塔径的计算方法详解

在喷雾干燥塔的设计中,塔径的设计应使湿雾滴不黏附到塔壁上。

由雾化器产生的雾滴以很高的速度从喷嘴喷出,雾滴受重力的影响可以忽略。对旋转式雾化器,雾滴仅有水平速度,而对于压力式和气流式喷嘴,雾滴以某一锥角喷出,其速度可分解为水平速度ux与垂直速度uy。雾滴的运动时间与其速度的关系均可用下式描述。

式中,ux,uy分别为雾滴速度u在水平及垂直方向上的分量;ρw,ρ分别为雾滴和空气的密度;τ为雾滴运动的时间;Dw为雾滴直径(设为球形);ζ为阻力系数。

阻力系数ζ为雷诺数Re的函数,如图6-24所示。由图6-24得到Re和ζ的近似关系如下:

Re＜0.1,ζ=, 层流;

0.1＜Re＜500,ζ=18.5/Re3/5,过渡流;

500＜Re＜2×105,ζ=0.44,湍流。

图6-23　雾滴在重力场下的运动分析

图6-24　Re和ζ的关系曲线

当雾化器产生的雾滴,以高速水平方向喷射时,重力作用的影响可以忽略,这时ux=u,由此水平速度,可近似地计算雾滴水平运动的距离。用式(6-30)求速度与时间的关系,即

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因Re=,故u=,代入式(6-32)得:

ζRe2,将此式积分得:

式中,Re0为在时间τ=0时,由雾滴初始速度u0算出的雷诺数;Re为经过时间τ,雾滴速度为u时的雷诺数。

当流动状态为层流时,以ζRe=24代入式(6-33)积分后得:

式中,u0为雾滴的初始速度;u为经过时间τ的雾滴速度。

当流动状态为湍流时,以ζ=0.44代入式(6-33),积分后得:

当流动情况为过渡流时,可按下式计算:

因为ζ为Re的函数,故ζRe2,也均为Re的函数。为便于应用,将上述关系作成列线图,如图6-25所示。可以利用此列线图,很方便地计算雾滴或颗粒的运动时间τ。

将雾滴自很高的初速度降至很低值(如当Re=0.5时)的过程中的不同时刻τ与其速度ux的关系作图,用图解积分或数值积分求出雾滴沿半径方向的飞行距离即sx=∫uxdτ。所设计的喷雾干燥塔的直径D应大于2sx。