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喷雾—旋流组合干燥过程研究

作　者: 赖秀文
导　师: 程榕；郑燕萍
学　校: 浙江工业大学
专　业: 化学工程
关键词: 组合干燥干燥动力学级间湿含量优化
分类号: TQ028.63
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

组合干燥是根据被干燥物料的特点,将两种或两种以上干燥方式组合在一起完成物料干燥过程的节能技术,喷雾-旋流组合干燥是其组合形式之一。喷雾干燥可在数秒至数十秒内脱除原料液中的大量湿分(通常为水)得到固体产品,旋流干燥因其较长的停留时间可将物料中的湿分脱至更低。喷雾-旋流组合干燥是将这两种干燥方法有机组合,在完成干燥任务的基础上达到节约能耗和节省设备投资的目的。实验分两部分:1、在一直径340mm、塔高1.5m,采用外混合二流式喷嘴的喷雾干燥塔中对纯藕粉的悬浮液进行了单因素试验,试验研究了料液含固量、进风温度、喷雾量、操作气速对藕粉最终含水率的影响规律,并选取对产品含水率影响较显著的因素进行了二次回归正交旋转组合设计试验,建立了料液含固量、进风温度、喷雾量与干燥藕粉含水率之间的数学模型,分析了各因素之间的交互作用,确定了最低含水率条件下工艺参数的优化组合。2、在一塔径400mm、中心孔直径180mm、塔高0.95m的旋流干燥器中进行了藕粉的干燥动力学试验,研究了进风温度、进料速率、操作气速对藕粉干燥速率的影响规律,并建立了藕粉在旋流干燥器中的干燥动力学模型。结论如下:(1)藕粉的喷雾干燥最终含水率随进风温度的升高、气速的提高、喷雾量的减小、料液初始含水率的减小而减小。(2)喷雾干燥藕粉干燥含水率与进风温度、喷雾量、料液初始含水率的回归方程:(3)旋流干燥中藕粉的干燥速率随进风温度的升高、气速的增大、进料速率的降低而变快。在温度低于80℃时,温度的升高对干燥速率的影响较显著;在高气速区,恒速干燥速率较大。物料的临界含水率为0.09-0.11 kg/kgdb。(4)旋流干燥动力学模型表达式为:其中:(5)在60℃~80℃温度下,藕粉的有效扩散系数分布在m2/s~m2/s的范围内。有效扩散系数和介质温度间的Arrhenius关系:在试验建立的干燥动力学模型的基础上建立了以年费用为目标函数,级间湿含量为决策变量的优化模型。以年总费用最低为目标对级间湿含量进行优化,以此确定不同操作参数下的最优级间湿含量,研究结果表明:(1)当物料要求含水率较低时,最优的级间湿含量即为临界湿含量0.1kg/kgdb;当物料要求含水率较高时,级间湿含量的选择基准为尽可能使喷雾干燥少完成干燥任务,即在液滴变成固体颗粒时即可进入旋流干燥器内完成剩下的干燥。(2)在对物料含水率要求并不很高且生产任务相同的情况下,喷雾-旋流组合干燥较单级的喷雾干燥设备投资减少21.7%,年能耗费用减少25.8%,年总费用减少24.5%。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-15
  1.1 概述  12-13
  1.2 课题的提出和意义  13-14
  1.3 研究目的及主要内容  14-15
第二章文献综述  15-31
  2.1 组合干燥技术研究现状  15-25
    2.1.1 组合干燥方式的选择依据  15-16
    2.1.2 国内外研究现状  16-23
    2.1.3 与喷雾相关的干燥技术的研究  23-24
    2.1.4 与旋流相关的干燥技术的研究  24-25
    2.1.5 组合干燥技术的发展趋势和有待开发的领域  25
  2.2 干燥过程的数学模型  25-31
    2.2.1 干燥动力学研究  25-27
    2.2.2 干燥过程的数学模型  27-31
第三章实验部分  31-38
  3.1 喷雾干燥实验流程及设备  31-34
    3.1.1 实验流程  31-32
    3.1.2 实验设备  32-33
    3.1.3 实验物料  33
    3.1.4 实验方法及步骤  33-34
    3.1.5 数据处理  34
  3.2 旋流干燥实验  34-38
    3.2.1 实验流程及装置  34-36
    3.2.2 实验物料及条件  36
    3.2.3 实验方法及目的  36-38
第四章结果与讨论  38-61
  4.1 喷雾干燥试验结果与分析  38-50
    4.1.1 喷雾干燥单因素实验结果  38-42
    4.1.2 正交试验结果与分析  42-50
  4.2 旋流干燥试验结果与分析  50-58
    4.2.1 干燥动力学试验结果  50-54
    4.2.2 干燥动力学模型  54-56
    4.2.3 有效扩散系数和扩散活化能的计算  56-58
  4.3 本章小结  58-61
    4.3.1 喷雾干燥小结  58-59
    4.3.2 旋流干燥小结  59-61
第五章喷雾-旋流组合干燥过程经济优化  61-78
  5.1 喷雾-旋流组合干燥系统  61-63
    5.1.1 装置及附属设备  61
    5.1.2 工艺流程  61-63
  5.2 设备投资与能耗计算  63-70
    5.2.1 喷雾干燥器设备投资及能耗  63-66
    5.2.2 旋流干燥器设备投资  66-69
    5.2.3 组合干燥总能耗的计算  69-70
    5.2.4 目标函数的建立  70
  5.3 级间湿含量的优化  70-78
    5.3.1 操作参数对年总费用的影响  72-76
    5.3.2 工艺流程对年总费用的影响  76-77
    5.3.3 与单级喷雾干燥的经济比较  77-78
第六章总结与展望  78-80
  6.1 总结  78-79
  6.2 研究展望与存在的不足  79-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
攻读硕士学位期间的论文发表情况  84

喷雾—旋流组合干燥过程研究

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