過程裝備與控制工程XX大學本科畢業(yè)論文（設計）誠信責任書本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設計） ，是在導師的指導下獨立進行研究所完成。畢業(yè)論文（設計）中凡引用他人已經發(fā)表或未發(fā)表的成果、數據、觀點等，均已明確注明出處。特此聲明。論文（設計）作者簽名： 日 期： XX 大學畢業(yè)論文（設計） 第 I 頁 目 錄摘要 .IIIABSTRACT .IV第一部分 前 言 .11.1 設計噴霧干燥設備的意義 .11.2 設計噴霧干燥設備的目的 .11.3 噴霧干燥技術的發(fā)展現狀及趨勢 .11.4 噴霧干燥系統(tǒng)簡述 .21.4.1 噴霧干燥設備 .21.4.2 噴霧干燥控制系統(tǒng) .4第二部分 本論 .82.1 設計方案論證 .82.1.1 設計原理 .82.1.2 干燥方法的選取 .82.1.3 方案的比較與選擇 .82.1.3 選用方案的特點 .102.2 工藝計算 .112.2.1 設計要求 .112.2.2 設計已知參數 .112.2.3 料液物理性質 .112.2.4 物料衡算 .122.2.5 熱量衡算 .132.2.6 噴嘴尺寸的設計 .212.2.7 噴霧干燥塔的直徑和高度計算 .252.2.8 設備主要接管尺寸的計算 .262.2.9 空氣在塔中的運動參數計算 .272.2.10 主要設計數據: .28 2.3 結構設計計算 .292.3.1 旋風分離器的設計計算 .292.3.2 電加熱器的設計計算 .322.3.3 風機的選用 .332.3.4 泵的型號選擇與計算 .342.3.5 筒體的設計計算 .352.3.6 法蘭的選擇 .372.3.7 鋼架的設計 .382.4 控制系統(tǒng)的設計 .392.4.1 系統(tǒng)的控制方案 .39XX 大學畢業(yè)論文（設計） 第 II 頁 2.4.2 儀表設備選型 .422.5 可編程控制器軟件設計 .442.5.1 控制要求 .442.5.2 PLC 可編程序控制器 .452.5.3 輸入輸出設備與 PLC 的接線圖 .52第三部分 結論 .53文獻資料 .54致 謝 .55XX 大學畢業(yè)論文（設計） 第 III 頁 蒸發(fā)量 5000ml/h的微型噴霧干燥器及其自動控制系統(tǒng)設計摘要本課題主要設計的是 5000ml/h 蒸發(fā)量的噴霧干燥器自動控制系統(tǒng)設計.設計中主要包括了噴霧干燥的工藝計算、輔助設備的設計與計算和自動控制設計等幾個方面；其中工藝計算和自動控制系統(tǒng)的設計將是本噴霧干燥設計的核心內容。在本設計方案中采用 PLC 控制技術對上述參數進行自動控制，一鍵式開機，液晶屏顯示數字式操作，可采用完全自動或人工監(jiān)控兩種運行模式，方便操作和實驗過程的監(jiān)控。整機體積小，重量輕，設計緊湊，可安放在專門設計的不銹鋼機架上，自成一體，無需其他設施即可運行。關鍵詞：噴霧干燥器，PLC 自動控制技術XX 大學畢業(yè)論文（設計） 第 IV 頁 Evaporation of water 5000 mL / h micro-spray dryer and its automatic control system designAbstractThe problem mainly researches the auto-control system design of the spraying desiccators 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 this 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. The 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-controlXX 大學畢業(yè)論文（設計） 第 1 頁 第一部分 前 言1.1 設計噴霧干燥設備的意義噴霧干燥控制技術仍然是一種較新的干燥技術，需要進一步發(fā)展和完善。