1、 过程装备与控制工程 XX 大学本科毕业论文（设计） 诚信责任书 本人郑重声明：本人所呈交的毕业 论文（设计） ，是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业 论文（设计） 中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。 特此声明。 论文（设计）作者签名： 日 期： XX 大学毕业论文（设计） 第 I 页 目 录 摘要 . III ABSTRACT . IV 第一部分 前 言 . 1 1.1 设计喷雾干燥设备的意义 . 1 1.2 设计喷雾干燥设备的目的 . 1 1.3 喷雾干燥技术的发展现状及趋势 . 1 1.4 喷雾干燥系统简述 . 2 1.4.1 喷雾干燥设备 . 2
2、1.4.2 喷雾干燥控制系统 . 4 第二部分 本论 . 8 2.1 设计方案论证 . 8 2.1.1 设计原理 . 8 2.1.2 干燥方法的选取 . 8 2.1.3 方案的比较与选择 . 8 2.1.3 选用方案的特点 . 10 2.2 工艺计算 . 11 2.2.1 设计要求 . 11 2.2.2 设计已知参数 . 11 2.2.3 料液物理性质 . 11 2.2.4 物料衡算 . 12 2.2.5 热量衡算 . 13 2.2.6 喷嘴尺寸的设计 . 21 2.2.7 喷雾干燥塔的直径和高度计算 . 25 2.2.8 设备主要接管尺寸的计算 . 26 2.2.9 空气在塔中的运动参数计算
3、 . 27 2.2.10 主要设计数据 : . 28 2.3 结构设计计算 . 29 2.3.1 旋风分离器的设计计算 . 29 2.3.2 电加热器的设计计算 . 32 2.3.3 风机的选用 . 33 2.3.4 泵的型号选择与计算 . 34 2.3.5 筒体的设计计算 . 35 2.3.6 法兰的选择 . 37 2.3.7 钢架的设计 . 38 2.4 控制系统的设计 . 39 2.4.1 系统的控制方案 . 39 XX 大学毕业论文（设计） 第 II 页 2.4.2 仪表设备选型 . 42 2.5 可编程控制器软件设计 . 44 2.5.1 控制要求 . 44 2.5.2 PLC 可编
4、程序控制器 . 45 2.5.3 输入输出设备与 PLC 的接线图 . 52 第三部分 结论 . 53 文献资料 . 54 致 谢 . 55 XX 大学毕业论文（设计） 第 III 页 蒸发量 5000ml/h 的微型喷雾干燥器及其自动控制系统设计 摘要 本课题主要设计的是 5000ml/h蒸发量的喷雾干燥器自动控制系统设计 .设计中主要包括了喷雾干燥的工艺计算、辅助设备的设计与计算和自动控制设计等几个方面；其中工艺计算和自动控制系统的设计将是本喷雾干燥设计的核心内容。 在本设计方案中采用 PLC 控制技术对上述参数进行自动控制， 一键式开机，液晶屏显示数字式 操作，可采用完全自动或人工监控两
5、种运行模式，方便操作和实验过程的监控。整机 体积小，重量轻， 设计紧凑，可安放在专门设计的不锈钢机架上，自成一体，无需其他设施即可运行。 关 键词 ： 喷雾干燥器， PLC 自动控制技术 XX 大学毕业论文（设计） 第 IV 页 Evaporation of water 5000 mL / h micro-spray dryer and its automatic control system design Abstract The problem mainly researches the auto-control system design of the spraying desiccat
6、ors which has 5000 mL/h evaporation capacities. During the whole process, it mainly includes handicraft calculate, assist equipments design, and the auto-control design, etc. it is meaningful that the design of the handicraft calculate and auto control system will be the core content of designing th
