【導(dǎo)讀】論文（設(shè)計(jì)）題目：。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)。獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表。的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第II頁(yè)

　　

【正文】 多噴霧干燥設(shè)備的控制系統(tǒng)都選擇 PLC，對(duì)工藝較為復(fù)雜的硬質(zhì)合金噴霧干燥制粒系統(tǒng)則采用監(jiān)控計(jì)算機(jī)和 PLC 結(jié)合的控制技術(shù)。國(guó)內(nèi)噴霧干燥設(shè)備廠家 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 16 頁(yè) 由于資金和技術(shù)的限制，則多以數(shù)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(jié)合實(shí)際要求，盡可能利用較為先進(jìn)的測(cè)控方法和技術(shù)，設(shè)計(jì)完成一個(gè)具有先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬質(zhì)合金噴霧干燥 (制粒 )塔。 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??；體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。 考慮到實(shí)際情況，本控制系統(tǒng)仍采用 PLC 可編程序控制器構(gòu)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(chǎn)品質(zhì)量的最主要因素。根據(jù)過(guò)程的物料與熱量衡算及霧滴粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)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(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。選其中任一個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)都能夠構(gòu)成溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，達(dá)到控制干燥溫度的目的。如圖 所示，用調(diào)節(jié)閥位置代表 3 種調(diào)節(jié)方案。 [10,12] 圖 噴霧干燥調(diào)節(jié)系統(tǒng) 方案 1(如圖 所示 )：將物料流量作為調(diào)節(jié)變量，物料經(jīng)泵送人干燥器，滯后最小，對(duì)干燥溫度的校正作用最靈敏，而且干擾位置最靠近調(diào)節(jié)閥，似乎最適宜作為調(diào)節(jié)參數(shù)，但物料流量是生產(chǎn)負(fù)荷，需要維持穩(wěn)定才能保證產(chǎn)量，故它不宜作為調(diào)節(jié)參數(shù)。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(guò)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。方案 3(如圖 所示 )：是通過(guò)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(jì)） 第 17 頁(yè) 空氣在調(diào)節(jié)閥處進(jìn)入系統(tǒng)。選用熱空氣流量作為調(diào)節(jié)參數(shù)，調(diào)節(jié)通道長(zhǎng)，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)。 圖 調(diào)節(jié)參數(shù)為物料流量時(shí)的系統(tǒng) 圖 調(diào)節(jié)參數(shù)為旁路空氣流量時(shí)的系統(tǒng) 圖 調(diào)節(jié)參數(shù)為熱空氣流量時(shí)的系統(tǒng) 本設(shè)計(jì)為微型噴霧干燥設(shè)備，非長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，綜合各方面因素，最后制定的控制方案。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(guò)調(diào)節(jié)電加熱器的功率來(lái)調(diào)節(jié)熱空氣的入口溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的頻率來(lái)控制出口空氣及產(chǎn)品的溫度和濕度。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 18 頁(yè) 圖 噴霧干燥系統(tǒng)控制流程圖 檢測(cè)元件的選擇 1. 溫度檢測(cè)元件的選擇 溫度的測(cè)量都是根據(jù)傳感器或敏感元件進(jìn)行的，常用的測(cè)溫方法利用下列 的效應(yīng)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(yīng)。 2) 利用半導(dǎo)體 PN 結(jié)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(diǎn)是測(cè)溫范圍小，主要適用于低溫測(cè)量。 4) 利用物體的熱輻射測(cè)溫。紅外熱輻射測(cè)溫通過(guò)接收自然界物體發(fā)射出的不同的紅外波長(zhǎng)，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，屬于非接觸測(cè)溫。測(cè)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(cè)量，在工業(yè)科研領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。 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。 2. 流量檢測(cè)元件的選擇 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 19 頁(yè) 在化工和煉油生產(chǎn)過(guò)程中 ,為了有效地進(jìn)行生產(chǎn)和控制 ,經(jīng)常需要測(cè)量生產(chǎn)過(guò)程中各種介質(zhì) (液體、氣體和蒸汽等 )的流量，以便為生產(chǎn)操作和控制提供依據(jù)。同時(shí)，為了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算，經(jīng)常需要知道在一段時(shí)間（如一班、一天等）內(nèi)流過(guò)的介質(zhì)總量。所以，介質(zhì)流量是控制生產(chǎn)達(dá)到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和安全生產(chǎn)以及進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算所必需的一個(gè)重要參數(shù)。 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。目前有許多測(cè)量流量的分類方法，如下： 速度式流量?jī)x表 這是一種以測(cè)量流體在管道內(nèi)的流速作為測(cè) 量依據(jù)來(lái)計(jì)算流量的儀表。例如差壓式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦流流量計(jì)、堰式流量計(jì)等。 1) 容積式流量計(jì) 這是一種以單位時(shí)間內(nèi)所排出的流體的固定溶劑的數(shù)目作為測(cè)量來(lái)計(jì)算流量的儀表。