实验讲义

实验11 喷雾干燥

11.1 实验目的

⑴ 熟悉一套工业常见的喷雾干燥流程。

⑵ 了解塔式干燥器与喷嘴的结构及工作原理。

⑶ 观察各种操作参数的变化对喷雾干燥效果的影响。

⑷ 了解人工智能工业调节器的操作及控制原理。

11.2、实验原理

喷雾干燥是干燥单元操作的特殊过程，主要用在化学工业的造粒，如催化剂的生产、染料的干燥、奶粉的制造、生物制药工业的药品生产，应用十分广泛。

喷雾干燥的设备及结构多种多样，但所有的操作方式及原理都是将欲干燥的浆料分散成极小的雾滴，然后与热气流接触，有效的增大了气液两相的接触面积。如将1cm3的液体雾化成10μm的球形雾滴，其表面积将增大6000倍，这就大大提高了干燥速度。雾状料液与被加热到一定温度的干燥介质直接接触，雾滴在极短的时间内（零点几秒）被干燥成粉状或细颗粒状产品，热能以对流方式传递，产生的蒸汽被干燥介质带走。

11.3 实验装置及流程

本装置采用直立圆筒式（塔式）干燥器、气流式雾化器。由喷雾干燥塔、气流式喷嘴、鼓风漩涡泵、蠕动泵、无油空气压缩机、加热炉、旋风分离器、温度控制仪、压力显示器、磁力搅拌器、空气缓冲罐等设备组成。

欲干燥的浆液置于烧杯内，由磁力搅拌器搅拌，经蠕动泵输送送至干燥塔顶部的喷嘴，浆液在喷嘴的中间管向下流动，经无油空气压缩机加压的空气经缓冲罐后在喷嘴的环隙流动，当离开喷嘴出口时，浆液被撕裂成雾滴，与从顶部进入的已加热的热空气并流接触进行干燥，气流在塔的底部带者干燥好的粉料进入旋风分离器，将粉料与气体分离，从而得到最终的干燥产品。喷嘴部分设有冷却水系统。

本实验仪热空气的加热、温度、压力的指示与控制由AI系列人工智能工业调节器实现自动控制，各参数的设定值视操作物料而定。

11.3.1 实验装置流程如下：

1、鼓风机 2、加热器 3、喷嘴 4、喷雾干燥器 5、旋风分离器6、粉体收集器

7、空气缓冲罐 8、转子流量计 9、空气压缩机10、蠕动泵 11、烧杯 12、压力变送器 11.3.2 控制面板布置图如下：

11.4 实验方法及步骤

11.4.1 开车前的准备工作

⑴ 检查各部分连接是否完好。

⑵ 缓慢打开冷却水管调节阀通入冷却水。

⑶ 在一烧杯中加入清水（供清洗喷嘴用），另一烧杯中放入欲干燥的浆液，记录料液的初始量并把料液放在磁力搅拌器上，开启电源投入磁棒进行搅拌。

⑷ 安装好蠕动泵的胶管，插入清水杯中，开启泵的电源，调节进液流量达到一定值，停止加液。

11.4.2 升温及喷雾操作

⑴ 依次开启风机电源、手动控温电源、自动控温电源、测温电源、测压电源。

⑵ 根据物料性质设定给定温度值。

⑶ 调节电流给定旋钮，对系统进行加热，电流调整在4-5A. 到达设定温度后，仪表可自动控制。

⑷ 利用转子流量计阀门调节进风量，控制在15 立方米/小时左右，观察温度上升情况。

⑸ 当温度上升到规定温度时，开启无油空气压缩机，调节喷嘴的进风压力在0.05-0.15MPa之间。

⑹ 预喷雾操作：从干燥器上部取下喷嘴，将蠕动泵的进料管插入清水杯中，启动蠕动泵，调节进料量在5-10ml/min之间。调节喷嘴的进风压力，将喷嘴头向下观察雾滴分散情况，雾滴颗粒过大，可减少进液量或加大喷嘴进风压力；雾滴过细可加大进料量或降低喷嘴压力。

