干燥过程与设备培训课程(共119页).ppt

1、第一节第一节 气流枯燥气流枯燥第二节第二节 喷雾枯燥喷雾枯燥第三节第三节 沸腾枯燥与沸腾造粒枯燥沸腾枯燥与沸腾造粒枯燥第四节第四节 真空枯燥和真空冷冻枯燥真空枯燥和真空冷冻枯燥利用热能除去固体物料中湿份的单元操作产品生产最后工序常用方法：对流枯燥、冷冻枯燥、真空枯燥、微波枯燥等主要内容：枯燥设备和计算 l热能传递给湿物料的方式：直接枯燥、间接枯燥、介电加热枯燥 l操作方式 ：连续操作和间歇操作 l热空气与物料直接接触，物料枯燥所需的热量主要依靠物料与热空气的对流传热。l包括：外表枯燥、气流枯燥、喷雾枯燥、振动枯燥及沸腾造粒枯燥l l热空气温度较高，枯燥速度大，设备投资少，但热效率低l应用最广泛

2、 l物料枯燥所需要的热量通过金属等材料直接传递l枯燥速度慢，设备造价高，但热效率高l间接枯燥设备有：真空枯燥、冷冻枯燥、辐射枯燥 l高频高燥和微波枯燥等 l小批量生产，处理量少或多品种生产；与枯燥衔接的前后工段生产不连续；物料的供给、成品的排出和物料在枯燥器内连续输送有困难；枯燥时间极长的物料 l设备简单，操作中故障少，投资和操作费用少；l其缺点是物料受热时间长，不适用热敏物料；劳动强度大；自动控制比较麻烦 l热效率比间歇枯燥高，容易实现自动化，操作人员少l大量处理及热敏性物质的枯燥 l数百家枯燥设备制造企业 ，枯燥设备行业协会 l根本上已经满足国内市场的需求，某些型号的设备还出口到国外l接近

3、或到达90年代国际水平 l仍有差距 一、气流枯燥流程与设备一、气流枯燥流程与设备 二、气流枯燥器的型式二、气流枯燥器的型式三、气流枯燥的特点和适用范围三、气流枯燥的特点和适用范围 四、气流枯燥的计算四、气流枯燥的计算l概念：l 把含有水的块状或粉粒状物料，通过适当的方法使它们分散到热空气中，在与热气流并流输送的同时进行枯燥而获得粉状枯燥制品的过程。 l流程：l湿物料 加料斗 加料器 气流枯燥管 别离l器 固体产品 锁气管 出口9卸出， l l风机排走废气经l 6895432171-空气过滤器；2-预热器；3-干燥管；4-加料斗；5-螺旋加料器； 6-旋风分离器；7-风机；8-锁气管；9-产品出

4、口图11-1 气流干燥流程一按照加料方式分类直接加料型带分散机型 带粉碎机型 进料热风排料图11-3 粉碎机结构示意图二按枯燥管形状分类直管式 适用于比较容易枯燥的物 变径管式 将颗粒等速运动段的直径扩大，使物料与气流的相对速度加大，有利于颗粒外表气膜更新 bcd图11-4 干燥管形状l可获得高度枯燥的成品 l适用于热敏性物料的枯燥 l热效率高l热损失少 l设备简单，操作容易，投资少 l操作稳定，便于自动化。l整个过程都是连续的，便于与前后工序衔接l可以有很大的装置规模。1通过基尔比切夫准数求出物料的悬浮速度和枯燥过程终空气与物料的给热系数 ： 微粒平均直径，m，可用筛子分级，根据筛孔平均直径

5、计算； 微粒的平均密度，kg/m3； 空气在枯燥管内平均温度时的密度，kg/m3； 空气在枯燥管内平均温度时的运动粘度，m2/s。323)(4气气气粒vgdKid粒气气vl求得准数Ki后，可根据图11-5所示的关系求出颗粒悬浮雷诺准数 ，这样便可以求出颗粒的悬浮速度。浮Redvw气浮浮Re0.20.30.41234510234510234510234510232312 3 4 56789102 3 451022435310浮图 11-5 Re与 Ki准 数 的 关 系可以从雷诺准数 来查出努塞尔特准数 ，这样就能确定空气与物料颗粒之间的给热系数 。式中 在平均温度时，空气的导热系数，kJ/m2

6、h。 Re浮NuNud气图11-6 Nu准数与Re的关系050100Re浮Nu 582气2微粒总外表积的计算 设微粒为规那么的球形，外表积为：式中 每小时进入枯燥管的微粒个数 式中 枯燥器的生产能力，kg/h 所以 ，m2/h 2Fn dn36Gnd粒G6GFd粒3枯燥时间的计算 物料与空气之间的平均温差为： ， 进入和离开枯燥器的热空气的温度，； 枯燥时的微粒的温度，即湿球温度。空气传给物料的热量可用以下公式计算： 空气加热器的热损失，kJ/h，； 枯燥器的热损失，kJ/h； 当初始空气湿含量为，离开枯燥器的温度为时的热焓量。 初始空气的热焓量，kJ/h； 通过物料平衡计算得到的空气量，kg