例如橢圓齒輪流量計(jì)、活塞式流量計(jì)等。 2) 質(zhì)量式流量計(jì) 這是一種以測(cè)量流過(guò)的 M 為依舊的流量計(jì)。例如慣性力式質(zhì)量流量計(jì)、補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)等。 3) 差壓流量計(jì) 差壓 (也稱節(jié)流式 )流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，通過(guò)流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)生產(chǎn)的壓力量而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量的。它是目前生產(chǎn)中測(cè)量流量最成熟、最常用的方法之一。通常是由能將被 測(cè)量流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)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(hào) (電的或氣的 )，以供顯示，記錄或調(diào)節(jié)用。 結(jié)合差壓流量計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、壽命長(zhǎng)、實(shí)用性廣等的優(yōu)點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中采用差壓流量計(jì)做為流量檢測(cè)元件。它對(duì)于各種工況下的單體流體、管徑在 50—1000mm范圍內(nèi)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(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。 繼電器的特點(diǎn)是具有跳躍式的輸入 輸出特性，按照輸入信號(hào) 的性質(zhì)可分為電壓繼 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 20 頁(yè) 電器、電流繼電器、速度繼電器、舌璜繼電器、時(shí)間繼電器、溫度繼電器等；按動(dòng)作原理可分為電磁式繼電器、感應(yīng)式繼電器、熱繼電器、電動(dòng)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(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵心 (磁芯 )。在電器設(shè)備和無(wú)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(shù)目可分為：?jiǎn)卫@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：?jiǎn)蜗嘧儔浩?、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(wú)勵(lì)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。 本系統(tǒng)采用可控制變壓器。 3. 變頻器的選擇 變頻器應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過(guò)改變電機(jī)工作電源的頻率和幅度的方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)的電力傳動(dòng)元件。 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。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(dǎo)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(shè)備，從外部結(jié)構(gòu)看，變頻器有 3 個(gè)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(wǎng)的輸入端和接電動(dòng)機(jī)的輸出端。 3) 控制端子：包括外部信號(hào)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。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 21 頁(yè) 第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算部分 工藝計(jì)算 設(shè)計(jì)要求 蒸發(fā)水量： 1500mL/h 進(jìn)風(fēng)溫度范圍： 150～ 350℃ 出風(fēng)溫度范圍 ： 30～ 140℃ 料液初始含水率： 70～ 80% 干燥產(chǎn)品含水率： 1～ 2% 設(shè)計(jì)參數(shù)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(chǎn)品含水率 % ?w 熱風(fēng)溫度 1 200t ? ℃ 廢氣出口溫度 2 70t ? ℃ 物料的物理性質(zhì) (1) 牛乳的密度 正常牛乳的相對(duì)密度平均為 1? =1030 ㎏ /m3(20℃ ) (2) 料液的表面張力 查文獻(xiàn) [18]第 53 頁(yè) 在 20℃ 下牛乳的表面張力為 計(jì)算時(shí)取 (3) 料液的黏度 查文獻(xiàn) [18]第 52 頁(yè) 在 20℃ 下牛乳的粘度為 s 計(jì)算時(shí)取 Pas 物料衡算 已知蒸發(fā)水量為 1500 /mLh ,且 20 攝氏度時(shí)水的密度為 31000 /w kg m? ? ，故 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 22 頁(yè) 水分蒸發(fā)量 36 /1 0 0 0101 5 0 0 mkgW ??? ? hkg/? 查文獻(xiàn) [18]第 197 頁(yè)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(chǎn)品產(chǎn)量， /kgh ； CG —絕干產(chǎn)品量； /kgh ； W—水分蒸發(fā)量， /kgh . 聯(lián)立式 (31)和式 (32)帶入已知數(shù)據(jù)： ??GG )()( 21 ???? GGG c 解得： hkgG /? hkgG / ? hkgGc /? 熱量衡算 1. 加熱前空氣的參數(shù) 已知 空氣初溫： 0 20t ? ?C 相對(duì)濕度： 0 70%? ? 查文獻(xiàn) [20]第 253 頁(yè)附錄 7 得 : 空氣初始飽和水蒸汽壓： 0 KPa? 查文獻(xiàn) [20]第 187 頁(yè)式（ 13—2a）得 : 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 23 頁(yè) 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(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即 KPa? 。 查文獻(xiàn) [20]第 187 頁(yè)（ 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(yè)（ 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(yè)（ 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(fēng)參數(shù)的計(jì)算 加熱前后空氣濕含量不變，即 ?? HH 。且熱風(fēng)溫度 1 200t ? ℃ 。 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(yè)