过程装备与控制工程毕业设计.doc 60页

'XX大学毕业论文（设计）第54页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54页目录摘要IIIABSTRACTIV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21.4.1喷雾干燥设备21.4.2喷雾干燥控制系统4第二部分本论8§2.1设计方案论证82.1.1设计原理82.1.2干燥方法的选取82.1.3方案的比较与选择82.1.3选用方案的特点10§2.2工艺计算112.2.1设计要求112.2.2设计已知参数112.2.3料液物理性质112.2.4物料衡算122.2.5热量衡算132.2.6喷嘴尺寸的设计212.2.7喷雾干燥塔的直径和高度计算252.2.8设备主要接管尺寸的计算262.2.9空气在塔中的运动参数计算272.2.10主要设计数据:28§2.3结构设计计算292.3.1旋风分离器的设计计算292.3.2电加热器的设计计算322.3.3风机的选用332.3.4泵的型号选择与计算342.3.5筒体的设计计算352.3.6法兰的选择372.3.7钢架的设计38§2.4控制系统的设计392.4.1系统的控制方案39 XX大学毕业论文（设计）第54页2.4.2仪表设备选型42§2.5可编程控制器软件设计442.5.1控制要求442.5.2PLC可编程序控制器452.5.3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54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54页Evaporationofwater5000mL/hmicro-spraydryeranditsautomaticcontrolsystemdesignAbstractTheproblemmainlyresearchestheauto-controlsystemdesignofthesprayingdesiccatorswhichhas5000mL/hevaporationcapacities.Duringthewholeprocess,itmainlyincludeshandicraftcalculate,assistequipment’sdesign,andtheauto-controldesign,etc.itismeaningfulthatthedesignofthehandicraftcalculateandautocontrolsystemwillbethecorecontentofdesigningthissprayingdesiccators.Inthedesign,it’savailablethatusingPLCtocontroldesignforthespraydryingcontrolsystem.One-buttonstart-up,liquidcrystaldisplayscreendigitaloperation,Itcanfinishadoptfull-automaticortheartificialsuperviseandcontroltwokindsofmovementmodes.Theentiremachineryofthesmallsize,andlightweight,compactdesign,canbeplacedinaspeciallydesignedstainlesssteelrack,stand-alone,withoutotherfacilitiestorun.Keywords:sprayingdryingPLCauto-control XX大学毕业论文（设计）第54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— XX大学毕业论文（设计）第54页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--20Pa·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54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15～30s。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    XX大学毕业论文（设计）第54页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（PLCs）。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：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。2PLC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1.1PLC硬件组成框图（1）中央处理器（CPU）F0MV，DT0①接收并存储程序、数据②诊断电源、内部电路故障、语法错误③通过I/O XX大学毕业论文（设计）第54页接口接收现场状态、数据④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。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。3PLC工作原理 XX大学毕业论文（设计）第54页工作方式循环扫描为主，中断为辅工作过程图1.4可编程控制器运行框图 XX大学毕业论文（设计）第54页图1.5简单控制系统方框图4传感器传感器——能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换元件组成。传感器主要是应用在自动测试与自动控制领域上，可以将测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等转化，然后通过点电的方式进行测量和控制。总的来说，传感器是由敏感元件、传感元件和其他辅助部件组成，如下图。　　图1.6传感器的组成框图 XX大学毕业论文（设计）第54页第二部分本论§2.1设计方案论证2.1.1设计原理喷雾干燥是流化技术用于液态物料干燥的一种较好的方法。其基本原理：是利用雾化器将一定浓度的液态物料,喷射成雾状液滴,落于一定流速的热气流中,使之迅速干燥,获得粉状或颗粒状制品。