⑺ 寻取适宜的操作条件后，记录各部分的参数。

⑻ 喷雾操作：将喷头插入干燥塔的顶部插孔内，同时将蠕动泵的进料管插入正在搅拌的浆液内，很快就有温度和压力的变化，并且可从旋风分离器内看到固体粉粒的出现和分离。

⑼ 用手请轻轻拍击干燥器的底部锥面，将落在锥面上的粉体排出。

11.4.3 停车

⑴ 将蠕动泵入口管插入请水杯内，降低进液速度清洗管路，清洗完毕可关闭蠕动泵电源。

⑵ 将加热用的电热器调回零点，关闭加热电源。 ⑶ 继续给风降温，当温度降至60℃时关闭风机电源。

⑷ 取下旋风分离器的收集瓶，进行有关指标的测试。

11.5 注意事项：

⑴ 停止加热后严禁立即关闭风机电源，加热炉的热量要靠连续通风带出降温，当风机停止转动时会把加热丝烧毁。

⑵ 停车后可打开塔的顶盖，清扫塔的内壁。

⑶ 喷头一定要用清水清洗干净，以防堵塞。

11.6 数据处理

11.6.1 基本参数

加热功率： 2.8KW； 最高温度：280℃； 最大喷雾压力：0.2MPa ；

处理量： 2L/h； 双流式喷嘴： 内径1.5mm； 外孔内径2.2mm。

11.6.2 数据处理

⑴、根据浆液的消耗量和实际收集到的固体粉粒计算干燥收率。

⑵、用放大镜观察粒子的形状，利用筛分法测定粒子分布。

11.7 结果分析

根据得到的产品及操作过程分析各操作参数对干燥的影响。

思考题

⑴ 雾化器（喷嘴）有哪几种形式，各自的工作原理？

⑵ 喷雾干燥的优点是什么？

⑶ 喷雾干燥的缺点是什么？

⑷ 试分析影响喷雾干燥的因素有哪些？

⑸ 加热介质的温度设定对干燥效果及物料的性质有何影响？

⑹ 如果干燥后的产品成粘性物质，试分析可能的原因？

⑺ 实验装置停止加热后，为什么不能立即关闭风机电源？

⑻ 喷雾干燥操作中雾滴的大小与何因素有关？当物料的种类和料液湿含量已确定，雾滴大小通过什么来调节？

⑼ 喷雾操作前为何要进行预喷雾操作？

⑽ 雾化器工作不正常，会对操作产生和不良影响？

⑾ 压缩空气及料液在喷嘴内是如何流动的？

⑿ 按照热能供给湿物料的方式，干燥可分为哪四种？喷雾干燥属于哪一种？

⒀ 什么是空气的湿度及相对湿度？

⒁ 什么是干燥器的热效率，如何提高干燥器的热效率？

⒂ 物料中所含的总水分有哪两部分组成？在干燥过程中除去的是哪一部分？

⒃ 喷嘴冷却系统起何作用？冷却水何时投用？

⒄ 干燥速度曲线有哪几个阶段组成？

⒅ 连续式常压干燥器的特点？哪几种干燥器属于此类？

⒆ 实验完毕，喷头必须作何处理？为什么？

⒇ 简述实验装置压缩空气及料液的流程？

实验2 综合传热性能测定实验

2.1实验目的

（1）测定套管换热器横式放置时，热水走管内、空气走管外，流体呈湍流流动状况下的管内对流传热系数，并与传统的经验式作比较。

（2）测定套管换热器竖式放置时，热水走管内、空气与水混合走管外，管外为两相流状况下的管内对流传热系数及阻力降。

（3）掌握传热膜系数α的测定方法，并学会传热膜系数测定实验的数据处理方法。。

（4）了解影响传热膜系数的因素和强化传热的途径。

2.2实验原理

传热膜系数α是研究传热过程及换热器性能的一个很重要的参数。

本实验所用换热器是由玻璃套管和传热紫铜内管构成的套管换热器，有横、竖两种。冷流体为空气（由鼓风机提供）或冷水（由离心泵提供），热流体为热水（由 提供），冷热流体可呈并流或逆流流动，通过间壁进行热交换。冷、热流体的流量均可由阀门调节，并由转子流量计测定，冷、热流体的进出口温度及铜管外壁温度由热电偶温度计测定，并由仪表显示。

流体在圆形管道内无相变时的准数关联式为 4.0PrRemANu，将非线性转化为线性关系。将实验得到的若干组Nu，Re和Pr数据，由回归法确定系数mA,值。具体测定方法如下：

对于准数关联式4.0PrRemANu（流体被加热时），将4.0Pr移至左边，两边取对数，令0.4lgPryNu，lg;lgReaAx,得yamx,此式为一元线性式，按回归法即可得m.