本設計是為了達到和實現各種最優(yōu)的技術經濟指標，提高技術經濟效益和勞動生產率，節(jié)約生產過程中消耗的能源，改善工人的勞動條件，保護生產環(huán)境等目的。因此擬開發(fā)微型噴霧干燥裝置就顯得比較重要。1.2 設計噴霧干燥設備的目的本設計的目的在于在研究和設計噴霧干燥設備及其控制的基礎上，通過對噴霧干燥過程機理的掌握和對可編程序控制器的設計和研究，使我們在掌握機械設計及其基本理論方法、化學工程和控制工程等方面的基礎知識，具備過程裝備成套技術基本知識和技能的基礎上，完成本次綜合多學科知識的畢業(yè)設計，達到具有研究、開發(fā)成型過程設備及機械的初步能力。1.3 噴霧干燥技術的發(fā)展現狀及趨勢隨著計算機技術的發(fā)展,如何模擬干燥塔內氣流與霧滴的行為已成為一個課題。這也是一個熱力學問題,即用有限的測試數據來模擬并預測塔內氣流流動情況、霧滴的運行軌跡以及霧滴與氣流的混合行為。近年來,計算流體力學的引入使得設想逐漸成為現實。噴霧干燥塔內氣流流動的精確模擬是霧滴與氣流混合行為模型化的關鍵步驟。Burns 等用標準有限差分(有限體積)技術,在無噴霧條件下,得到塔內各體積微元的質量、動量和能量的非連續(xù)偏微分方程用迭代方法依次數值解這些方程,在計算機上繪出塔內計算流體力學流動三維碼模擬柵格。將來,對于噴霧干燥塔內霧滴與氣流的混合行為的模擬,必將成為噴霧干燥塔設計與優(yōu)化的有效工具。噴霧干燥的能耗,歷來為人們所關注,如何降低能耗一直是伴隨著噴霧干燥的發(fā)展而存在的一個問題。作為典型的熱風對流式傳熱干燥噴霧干燥與一些傳導傳熱型干燥相比,熱效率很低。因此應當盡可能降低熱風對流傳熱的比例。提高料液的固含量以降低蒸發(fā)負荷位是另一個有效的節(jié)能途徑。但是,固含量提高,料液粘度也增加,給XX 大學畢業(yè)論文（設計） 第 2 頁 霧化帶來了不便,所以高粘度料液的霧化是近年來的一個研究課題。對于牛頓型流體,當粘度大于 10-20 Pas 時,霧化很困難;而對于某些非牛頓型流體,由于其流變學特性,盡管表觀粘度很大,但是經霧化器噴霧后,其表觀粘度大大降低,如洗滌劑等。因此可以利用這一特性。噴霧技術除了應用于干燥過程外,還應用于反應、吸收、熱分解和造粒等領域。20 世紀 80 年代以來,利用噴霧干燥技術進行反應、吸收最成功的實例就是噴霧脫硫技術的應用。它將煤燃燒后產生的含二氧化硫氣體與含強堿的泥漿霧滴接觸,進行反應、吸收以達到脫硫的目的。噴霧流化造粒技術的發(fā)展,滿足了人們對干燥產品質量,例如大顆粒、無灰塵、溶解性和流動性好等不斷提高的要求。噴霧干燥技術,已經歷了 100 多年的發(fā)展,并進行了大量的基礎研究,至今已經基本成熟,其應用領域十分廣泛.但理論仍然落后于實踐,人們的認識與其內在實質仍有距離.在進行噴霧干燥模擬時,對于霧滴的旋轉運動、非球形顆粒及干燥過程中顆粒形狀變化時的模擬精度還有待于提高。隨著經濟的發(fā)展，噴霧干燥的應用將越來越廣泛。噴霧干燥機械一般成本較高。如果能在計算機上把噴霧干燥的過程模擬出來，直觀地反映參數的變化對噴霧效果的影響，將極大地方便噴霧干燥技術的推廣。1.4 噴霧干燥系統(tǒng)簡述1.4.1 噴霧干燥設備將料液泵入干燥塔內，經霧化器的作用變成霧狀液滴，這些液滴群的表面積很大，與高溫熱風接觸后水分迅速蒸發(fā)，在極短的時間內便成為干燥制品，從塔底部排出。熱風與液滴接觸后溫度顯著降低，濕度增大，作為廢氣（濕氣）由排風機抽出，廢氣中夾帶的微粉經分離裝置回收。噴霧干燥的過程 ，像通常的干燥一樣，也主要出現兩個階段。預熱階段預熱階段干燥介質傳給微粒的熱量與用于微粒表面的水分汽化所需的熱量達到平衡時為止，干燥速度便迅速地增大至某一個最大值，即進入下一個階段。恒速干燥階段XX 大學畢業(yè)論文（設計） 第 3 頁 當水分蒸發(fā)速度大于乳滴內部水分的擴散速度時，則水蒸汽在微粒內部形成，乳中的結合水部分地被除掉。此階段的干燥時間較恒速干燥階段長，一般為1530 s。