其特点是:瞬间干燥,特别适用于热敏性物料；产品质量好,保持原来的色香味,且易溶解；可根据需要调节和控制产品的粗细度和含水量等质量指标；制剂体积小；有利于制剂卫生。通过了解雾化机理，从而设计干燥塔的主体设备，其中包括计算干燥塔的热效率，雾滴干燥时间，喷嘴尺寸，喷雾干燥塔的直径和高度等。然后根据干燥塔的主体设备选择辅助设备：空气电加热器、旋风分离器、风机、进料液的输送泵，还应设计计算筒体，其中也包括各种继电器的选型，PLC控制程序的编写等。最后，将要对整个的喷雾干燥系统进行控制设计。喷雾干燥简单工艺流程为:物料—→提取—→浓缩—→喷雾—→收集产品。2.1.2干燥方法的选取干燥方法有：机械除湿法、化学除湿法和加热（或冷冻）除湿干燥法。（1）机械除湿法用压榨、过滤、离心分离等机械方法除去物料中的湿分。这种方法除湿快而费用低，但除湿程度不高。（2）化学除湿法利用吸湿剂（如浓硫酸、无水氯化钙、分子筛等）除去气体、液体和固体物料中少量湿分。这种方法除湿有限而费用高。（3）加热（或冷冻）干燥法借助于热能使物料中湿分蒸发而得到干燥，或用冷冻法使物料中的水结冰后升华而被干燥。这种方法在生产中常用。本设计中选用加热干燥法。2.1.3方案的比较与选择 XX大学毕业论文（设计）第54页首先，干燥介质的选择。干燥介质为物料升温和湿份蒸发提供热量，并带走蒸发的湿份。干燥介质通常有空气，烟道气、过热蒸汽、惰性气体等。以空气作为干燥介质是目前应用最为普遍的方法，因为对干燥器的使用而言，它最为简单和便利。在本设计中采用空气作为干燥介质。其次，雾化器的选择：雾化器是喷雾干燥装置的关键部件。主要的雾化器有三种：压力式，离心式，气流式。（1）压力式雾化器也称压力喷嘴，主要由液体切向入口，液体旋转室，喷嘴孔组成。根据旋转动量矩守恒定律，旋转速度与旋转半径成反比，越靠近轴心，旋转速度越大，其静压力越小，结果在喷嘴中央形成一股压力等于大气压的空气旋流。而液体则形成绕空气心旋转的环形薄膜，液体静压在喷嘴孔处转变为向前运动的旋转的液体动能，从喷嘴喷出。因此，压力式雾化器是本次设计所选。（2）旋转式雾化器当料液被送到高速转盘上时，由于离心力作用，料液在旋转面上伸展为薄膜，并以不断增长的速度向盘的边缘运动。离开边缘时，被分散为雾滴，在盘旋转时，也带动周围空气循环。当盘圆周速度小于50米/秒时，雾滴很不均匀。（3）气流式雾化器气流式雾化器也称气流式喷嘴，现以二流体喷嘴为例说明操作原理，当气液二相在端面接触时，由于环隙喷出的气体速度很高（200-340米/秒）在两流体之间存在很大的相对速度（液体速度不超过2米/秒），产生很大的摩擦力，把料液雾化。本设计的雾化器选择压力式雾化器。再次，喷雾干燥内部的流型和喷嘴等的选择。按生产流程分类，喷雾干燥的流程有开放式、封闭式、自惰循环式、半封循环式4种。1、开放循环式喷雾干燥系统的特点是：载热体在这个系统中只使用一次就排入大气中，不再循环使用。2、封闭循环式循环喷雾干燥系统的特点是载热体在这个系统中组成一个封闭的循环回路，有利于节约载热体、回收有机溶剂、防止毒性物质污染大气。3、自惰循环式喷雾干燥系统。所谓自惰，就是指在系统中有一个自制惰性气体装置。在这个装置内，引入气体燃料，可燃气体燃烧，还可将空气中的氧气烧去，剩下氮和二氧化碳气体作为干燥介质。 XX大学毕业论文（设计）第54页4、半封闭循环式喷雾干燥系统的特点是介于开放式和封闭循环式之间。一般用于以水作为悬浮介质的物料。本设计选择开放循环式喷雾干燥系统。最后，计算和控制方案的选择。计算塔高塔径和踏的容积时有两种计算方法：一是干燥强度法，另一种是图解积分法。本设计在的相关计算采用干燥强度法进行计算。自动控制方面，可以采用传统的继电器控制，可编程序控制和PLC控制。PLC 的关键技术在于其内部固化了一个能解释梯形图语言的程序及辅助通讯程序,梯形图语言的解释程序的效率决定了PLC 的性能,通讯程序决定了PLC 与外界交换信息的难易。对于简单的应用,通常以独立控制器的方式运作,不需与外界交换信息,只需内部固化有能解释梯形图语言的程序即可。PLC控制具有以下主要特点：1．（1）可靠性高、抗干扰的主要措施之一。输入输出接口电路采用光电耦合器来传递信号。使外部电路和内部电路之间避免电的联系。（2）滤波。2．编程简单、使用方便、控制程序可变。3．功能完善、扩充方便、组合灵活、实用性强。4．体积小、重量轻、功耗低。本设计的控制系统采用可编程序控制器和PLC控制技术。根据以上的叙述，在本设计中采用空气作为干燥介质，雾化器为压力式雾化器，并流型喷雾干燥，计算采用干燥强度法进行计算，控制系统采用可编程序控制器和PLC控制技术。2.1.3选用方案的特点在干燥装置的工艺设计中，一般要遵循下列原则：1．满足工艺要求所确定的工艺流程和设备，必须保证产品的质量能达到规定的要求，而且质量要稳定。这就要求各种物料的流量稳定。同时设计方案要有一定的适应性，因此，应考虑在适当的位置安装测量仪器和控制调节装备等。2．经济上要合理要节省热能和电能，尽量降低生产过程中各种物料的损耗，减少设备费和操作费，是费用尽量降低。3．保证安全生产，注意改善劳动条件。 XX大学毕业论文（设计）第54页综上所述，本方案具有以下特点：1.干燥温度控制采用实时调控PIC恒温控制技术，是全温区控温准确。2．进料量可通过进料泵的调节，最小物料量可达50ML3.整机体积小，重量轻，噪音极低,结构紧凑，可安放在专门设计的不锈钢机架上，自成一体。4．人性化的操作面板，自动操作与手动操作双重模式，切换方便，实验过程随心掌握，各项参数均有液晶显示。8．整个微型干燥各元件易拆卸。采用快开结构或法兰连接。§2.2工艺计算2.2.1设计要求进风温度控制：50～350℃出风温度控制：30～140℃料液蒸发量:5000mL/H2.2.2设计已知参数物料名称:乳粉料液初始含水率:70～80％取料液初始含水率为w1:80％干燥产品含水率:1～2％取干燥产品含水率为w2:2％热风入口温度t1:240℃废气出口温度t2:100℃2.2.3料液物理性质1.密度查文献[3]第51页表1-5-4得取平均值:(2-2-1)所以料液密度:(2-2-2) XX大学毕业论文（设计）第54页2.黏度查文献[3]第52页表1-5-6得在20℃下3.表面张力查文献[3]第53页表1-5-8得在20℃下表面张力为:4.干燥后物料的质量比容查文献[3]第54页表1-5-9得比热容为:2.2.4物料衡算1.