【正文】 water volume 1500ml/h miniature spray drier and the automatic control system design abstract Drying technology in chemical, pharmaceutical, food, mining and widely used in wood industry, etc, the spray drying is more mon on the market at present a way to dry, it has high velocity, high efficiency, save processes and human wait for an advantage, especially suitable for heatsensitive materials. This design for evaporation water 1500ml/h micro spray dryer and automatic control system, the research object for milk. Design include spray dryer and automatic control system overall scheme selection, drying process, dry tower structure and auxiliary equipment design calculation, the design of the automatic control system, etc. This design the machine is pact, selfcontained, can operate without other facilities. One, the control system adopted PLC programmable control system, the structure is simple, cheap, high reliability, high flexibility advantages. Key word: The spray drying, process, equipment, PLC 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 1 頁 第一部分 前言 噴霧干燥是近代發(fā)展起來的干燥新技術(shù)之一，有離心式、氣液混流式和壓力式三種。在干燥過程中，熱空氣將熱量傳至濕物料，是一個傳熱過程 {而水分在濕物料表面汽化，向熱空氣中擴散，是一個傳質(zhì)過程因此，噴霧干燥是傳熱與傳質(zhì)相結(jié)合的復(fù)雜過程。本設(shè)計整機緊湊，自成一體，無需其他設(shè)施即可運行。其中，控制系統(tǒng)采用了 PLC 可編程控制系統(tǒng)，因為微型計算機具有體積小，結(jié)構(gòu)簡單；價格十分便宜，調(diào)節(jié)系統(tǒng)投資少；可靠性高，平均無故障時間長；并且具有很高的靈活性。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 2 頁 第一章 概述 噴霧干燥技術(shù)概述 噴霧干燥是利用霧化器將料液分散為細小的霧滴，并在熱干燥介質(zhì)中迅速蒸發(fā)溶劑形成干粉產(chǎn)品的過程， 且具有 傳熱 快，水分蒸發(fā)迅速， 干燥時間 瞬間的特點，且 制品 質(zhì)量好，質(zhì)地松脆，溶解性能也好，能改善某些 制劑 的 溶出速率 ，適用于熱敏性 藥物 ，能避免干燥過程中造成粉塵飛揚，可由液體直接得到干燥產(chǎn)品，無需蒸發(fā)、結(jié)晶、固液機械分離等操作；產(chǎn)品具有良好的分散性和溶解性，不經(jīng)過粉碎也可以在溶劑中迅速溶解；生產(chǎn)過程簡單，操作控制方便。 一般噴霧干燥包括四個階段： 1) 料液霧化； 2) 霧群與熱干燥介質(zhì)接觸混合； 3) 霧滴的蒸發(fā)干燥； 4) 干燥產(chǎn)品與干燥介質(zhì)分離 。 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。 b. 熱甩凈化除菌效果差。 d. 物辯干燥過程在負壓狀態(tài)下進行。常用的有離心式霧化器、壓 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 3 頁 力式霧化器和氣流式霧化器，而氣流式 霧化器針對不同的料液特性又分為二流體霧化器和三流體霧化器。 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。 2) 產(chǎn)品 具有良好的均勻度、流動性和溶解性，產(chǎn)品純度高，質(zhì)量好。