【導讀】論文（設計）題目：。蒸發(fā)水量1500ml/h微型噴霧干燥器及其自動控制系統(tǒng)設計。獨立進行研究所完成。畢業(yè)論文（設計）中凡引用他人已經發(fā)表或未發(fā)表。的成果、數據、觀點等，均已明確注明出處。貴州大學本科畢業(yè)論文（設計）第II頁

　　

【正文】 目前，國外大多噴霧干燥設備的控制系統(tǒng)都選擇 PLC，對工藝較為復雜的硬質合金噴霧干燥制粒系統(tǒng)則采用監(jiān)控計算機和 PLC 結合的控制技術。國內噴霧干燥設備廠家 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 16 頁 由于資金和技術的限制，則多以數顯控制儀表，繼電器或小型 PLC 為主要控制手段。本課題旨在結合實際要求，盡可能利用較為先進的測控方法和技術，設計完成一個具有先進計算機控制系統(tǒng)的硬質合金噴霧干燥 (制粒 )塔。 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、應用靈活；編程方便，易于使用；功能完善，擴展能力強； PLC 控制系統(tǒng)設計、安裝、調試方便；維修方便，維修工作量??；體積小、重量輕，易于實現機電一體化。 考慮到實際情況，本控制系統(tǒng)仍采用 PLC 可編程序控制器構成。 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品質量的最主要因素。根據過程的物料與熱量衡算及霧滴粒子的運動軌跡計算表明，影響干燥溫度的因素有物料流量、空氣流量和入口空氣的溫度。系統(tǒng)中可選作調節(jié)參數的有：物料流入量，旁路空 氣量，空氣加熱器的溫度等。選其中任一個調節(jié)參數都能夠構成溫度調節(jié)系統(tǒng)，達到控制干燥溫度的目的。如圖 所示，用調節(jié)閥位置代表 3 種調節(jié)方案。 [10,12] 圖 噴霧干燥調節(jié)系統(tǒng) 方案 1(如圖 所示 )：將物料流量作為調節(jié)變量，物料經泵送人干燥器，滯后最小，對干燥溫度的校正作用最靈敏，而且干擾位置最靠近調節(jié)閥，似乎最適宜作為調節(jié)參數，但物料流量是生產負荷，需要維持穩(wěn)定才能保證產量，故它不宜作為調節(jié)參數。方案 2(如圖 所示 )：以旁路空氣流量作為調節(jié)變量，旁路空氣經與熱風混合后，再通過風管進入干燥 機，比方案 1 將物料流量作為調節(jié)變量的流量調節(jié)通道滯后稍大，靈敏度次之。方案 3(如圖 所示 )：是通過加入經直接燃燒加熱的空氣而改變空氣加熱器的溫度，熱 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 17 頁 空氣在調節(jié)閥處進入系統(tǒng)。選用熱空氣流量作為調節(jié)參數，調節(jié)通道長，容量滯后大，靈敏度最差，所有干擾進入位置都靠近被調參數。 圖 調節(jié)參數為物料流量時的系統(tǒng) 圖 調節(jié)參數為旁路空氣流量時的系統(tǒng) 圖 調節(jié)參數為熱空氣流量時的系統(tǒng) 本設計為微型噴霧干燥設備，非長時間連續(xù)生產設備，綜合各方面因素，最后制定的控制方案。設計方案中采用 手動控制料液泵調節(jié)料液的流量；兩個反饋回路，串級控制，通過調節(jié)電加熱器的功率來調節(jié)熱空氣的入口溫度，通過調節(jié)風機的頻率來控制出口空氣及產品的溫度和濕度。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 18 頁 圖 噴霧干燥系統(tǒng)控制流程圖 檢測元件的選擇 1. 溫度檢測元件的選擇 溫度的測量都是根據傳感器或敏感元件進行的，常用的測溫方法利用下列 的效應或變化 1) 利用鎳鉻－康銅 (200～ 800℃ )、鎳鉻－鎳硅 (鋁 )(200～ 1300℃ )、鉑銠 30－鉑銠(100～ 1900℃ )等熱電偶的熱電效應。 2) 利用半導體 PN 結電壓隨溫度的變 化。 3) 利用晶體管特性的變化，制成的集成溫度傳感器，它們的特點是測溫范圍小，主要適用于低溫測量。 4) 利用物體的熱輻射測溫。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，并將其轉換為電信號，屬于非接觸測溫。測溫效果好 .。 5) 利用銅電阻 (50～ +150℃ )、鉑電阻 (200～ +600℃ )，熱敏電阻 (低溫 200℃ ～ 0，一般溫度 50～ 30℃ ，中溫 0～ 700℃ )的電阻值的變化，特別是利用鉑電阻阻值隨溫度變化的溫度測量，在工業(yè)科研領域應用十分廣泛。 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。 2. 流量檢測元件的選擇 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 19 頁 在化工和煉油生產過程中 ,為了有效地進行生產和控制 ,經常需要測量生產過程中各種介質 (液體、氣體和蒸汽等 )的流量，以便為生產操作和控制提供依據。同時，為了進行經濟核算，經常需要知道在一段時間（如一班、一天等）內流過的介質總量。所以，介質流量是控制生產達到優(yōu)質高產和安全生產以及進行經濟核算所必需的一個重要參數。 測量流量的方法很多，其測量原理所應用的儀表結構形式各不相同。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的流速作為測 量依據來計算流量的儀表。例如差壓式流量計、轉子流量計、電磁流量計、渦流流量計、堰式流量計等。 1) 容積式流量計 這是一種以單位時間內所排出的流體的固定溶劑的數目作為測量來計算流量的儀表。例如橢圓齒輪流量計、活塞式流量計等。 2) 質量式流量計 這是一種以測量流過的 M 為依舊的流量計。例如慣性力式質量流量計、補償式質量流量計等。 3) 差壓流量計 差壓 (也稱節(jié)流式 )流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，通過流體流經節(jié)流裝置時生產的壓力量而實現流量測量的。