每小时料液处理量已知:取料液初始含水率为:80％取干燥产品含水率为:2％常温下水的密度：体积流量：(2-2-3)蒸发水质量流量:(2-2-4)查文献[5]第211页(13-18)式(2-2-5)式中——湿物料中绝对干物料的质量，Kg/h——进入干燥器的湿物料质量，Kg/h——离开干燥器的物料质量，Kg/h——干燥前物料中的含水率，湿基； XX大学毕业论文（设计）第54页——干燥后物料中的含水率，湿基。将数据代入（2-2-5）式得:.....查文献[5]第211页(13-17)式:得(2-2-6）将数据代入（2-2-6）式得:......由、式得2.2.5热量衡算1.加热前空气参数的计算:取:空气的初温度为=20℃相对湿度为:=70％查文献[4]第330页附表7得初始饱和水蒸汽压=17.54mmHg查文献[5]第202页(13-2a)式得:(2-2-7)Pw0=12.278mmHg由于是水—空气系统查文献[5]第202页(13-1a)式得湿含量:(2-2-8)式中：——湿空气的湿含量，Kg/Kg——空气中水汽初始分压，mmHg——湿空气的总压，mmHg XX大学毕业论文（设计）第54页=0.0102Kg/KgH0=0.0102Kg/Kg查文献[5]第203页(13-5c)式得湿空气的焓:(2-2-9)——湿空气的焓，KJ/kg——湿空气的湿含量，Kg/Kg——湿空气的初始温度，℃=(1.01+1.88×0.0102)×20+2492×0.0102=46.002KJ/kgI0=46.002KJ/kg查文献[5]第203页(13-6a)式得湿空气的比容式中——湿空气的比容=0.8432m³/kgVH0=0.8432m³/kg2.各加热后热风参数的计算:已知:热风=240℃加热前后空气湿含不变:=0.0102kg/kg同理:湿空气的焓为(2-2-10)=(1.01+1.88×0.0102)×240+2492×0.0102=272.4206kJ/kgI1=272.4206kJ/kg湿空气的比容:（2-2-11） XX大学毕业论文（设计）第54页=1.4012m³/kgVH0=1.4012m³/kg3.排出空气的参数:查文献[3]第51页表1-5-4得:料液密度:=1125.2Kg/m³料液初温:=20℃平均比热:=4.088KJ/Kg·KCm=4.088KJ/Kg·K干燥产品的出口温度:90℃查文献[5]第213页(13-23b)得:用于加热物料的热量消耗(2-2-12)式中：——干燥所需的全部热量，KJ/kg——干燥后物料的质量热熔，KJ/(kg•K),——进，出口干燥器的物料温度，℃=73.3714KJ/kgQm=73.3714KJ/kg由于干塔外无保温层:查文献[14]第625页,令散热损失为:=300kJ/kgQ1=300kJ/kg查文献[14]第217页(13-27式),得:总热消耗:(2-2-13)=-289.6314其中令 XX大学毕业论文（设计）第54页查文献[5]第213页例13-6得:湿空气的质量比热:(2-2-14)=1.01+1.88×0.0102=1.029kJ/kg·KCH1=1.029kJ/kg·K查文献[5]第215页(13-28a)得:(2-2-15)式中：，——热风的进，出口处的温度，℃，——湿空气的初，末湿含量,kg/kg——空气的质量比热，kJ/kg·K——总热消耗量，kJ/kg(2-2-16)=0.06198kg/kgH2=0.06198kg/kg空气的焓：（2-2-17）=(1.01+1.88×0.06196)×100+2492×0.06196=267.892kJ/kgI2=267.892kJ/kg湿空气比容:（2-2-18）=1.1068m³/kgVH2=1.1068m³/kg4.各阶段气流量的计算:查文献[5]第211页(13-20a)式干空气质量流量: XX大学毕业论文（设计）第54页(2-2-19)=96.5623kJ/hL=96.5623kJ/h新鲜空气量:(2-2-20)=96.5623×0.8423=81.3344m³/hV0=81.3344m³/h热空气量:(2-2-21)=96.5623×1.4012=135.3031m³/hV1=135.3031m³/h废空气量:(2-2-22)=96.5623×1.1067=106.8655m³/hV2=106.8655m³/h5.加热功率:将湿空气由20℃加热到240℃所需要的热量,已知电阻丝效率在93%--95%之间,故取为95%进行计算;查文献[9]第374页:（2-2-23）式中：Q——加热需要的热量，kw——干空气质量流量，kJ/h——湿空气的初始含量，kg/kg——湿空气的定压比热，KJ/Kg·K XX大学毕业论文（设计）第54页，——空气的进，出口温度，℃——电阻丝效率。=6.40005kwQ=6.4005kw6.干燥塔热效率的计算:查文献[6]第29页(2-19)式:总效率(2-2-24)式中:为进入前的大气温度;为空气进入温度;为排出干燥塔的温度总效率=63.64%η=63.64％7．雾滴干燥时间的计算：①汽化潜热的确定根据空气入塔状态下的湿球温度℃,查文献[2]第16-382页表1得该温度下水的汽化潜热为②热导率的确定平均气膜温度为72.5℃查文献[4]第330页表6得该温度下空气的热导率70℃时80℃时 XX大学毕业论文（设计）第54页所以③雾滴临界直径的计算根据查文献[3]第237页可知在10--100之间故雾滴临界直径=60μm④初始滴径已知=80/20=4(kg/kg)=2/98=0.0204(kg/kg)（2-2-25）式中：——产品的颗粒直径，m——干燥产品的密度，Kg/——物料的初始密度，Kg/,——料液的初末干湿含量，kg/kg根据文献[3]可知=900Kg/=94.6⑤雾滴临界湿含量文献[9]第368页（2-2-26）式中：——水的密度，Kg/ XX大学毕业论文（设计）第54页——料液的初始湿含水率——雾滴临界湿含量。=0.133(kg/kg)⑥空气临界湿含量查文献[9]第368页(2-2-27)=0.0605(kg/kg)⑦空气临界温度查文献[12]第11-28页图11-3-1,空气I-H图得=120℃传热温度差,（2-2-28）式中：——空气进干燥器的温度，℃——料液进入干燥器的温度，℃——空气在干燥器入口状态下的湿球温度，℃=134.758℃ XX大学毕业论文（设计）第54页（2-2-29）式中：——空气进干燥器的温度，℃——产品离开干燥器的温度，℃=32.3℃雾滴干燥所需的时间T(2-2-30)式中：，——料液及干燥产品的密度，Kg/；，——雾滴的初始及临界直径，m；，——料液的临界及干燥产品的干基湿含量，质量分数；，——恒速及降速阶段干燥产品介质与液滴之间的对数平均温度差，℃；——汽化潜热，。