【正文】 ............... 63 主電路圖 ..................................................................................................... 64 PLC 外圍控制接線圖 ................................................................................. 64 軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 66 程序流程圖 ................................................................................................. 66 梯形圖的設(shè)計(jì) ............................................................................................. 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(jì)） 第 IV 頁 蒸發(fā)水量 1500ml/h 微型噴霧干燥器及其自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(chǎng)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(diǎn)，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(jiǎn)單、價(jià)格便宜、可靠性高、靈活性高的優(yōu)點(diǎn) 。 本設(shè)計(jì)為蒸發(fā)量 1500mL/h 的微型噴霧干燥器及其自動(dòng)控制系統(tǒng)，它主要包括：噴霧干燥器和自動(dòng)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(jì)計(jì)算、干燥塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算、管道的設(shè)計(jì)計(jì)算、自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制方案的制定等。對(duì)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(jì)工作 ，并能對(duì)設(shè)計(jì)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(diǎn) 噴霧干燥的顯著地特點(diǎn)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(shí)間。 c. 料液未經(jīng)滅菌消毒處理。現(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(shí)霧化能力達(dá) 45t；超聲霧化器及靜電霧化。 3) 生產(chǎn)過程簡(jiǎn)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(chǎng)，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(jí)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(guó)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(shí)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(jí)數(shù)已被認(rèn)可。 噴霧干燥技術(shù)的國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展 最近，國(guó)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(diǎn)就是節(jié)能。 我國(guó)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(tái)前蘇聯(lián)的離心盤式噴霧干燥器以來，我國(guó)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(duì)我國(guó)的噴霧干燥技術(shù)發(fā)展作了貢獻(xiàn)。據(jù)報(bào)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(guó)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(duì)效率較高一點(diǎn)，但粉在布袋內(nèi)停留的時(shí)間長(zhǎng)；這部分顆粒較細(xì)，抖粉時(shí)回到塔內(nèi)勢(shì)必影響沖調(diào)性；單獨(dú)收集回溶造成能源浪費(fèi)，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(shì) 噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用廣泛 , 其優(yōu)勢(shì)明顯 , 但其理論仍然落后于實(shí)踐 , 突出表現(xiàn)在干燥理論的實(shí)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(gè)研究方向可以解決目前很多實(shí)際上在設(shè)計(jì)初期通過實(shí)驗(yàn)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(cè)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(shí)間長(zhǎng)、需要二次處理產(chǎn)品等不足。最近，筆者獲得了國(guó)家林業(yè)局 948 項(xiàng)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(dòng)控制系統(tǒng)的概述 自動(dòng)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(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)自動(dòng)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(gè)組成部分。在分析自動(dòng)控制系統(tǒng)特性時(shí)，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(dòng)化控制系統(tǒng)分為三類：即定植控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。隨動(dòng)控制系統(tǒng)的目的 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 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(shí)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(shí)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(duì)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(duì)設(shè)備有較高的要求，造價(jià)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(jiǎn)稱霧化器。有以下優(yōu)點(diǎn)： 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(shí)填充模具，流動(dòng)性很好，排氣性也好； 3)可大大簡(jiǎn) 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 12 頁 化工藝流程，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(duì)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(fèi)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(dòng)控制，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 該設(shè)計(jì)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(jì)中選用常規(guī)蝸卷式入口旋風(fēng)分離器。 [17] 因?yàn)樵谠撛O(shè)計(jì)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(jiǎn)單，所以不設(shè)置自動(dòng)清灰裝置，而采用采用手動(dòng)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(jì)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(diǎn)是粉塵及有害氣體不會(huì)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(dòng)和停止會(huì)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(tái)引風(fēng)機(jī)方式適用于小型噴霧干燥系統(tǒng)。 [17] 對(duì)于該設(shè)計(jì)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(huì)過于龐大和復(fù)雜，這樣，設(shè)備的密封會(huì)相對(duì)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(huì)造成重大的事故。 進(jìn)料泵 泵是受原動(dòng)機(jī)控制，驅(qū) 使流體運(yùn)動(dòng)，輸送液體或使液體增壓，以實(shí)現(xiàn)某工程需要的機(jī)械。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中料液的流量要求比較精確，且易于調(diào)節(jié)，所以選用計(jì)量泵作為進(jìn)料泵。 [27] 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案論證 控制方式的確定 在計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)組成的控制器等。 可編程序控制器的特 點(diǎn)有：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jì)、安裝、調(diào)試方便；維修方便，維修工作量?。惑w積小、重量輕，易于實(shí)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(jì)方案中采用 手動(dòng)控制料液泵調(diào)節(jié)料液的流量；兩個(gè)反饋回路，串級(jí)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(cè)溫。 綜合以上各種檢測(cè)元件，本系統(tǒng)選用測(cè)溫效果 較好的 熱電偶 傳感器。 測(cè)量流量的方法很多，其測(cè)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(jì)、活塞式流量計(jì)等。它是目前生產(chǎn)中測(cè)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(hào) (如電流、電壓、轉(zhuǎn)速、時(shí)間、溫度等 )的變化而動(dòng)作的自動(dòng)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(dòng)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(jì)算時(shí)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(jì)） 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：