相似原理在喷雾干燥塔改型设计中的应用

干燥与传热专题Ｄｒｙｅｒ＆Ｈｅａｌ　Ｅｘｃｈｏｎｇｅｒ　Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｌ　相似原理在喷雾干燥塔改型设计中的应用　武汉化工学院机械工程学院　（湖北４３００７４）　魏化中王友　中国医药集团武汉医药设计院（湖北４３００７７）　张嘉琳　【摘　要】　分析喷雾干燥塔设计中设计参数不全时，运用相似原理的方法，解决确定设计参数值，进　行新产品设计的问题。通过样机运行证明，该方法切实可行，对喷雾干燥塔扩展型号设计中具有现实的意　义。　【关键词】　设计参数　相似原理　喷雾干燥　引言　在喷雾干燥塔的设计计算过程中，简体直径和高度　的计算在文献［１］和［２］中都有一套较完整的计算公　式，但需要喷嘴出口雾滴的直径及其初始速度及喷射角　度等作为设计参数，在实际设计中这几个参数的测量｛ｆ｛　力学相似是指实物流动与模　流动　其刈　ｂ／点　些物理量有一定的比例关系，力学卡Ｈ似包括以下三个　‘　面：儿何相似、运动相似、动力相似每一种卡ＪＩ似鄙埘　心有一个基本比例　，即线性比例尺ｌ　．＝ｆ．／，　）、速　度比例　（　、＝ｉ　／　、　）、密度比例尺【　．．＝Ｐ／Ｐ　）通过　基本比例Ｊ　可以确定一系列的　他物　址的比例咫，　复杂，往往没有准确的数据，使喷雾干燥塔设计计算有　难度　流量比例尺（　）　＝井　、　２．相似准则　模型流动与实物流动如果力学帽似，＿Ｊ』ｌ必然仔住　许许多多的比例尺，判断相似的标准足州似准！Ｊｊ『Ｊ，　文　献　３　中具体叙述』　常用的一些相似准则，研究／ｆ　【ｌｆ　压缩流体定常流动时的卡日似准Ｉ，／ｊ：如　【舡ｊ个流动成，　相似，则它们的弗劳德数、欧拉数、甫诺数必坝各ｆＩ卡Ｊ　Ｊ等　即　’ｒ＝　ｒ；　ｆ』＝　ｆ』：Ｒｒ：　Ｐ　◆◆，ｈ　ｒ◆◆◆◆◆◆ｉ◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆　伍已有气流式喷雾于燥塔（ＰＧ一３０）产品的基础　上，需要扩展产品系列，生产干燥量为５０ｋｇ／ｈ的气流　式喷雾干燥塔（ＰＧ一５０），通过分析和计算，采片】了卡Ｉ１　似原理的方法，通过试算解决了上述问题，试验表明设　计达刮预定要求，扩展设计的设备运行正常。　一、相似原理的基本理论　１．力学相似的基本概念　ｔ　●　●…Ｉ●●ＩＩＩｔ…Ｉ●ｉ●●…◆Ｉ●ｉｌｉ◆ｒ　ｒｒ◆ｒ　　ｒｌ◆　口阀，控制投用速度，检测蒸｛气产量，通过控制油浆进　．北京：　防工、ｌ　出版社，１９８２．　人的速度，保障蒸汽产量缓慢上升；缓慢停开对防止管　板产生冷热疲劳开裂，控制破坏程度有很好的作用　（４）增加换热器壳程出入门，减少流体诱发振　动　３　高忠自，邱清字，王志文．压力　器安伞管　Ｔ　：Ｍ：．北京：中【日石化出版社，１９９２．　４：　方坦纳ＭＧ．格林ＮＰ．腐蚀＿ｒ程．　一　版：Ｍ　．北　京：化学１　业出版社，１９９５．　［５　郭建．油浆换热器管板开裂原因分忻：Ｊ　．仃油化　参考文献　兰州石油机械研究所．换热器［Ｍ］．北京：烃加　出版社，１９８８．　Ｌ安全技术，２０【）０（４）．　［６］　王运炎．金属材料与热处理．北　：机械　社，１９８９．　版　Ｌ海交通大学《金相分析》编写组．金相分析［Ｍ：　ＧＭ　（收稿ｌ】ｊ９｛：２００６／０４／１２）　２００６年第８麓　维普资讯 http://www.cqvip.com