=0.5068sТ=0.5068s2.2.6喷嘴尺寸的设计已知:采用压力式喷嘴,喷雾流量为6.2820kg/h,含固量80%,料液密度为1125.2kg/m³,干燥后产品的含水量为2%,用1Pa压力进行喷雾,选用两个矩形通道口,查文献[6]第104页例3-4得①根据经验选用雾化角, XX大学毕业论文（设计）第54页①当时,查图3-69得②当时,查图3-67得CD=0.34喷嘴孔径的计算。根据文献[6]第104页例3-4式（8-15）可得(2-2-31)式中：——流量系数；——喷嘴出口处的压头，=/(1g),m；——喷嘴压差，Pa；——喷嘴半径，m。喷嘴孔的直径(2-2-32)圆整后，③喷嘴其它主要尺寸的确定。已知：，选旋转室的宽度b=0.6mm旋转室直径选用10mm，故旋转室半径=5mm，因为 XX大学毕业论文（设计）第54页由根据文献[6]第104页例3-4式(8-17)得(2-2-33)式中：h为旋转室高度，将数据代入（2-2-33）式，得所以取①校核喷嘴的生产能力因为d0和h是经过圆整得到的，如果发生变化，那么CD也将发生变化(2-2-34)当时，查图3—67得CD=0.34，固液体质量流量为：(2-2-35)校核结果符合设计的要求旋转室通道长度L和宽度b的关系，按L=3b选取 XX大学毕业论文（设计）第54页空气心半径：（2-2-36）由图3-68查得，则故:（2-2-37）式中：——有效截面系数；——空气心半径，；式(2-2-37)代入数据得：喷嘴出口处液膜速度计算。喷嘴出口处液膜的平均速度、水平速度分量、垂直速度分量及合成速度分别为（2-2-38）式中：——喷嘴出口处液膜的平均速度，式(2-3-38)代入数据得：（2-2-39） XX大学毕业论文（设计）第54页（2-2-40）⑨压力喷嘴直径平均直径滴液直径的计算查文献[2]第16-300页（9-26）式得DVS=(2-2-41)DVS----体积一面积平均直径，单位：微米；----为喷嘴压力差，单位为：----喷嘴孔截面积，单位为：数据代入(2-2-41)式，得：DVS=2.2.7喷雾干燥塔的直径和高度计算1首先计算容积干燥强度查文献[3]第253页表6-1-1得:当温度是240℃时,出口温度为100℃时AV=7.3kg/m³﹒h2塔径由查文献[3]第257页得:(2-2-42)式中：——干燥强度，kg/m³﹒h——干燥塔塔径式(2-2-42)代入数据得： XX大学毕业论文（设计）第54页圆整得:D=0.95m3塔高(2-2-43)=2×0.95=1.9mH=1.9m4圆锥部分的高度锥角应该小于该物料的休止角,取为60°排料口径d=100mmd=100mm(2-2-44)圆整得:h=0.75mh=0.75m5干燥塔容积查文献[2]第16-375页（9-48）式，得(2-2-45)式中：W为水蒸发量为干燥强度V=0.6849m22.2.8设备主要接管尺寸的计算查文献[9]第372页可知，在干燥装置中，一般取风管中的气速为:15～25m/s查文献[7]第392页表4-32冷拔无缝不锈钢钢管规格选进气管:理论重量5.52kg/m XX大学毕业论文（设计）第54页管中气速:（2-2-46）校核结果,符合设计要求同理:排气管:理论重量2.93kg/m管中气速:（2-2-47）校核结果,符合设计要求查文献[9]第372页得一般液体在管子中的流速在0.5—1m/s之间,又因为料液的体积流量为:6250mL/h查文献[7]第392页进料管:理论重量3.18kg/m进料流速为:(2-2-48)校核结果,符合设计要求查文献《化工设备用钢》选用管的材料是:0Cr132.2.9空气在塔中的运动参数计算1空气在塔中的平均速度在塔中的平均速度一般为:0.1～0.5m/s(2-2-49) XX大学毕业论文（设计）第54页式中:为圆锥部分按等体积原则：等效为圆柱直径校核结果,符合设计要求2空气在塔中最小停留时间:由文献[5]第240页得，雾滴的干燥时间通常为15—30s(2-2-50)校核结果,符合设计要求2.2.10主要设计数据:表2.1主要设计数据表名称结果料液密度ρ=1125.2Kg/m³黏度K=0.00199pa·s表面张力为0.0467N/m比热容为Cm=4.088KJ/Kg·K料液初始含水率为80％干燥产品含水率为2％料液进料量6250mL/h干燥器的湿物料质量G1=6.282Kg/h产品的质量G2=1.282kg/h XX大学毕业论文（设计）第54页空气初温度t0=20℃初始饱和水蒸汽压Ps0=12.278mmHg热风入口温度240℃废气出口温度100℃干燥产品的出口温度90℃用于加热物料的热量消耗Qm=73.3714KJ/kg湿空气的质量比热CH1=1.029kJ/kg·K湿空气的焓I2=267.1064kJ/kg湿空气比容VH2=1.1068m³/kg干空气质量流L=96.5623kJ/h新鲜空气量V0=81.3344m³/h热空气量V1=135.3031m³/h废空气量V2=106.8655m³/h加热功率Q=6.4005kw干燥塔总效率η=63.64％雾滴干燥时间Т=0.5068s喷嘴孔直径d0=0.7mm塔径D=0.95m总塔高H=2.65m排料口径d=60mm干燥塔容积V=0.641m²选进气管Φ60×4排气管Φ50×2.5空气在塔中的平均速度Vc=0.3516m/s空气在塔中最小停留时间Tmin=18.2231s§2.3结构设计计算2.3.1旋风分离器的设计计算旋风分离器是利用含尘气体在器内旋风时产生离心力而使粉尘向壁移动从而 XX大学毕业论文（设计）第54页得到分离的。旋风分离器的器体上部为圆筒形,下部为圆锥形。其构造形式见右图所示。入口形式常规分为切线进口，蜗卷入口两种。其中蜗卷入口使气体均匀螺旋流动，有较高的回收效率。选择旋风分离器型式及决定其主要尺寸的根据是:生产能力(气流流量),可容许的压力降、粉尘性质、要求的分离效率。图2.1旋风分离器结构图选型时应在高效率与低阻力两者之间作权衡。大抵长、径比大且出、入口截面小的设备效率高而阻力大，反之则阻力而效率低。设备的尺寸可根据气体处理量决定。规定一进口气速即可算出旋风分离器进出口的尺寸从而按比例定出其直径。有性能表时亦可直接根据气体处理量查出合用的型号。但应要注意同一型式中尺寸越大，效率将越低，故需要根据设备的直径D估计其是否合乎要求。此外还应对设备的阻力和分离效率进行核算。核算总效率要有该型设备的粒级效率曲线与所处理的粉尘的粒度分布数据。