源，常用的燃料 主要有固體燃料、液體燃料、氣體燃料、熱載體及電能等。加熱溫度，熱源的潔凈程度都對產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響。所選用的熱源應(yīng)因地制宜，既考慮各種熱源的費用，又要考慮容易獲得。所選用的熱源盡可能方便操作和自動控制，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 該設(shè)計選擇的是電加熱器。因此干燥器后都應(yīng)該設(shè)置氣固分離設(shè)備。其中常規(guī)旋風(fēng)分離器又有切線進(jìn)口和蝸卷入口兩種形式。所以，為了使設(shè)備尺寸盡可能縮小，在該設(shè)計中選用常規(guī)蝸卷式入口旋風(fēng)分離器。 [17] 因為在該設(shè)計中，廢氣的處理量較少，且前面的旋風(fēng)分離器已經(jīng)分離了大部分的粉塵，所以選用內(nèi)慮上進(jìn)風(fēng)正壓式圓形袋式除塵器，并且，為使結(jié)構(gòu)簡單，所以不設(shè)置自動清灰裝置，而采用采用手動的方式定期清灰。但前三種風(fēng)機(jī)的尺寸、流量和壓力都較大，而本課題設(shè)計的噴霧干燥器產(chǎn)量比較小，所以所需的空氣量可能不大。這種系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)點是粉塵及有害氣體不會泄露至大氣環(huán)境中，但由于干燥器內(nèi)負(fù)壓較高，風(fēng)機(jī)頻繁啟動和停止會引起干燥器內(nèi)局部失穩(wěn)以及外部空氣漏入塔內(nèi)，因此，單臺引風(fēng)機(jī)方式適用于小型噴霧干燥系統(tǒng)。 [17] 對于該設(shè)計來說，不采用上述常用的兩種方案 ，原因如下： 1) 由于料液的處理量較小，所以設(shè)備不會過于龐大和復(fù)雜，這樣，設(shè)備的密封會相對容易，泄露的可能性較小，且干燥的物料為牛奶，是無毒的，所以即使發(fā)生少量的泄露，也不會造成重大的事故。 進(jìn)料泵 泵是受原動機(jī)控制，驅(qū) 使流體運(yùn)動，輸送液體或使液體增壓，以實現(xiàn)某工程需要的機(jī)械。因為本設(shè)計中料液的流量要求比較精確，且易于調(diào)節(jié)，所以選用計量泵作為進(jìn)料泵。 [27] 控制系統(tǒng)的設(shè)計方案論證 控制方式的確定 在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，常用的控制器主要有單片機(jī)（微型計算機(jī)）、 PLC（可編程控制器）、智能儀表、數(shù)據(jù)采集控制卡（板卡）與計算機(jī)組成的控制器等。 可編程序控制器的特 點有：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；控制系統(tǒng)簡單、通用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活；編程方便，易于使用；功能完善，擴(kuò)展能力強(qiáng)； PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試方便；維修方便，維修工作量??；體積小、重量輕，易于實現(xiàn)機(jī)電一體化。系統(tǒng)中可選作調(diào)節(jié)參數(shù)的有：物料流入量，旁路空 氣量，空氣加熱器的溫度等。方案 2(如圖 所示 )：以旁路空氣流量作為調(diào)節(jié)變量，旁路空氣經(jīng)與熱風(fēng)混合后，再通過風(fēng)管進(jìn)入干燥 機(jī)，比方案 1 將物料流量作為調(diào)節(jié)變量的流量調(diào)節(jié)通道滯后稍大，靈敏度次之。設(shè)計方案中采用 手動控制料液泵調(diào)節(jié)料液的流量；兩個反饋回路，串級控制，通過調(diào)節(jié)電加熱器的功率來調(diào)節(jié)熱空氣的入口溫度，通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的頻率來控制出口空氣及產(chǎn)品的溫度和濕度。 4) 利用物體的熱輻射測溫。 綜合以上各種檢測元件，本系統(tǒng)選用測溫效果 較好的 熱電偶 傳感器。 測量流量的方法很多，其測量原理所應(yīng)用的儀表結(jié)構(gòu)形式各不相同。例如橢圓齒輪流量計、活塞式流量計等。它是目前生產(chǎn)中測量流量最成熟、最常用的方法之一。 執(zhí)行器的選擇 1. 繼電器的選擇 繼電器是一種根據(jù)特定形式的輸入信號 (如電流、電壓、轉(zhuǎn)速、時間、溫度等 )的變化而動作的自動控制電器。在電器設(shè)備和無線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。 變頻器因使用方便、可靠性高而成為現(xiàn)代自動控制的主要組成元件之一。、 1) 操作界面：包括顯示器和鍵盤。s 計算時取 Pa 因此：熱空氣的焓為： 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 24 頁 。 查文獻(xiàn) [20]第 187 頁（ 13—1a）式得 : 初始濕空氣的濕含量： 0 0 /( )wwH P p p? ? ? (34) 1 .6 3 70 .6 2 2( 1 0 1 .3 2 5 1 .6 3 7 )?? ? ? 查文獻(xiàn) [20]第 188 頁（ 13—5b）式得 : 初始濕空氣的焓： 0 0 0 0( 1 .0 1 1 .8 8 ) 2 4 9 2I H t H? ? ? (35) 0 1 0 )2 4 9 ( ?????? KgKJ /? 查文獻(xiàn) [20]第 188 頁（ 13—6a）式得 : 初始濕空氣的比容：