干燥与传热专题Ｄｒｙｅｒ＆Ｈｅｅｌ　Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｌ　技术ｓ直喇ｌ一：　Ｎ’　（　）可估计为１２０ｍ／ｓ，运用速度比例尺，对于ＰＧ一　５０的速度可取为２００ｍ／ｓ．　由于计算过程较复杂，此处　只作简单介绍　对ＰＧ一３０的计算验证　二、不同型号气流式喷雾干燥塔设计相似　原理的应用　１．对不同型号气流式喷雾干燥塔的相似分析　ＰＧ一３０与ＰＧ一５０的主要区别是在于对水分蒸发　上，前者是３０ｋｇ／ｈ，后者是５０ｋｇ／ｈ，其设备的结构和　干燥　艺过程都基本相似，因此有动力相似。由于水分　蒸发量的提高，要求塔的简体和直径都相应地需要凋　整，有几何相似。由于两者在生产中的物料相同，喷雾　干燥效果相同，在考虑雾滴的直径和喷射角的取值应该　相Ｈ，冈而有运动相似　虽然物料在塔内的运动过程是　很复杂的，但对同一系列的干燥塔来说，其运动机理、　流态分布等都对应于一定的相似准则。　这种流体状态的干燥设备，其主要的设计参数是简　体的直径（Ｄ）和简体的有效高度（Ｈ），可看为各设汁　参数的函数，见式（１）．　．Ｄ、Ｈ＝　（ｒ，７７）＝　（Ｒｅ，Ｄ　『ｊ　『ｊ　，，ｚ　目）　（１）　（１）计算干燥器直径　喷雾角：　＝６０。（在雾化器　的设计中可得到）　水平速度　始雷诺数Ｒ　＝“　ｓｉｎ３０。，由初始速度　，。　算的初　Ｒ　。：　根据舶。判断流动状态，　并选择对应的公式，一般是过渡流，可用下式计算雾滴　帅…訾　＃ｊ，￡ａ　Ｊ脚　　Ｋｅ—　…＃－　船　。Ｋ　ｅ　体积　　分见文献［１］），颗粒飞行的瞬间速度ｒ＝舶　ｐ　．　，将　依兄　。依次减小，算出一系列的ｒ和”并画出ｒ一　曲线图，对其进行罔解积分算　简体的直　，如图１所　巾ｒ一液滴的飞仟时间；　液滴飞行速度；　雷诺数；　Ｄ　——雾滴的直径；　，ｊ　——空气密度；　ｐ　——液滴的密度；　，　——空气的黏度；　喷射角　１　Ｉ’（；一３０的ｒ—ｆ’曲线　当Ｄｌ，　ｌ及计算的其他参数已知，Ｄ　，　未知；　求，Ｊ　，　２。选择合适的Ｄ　ｐ值用文献［１］中相关　公式汁算ｆＪ　Ｉ　Ｉ，调整Ｄ　值至Ｄ　Ｉ，　Ｉ与，）　，　（２）计算干燥器的有效高度　液滴　直方向的速度　’　＝　ｏｅｏｓ３０。，由＿｛ＪＪ始速度ｌ１、０计算的初始甫诺数ＲＰ０：　。：　，雾滴的沉降速度Ⅵ的汁箅：　：　Ｈ－十Ｈ同　则由相似原理，叮由该Ｄ　的ｆｌｆ［　计算ｆＪ！，　２　２．设计计算　运用式（１）及其文献［１］中相关公式先对ＰＧ一　段所　，雾滴到达等速运动以前，住减速阶　ｊ，　＿Ｉ　３０进行验算，看所选数据是否合理，然后运用同样的公　式刈‘ＰＧ一５０进行设计计算。雾滴直径的大致范围为５０　～勺计算…　此处５６　为声＝　＝　舶　（　——阻　系数）得　１５０／ｍｌ，本文计算过程中，对于雾滴的直径的选取，　液滴的沉降速度：ｑ＝Ｒｅｒ·　ｉ　，、　取ｒ一组数（５０／￣ｍ，７５ｔ￣ｍ，１００／Ｊ．ｍ，１５０ｔ￣ｍ等）分别进　了计算，并进行了比较分析，得｝｛Ｊ取１００１㈣时的精度　需求出积分值，才能求　　．出ｒ值。同上从初始雷诺数开始选取一系列的分别算出　对应的速度和时问，Ｒｅ依兄ｅｎ依次减小，并作ｒ一　曲　线图，运用图解积分算出简体的有效高唐，Ｈ．体　图２　最高对于雾滴的初始喷出速度，可用相似原理来确　定，埘十ＰＧ～３０的应用中，其从喷嘴射出的初始速度　ＧＭ　瓣　２００６　筘８　７７　维普资讯 http://www.cqvip.com