它的比能耗較低，在低壓范圍內(nèi) (P≤ MPa)噴出的液滴較粗，粒度分布較寬。 3. 氣流式霧化器的噴 霧干燥 [1] 因為霧化用的動力消耗太大，此種型式主要用于實驗室及中間工廠。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。但因其壓縮空氣轉(zhuǎn)換功能效率甚低，使其霧化的比能耗較其他兩種霧化裝置大，且霧化粒徑分布不夠均勻。通常超聲的振動 頻率必須大于20kHz。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 4 頁 5. 靜電霧化 [1] 當(dāng)在噴嘴和對應(yīng)的接地電極之間，施加數(shù)千伏的電壓時，噴嘴尖端流出的液體受到重力、液體的表面張力以及靜電力的聯(lián)合作用，靜電力超過液體的表面張力時，液柱表面變得不穩(wěn)定，分裂為離子或霧滴，這就是靜電霧化 [4]。由此法得到的液滴，單分散性高，平均尺寸為 4~5μm。 噴霧干燥技術(shù)的研究進展 噴霧干燥技術(shù)的國際研究進展 一般認為，噴霧干燥技術(shù)的研究早在 19 世紀(jì)初期就開始了。他認為，如果用霧化器來噴灑或噴射液體使之蒸發(fā)或潤濕，這個過程是眾所周知的，但將物料霧化同時進行脫水，這樣一個過程的設(shè)備 和方法過去是沒有的。同年 Gardner 提出了第一個雙流體噴嘴 (即氣流式噴嘴 )的箱式噴霧干燥器。但這些早期的干燥器操作很保守，進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 ”。當(dāng)今，世界上已有大量關(guān)于噴霧干燥技術(shù)的理論和試驗研究的文獻發(fā)表。 Berger 給出了小型超聲霧化器的簡圖。通常超聲的 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 5 頁 振動頻率必須大于 20kHz。據(jù) Patil 等的測算，傳統(tǒng)霧化器有 96%以上的能量用于產(chǎn)生霧滴的動能和機械消耗，只有 4%左右的能量用于霧滴的形成。另外，黃立新等用計算機技術(shù)模擬了配置超聲霧化的噴霧干燥裝置 [11]。上海染化八廠自 60年代起對下噴上式氣流式噴霧干燥器進行了六年多的研究，于 1972 年用活性染料進行試驗獲得成功。上?；ぱ芯吭?、上海染化一廠和上海牙膏廠 (1978 年 )共同研究出兩種不同溫度進風(fēng)方式的新型壓力式噴霧干燥塔。 [3,5] 中國在 20 世紀(jì)引進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。其轉(zhuǎn)速均在 7000r/min 左右，噴液量不超過 500L/h，不能適應(yīng)當(dāng)時市場發(fā)展的需求。從而可以使干燥塔的直徑變小，被處理物料的受熱程度降低，消除了普遍存在的粘壁現(xiàn)象，提高轉(zhuǎn)速成為各國干燥裝置的趨勢。其整機性能已達到丹麥 NiRo 公司同類產(chǎn)品的性能指標(biāo)。 2. 材質(zhì)差 以往制造熱風(fēng)箱和進風(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，無法進行處理，勢必對產(chǎn)品質(zhì)量有一定影響。 4. 加工精度低 干燥塔內(nèi)壁表面過于粗糙，內(nèi)壁掛粉比較嚴(yán)重；沒有一個較好的振打裝置，使粉在塔內(nèi)停留的時間較長，對粉的質(zhì)量造成影響。 6. 觀念誤區(qū) 單噴頭影 響了物料與熱風(fēng)充分的熱交換，以前認為只有單噴頭、大板眼才能生產(chǎn)大顆粒粉，只有大顆粒粉才能速溶。 7. 自動化程度低 大多數(shù)乳品廠采用的都是手動控制，控制精度較低，工人的勞動強度大。干燥動力學(xué)、非球形顆粒的干燥模擬、噴霧干燥等領(lǐng)域有待進行更深入的研究 [11]。尋找新的能源代替原來的煤、電等能源，并充分利用工業(yè)生產(chǎn)中的余熱等來節(jié)省能源。現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了噴霧干燥 +流化床干燥的多級干燥模式，似可以進一步考慮噴霧干燥 +微波或者干燥塔內(nèi)加熱式的噴霧干燥等。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 7 頁 4) 利用迅速發(fā)展的計算機和軟件技術(shù)，提高噴霧干燥的數(shù)學(xué)模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。 