查文献[6]第289页表7-2采用蜗卷式旋风分离器（表中2a型）(a)计算旋风分离器的直径D其进口宽度b=0.225D,高度H=0.3D(D为旋风分离器的直径)由此求得进口截面A为:(2-3-1)含尘气体可按空气计算,在时空气的重度为:(2-3-2)根据计算部分可知,废空气的体积流量为: XX大学毕业论文（设计）第54页旋风分离器的进风速度为20.913m/s,所以进口截面积为:，得(a)计算旋风分离的尺寸旋风分离直径：圆整：圆柱体的高度:圆整：圆锥体的高度:圆整：进口宽度:圆整：进口高度:圆整：排气管直径:圆整：排气管插入深度:圆整：排粉管直径:圆整：表2.2旋风分离器参数表名称结果圆柱体的高度（）圆锥体的高度（）进口的宽度（）进口的高度（）排气管直径（）派气管插入深度（）排粉管直径（）旋风分离器的直径（） XX大学毕业论文（设计）第54页查文献[7]第392页表4-32冷拔无缝不锈钢钢管规格,得排气管为:理论重量进粉管为理论重量图2.2旋风分离2.3.2电加热器的设计计算根据在工艺计算中所求出的加热功率，选用型无锡金尔德电热电器有限公司的FDB型风道电加热器。图2.3FDB型风道电加热器 XX大学毕业论文（设计）第54页图2.4FDB型风道电加热器示意图其主要性能参数如下：电压为：380V相数为：3相电流种类为：交流功率为：7.992KW元件：U型翅片式不锈钢电热元件电热元件的排数为:3排电热元件数量为:15支电加热器有效截面为:外形尺寸为：365×110×311重量为:35kg2.3.3风机的选用常用的风机是离心式风机其风压一般为1000～15000Pa。风机在干燥系统中主要有两种布置方式：即单台和双台鼓-引风机结合方式。单台引风机放置在粉尘回收装置之后，使干燥器处于负压操作。这种系统的优点是粉尘及有害气体不会泄漏至大气环境中，但由于干燥器内的负压较高，风机频繁启动和停止会引起器内局部失稳以及外部空气漏入塔内，因此，单台引风方式仅适用于小型喷雾干燥系统。风机是输送干燥介质的动力源。对于大型喷雾干燥系统，主要采用两台风机，一台作为鼓风机，另一台作为引风机。 XX大学毕业论文（设计）第54页表2.2系统阻力估计表设备压降/Pa设备压降/Pa电加热器200旋风分离器1700热风分布器200干燥塔1500管道、阀门、弯头等600管道、阀门、弯头等600合计1000合计3600查文献[8]第375页；系统前段风的平均温度150，密度为。已知：则入口处风量为：（2-3-3）=所需要风压：选用南通市吉腾鼓风机有限公司生产的LSR-WD型三叶罗茨鼓风。图2.5LSR-WD型三叶罗茨鼓风机表2.3LSR-WD型三叶罗茨鼓风机性能参数型号口径转速（r/min）进口流量（m3/min）升压（KPa）轴功率（Kw）电动机型号电动机功率（Kw）LSR50WD14501.609.80.46Y802-40.752.3.4泵的型号选择与计算根据料液进料量为6250mL/h,可以选用JW系列计量泵。根据J系列计量泵的流量指标，选用J-W-1.6/5型柱塞式计量泵，选择4×Φ8的地角螺栓进行连接 XX大学毕业论文（设计）第54页图2.6J-W-1.6/5型柱塞式计量泵表2.4J-W-1.6/5计量泵的主要性能参数流量（L/h）压力（MPa）柱塞直径（mm）行程（mm）往复次数（rpm）电机功率(kw)重量（Kg）1.651010580.12202.3.5筒体的设计计算(a)筒体选材由于所设计的设备主要用于实验室,所以选择的材料应该主要考虑不锈钢。查文献[16]第400页选用高合金不锈钢钢板0Cr13退火它在2-60mm厚度,在常温下强度指标：在4000C其许用应力[δ]t=70MPa(b)筒体厚度的计算查文献[16]第127页例4-1已知:筒体内径Di=950mm,筒体高度H=1900mm因为筒体直径比较小，所以采用单面焊接，焊接接头系数筒体厚度：（2-3-4）式中：——计算厚度，m；——计算压力，——焊接接头系数 XX大学毕业论文（设计）第54页式(2-3-4)代入数据得：设计厚度：由文献[15]第128页例4-1得（2-3-5）取对于0Cr13的钢板,负偏差C1=0,因为实验室微型喷雾干燥器，而且材料为不锈钢，使用很薄的钢板就可以满足要求，故取名义厚度合适。另外筒体用螺栓通过吊耳与钢架连接。选择4×Φ16的螺栓进行连接。锥壳体厚度的计算:查文献[16]第142页在结构设计时,对于锥壳半顶角a小于等于30°时,可采用无折边结构.(2-3-6)式中:为压力,单位为MPa为锥壳计算厚度,单位为mm为锥壳半顶角,单位为:度为锥壳计算内径,单位为:mm对于0Cr13的钢板,负偏差C1=0,因而可取名义厚度,当,许用应力没有变化,故取名义厚度合适。 XX大学毕业论文（设计）第54页考虑到焊接强度的问题,若厚度不一致,会使得接头处出现应力集中,故取锥壳名义厚度。(d)封头的选择由于整个系统操作的压力不是很大,所以采用平板封头,查文献[16]第148页式(4-56)（2-3-7）式中---平盖计算厚度,mm---结构特征系数,查表4--8---平盖计算直径,mm其中,结构特征系数查文献[16]第147页表4-8选择平盖的固定方式为:与筒体角焊或其它焊接(4)所以结构特征系数=0.2查文献[16]第126页表4-3选择双面焊对接接头和相当于双面焊的全熔透对接接头,无损检测比例为100%,所以=1.00假设材料的许用应力=170，将上面的各系数代入式(2-3-8),得对于0Cr13的钢板,负偏差C1=0,因而可取名义厚度,2.3.6法兰的选择因设计压力较小，查文献《中国机械工业标准汇编-法兰卷》选用欧式板式平焊法兰 XX大学毕业论文（设计）第54页图2.7板式平焊法兰示意图表2.5板式平焊法兰尺寸参数公称直径DN管子外径A1(mm)法兰外径D(mm)螺栓孔中心圆直径K(mm)螺栓孔直径L(mm)螺栓孔数量n螺纹Th法兰厚度C(mm)法兰内径B1(mm)法兰理论重量(kg)10001016117511203028M274210207.9法兰用材，选用0Cr13钢板2.3.7钢架的设计设备钢架常用的钢材有普通低合金钢和普通碳素钢两种。作为设备钢架的钢材具有下列特点：较高的抗拉强度和屈服强度；较好的塑性，韧性及耐疲劳性能，有良好的冷热加工性能和焊接工艺性能。因此合理选钢材不仅是一个经济问题，而且关系到结构的安全和使用寿命。选定材料时应考虑以下几个因素：结构的类型及重要性；载荷的性质；连接方法；结构的工作强度；构件的受力性质。合理选用钢材不仅是一个经济问题，而且关系到结构的安全性和使用寿命。