它是目前生產中測量流量最成熟、最常用的方法之一。通常是由能將被 測量流量轉換成壓差信號的節(jié)流裝置 (如孔板、噴嘴、文丘里管等 )和能將此壓差轉換成相應的信號 (電的或氣的 )，以供顯示，記錄或調節(jié)用。 結合差壓流量計的結構簡單、使用方便、壽命長、實用性廣等的優(yōu)點，在本設計中采用差壓流量計做為流量檢測元件。它對于各種工況下的單體流體、管徑在 50—1000mm范圍內幾乎均可使用。 執(zhí)行器的選擇 1. 繼電器的選擇 繼電器是一種根據特定形式的輸入信號 (如電流、電壓、轉速、時間、溫度等 )的變化而動作的自動控制電器。 繼電器的特點是具有跳躍式的輸入 輸出特性，按照輸入信號 的性質可分為電壓繼 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 20 頁 電器、電流繼電器、速度繼電器、舌璜繼電器、時間繼電器、溫度繼電器等；按動作原理可分為電磁式繼電器、感應式繼電器、熱繼電器、電動式繼電器、電子式繼電器。 本系統(tǒng)采用電磁式繼電器。 2. 變壓器的選擇 變壓器利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵心 (磁芯 )。在電器設備和無線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。 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；按相數可分 為：單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器；按照鐵芯結構可為：心式變壓器和殼式變壓器；按照跳崖凡是可分為：無勵磁調壓變壓器和有載調壓變壓器；按照冷卻介質和冷卻方式可分為：干式變壓器、油浸式變壓器和充氣式變壓器。 本系統(tǒng)采用可控制變壓器。 3. 變頻器的選擇 變頻器應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件。 變頻器因使用方便、可靠性高而成為現代自動控制的主要組成元件之一。變頻器作為系統(tǒng)的最重要的功率變換部件，提供可控的高性能變壓變頻的交流電源，因而 得到迅猛的發(fā)展。 變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。它就是一種改變電源頻率和電壓的設備，從外部結構看，變頻器有 3 個部分。、 1) 操作界面：包括顯示器和鍵盤。 2) 主電路接線端：包括工頻電網的輸入端和接電動機的輸出端。 3) 控制端子：包括外部信號的控制變頻調節(jié)器的端子、變頻調節(jié)器工作狀態(tài)指示、變頻與微機或其他設備的通信接口。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 21 頁 第三章 設計計算部分 工藝計算 設計要求 蒸發(fā)水量： 1500mL/h 進風溫度范圍： 150～ 350℃ 出風溫度范圍 ： 30～ 140℃ 料液初始含水率： 70～ 80% 干燥產品含水率： 1～ 2% 設計參數的 擬 定 待干燥物料名稱：牛奶 取料液初始含水率 %741?w 取干燥產品含水率 % ?w 熱風溫度 1 200t ? ℃ 廢氣出口溫度 2 70t ? ℃ 物料的物理性質 (1) 牛乳的密度 正常牛乳的相對密度平均為 1? =1030 ㎏ /m3(20℃ ) (2) 料液的表面張力 查文獻 [18]第 53 頁 在 20℃ 下牛乳的表面張力為 計算時取 (3) 料液的黏度 查文獻 [18]第 52 頁 在 20℃ 下牛乳的粘度為 s 計算時取 Pas 物料衡算 已知蒸發(fā)水量為 1500 /mLh ,且 20 攝氏度時水的密度為 31000 /w kg m? ? ，故 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 22 頁 水分蒸發(fā)量 36 /1 0 0 0101 5 0 0 mkgW ??? ? hkg/? 查文獻 [18]第 197 頁式 1317 和式 1318 可得 12G G W?? (31) 1 1 2 2( 1 ) ( 1 )CG G w G w? ? ? ? (32) 式中 1G—料液處理量， /kgh ； 2G —產品產量， /kgh ； CG —絕干產品量； /kgh ； W—水分蒸發(fā)量， /kgh . 聯(lián)立式 (31)和式 (32)帶入已知數據： ??GG )()( 21 ???? GGG c 解得： hkgG /? hkgG / ? hkgGc /? 熱量衡算 1. 加熱前空氣的參數 已知 空氣初溫： 0 20t ? ?C 相對濕度： 0 70%? ? 查文獻 [20]第 253 頁附錄 7 得 : 空氣初始飽和水蒸汽壓： 0 KPa? 查文獻 [20]第 187 頁式（ 13—2a）得 : 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 23 頁 空氣中水汽初始分壓： 0 0 0wspp??? (33) ?? ? 把該干燥系統(tǒng)視為水 —空氣系統(tǒng)，并取總壓為標準大氣壓，即 KPa? 。 查文獻 [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 [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 [20]第 188 頁（ 13—6a）式得 : 初始濕空氣的比容： 0 0 0( 0 .7 7 3 1 .2 4 4 ) ( 2 7 3 ) 2 7 3HV H t? ? ? (36) ( 2 7 3 2 0 )( 0 . 7 7 3 1 . 2 4 4 0 . 0 1 0 2 )273?? ? ? ? /m kg? 2. 加熱后熱風參數的計算 加熱前后空氣濕含量不變，即 ?? HH 。且熱風溫度 1 200t ? ℃ 。 因此：熱空氣的焓為： 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 24 頁