7、is spraying desiccators. In the design, its available that using PLC to control design for the spray drying control system. One-button start-up, liquid crystal display screen digital operation, It can finish adopt full-automatic or the artificial supervise and control two kinds of movement modes. Th
8、e entire machinery of the small size, and light weight, compact design, can be placed in a specially designed stainless steel rack, stand-alone, without other facilities to run. Key words: spraying drying PLC auto-control XX 大学毕业论文（设计） 第 1 页 第一部分 前 言 1.1 设计 喷雾干燥 设备 的意义 喷雾干燥控制技术仍然是一种较新的干燥技术，需要进一步发展和完
9、善。本设计是为了达到和实现各种最优的技术经济指标，提高技术经济效益和劳动生产率，节约生产过程中消耗的能源，改善工人的劳动条件，保护生产环境等目的。 因此拟开发微型喷雾干燥装置就显得比较重要。 1.2 设计喷雾干燥设备的目的 本设计的目的在于在研究和设计喷雾干燥设备及其控制的基础上，通过对喷雾干燥过程机理的掌握和对可编程序控制器的设计和研究，使我们在掌握机械设计及其基本理论方法、化学工程和 控制工程等方面的基础知识，具备过程装备成套技术基本知识和技能的基础上，完成本次综合多学科知识的毕业设计，达到具有研究、开发成型过程设备及机械的初步能力。 1.3 喷雾干燥技术的发展现状及趋势 随着计算机技术的
10、发展 ,如何模拟干燥塔内气流与雾滴的行为已成为一个课题。这也是一个热力学问题 ,即用有限的测试数据来模拟并预测塔内气流流动情况、雾滴的运行轨迹以及雾滴与气流的混合行为。近年来 ,计算流体力学的引入使得设想逐渐成为现实。喷雾干燥塔内气流流动的精确模拟是雾滴与气流混合行为模型化的关键步骤。Burn s 等用标准 有限差分 (有限体积 )技术 ,在无喷雾条件下 ,得到塔内各体积微元的质量、动量和能量的非连续偏微分方程用迭代方法依次数值解这些方程 ,在计算机上绘出塔内计算流体力学流动三维码模拟栅格。将来 ,对于喷雾干燥塔内雾滴与气流的混合行为的模拟 ,必将成为喷雾干燥塔设计与优化的有效工具。 喷雾干燥
11、的能耗 ,历来为人们所关注 ,如何降低能耗一直是伴随着喷雾干燥的发展而存在的一个问题。作为典型的热风对流式传热干燥 喷雾干燥与一些传导传热型干燥相比 ,热效率很低。因此应当尽可能降低热风对流传热的比例。提高料液的固含量以降低蒸发负荷位是另一个 有效的节能途径。但是 ,固含量提高 ,料液粘度也增加 ,给雾化XX 大学毕业论文（设计） 第 2 页 带来了不便 ,所以高粘度料液的雾化是近年来的一个研究课题。对于牛顿型流体 ,当粘度大于 10-20 Pa s时 ,雾化很困难 ;而对于某些非牛顿型流体 ,由于其流变学特性 ,尽管表观粘度很大 ,但是经雾化器喷雾后 ,其表观粘度大大降低 ,如洗涤剂等。因此
12、可以利用这一特性。 喷雾技术除了应用于干燥过程外 ,还应用于反应、吸收、热分解和造粒等领域。 20世纪 80 年代以来 ,利用喷雾干燥技术进行反应、吸收最成功的实例就是喷雾脱硫技术的应用。它将煤燃烧后产生的含二氧化硫气体与含强碱的 泥浆雾滴接触 ,进行反应、吸收以达到脱硫的目的。喷雾流化造粒技术的发展 ,满足了人们对干燥产品质量 ,例如大颗粒、无灰尘、溶解性和流动性好等不断提高的要求。 喷雾干燥技术 ,已经历了 100 多年的发展 ,并进行了大量的基础研究 ,至今已经基本成熟 ,其应用领域十分广泛 .但理论仍然落后于实践 ,人们的认识与其内在实质仍有距离 .在进行喷雾干燥模拟时 ,对于雾滴的旋
13、转运动、非球形颗粒及干燥过程中颗粒形状变化时的模拟精度还有待于提高。随着经济的发展，喷雾干燥的应用将越来越广泛。喷雾干燥机械一般成本较高。如果能在计算机上把喷雾干燥的过程 模拟出来，直观地反映参数的变化对喷雾效果的影响，将极大地方便喷雾干燥技术的推广。 1.4 喷雾干燥系统简述 1.4.1 喷雾干燥设备 将料液泵入干燥塔内，经雾化器的作用变成雾状液滴，这些液滴群的表面积很大，与高温热风接触后水分迅速蒸发，在极短的时间内便成为干燥制品，从塔底部排出。热风与液滴接触后温度显著降低，湿度增大，作为废气（湿气）由排风机抽出，废气中夹带的微粉经分离装置回收。 喷雾干燥的 过程 ，像通常的干燥一样，也主要