钢架的构件连接通常采用焊接或螺栓连接，以焊接为主。焊接的优点是不削弱杆件截面，构造简单和加工方便，钢架焊接常采用电弧焊，利用电弧热熔融焊件及焊条以形成焊缝。电弧焊多数是手工焊，由于它施焊灵活，故易在各种不同位置上施焊。由于粗制螺栓连接传递剪力较差，而精制螺栓连接在施工安装中的要求又较高，故在钢架结构中作为构件连接应用较少。钢号不宜过高.所以，由文献[11]第5页表1-5选用碳素结构钢Q235-AF为钢架的材料。它不仅具有较适宜的强度，而且具有较好的制造加工、焊接等工艺性能，并还有较好的力学性能.由于选用Q235-AF钢架材料。查文献[11]第20页表1-13，选用手工电弧焊,其焊条型号为：E5100-E5014。 XX大学毕业论文（设计）第54页§2.4控制系统的设计随着时代的发展,当今的技术也日趋完善、竞争愈演愈烈;单靠人工的操作已不能满足于目前的制造业前景,也无法保证更高质量的要求和高新技术企业的形象.PLC的最大特点在于：电气工程师已不再电气的硬件上花费太多的心计，只要将按钮开关或感应器的输入点连接到PLC的输入点上就能解决问题，通过输出点连接接触器或继电器来控制大功率的启动设备，而小功率的输出设备直接连接就可以。PLC的内部包含了具有中央处理器的CPU，并带有外部I/O口扩展的I/O接口地址和存储器三大块组成，CPU的核心是由一个或者多个累加器组成，它们具有逻辑的数学运算能力，并能读取程序存储器的内容通过计算后去驱动相应的存储器和I/O接口；I/O口将内部累加器和外部的输入和输出系统连接起来，并将相关的数据存入程序存储器或者数据存储器中；存储器可以将I/O口输入的数据存入存储器中，并在工作时调转到累加器和I/O接口上，存储器分程序存储器ROM和数据存储器RAM,ROM可以将数据永久的存入存储器中，而RAM只能作为CPU计算时临时计算使用的缓冲空间。PLC的语言并不是我们所想象的汇编语言或C语言来进行编程，而是采用原有的继电器控制的梯形图，使得电气工程师在编写程序时很容易就理解了PLC的语言，而且很多的非电气专业人士也对PLC很快认识并深入。2.4.1系统的控制方案喷雾干燥控制参数有模拟量和开关量。模拟量主要用于温度、流量等的检测和控制，实现工艺规定参数的跟踪；开关量回路较多，操作次数频繁，主要用于生产设备的启动和停止、安全联锁及报警、故障检测诊断等控制方案有三种，一、有将旁路空气流量作为调节变量,旁路空气经与热风混合后,进入干燥机；二、通过加入经直接燃烧加热器加热的空气而改变空气的温度,热空气在调节阀处进入系统。三、将物料流量作为调节变量,物料经泵送入干燥器。本设计选用方案二作为控制方案,方框图如下： XX大学毕业论文（设计）第54页图2.8控制系统方框图喷雾干燥器控制的目的在于保证产品的质量能达到规定的要求，而且质量要稳定。将物料流量作为调节变量,物料经泵送入干燥器，滞后小,对干燥温度的校正作用最灵敏,而且干扰位置最靠近调节阀,这就要求各物流的流量稳定，操作参数稳定。同时要求要有一定的适应性，喷雾干燥器可以用人工控制，也可以用自动控制。自动控制系统有两种，系统A：改变进料速率，以控制排风温度；系统B：改变进风温度来维持恒定的排风温度。在工业生产中控制系统A应用较为普通，特别适用离心喷雾场合。对于压力喷雾，由于使用压力高，调节喷嘴流量有困难，以控制系统B较为可取。本设计主要采用控制系统B。控制内容包括（1）调节空气加热器，以控制排风温度。（2）进料速度保持恒定。系统通过测量干燥塔进、出口温度并通过变送器送到控制器（PLC），控制器将对出口温度与给定温度的偏差来调节电加热器的的输入功率达到调整口空气温度的目的。系统有两个回路，第一条线路是测量进气温度，起到快速粗调作用，第二条线路是将测得的出口排气温度送到温度指示控制器（TIC），则是对温度进行细调。当进气温度偏离预定值时，控制器能自动调节电加热器里的热量和空气的流量，经过两条控制线路，从而使主变量稳定在设定值范围内。 XX大学毕业论文（设计）第54页当系统中供料发生故障（如管道或雾化器发生阻塞，供料泵调节失灵，一旦进料量突然减少或停止）时，在紧急情况下，还应设置自动安全系统。当排风温度迅速升高时，对某些产品来说是非常危险的，防止已干燥粘粒的自燃及塔内飞扬粉粒的爆炸。因此当排风温度超过安全温度时，安全系统即自动关闭空气加热器，或者打开设置在塔顶上的固定喷嘴喷入清水，以水代替料液保持正常的排风温度，同时使粉粒温度冷却不致引起自燃。这种安全系统的设计一般有两道防线，采用两种安全温度。例如当排风温度达到第一安全温度时，就开启供料泵上的换向阀，接通供水系统。若管道堵塞，水不能进入雾化器，排风温度便继续上升到第二安全温度，此时即打开喷嘴喷水或关闭加热器，或者两者同时进行。安全系统往往与报警器同时使用，以引起操作人员的注意和检查。报警温度一般以比最高温度低10—20度为宜。图2.9工作流程控制原理图图2.10控制方框图 XX大学毕业论文（设计）第54页2.4.2仪表设备选型1.热电偶温度计目前工业生产过程中常用的温度计，主要有机械式、辐射式和电测式；机械式大多用于就地指示；辐射式的精度较差，只有电的测温仪表精度较高，信号又便于传送。所以，热电偶和热敏电阻温度计在工业生产和科学研究领域中得到广泛应用。热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一，热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应，即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是：①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。选用广州市骏凯电子科技有限公司的J型热电偶温度计CENTER301，其量程：-200℃～760℃(-328oF～1400oF)，准确度：±(0.3%rdg)+1℃，解析度：0.1℃/0.1oF，操作温度：0℃to50℃(<80%RH)，贮存温度：-20℃to60℃(<70%RH)，电池：9V电池，尺寸：184mm×64mm×30mm(7.25"×2.5"×1.2")，重量：约210g；稳定性好，灵敏度高，价廉。2.电动温度变送器热电偶温度变送器由基准源、冷端补偿、放大单元、线性化处理、V/I转换、断偶处理、反接保护、限流保护等电路单元组成。它是将热电偶产生的热电势经冷端补偿放大后，再帽由线性电路消除热电势与温度的非线性误差，最后放大转换为4～20mA电流输出信号。