【正文】 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)律運行。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)。 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。 [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。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。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。因此干燥器后都應(yīng)該設(shè)置氣固分離設(shè)備。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。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。 [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。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。 可編程序控制器的特 點有：抗干擾能力強，可靠性高；控制系統(tǒng)簡單、通用性強、應(yīng)用靈活；編程方便，易于使用；功能完善，擴(kuò)展能力強； 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。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。 4) 利用物體的熱輻射測溫。 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。它是目前生產(chǎn)中測量流量最成熟、最常用的方法之一。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。、 1) 操作界面：包括顯示器和鍵盤。 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 。 3) 控制端子：包括外部信號的控制變頻調(diào)節(jié)器的端子、變頻調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)指示、變頻與微機(jī)或其他設(shè)備的通信接口。 本系統(tǒng)采用可控制變壓器。 結(jié)合差壓流量計的結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、壽命長、實用性廣等的優(yōu)點，在本設(shè)計中采用差壓流量計做為流量檢測元件。例如差壓式流量計、轉(zhuǎn)子流量計、電磁流量計、渦流流量計、堰式流量計等。測溫效果好 .。選用熱空氣流量作為調(diào)節(jié)參數(shù)，調(diào)節(jié)通道長，容量滯后大，靈敏度最差，所有干擾進(jìn)入位置都靠近被調(diào)參數(shù)。 噴霧干燥控制方案的選擇 在噴霧干燥操作中，干燥溫度是控制干燥產(chǎn)品質(zhì)量的最主要因素。 鋼架常采用的材料有：鋼板、角鋼、槽鋼、工字鋼、鋼管和圓鋼等熱軋型鋼。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 15 頁 3) 雖然一臺鼓風(fēng)機(jī)和一臺引風(fēng)機(jī)結(jié)合起來使用會比較靈活，但是這樣會造成設(shè)備更加龐大和復(fù)雜，且能耗更大。 風(fēng)機(jī)在干燥系統(tǒng)中主要有兩種布置方式：即單臺引風(fēng)機(jī)和雙臺鼓 —引風(fēng)機(jī)結(jié)合方式。布袋除塵器的特點是捕集效率高，按不同的分類方法可以分為很多種類型。 旋風(fēng)分離器是利用含塵氣體在器內(nèi)旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力，將粉塵從氣流中分離出的一種氣 —固分離裝置。 加熱干燥介質(zhì)的加熱器主要有： (1) 蒸汽加熱器； (2) 間接燃油或燃?xì)饧訜崞鳎?(3) 直接燃油 或燃?xì)饧訜崞鳎?(4) 直接或間接燃煤加熱器； (5) 電加熱器。一些燃燒的熱源在燃燒過程中會產(chǎn)生異味或煙霧，排至大氣后會產(chǎn)生污染，這類熱源應(yīng)慎重使用，如果一定選用也要進(jìn)行環(huán)保處理。 本設(shè)計中選用開放式噴霧干燥系統(tǒng)，即系統(tǒng)中的干燥介質(zhì)只使用一次就排入大氣，不在循環(huán)使用。由于設(shè)計的干燥器是用于干燥牛奶，它屬于熱敏性物料，所以選用向下并流，即噴嘴安裝在噴霧干燥塔的頂部，空氣從頂部進(jìn)入。采用煙道氣為干燥介質(zhì)，可以滿足高溫干燥，且對于低溫干燥也有其優(yōu)點，同時 ，投資小，但用煙道氣為介質(zhì)，會帶入一些細(xì)小爐灰及硫化物等污染物。工藝生產(chǎn)中，如果要求控制系統(tǒng)所控制的工藝參數(shù)保持在一個生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說要求工藝參數(shù)的給定植不變，那么就需要采用定值控制系統(tǒng)。