如何计算塔的高度？

喷雾干燥塔塔高的设计应使颗粒在塔内的停留时间大于传热所需时间,以保证产品的含水率达到要求。

在垂直方向的运动中,雾滴先以某一初速度喷出,由于阻力的作用,逐渐减速,该阶段称减速阶段,当颗粒的重力与所受阻力相等时,颗粒由减速运动变为等速向下运动,直至产品出口。颗粒在塔内的停留时间为减速运动与等速运动的时间之和。

6.4.4.1　等速沉降阶段

当重力等于阻力时,颗粒变为等速运动,此时式(6-31)左端等于零,即d u/dτ=0。设等速运动时的沉降速度为uf,由式(6-31)可得:

故

式中,uf为颗粒的沉降速度,m/s;ζf为等速沉降时的阻力系数。

在层流区,Re＜0.1,以ζf=代 入式(6-37)得:

此即斯托克斯定律。

在湍流区,500＜Re＜2×105,ζ≈0.44,代入式(6-37)得:

一般情况,将式(6-37)改写一下,变为:

图6-25　Re与ζ、ζRe2、ζ/Re、的列线图

式(6-40)包含Dw及;而Ref=也包含Dw及uf,如果将ζf乘以,则可消去uf,得

如果将ζf除以Ref,则可消去Dw,得

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将ζRe2、ζ/Re作为Re数的函数,标绘成列线图,如图6-25所示。利用式(6-41)及式(6-42),借助于列线图,计算沉降速度uf或颗粒直径Dw是很方便的。

由式(6-41)计算沉降速度的步骤如下:先用式(6-41)算出ζRe2值;再用图6-25的列线图,查出与ζRe2相应的Ref值;最后由uf=Ref算出沉降速度。

若已知干燥所需时间τ′和降速沉降时间τ,则可由沉降速度uf求出在等速沉降阶段颗粒的飞翔距离sy=(τ′-τ)uf。

6.4.4.2　降速沉降阶段

颗粒减速运动到沉降速度前的时间,可应用式(6-31)推导其计算公式。由于不等速运动时间很短,一般用接近于到达沉降速度的时间作为不等速运动的时间,其误差影响不大。

将u=Re代入式(6-31),整理后得:

式中

积分式(6-43)得

在层流区,ζ=代入式(6-44)积分得

在湍流区,阻力系数ζ=0.44,代入式(6-44),积分得:

在过渡区,按式(6-44)用图解积分法求停留时间τ。即以为纵坐标,Re为横坐标,描绘曲线AB,如图6-26所示。在Re0与Re之间。曲线AB所包围的面积乘以就是时间τ。

图6-26　式(6-44)的图解积分示意图

利用图解积分或近似计算便可求出颗粒从雷诺数Re0开始下降至不同Re值所需要的时间,最后由图解积分便可求出在降速阶段颗粒的飞翔距离=∫uydτ。

喷雾干燥塔塔高为颗粒在降速阶段和等速阶段飞翔距离之和,即H=sy+。必须指出,以上经图解积分计算得到的塔径与塔高值必须结合工厂现有的实际经验与中间试验的数据加以修正后方能作为设计依据使用,以减少误差。