为防止热电偶测量中由于电偶断丝而使控温失效造成事故，变送器中还设有断电保护电路。当热电偶断丝或接解不良时，变送器会输出最大值（28mA）以使仪表切断电源。选用江苏华升计量仪器有限公司的轨式热电偶温度变送器HSFP-3000，特点：体积小巧，外形美观，隔离与变送一体，线性好、温度特性好，转换精度高性能稳定，带输出信号零点和满度调整，输入/输出/电源之间全隔离，抗干扰能力强，使用温度范围-10－60℃，贮存温度范围-20－70℃，温度系数150ppm/℃，满量程调整范围20% XX大学毕业论文（设计）第54页(SPAN电位器)，零位调整范围10%(ZERO电位器)3.执行器执行器自动化技术工具中接受控制信息并对受控对象施加控制作用的装置。在过程控制系统中，执行器由执行机构和调节机构两部分组成。调节机构通过执行元件直接改变生产过程的参数，使生产过程满足预定的要求。执行机构则接受来自控制器的控制信息把它转换为驱动调节机构的输出（如角位移或直线位移输出）。它也采用适当的执行元件，但要求与调节机构不同。执行器直接安装在生产现场，有时工作条件严苛。能否保持正常工作直接影响自动调节系统的安全性和可靠性。从结构来说，执行器一般由执行机构和调节机构两部分组成。其中，执行机构是执行器的推动部分，它按照控制器所给的信号的大小，产生推力和位移；调节机构是执行器的调节部分，最常用的是控制阀，它接受执行机构的操纵，改变阀芯与阀座间的流通面积，调节工艺介质的流量。执行机构按驱动能源，它可分为气动执行机构、电动执行机构和液动执行机构三大类。气动执行机构具有结构简单，动作可靠，性能稳定，维修方便，价格便宜等特点。其适用于防火防爆场合，可通过电—气转换器或阀门定位器与DDZ仪表配用。在过程控制中，执行器大多采用阀的形式，控制各种气体和液体的流量与流速，是过程控制系统的一个重要组成部分，其特性好坏对控制质量的影响是很大的。而由于其结构较简单又较粗糙，所以往往不被人们所重视。实践证明，在过程控制系统中，若调节阀特性选用不恰当，阀门动作不灵活，口径大小不合适，都会严重影响控制质量。所以，应根据生产过程的特点、被控介质的情况和安全运行需要，并从系统设计的总体考虑，选用合适的执行器。在过程控制中，使用最多的是气动执行器，其次是电动执行器，较少采用液动执行器。阀按结构形式分为：普通单、双座阀、角阀、蝶阀、三通阀、Y型阀、隔膜阀、软阀等。气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两类。由于气动执行机构有结构简单，输出推力大，动作平稳可靠，并且安全防爆等优点，在发电厂、化工，炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。选用瑞安市工业自动化仪表总厂生产的气动薄膜执行机构ZMA-3型。气动调节阀的辅助装置：选用上海万仪自动化控制设备有限公司生产的ZPD-1111—B型电—气阀门定位器，其控制输出信号4—20mADC。 XX大学毕业论文（设计）第54页§2.5可编程控制器软件设计2.5.1控制要求喷雾干燥器的自动控制过程是一个较复杂的顺序控制过程，在系统启动之前需预先进行管道、干燥塔、除尘器的吹扫，同时检查各种工艺参数。启动的吹扫目的是防止通风管路的堵塞，启动过程中涉及到的到的敢于参数包括料液位上下限、加热器温度、喷嘴压力、泵开启信号、鼓风机开启信号、引风机开启信号、泵阀门开起到位与关闭到位传感信号、鼓风机门开起到位信号与关闭到位传感信号、以及引风门开起到位与关闭到位传感信号等。喷雾干燥塔控制系统的步骤控制流程如图2.10所示。 XX大学毕业论文（设计）第54页图2.11运行图框2.5.2PLC可编程序控制器 XX大学毕业论文（设计）第54页PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性本设计主要采用三菱公司的FX2N系列的PLC控制技术。FX系列PLC是日本三菱公司后期的产品。三菱公司的可编程序控制器分为F、F1、F2、FX2、FX0、FX2N、FX0N、FX2C和FX1N几个系列。其系统配制灵活多便，它具有各种点数及各种输出类型（继电器、晶体管、晶闸管）的扩展模块，要与基本单元自由混合配置，使系统有极高的灵活性。本设计采用FX2N系列。在FX系列PLC中，对每种软继电器都用一定的字母来表示，如X表示输入继电器；Y表示输出继电器；M表示辅助继电器；D表示数据寄存器；S表示状态继电器等；并对这些软继电器给予一定编号，以便区别，编号采用八进制数表示。输入继电器X：输入继电器是PLC用来接受用户输入设备发来的输入信号。其状态由外部控制现场的信号驱动，不受PLC程序的控制，编程时使用次数不限。输出继电器Y：输出继电器是PLC用来将输出信号传给负载。外部信号无法直接驱动输出继电器，它只能在程序内部用指令驱动。内部辅助继电器M：PLC内有很多的继电器，这类辅助继电器的线圈与输出继电器一样，也是只能有程序驱动。每个辅助继电器都有无限多对常开唱闭触点，供编程使用。但是，该触点不能驱动外部驱动负载。其作用相当于继电器控制系统中的中间继电器。状态继电器S：状态继电器是使用步进指令的基本元件,它可分为初使化、通用和保持用三种类型。定时器T：定时器相当于继电器控制中的时间继电器。它能提供若干个常开、常闭延时触点供用户编程使用。定时器的工作时间通过编程设定。 XX大学毕业论文（设计）第54页计数器C：计数器分为通用计数器和高速计数器。计数器主要用来记录脉冲的个数或根据脉冲个数设定某一时间。计数器的计数值，通过编程来设定。常数K/H：常数也作为器件来对待，它在存储器中占有一定的空间。数据寄存器D：在进行输入输出处理、模拟量控制、位置控制时，需要许多数据寄存器存储数据和参数。整体式PLC控制系统是将其电源、中央处理器、输入输出部件等集中配置在一起，有的甚至全部安装在一块印刷电路板上，然后装在一个机壳内，通常称为主机。整体式PLC结构紧凑、体积小、重量轻、价格低。小型PLC常使用这种结构，如三菱公司的F1、FX0、FX2和FX2N系列图2.12整体式PLC组成示意图1用户编程指令表2.6指令使用说明表指令使用说明LDLD（Load），取指令。用于常开触点与母线的连接指令ANIANI，与非指令。用于单个常闭触点的串联，完成逻辑“与非”运算。MPSMPS XX大学毕业论文（设计）第54页指令为进栈指令，用于多重出电路。可将连接点先存储，用于连接后面的电路。OUTOUT是驱动线圈的输出指令，它的目标是Y、M、S、T、C。