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 9 頁 一個控制系統(tǒng)的基本組成環(huán)節(jié)為：控制器、執(zhí)行器、測量 /變送環(huán)節(jié)及被控對象，各部分的功能如下： 檢測變送環(huán)節(jié)：它測量被控變量，并將被控變量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號。 Sonner 采用了噴霧制冰粉和真空冷凍干燥結(jié)合的方法，研究了兩段式噴霧冷凍干燥對蛋白質(zhì)性能的影響。 [14,15,16] 新型噴霧干燥技術(shù)的研發(fā) 1. 過熱蒸汽干燥 [11] 噴霧干燥通常采用環(huán)境空氣作為干燥介質(zhì)。預(yù)熱料液，可降低料液黏度，改善其霧化 性能；防止料液結(jié)晶，堵塞霧化器；料液溫度高時，霧滴在干燥器內(nèi)可直接蒸發(fā)，不存在預(yù)熱階段。所以如何提高噴霧干燥的熱效率也是各國專家研究的熱點課題。 1) 干燥是能耗很大的加工過程，節(jié)能是今后研究干燥技術(shù)及開發(fā)新型干燥設(shè)備的一大目標(biāo)，主要對設(shè)備本身的改進(jìn) 。 3. 設(shè)計缺陷 加熱器沒有熱回收系統(tǒng)，進(jìn)風(fēng)變頭設(shè)計不合理，前片熱交換激烈，散熱片使用壽命短。 20 世紀(jì) 80 年代以前，我國僅上海飲料機(jī)械廠和鎮(zhèn)江林業(yè)機(jī)械廠生產(chǎn)少量的三種規(guī)格的旋轉(zhuǎn)盤式霧化裝置用于噴霧干燥。最近國際上有一家公司正在研制開發(fā)配制超聲霧化的噴霧干燥裝置。在 30 年代以后，噴霧干燥技術(shù)和噴霧干燥器設(shè)計都有明顯的進(jìn)步，特別是第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)以后，需要大量的脫水食品和各種形式的粉狀制品，以降低產(chǎn)品重量 及運輸費用，使噴霧干燥的應(yīng)用更為廣泛，干燥器的容量也變得很大，從而使噴霧干燥技術(shù)得到更加迅速發(fā)展。 靜電霧化可用于溶液的離子化，制造功能性粒子，用兩種化合物制造復(fù)合氧化物粒子，可用于 消滅大腸桿菌等。 雖然氣流式霧化器可霧化高粘度物料，而且相應(yīng)加工比較簡單。 1) 干燥速度快，料液經(jīng)霧化后表面積大大增大，完成干燥時間短，特別適用于熱敏性物 料的干燥。 2. 噴霧干燥技術(shù)存在的問題： 1) 對于需控制產(chǎn)品熱原、無菌度和澄明度的無菌粉．其無菌度等常達(dá)不到要求，原因有如下幾點： a. 壓縮空氣無凈化除菌。觸摸顯示數(shù)字式操作，可采用半自動或人工監(jiān)控兩種運行模式，方便操作和實驗過程的監(jiān)控。設(shè)計的主要內(nèi)容包括噴霧干燥器和自動控制系統(tǒng)總體方案的選擇、干燥工藝、干燥塔結(jié)構(gòu)及其輔助設(shè)備的設(shè)計計算、自動控制系統(tǒng)的設(shè)計等。本設(shè)計為 蒸發(fā)水量 1500ml/h 微型噴霧干燥器及其自動控制系統(tǒng)，其研究的對象為牛奶。本設(shè)計整機(jī)緊湊，自成一體，無需其他設(shè)施即可運行。 1. 噴霧干燥技術(shù)的優(yōu)點： 1) 把原液霧化后再與干燥介質(zhì)接觸，可降低干燥時間； 2) 若干燥條件恒定，則通過干燥塔的粉末性質(zhì)就不變； 3) 干燥過程連續(xù)化、自動化，可避免粉塵飛揚，保證產(chǎn)品不受污染； 4) 干燥的范圍廣，特別是用于熱敏感性物料的脫水； 5) 可由漿狀料液直 接獲得所要求的產(chǎn)品，節(jié)省蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、粉碎等工序。 1. 離心式霧化的噴霧干燥 [8] 離心噴霧干燥是將溶液、乳濁液、懸濁液等形態(tài)的漿料在熱風(fēng)中噴霧成細(xì)小液滴，其噴霧是依靠高速離心轉(zhuǎn)盤產(chǎn)生的離心力和重力作用使之得到加速而分裂的霧化，在霧化液滴落下過程中，水分被蒸發(fā)而成為粉末狀或顆粒的產(chǎn)品。高粘度的糊狀物、膏狀物及濾餅物料，可采用三流體噴嘴來霧化。由此法得到的液滴，單分散性高，平均尺寸為 4~5μm。但這些早期的干燥器操作很保守，進(jìn)料只限于低粘度的液體，產(chǎn)品的質(zhì)量只能是“干了 ”或 “未干 ”。據(jù) Patil 等的測算，傳統(tǒng)霧化器有 96%以上的能量用于產(chǎn)生霧滴的動能和機(jī)械消耗，只有 4%左右的能量用于霧滴的形成。 [3,5] 中國在 20 世紀(jì)引進(jìn)吸收消化國外霧化器技術(shù)的基礎(chǔ)上，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的霧化器的設(shè)計能力，現(xiàn)在國內(nèi)不少廠家可以制造不同規(guī)格離心式霧化器，單臺霧化能力從每小時數(shù)千克到十噸。 2. 材質(zhì)差 以往制造熱風(fēng)箱和進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)很多是用碳鋼制造，尤其是停產(chǎn)時間較長或加熱器漏氣 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 6 頁 時，碳鋼表面銹蝕，無法進(jìn)行處理，勢必對產(chǎn)品質(zhì)量有一定影響。