14、出现两个阶段。 预热阶段 预热阶段干燥介质传给微粒的热 量与用于微粒表面的水分汽化所需的热量达到平衡时为止，干燥速度便迅速地增大至某一个最大值，即进入下一个阶段。 恒速干燥阶段 XX 大学毕业论文（设计） 第 3 页 当水分蒸发速度大于乳滴内部水分的扩散速度时，则水蒸汽在微粒内部形成，乳中的结合水部分地被除掉。此阶段的干燥时间较恒速干燥阶段长，一般为 15 30 s。 喷雾干燥的分类 1、按喷雾液滴和热风流动方向分： （ 1）并流型 液滴和热风呈同一方向流动。 （ 2）逆流型 液滴和热风呈反方向流动。 （ 3）混流型 液滴和热风呈不规则混合流动。 2、按干燥容 器的形状分卧式（厢式）和立式（塔
15、式）两种。现代化大规模生产宜选用立式，卧式仅用于中小规模生产，且受建筑高度限制的场合。 3、按雾化方法分有离心式、压力式和气流式三种。乳制品常用离心式和压力式两种。 4、按干燥制品的出料方法分有连续式和间歇式（分批式）两种。 喷雾干燥系统组成 （一）供料系统 供料系统是将料液顺利输送到雾化器中，并能保证其正常雾化，根据所采用雾化器形式和物料性质不同，供料的方式也不同。 （二）供热系统 供热系统是给干燥提供足够的热量，以空气为载 热体输送到干燥器内，供热系统形式的选定也与多方面因素有关，其中最主要因素还是料液的性质和产品的需要，供热设备主要有直接供热和间接换热两种形式。 （三）雾化系统 雾化系统
16、是整个干燥系统的核心，雾化系统中的雾化器是干燥专家们从理论到结构研究最多的内容，目前常用的主要有三种基本形式：离心式、压力式、气流式。 （四）干燥系统 干燥系统是各种不同形式的干燥器，干燥器的形式在一定程度上取决于雾化器的形式，也是喷雾干燥设计中的主要内容。 （五）气固分离系统 雾滴被干燥除去水分后 形成了粉粒状产品，有一部分在干燥塔底部与气体分离排出干燥器，另有一部分随尾气进入气固分离系统需要进一步分离，气固分离主要有干式分XX 大学毕业论文（设计） 第 4 页 离和湿式分离两类。 1.4.2 喷雾干燥 控制系统 在过程自动化控制发展初期，有两个基本选择： 其中一个是 可编程逻辑控制器（ P
17、LCs）。 1 可编程逻辑控制器 可编程逻辑控制器（或称为 PLCs）是一种小型 而 运行速度很快的计算机，用于控制诸如过 程系统中的设备等单个或多个实际应用的工艺流程。 可编程控制器（ PLC）是以微处理器为核心的工业控制装置。它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起，具有高可靠性、灵活通用、易于编程、使用方便等特点。 继电器 ： 由开关、继电器、接触器等组成，靠硬接线实现逻辑运算，有触点，并行方式，易出现故障，排除难，不易系统更新换代。 PLC： CPU、存储器等微机系统，程序控制方式，无触点，串行方式，成品组装，可靠性极强，安装、使用、维护、维修方便，易系统更新换代。 单片机 ：
18、硬件需人工设计、焊接，需较强的电子技术 技能，抗干扰能力差，程序控制方式，无触点，维护、使用需较强的专业知识，程序设计较难，系统更新换代周期长。 2 PLC 基本组成：（结合西门子 S7-300 各模块介绍） 中央处理器（ CPU） 存储器 输入输出 (I/O)接口 电源 编程器 图 1.1 PLC 硬件组成框图 （ 1）中央处理器（ CPU） F0 MV， DT0 XX 大学毕业论文（设计） 第 5 页 接收并存储程序、数据 诊断电源、内部电路故障、语法错误通过 I/O 接口接收现场状态、数据 执行程 序，实现输出控制、制表打印、数据通信。 （ 2）存储器 系统程序存放只读存储器中，厂家固化
19、。用户程序存放 RAM，但目前常采用 E2PRAM。提供存储器扩展功能。 （ 3）输入输出 (I/O)接口 输入接口 ： 光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。 发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。 光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。 输入接口电路工作过程：当开关合 上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。 （ 4） 输出接口 PLC 的继电器输出接口电路工作过程：当内部电路输出数字信号 1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号 0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。 图 1.3 编程器继电器输出电路构成 （ 5） 编程器 作用：输入、调试程序，在线监控 种类：手持编程器、计算机辅助编程。