对输入继电器X不能使用MRDMRD指令为读栈指令，用于多重出电路。可将连接点先存储，用于连接后面的电路MPPMPP指令为出栈指令，用于多重出电路。可将连接点先存储，用于连接后面的电路CMP比较指令SP设定常数ANDAND，与指令。用于单个常开触点的串联，完成逻辑“与”运算OROR，或指令，勇于单个常开触点的并联，完成逻辑“或”运算ENDEND，程序结束指令。用于程序的结束，是一条无目标元件的1程序指令表2.7用户编程指令表步指令0LDX0001ANIX0012MPS3OUTM04MRD5OUTM16MPP7OUTM28LDM09ANIX00110CMP11SPK30012ANDM1 XX大学毕业论文（设计）第54页13ORM214ORFR515LDM116ORM517ANIX00118OUTY00119LDM220ORM621ANIX00122OUTY00223LDM224ANIX00125CMP26SPK15027ANDC2228ANDM429ORM430CMP31SPK30032ANDC2333ANDM434ORM435ORB36LDM537ORX02538ANIX00139OUTY00340ORT041SPK3 XX大学毕业论文（设计）第54页42LDM643ORX02644ANIX00145OUTY00446ORT147SPK448END49END2用户编程梯形图程序设计语言梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言，它来源于继电器逻辑控制系统的描述。 XX大学毕业论文（设计）第54页图2.13用户编程梯形图 XX大学毕业论文（设计）第54页2.5.3输入输出设备与PLC的接线图表2.8输入、输出设备与PLC输出输入端子分配表输入端输出端输入设备PLC输入端子号输出设备PLC输出端子号启动按钮SB1X000提高电加热器功率接触点KM1Y001停止按钮SB2X001降低电加热器功率接触点KM2Y002M5温度继电器FR1触点X025启动供料泵上换向阀接触点KM3Y003M6温度继电器FR2触点X026关闭加热器接触点KM4Y004图2.14PLC接线图 XX大学毕业论文（设计）第54页第三部分结论毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的给喷雾干燥系统的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种管道的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流使我对设计有了新的认识，也对自己提出了新的要求。在设计过程中一些设备的设计让我很头痛，原因是由于本身设计受到系统行业本身的框定和专业水平的薄弱，而又必须考虑本专业的一些要求规范，从而形成了一些矛盾点，这些矛盾在处理上让人很难斟酌，正是基于这种考虑我意识到：要向更完美的进行一次设计，与其他专业人才的交流沟通是很有必要的，这其中也包括更好的理解化工行业本身的各种要求，更要从祖国的高度看待一些大局上的问题更好的处理各种矛盾。在整个的毕业设计过程中，根据干燥技术的特点，以及我们设计课题的基本要求，我本着严肃认真的态度，在计算方面采用设计计算与CAD机械设计的想结合方法，控制方面就采用现在比较先进的三菱FX2N系列的PLC作为控制器。同时查阅有关文献，了解国内外在此方面的最新进展，并将其与自己的设计相结合，经历了设计-改进-再设计的过程。另外在设计中我们也注意了理论与实际相结合，考虑到实际使用时的情况进行了一系列的修改。但是干燥设备有着比较坚实的技术基础，所以大多数情况下还是采用了传统的设计方法。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。提高是有限的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。 XX大学毕业论文（设计）第54页文献资料[1]王毅.过程装备控制技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2003.295～306.[2]编辑会.化学工程手册16干燥[M].北京：化学工业出版社，1989.16～300.[3]郭成宇.现代乳品工程技术[M].北京：化学工业出版社，2004.51～253.[4]谭天恩.化工原理上册[M].北京：化学工业出版社，2004.50～330.[5]谭天恩.化工原理下册[M].北京：化学工业出版社，2004.202～215.[6]王喜忠.喷雾干燥[M].北京：化学工业出版社，1983.29～273.[7]上海设计院.化工工艺设计手册.北京：化学工业出版社，1993.9～329.[8]机械工业协会.机电产品供应目录风机[M].北京：机械工业出版社，2006.424～425.[9]史启才.化工单元过程及设备课程设计[M].北京：化学工业出版社，2002.368～374.[10]董其伍.过程设备设计[M].北京：化学工业出版社，2004.88～150.[11]丁伯民.钢架[M].北京：化学工业出版社，2004.20～21.[12]李克永.化工机械手册[M].天津：天津大学出版社，1991.6～56.[13]王淑英.电器控制与PLC控制技术[M].北京：机械工业出版社，2005.179～180.[14]金国淼.化工设备设计全书干燥设备[M].北京：化学工业出版社，2003.121～125.[15]蔡仁良,等.化工容器设计例题、习题集[M].北京:化学工业出版社，1996.128～129.[16]董其伍,等.过程设备设计[M].北京:化学工业出版社，2004.126～400. XX大学毕业论文（设计）第54页致谢毕业设计是一个繁杂的过程，从选定题目到收集资料，再进入工艺计算和设计计算过程，几乎应用了所学过的所有知识，不但提高我们解决实际问题的能力、开阔了我们的视野，更为以后的工作奠定坚实的基础。首先感谢大学里给予我细心教导的各位老师，授予我丰富多彩的知识，同时也教给我学习和做人的道理，让我在人生的道路上受益无穷。其次感谢游路老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。最后要感谢与我同组的其它几位同学对我的帮助和指点，做设计的这几个月里，我们一同努力，共同解决难题。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！'