干燥与传热专题Ｄｒｙｅｒ＆Ｈｅａｔ　Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ　通过计算可得出该型号简体的直径可取为１．７ｍ，简　体的有效高度可取为２．３ｍ，具体的数据还应根据实际运　用、制造的合理性方面考虑，误差因素等进行修正。　１　Ｅ　ｌ　１　—嘲　１　￡ｌ　魁　Ｏ　ｌ　２　３　４　５　６　７　时间（ｘｌｏ－　）ｓ　图２　ＰＧ＿一３０的ｒ一　曲线图　０　５　ｌＯ　ｌ５　２０　运用图解积分分别对图ｌ和图２图形的面积，得简　体直径并圆整为１．２４ｍ，简体的有效高度为１．８５ｍ，考　时间（ＸｌＯ一　）ｓ　图４　ＰＧ一５０的ｒ—　曲线图　虑到数据的圆整，与ＰＧ一３０的直径和高度基本吻合，　说明选用数据合理。　三、结论　通过上述方法设计的型号ＰＧ一５０样机，通过各种　（３）对型号Ｐ　５０的设计计算　具体过程如上述　的计算过程，这里只把计算结果给出，计算筒体直径和　有效高度的速度一时间曲线分别见图３和图４。　工况条件下的运行测试，完全达到型号ＰＧ．Ｉ３０的各项　技术指标。这种方法运用相似原理，较好解决了已有产　品（设计参数不全）又要进行系列产品设计中的问题。　参考文献　［１］　王喜忠等．喷雾干燥［Ｍ］．北京：化学工业出版　Ｅ　＜　社，２００３．　嘲　［２］　刘广文．喷雾干燥参考技术大全［Ｍ］．北京：中国　轻工业出版社，２００１，　［３］　张也影．流体力学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，　１９９９．　０　ｌ　２　３　４　５　６　时间（×ｌＯ一　）ｓ　［４］　金国淼．干燥设备［Ｍ］．北京：化学工业出版社］：　业装备与信息工程出版中心，２００２，　图３　ＰＧ＿一５０的ｒ一　曲线图ＧＭ　（收稿日期：２００６／０３／０９）　ｌｌ◆ＩＩＩ◆ＩＩ●ＩＩＩＩ◆…Ｉ◆ＩＩＩＩ◆ＩＩＩＩ◆ＩＩ｛◆…Ｉ◆…Ｉ●ＩＩＩＩ◆ＩＩＩＩ◆ＩＩＩＩ◆ＩＩＩＩ◆…１４ＩＩＩＩ◆ＩＩＩＩ●ＩＩＩＩ４１ＩＩＩ◆ＩＩＩ●ＩＩＩＩ４－１Ｉｉ◆ＩＩＩ◆…Ｉ●ＩＩＩＩ◆ＩＩＩ◆ＩＩＩ４－１ＩＩＩ◆…Ｉ◆ＩＩＩＩ◆：ＩＩ●ＩＩｉＩ◆ＩＩＩＩ◆ＩＩＩＩ◆ＩＩＩ◆ＩＩＩ◆…Ｉ●ＩＩＩＩ◆ＩＩＩ◆…｝●ＩＩＩＩ◆　ｆＩ◆　Ｉ　◆ｉＩｌＩ◆ｌ　＿项目信息　地　区：江西　地　区：江苏　项目名称：离子膜烧碱及ＰＶＣ树脂项目　项目性质：新建　项目名称：金浦集团重油裂解项目（十一五项目）　项目性质：新建　建设周期：２００７　２００９年　投资总额：９亿元　进展阶段：报批立项　建设周期：２００７　２００９年　投资总额：ｌ５亿元　进展阶段：报批立项　关键设备：压滤机、干燥机、冷却器、自动化仪器仪　表、水处理设备。　关键设备：裂解炉、反应器、分离器、空分设备、脱硫　设备、自动化设备、风机、减速机、压缩机。　建设内容：年裂解重油１００万ｔ。　建设内容：年产３０万ｔ离子膜烧碱，２０万ｔＰＶＣ树脂。　２ＯＯ６年第８期　通用和赫