干燥動力學(xué)、非球形顆粒的干燥模擬、噴霧干燥等領(lǐng)域有待進(jìn)行更深入的研究 [11]。 噴霧干燥的節(jié)能技術(shù) 隨著全球的能源緊張，高能耗的化工單元操作越來越受到各國的關(guān)注，噴霧干燥的熱效率只有 40％ ~60％，幾乎有一半的熱量被浪費了。 提高料液的溫度可降低單位質(zhì)量干產(chǎn)品的熱量消耗。不難發(fā)現(xiàn)，三級組合干燥 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 8 頁 的單位產(chǎn)品能耗比單級噴霧干燥節(jié)約了 40％多。近年來，國外研究人員開始把噴霧干燥和冷凍干燥結(jié)合起來，從而形成了新的干燥技術(shù)，即噴霧冷凍干燥技術(shù)。它主要包括自動檢測、自動控制、自動保護(hù)、自動操作等方面的內(nèi)容。 定植控制系統(tǒng)：所謂 “定值 ”，就是恒定控制系統(tǒng)的簡稱。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 11 頁 第二部分 本論 第二章 設(shè)計方案的論證 噴霧干燥器的設(shè)計方案的論證 干燥介質(zhì) 干燥介質(zhì)是一種能夠帶走物質(zhì)中的水分的介質(zhì)，主要有空氣、煙道氣、過熱蒸汽、惰性氣體等，通過干燥介質(zhì)使物料升溫，同時帶走物料中的水分。霧滴 —空氣的流向不同，對干燥塔內(nèi)的溫度、霧滴（或顆粒）的運動軌跡、顆粒在干燥塔內(nèi)的停留時間及性質(zhì)等均有很大的影響。 [17] 噴霧干燥 系統(tǒng) 流程的布置 噴霧干燥系統(tǒng)的流程可分為：開放式噴霧干燥系統(tǒng)、開放式的具有部分廢氣再循環(huán)的噴霧干燥系統(tǒng) 、閉路循環(huán)噴霧干燥系統(tǒng)、半閉路循環(huán)噴霧干燥系統(tǒng)、自惰噴霧干燥系統(tǒng)、無菌噴霧干燥系統(tǒng)等。 2) 滿足環(huán)保要求。 電能主要用于小型噴霧干燥器或要求控制標(biāo)準(zhǔn)很高的場合，電能通過電熱管轉(zhuǎn)換成熱能，用以加熱干燥介質(zhì)。本設(shè)計中選用旋風(fēng)分離器和布袋除塵器組合起來用于細(xì)粉的回收，可達(dá)到較好的分離效果。 [17] 布袋除塵器（袋濾器或袋式除塵器）經(jīng)常作為從噴霧干燥尾氣中分離粉狀產(chǎn)品的最后一級氣固分離設(shè)備，是截留尾氣中粉體的最后一道防線。再考慮到設(shè)備的體積應(yīng)盡可能小，以利于搬運，因此選用尺寸、流量和壓力都相對較小的旋渦式空氣泵。 2) 如果常用負(fù)壓操作，發(fā)生泄露后，干燥器外部的空氣會漏入干燥系統(tǒng)，這樣可能會對干燥的產(chǎn)品造成污染，影響實驗結(jié)果。 鋼架 鋼架是支撐設(shè)備的重要構(gòu)件，關(guān)系到人員及設(shè)備的安全，所以設(shè)計的鋼架應(yīng)滿足如下基本要求： 1) 滿足工藝要求， 便于操作和設(shè)備維修； 2) 結(jié)構(gòu)必須安全可靠，并有良好的耐腐蝕措施； 3) 盡可能地節(jié)約鋼材，要求鋼材的塑形能充分利用，要合理布置梁格及合理選用構(gòu)件截面和構(gòu)件的連接方法； 4) 便于制作和安裝，縮短施工周期； 5) 在滿足實用和經(jīng)濟(jì)的前提下，盡可能地照顧美觀。 考慮到實際情況，本控制系統(tǒng)仍采用 PLC 可編程序控制器構(gòu)成。方案 3(如圖 所示 )：是通過加入經(jīng)直接燃燒加熱的空氣而改變空氣加熱器的溫度，熱 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 17 頁 空氣在調(diào)節(jié)閥處進(jìn)入系統(tǒng)。紅外熱輻射測溫通過接收自然界物體發(fā)射出的不同的紅外波長，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，屬于非接觸測溫。目前有許多測量流量的分類方法，如下： 速度式流量儀表 這是一種以測量流體在管道內(nèi)的流速作為測 量依據(jù)來計算流量的儀表。通常是由能將被 測量流量轉(zhuǎn)換成壓差信號的節(jié)流裝置 (如孔板、噴嘴、文丘里管等 )和能將此壓差轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號 (電的或氣的 )，以供顯示，記錄或調(diào)節(jié)用。 變壓器按照用途可分為：電力變壓器和特種變壓器；按繞組數(shù)目可分為：單繞組 (自藕 )變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器；按相數(shù)可分 為：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器；按照鐵芯結(jié)構(gòu)可為：心式變壓器和殼式變壓器；按照跳崖凡是可分為：無勵磁調(diào)壓變壓器和有載調(diào)壓變壓器；按照冷卻介質(zhì)和冷卻方式可分為：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。 2) 主電路接線端：包括工頻電網(wǎng)的輸入端和接電動機(jī)的