喷雾式牛奶干燥控制系统设计

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1、武汉理工大学《过程控制系统与仪表》课程设计目录1喷雾式牛奶干燥控制系统简介11.1喷雾干燥技术的发展11.2喷雾干燥的过程12喷雾式牛奶干燥控制系统的控制原理33被控参数与控制参数的选择33.1被控参数的选择33.2控制参数的选择44仪表选择及参数整定74.1仪表的选择74.1.1测温元件及变送器的选择84.1.2调节阀的选择84.1.3调节器的选择94.2温度控制系统框图104.3调节器的参数整定104.4方案评价及改进方向125心得体会13参考文献1414武汉理工大学《过程控制系统与仪表》课程设计1喷雾式牛奶干燥控制系统简介1.1喷雾干燥技

2、术的发展通过干燥脱去微生物生长所必需的水分来保存不同食品的方法已经使用了几个世纪。按照马可波罗在亚洲旅行的笔记记载，蒙古人通过在阳光下干燥牛乳以生产奶粉。在过去的150年左右的时间里，许多干燥食品的技术发展起来了，有一些就特别适合于乳粉生产。不容置疑，当今最重要的干燥方法是喷雾干燥，该原理可追溯到一个多世纪前的一项相关的专利，是通过雾化来改良干燥和浓缩的液态物料。尽管喷雾干燥的概念在19世纪后期就存在了，但大多数乳粉生产直到20世纪中叶仍采用滚筒干燥。美国在第一次世界大战前后，Merril-Soul和Grey-Jensen将喷雾干燥的加工方法用

3、于商业化生产，直到50年以后，喷雾干燥才代替了滚筒干燥，成为最经典的乳粉生产方法。滚筒干燥仍然用于某些特殊的乳制品生产中，并且十分广泛地应用于食品工业的其它领域。喷雾干燥设备在1901年首次用于奶粉工业的生产，在20世纪20年代才真正用于奶粉工业的生产，20世纪40年代末才在我国开始使用。最早的结构是属于压力箱式（卧式），物料的雾化为双流体式，动力消耗量大。到1958年，轻工部在黑龙江省推广畜力小型压力式喷雾干燥法生产奶粉，1955年哈尔滨松花江牛奶厂首次用离心喷雾的方法生产奶粉。这两种形式的喷雾干燥设备当时都是平底结构，出粉是间歇式的，每工作

4、一个班次人工出粉一次。20世纪60年代中期，箱式压力干燥设备出现了锥底带螺旋出粉器（搅龙）的结构形式。第一台立式多喷头压力喷雾干燥设备诞生在20世纪70年代初，它的出现使喷雾干燥设备的有效容积缩小近一半，而且不用搅龙，连续出粉。20世纪80年代又生产了单喷头的立式压力喷雾干燥设备，它在奶粉工业中的应用事推动我国乳粉工业技术进步的一个关键环节，为促进我国奶粉工业的迅速发展奠定了基础。为提高牛奶液体干燥的速度，质量，提高牛奶液体转变为成品的生产效率，需要一套稳，准，快的控制系统，因为喷雾干燥设备有可直接由溶液或悬浮体制得成分均匀的粉状产品的特殊优点

5、，此课程设计要完成喷雾式牛奶干燥控制系统设计。1.2喷雾干燥的过程喷雾干燥包括浓缩物料微粒加热、表面水分汽化、微粒内部水分向表面扩散以及对干物料的加热。干燥过程可分为以下三个阶段。14武汉理工大学《过程控制系统与仪表》课程设计预热阶段。浓缩物料的微粒与干燥介质接触的瞬间，干燥过程便开始进行，微粒表面的水分即开始汽化。微粒表面的温度如低于干燥介质的湿球温度，则干燥介质供给的热量使微粒表面迅速达到湿球温度；如微粒表面的温度高于干燥介质的湿球温度，则其表面温度因水分蒸发而迅速下降，直至达到汽化所需热量平衡，此时预热阶段结束，干燥速度迅速增大，进入恒速

6、干燥阶段。恒速干燥阶段。在恒速干燥阶段，微粒内部的水分不断向表面扩散，表面水分不断汽化，水蒸气分压等于水的饱和蒸汽压，微粒表面温度等于干燥介质的湿球温度（一般为50～60℃）。干燥速度取决于干燥介质的温度、湿度、气流状况。干燥介质温度与微粒表面湿球温度间温差越大、湿度越低，微粒在干燥介质中的分散性越好，干燥速度越大。恒速干燥阶段约0.01～0.04s内完成。降速干燥阶段。当微粒内部水分扩散速度降至低于颗粒表面的蒸发速度，恒速干燥阶段即告结束，降速干燥阶段开始。在降速干燥阶段，物料颗粒温度将逐步超出干燥介质的湿球温度，并逐步接近干燥介质温度，干物

7、料的水分含量也接近或等于该干燥介质状态的平衡水分。此阶段的干燥时间较恒速干燥阶段长，为10～30s或更长。14武汉理工大学《过程控制系统与仪表》课程设计2喷雾式牛奶干燥控制系统的控制原理喷雾干燥器的工作原理是：用喷雾的方法将物料喷成雾滴分散在热空气中，物料与热空气呈并流、逆流或混流的方式互相接触，使水分迅速蒸发，达到干燥目的。由于牛奶属于胶体物质，激烈搅拌易固化，也不能用泵抽送，因而采用高位槽的办法。图2-1喷雾式牛奶干燥控制系统喷雾式牛奶干燥控制系统如图2-1所示，浓缩的牛奶由高位槽流经过滤器A或B，虑去凝结块和其他杂质，并从干燥器顶部由喷嘴

8、喷下。有鼓风机将一部分空气送至换热器，用蒸汽进行加热，并将与来自鼓风机的另一部分空气混合，经风管送往干燥器，由下而上吹，以便蒸发掉乳液中的水分，使之成