噴霧干燥的分類1、按噴霧液滴和熱風流動方向分：（1）并流型液滴和熱風呈同一方向流動。（2）逆流型液滴和熱風呈反方向流動。（3）混流型液滴和熱風呈不規(guī)則混合流動。2、按干燥容器的形狀分臥式（廂式）和立式（塔式）兩種?，F代化大規(guī)模生產宜選用立式，臥式僅用于中小規(guī)模生產，且受建筑高度限制的場合。3、按霧化方法分有離心式、壓力式和氣流式三種。乳制品常用離心式和壓力式兩種。4、按干燥制品的出料方法分有連續(xù)式和間歇式（分批式）兩種。噴霧干燥系統(tǒng)組成（一）供料系統(tǒng)供料系統(tǒng)是將料液順利輸送到霧化器中，并能保證其正常霧化，根據所采用霧化器形式和物料性質不同，供料的方式也不同。（二）供熱系統(tǒng)供熱系統(tǒng)是給干燥提供足夠的熱量，以空氣為載熱體輸送到干燥器內，供熱系統(tǒng)形式的選定也與多方面因素有關，其中最主要因素還是料液的性質和產品的需要，供熱設備主要有直接供熱和間接換熱兩種形式。（三）霧化系統(tǒng)霧化系統(tǒng)是整個干燥系統(tǒng)的核心，霧化系統(tǒng)中的霧化器是干燥專家們從理論到結構研究最多的內容，目前常用的主要有三種基本形式：離心式、壓力式、氣流式。（四）干燥系統(tǒng)干燥系統(tǒng)是各種不同形式的干燥器，干燥器的形式在一定程度上取決于霧化器的形式，也是噴霧干燥設計中的主要內容。（五）氣固分離系統(tǒng)霧滴被干燥除去水分后形成了粉粒狀產品，有一部分在干燥塔底部與氣體分離排出干燥器，另有一部分隨尾氣進入氣固分離系統(tǒng)需要進一步分離，氣固分離主要有干式XX 大學畢業(yè)論文（設計） 第 4 頁 分離和濕式分離兩類。1.4.2 噴霧干燥控制系統(tǒng)在過程自動化控制發(fā)展初期，有兩個基本選擇：其中一個是可編程邏輯控制器（PLCs）。1 可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器（或稱為 PLCs）是一種小型而運行速度很快的計算機，用于控制諸如過程系統(tǒng)中的設備等單個或多個實際應用的工藝流程?？删幊炭刂破鳎≒LC）是以微處理器為核心的工業(yè)控制裝置。它將傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)與計算機技術結合在一起，具有高可靠性、靈活通用、易于編程、使用方便等特點。繼電器：由開關、繼電器、接觸器等組成，靠硬接線實現邏輯運算，有觸點，并行方式，易出現故障，排除難，不易系統(tǒng)更新換代。 PLC：CPU、存儲器等微機系統(tǒng)，程序控制方式，無觸點，串行方式，成品組裝，可靠性極強，安裝、使用、維護、維修方便，易系統(tǒng)更新換代。單片機：硬件需人工設計、焊接，需較強的電子技術技能，抗干擾能力差，程序控制方式，無觸點，維護、使用需較強的專業(yè)知識，程序設計較難，系統(tǒng)更新換代周期長。2 PLC 基本組成：（結合西門子 S7-300 各模塊介紹）中央處理器（CPU） 存儲器 輸入輸出(I/O)接口 電源 編程器圖 1.1 PLC硬件組成框圖（1）中央處理器（CPU）F0 MV，DT0XX 大學畢業(yè)論文（設計） 第 5 頁 接收并存儲程序、數據 診斷電源、內部電路故障、語法錯誤通過 I/O 接口接收現場狀態(tài)、數據 執(zhí)行程序，實現輸出控制、制表打印、數據通信。 （2）存儲器系統(tǒng)程序存放只讀存儲器中，廠家固化。用戶程序存放 RAM，但目前常采用E2PRAM。提供存儲器擴展功能。（3）輸入輸出(I/O)接口輸入接口：光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成。 發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就產生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號。 光電三級管：在光信號的照射下導通，導通程度與光信號的強弱有關。在光電耦