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第七章干燥设备 第一节干燥设备概述第二节气流干燥 重点 第三节喷雾干燥 重点 第四节其它干燥 第一节干燥设备概述一 干燥过程的基本原理 1 以热空气为干燥介质的干燥过程空气干热空气湿热空气热量水蒸汽湿物料干物料干燥过程传热传质 2 水份与物料结合方式 非结合水份 游离水份 细胞外或大孔物料的毛细管中 结合水份 较小毛细管中 活细胞壁内 渗透水分 结构水份等 3 影响干燥因素 空气性质 热空气的温度热空气的湿含量物料性质 物料的含水量物料中水份的性质操作方式 热空气流速热空气与物料接触时间 4 恒速干燥和降速干燥 恒速干燥 湿物料中水份能以恒定速率向空气中传递 恒速阶段的干燥速度取决于物料表面水份的汽化速度即取决于物料外部的干燥条件 空气稳定 湿度及流速 降速干燥 内部扩散控制阶段 主要排除结合水 水份由物料内部向表面传递的速率小于湿物料表面水份的汽化速率 降速干燥阶段的干燥速度主要取决于物料本身的结构 形状及大小等特性 二 干燥设备概述 1 干燥设备的类型传导传热干燥 真空干燥冷冻干燥对流传热干燥 气流干燥喷雾干燥沸腾干燥热风干燥辐射传热干燥 红外干燥电介加热干燥 微波干燥高频加热干燥 2 生物工业制品的干燥设备 瞬时快速干燥设备 滚筒干燥设备 喷雾干燥设备 气流干燥 沸腾干燥 2 低温干燥设备 真空干燥设备 冷冻干燥设备 3 红外干燥和微波干燥 3 干燥设备的选型原则 产品的质量要求产品的纯度物料的特性产量及劳动条件 4 国内干燥设备生产情况 数百家干燥设备制造企业干燥行业协会国际先进设备喷雾干燥设备旋转快速干燥装置流化床干燥机回转筒干燥机粮油干燥机 第二节气流干燥 利用高速的热气流将物料在流态化输送过程进行干燥的操作 一 气流干燥流程 气流干燥流程 加料器空气过滤器加热器干燥管旋风分离器袋滤器风机 负压防尘 卸料器 二 气流干燥的特点 优点 1 干燥强度大 体积传热系数大 4100 12500kJ m3 h 2 粒子在干燥器内停留时间短 0 5 2秒 3 适用性广 粒径范围约0 1 10mm 4 设备结构简单 生产能力大 能连续操作 可实现自动控制 缺点1 气流干燥不适宜干燥临界含水率高 降速段长的物料 2 粒子碰撞 摩擦剧烈对晶体有磨损 3 对粘性物料不适用 4 对厂房要求高 三 气流干燥计算 干燥管长度直径干燥时间 1 悬浮速度及传热系数 通过基尔比切夫准数Ki 由Re Ki图求出颗粒在悬浮速度下的雷诺准数Ret 物料颗粒的悬浮速度 2 物料的总表面积 3 干燥时间 4 干燥管的长度和直径 第三节喷雾干燥 一 喷雾干燥的原理利用不同的喷雾器 将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状 与热空气发生强烈的热交换 迅速排除本身的水分 在几秒至几十秒内干燥 成品以粉末状态沉降于干燥室底部 连续或间断地从卸料器排出 适用于不能借结晶方法得到固体产品的生物制品生产中 如酵母 核苷酸 某些抗生素药物的干燥 二 喷雾干燥的特点 1 优点 1 干燥速度快 时间短 一般为3 30s 由于料液雾化成10 60um的雾滴 其表面积高达100 600m2 m3 2 干燥温度较低 3 可由液料直接获得粉末 省去蒸发结晶 分离粉碎工序 4 成品质量可以控制 并具有良好的分散性和溶解性 2 喷雾干燥缺点1 喷雾干燥的容积干燥强度小 故干燥室体积大 2 热量消耗多 一般蒸发lkg水分约需6280kJ热量 相当于消耗2 5 3 5kg的蒸汽 3 会发生产品黏壁情况 酵母 核苷酸 某些抗生素药物的干燥 图2 5 12为典型的连续喷雾干燥流程 三 喷雾干燥设备 喷雾干燥的关键是料液的 雾化 核心设备是雾化器 理想的喷雾器要求喷雾粒子均匀 结构简单 产量大 能耗小 喷雾器 雾化器 类型 压力式喷雾器压力喷雾干燥塔 气流式喷雾器气流喷雾干燥塔 离心式喷雾器离心喷雾干燥塔 1 气流喷雾干燥设备 圆柱圆锥形压缩空气 0 25 0 6MPa 主要部件 1 气流喷雾器喷嘴2 空气分配盘 扩散盘 3 螺旋排风管空气流速约为10 12米 秒 气流喷雾器喷嘴 喷嘴直径1 4mm 能够处理悬浮液和黏性较大的料液 2 离心喷雾干燥 利用高速旋转的圆盘给予料液以离心力 使其高速甩出 形成薄膜 细丝或液滴 同时又受到周围空气的摩擦 阻碍与撕裂等作用形成细雾而干燥的过程 离心喷雾干燥塔主要结构 1 离心喷雾机 喷盘 2 热风盘 离心喷雾机 喷盘 形式 喷枪型锥型圆帽型平板型皿型碗型 热风盘 作用 进塔后的热风分配均匀 避免造成塔内局部黏壁 第四节其它干燥设备 流化床干燥 沸腾干燥 冷冻干燥真空干燥 自学 一 流化床干燥 沸腾干燥 利用热的空气流使置于筛板上的粒状物料或粉状的物料呈沸腾状态 干燥过程 适用于颗粒直径在30um 6mm间的物料 单层卧式多室流化床干燥器 箱式流化床干燥器 二 冷冻干燥 升华干燥 原理 将湿物料 或溶液 在较低温度下 10 50 冻结成固态 然后在高度真空 1 0 001mmHg 下 将其中固态水分直接升华为气态的干燥过程 水的三相平衡点 当压力降低到某一值时 水的沸点与冰点相重合 即达到水的三相平衡点 这时压力称为三相点压力 相应的温度称为三相点温度 水的三相点压力 609 3Pa三相点温度 0 0098 当压力控制在609 3Pa以上 冰需先转化为水 水再转化成汽 属于真空 蒸发 干燥 当压力控制在609 3Pa以下 冰将由固态直接升华为气态 此过程属于真空冷冻干燥 真空冷冻干燥的必要条件 干燥过程压力应低于操作温度下冰的饱和蒸汽压 常控制在相应温度下冻结物料 冰 的饱和蒸汽压的1 2 1 4 例如冰 40 操作压力应为2 7 6 7Pa 1克0 的冰变成0 的蒸汽需吸热580千卡 真空冷冻干燥过程 第一阶段 在低于熔点的温度下 使物料中的固态水分直接升华 大约有98 99 的水分除去 第二阶段 将物料温度逐渐升高至于室温 使水分汽化除去 此时水分可减少到0 5 冷冻干燥流程 干燥室冷凝器真空泵制冷装置制冷装置 冷冻干燥的特点 1 干燥温度低 特别适合高热敏性的物料干燥 35 5 2 能保持原物料的外观形状 3 冻干制品有多孔结构 因而有理想的速溶性和快速复水性 4 冷冻干燥脱水彻底 质量轻 产品保存期长 缺点