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。節(jié)能措施總結(jié)起來主要有以下幾 方面：首先是噴霧干燥塔本身性能結(jié)構(gòu)等方面的調(diào)整；另外是干燥物質(zhì)本身的性質(zhì)控制，燃料問題，干燥介質(zhì)性質(zhì)等方面的因素。 在生產(chǎn)能力恒定時，通過提高熱載體的進口溫度可降低熱量消耗。 噴霧干燥是利用蒸發(fā)物料中的揮發(fā)介質(zhì)而獲得干物料的一種方法，因此，要想獲得較好的熱利用率，盡可能地提高料液固含量也是一種比較好的方法。 提高料液的溫度可降低單位質(zhì)量干產(chǎn)品的熱量消耗。 4) 余熱回收利用。 5) 采用多級干燥。 目前國際上公認的一種辦法是組合式的干燥方式，例如噴霧干 燥 +內(nèi)部流化床的二級組合干燥，以及噴霧干燥 +內(nèi)部流化床干燥 +外部流化床干燥的三級組合干燥方式。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。但是，當(dāng)很多噴霧干燥的用戶有自備的電廠產(chǎn)生廢過熱蒸汽時，如果仍然采用過熱蒸汽換熱產(chǎn)生熱空氣，那將是一種對能源的浪費。過熱蒸汽干燥是一種以過熱蒸汽直接與濕物料接觸而去除水分的干燥方式，用過熱蒸汽干燥主要有如下特點： 1) 過熱蒸汽的熱容高于空氣，傳遞同樣的熱量所需要的量減少，可節(jié)能 50%~80%； 2) 過熱蒸汽不含氧氣，可以避免物料氧化； 3) 物料表面沒有空氣邊界層，可以減少傳熱傳質(zhì)阻力等。但是，考慮到干燥所處理的物料特性，例如醫(yī)藥、生化產(chǎn)品等，它們都有大量的生物活性成分，無法承受高溫介質(zhì)環(huán)境，為此，大多數(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)會直接選擇 真空冷凍干燥。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)。瑞士的 Leuenberger 等也采用噴霧冷凍制粉和流化床干燥結(jié)合的辦法，研究了該種兩段式噴霧冷凍干燥對藥品性能的影響。 噴霧干燥的研 究主要是集中在霧化裝置結(jié)構(gòu)和整個干燥系統(tǒng)設(shè)計以及模型的建立上。除了噴霧冷凍干燥技術(shù)，現(xiàn)階段新興發(fā)展起來的還有噴霧干燥與流化床結(jié)合起來的干燥技術(shù)。它主要包括自動檢測、自動控制、自動保護、自動操作等方面的內(nèi)容。 比較機構(gòu)及控制器：它接受來自變送器的信號，與設(shè)定值進行比較得出偏差，并根據(jù)一定的規(guī)律進行計算，然后將運算結(jié)果用特定的信號發(fā)送出去。 執(zhí)行器：根據(jù)控制器送來的信號相應(yīng)地改變控制變量，以達到控制被控變量的目的。 自動控制系統(tǒng)有很多分類方法，可以以被控變量分類，如溫度、壓力、流量、液位等控制系統(tǒng)，也可以按控制器的控制規(guī)律分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等自動控制系統(tǒng)。 定植控制系統(tǒng)：所謂 “定值 ”，就是恒定控制系統(tǒng)的簡稱。 隨動控制系統(tǒng)（也稱自動跟隨系統(tǒng)）：這類控制系統(tǒng)的特點是給定值不斷地變化，而且，這種變化不是預(yù)先規(guī)定的，也就是是給定植是隨機變化的。 程序控制系統(tǒng)（又稱順序控制 系統(tǒng)）：這類自動控制系統(tǒng)的給定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時間函數(shù)變化。 [21] 研究噴霧干燥技術(shù)的意義 目前，隨著對 噴霧干燥技術(shù)不斷深入的研究和發(fā)展，已在化學(xué)、食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、陶瓷、水泥、水產(chǎn)、林業(yè)、冶金等工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。 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。采用氮氣或二氧化碳等惰性氣體作為干燥介質(zhì)，采用過熱水蒸氣或蒸汽的濕份相同的過熱有機溶劑蒸汽作為干燥介質(zhì)時，可防止物料和空氣接觸時發(fā)生氧化或爆炸的情況?？諝馐亲盍畠r易得，也是最常見的干燥介質(zhì)。主要是因為奶粉是食品，用經(jīng)過過濾的空氣作為干燥介質(zhì)不會對產(chǎn)品造成污染，加熱裝置也選用不會對產(chǎn)品造成污染的電加熱器。霧滴 —空氣的