2.2.1 m的计算：

在双对数坐标系中以Re为横坐标，以4.0PrNu为纵坐标。将测得的6组数据处理后得到6对横、纵坐标，在双对数坐标系中描出6个点，将6个点相连得一直线。该直线的斜率即为准数关联式中的 m。如图2-1所示。 2.2.2A的计算

在线中任取一点查出该点的横坐标Re值和纵坐标4.0PrNu值，代入准数关联式mANuRePr4.0中可求得A。如图2-1所示。

流体在圆形管内无相变时的准数关联式为 Nu=ARemPr0.4，将非线性转化为线性关系，用最小二乘

法原理，将实验得到的若干组Nu、Re和Pr数据，由回归法确定系数A、m值，即Nu/Pr0.4=ARem,

lg(Nu/Pr0.4)=lgA+mlgRe。具体测定方法如下：

1、m的计算：

在双对数坐标系中以Re为横坐标，以Nu/Pr0.4为纵坐标。将测的的6组数据处理后得到6对横纵坐

标，在双对数坐标系中描出6个点，将6个点相连得一直线。该直线的斜率即为准数关联式中的m。

2、A的计算

在线中任取一点查出该点的横纵坐标，代入准数关联式中可求得A。

2.3 实验装置系统及设备技术指标

空气鼓风系统、液体加热循环系统、热交换器、温度控制与测量系统、流量测量系统。

套管换热器：换热紫钢管内径：di=0.019 m，外径：d0=0.022 m，有效长度L=1.485 m

热水罐：两段电加热，每段功率2KW。

风机：0.75KW，110m3/h

水泵：8L/min

2.4．实验方法与步骤

（1）向电加热釜内注水，观察液位计。

（2）将水泵回流阀全开。

（3）启仪表柜总电源，依次开启手动控温与自动控温二组加热器，电流值应控制在5A左右，当温度达到所需值时，将手动控温适当减少至某一数值，以保持温度恒定。 （4）按住控温仪表的健，仪表显示Su符号，下面的数字表示给定的温度值，可通过增减键改变数值。一旦给定温度后的仪表上方的红灯点亮，在达到指定值后，红灯熄灭，此时温度就可稳定在该值。此后电流指针处在摆动状态，同时，红灯闪烁。

（5）升温的同时要开启水泵电源，并调节回流阀门至流量计中间位置，进行循环，以后调至实验规定的位置。（注意：不能在温度达到规定值后再开启水泵电源，这样会造成流量计的玻璃损坏。）

（6）开启显示器1、2电源，打开键开关，观察各温度点的情况。键位置及所代表的侧温位置如下：垂直管（竖式）各温度用面板左边的控温表显示，水平管（横式）各温度用面板右边的控温表显示，管内热水的进出口温度为T入、T出，环隙内空气的进出口温度为t1、t2为t，铜管壁面的温度为T1、T2、T3、T4。读取V、t1、t2、N1、N2、N3、N4（N1、N2、N3、N4即T1、T2、T3、T4）值。

（7）重复上述操作，共测6组数据。

（8）实验完毕，先关电压表，5分钟后再关鼓风机，并将旁路阀全开。

2.5．实验数据处理

横式放置时，热水走管内、空气走管外，即热水-空气逆流传热。

数据记录表2-1

实验序号 热水

流量(m3/h) 热水

入口温度

t入 壁 温 (℃) 热水出口

温度

T出 空气流量

(m3/h) 空气入口

温度t1 空气出口

温度t2 T1 T2 T3 T4

1 0.25 5.0

2 0.25 7.5

3 0.25 10.0

4 0.25 12.5

5 0.25 15.0

6 0.25 18.0

数据记录表2-2

实验对数平均 传热量传热系数K