7、干空气/h。枯燥过程所需要的时间：122ttt 1t2tQQQL II20损- (- )QQ损2II0L3600QF t4枯燥管的长度与直径 枯燥管长度，m； 空气在枯燥管内流速，根据物料性质选用，一般为1020m/s； 颗粒悬浮速度，m/s； 式中 D枯燥管的直径，m。 ()lww浮气lw气w浮3600 0.785lDw气气 喷雾枯燥：利用喷雾器将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具 有较大外表积的分散微粒同热空气发生强烈的热交 换，迅速排除本身的水分，在短时间内获得枯燥 。 压力喷雾法又称机械喷雾法：利用往复运动的高压泵 气流喷雾法：依靠的压缩空气通过喷嘴时产生的高速度，将液 体吸出并雾化

8、离心喷雾枯燥法 ：利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液 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 气流喷雾枯燥流程、特点 组成：喷雾枯燥塔、喷嘴外，还有空气加热器、压缩空气系统和空气过滤器等 流程：压缩空气从切线方向进入喷雾器外面的套管，形成空气涡流 ，并在喷嘴处形成低压区，吸引液体混合并使之微粒化。热风从枯燥塔的上部经空气分配盘进入，与喷雾后的液体微粒相遇，使之枯燥，枯燥后的物料由塔底部排出，废气沿回风管导入袋滤器或旋风别离器，收集随废气带走的粉末状产品，然后经排风机排入大气中。 特点：结构简单，操作方便和可靠，获得的产品质量好24

9、8765成品热 空 气废 气料空气图 11-7 气 流 喷 雾 干 燥 流 程 1.6-过 滤 器 2-空 气 分 配 盘 3-袋 滤 器 4-回 风 管 5-电 加 热 器 7-瓷 环 8-棉 兰3气流喷雾枯燥塔的构造 构成：枯燥室 、气流喷雾器、分配盘 、螺旋排风管 、回风 管 、袋滤器。 各部件的功能：气流喷雾器：使料液雾化分配盘：使空气形成旋流与雾滴接触，提高枯燥效果 螺旋排风管：使气固两相别离 回风管：尾气排放袋滤器：尾气过滤2345热 风废 气图 1 1 - 8 气 流 式 喷 雾 干 燥 塔温 度 计 2 - 扩 散 盘 3 - 示 镜 4 - 人 孔 5 - 成 品 收 集 器

10、物 料空 气盘顶图11-9 空气分配盘旋风方向1.5453.56543211-空气管 2-压紧螺帽 3-喷咀座 4-压紧螺帽 5-喷咀 6-进液管 7-喷咀口图11-10 气流喷雾干燥喷咀7l物料含水性质：游离水和结合水l游离水：细胞外或毛细管中，结合力弱，可以流动，容易除去l结合水：渗透水、结构水分，结合力强，难以流动，难除去l传热传质同时进行，空气为载热体和载湿体l传质速率：内部向外表的扩散湿度差；汽化并被带走外表气膜内与气流主体中水分蒸汽分压差l汽化控制外表汽化速率小于内部扩散速率和内部扩散控制内部扩散速率小于外表汽化速率，可通过改善内、外部传递因素而强化l1. 枯燥速度vl2. 恒速枯

11、燥阶段l3. 降速枯燥阶段111cmdmdmdvA dtA dtA dt v枯燥速度； m1汽化水分量 m2湿物料量； A枯燥面积湿物料的湿含量干基t枯燥时间l湿物料外表温度等于空气湿球温度，温差不变，传热速率恒定，传质速率恒定；l速度取决于外表汽化速率外部枯燥条件，外表汽化控制阶段l游离水分为主l低于临界点，l升温下进行l枯燥速度取决于物料本身性质和枯燥温度l内部扩散控制阶段l结合水为主l热敏性物质l快速高效，温度适宜，枯燥时间要短，不应混入杂质l枯燥失活或变质：枯燥温度、维持时间、活化能有关l酶和蛋白质等的失活动力学：dpkpd 0lnpkp0lnexp()pEZpRT p,p0起始时刻及

12、t时产物的活性E产物失活时的活化能Z频率因子Tt时刻的温度R常数l处理物料的理化性质、生物化学性能及其生产工艺，热敏性而言的类型：瞬时快速枯燥设备、低温枯燥设备及其他l原那么：产品质量要求活性、产品纯度无菌、密闭、灭菌设施、物料的特性、产量及劳动条件l枯燥设备类型见表2-5-1，教材299面l一、常压枯燥设备麦芽枯燥塔l二、真空枯燥设备l一单层高效麦芽枯燥塔结构与操作l优点：生产能力大，机械化操作，自动控制；技术经济和热力指标良好；结构简单，造价低l1. 生产能力：l2. 空气耗量含水量大于10%l水分蒸发速率：l3. 热量计算：枯燥初期热量消耗2124VGhAV0eWGxx()gWkA xx

13、l3. 枯燥初期热量消耗lQ1空气在加热器内吸收的热量lQ2空气在第一小时内带走的热量lQ3枯燥塔热损失l4. 压力损失计算：厚米，气流速度为0.3-15米/秒时123QQQQ1.08 1.5550.110pHv l真空下，接触式枯燥过程，热敏性、易氧化物料；l设备：密闭枯燥室、冷凝器和真空泵组成l真空箱式枯燥器：枯燥室，中空盘架l带式真空枯燥器：液状浆状，l耙式真空枯燥器l机械真空泵和蒸汽喷射泵 lSZG系列双锥枯燥机示意图l圆通真空枯燥机l一气流枯燥原理l热气流将物料在流态下枯燥l潮湿分散状态颗粒湿物料，悬浮在热气流中，l特点：枯燥强度大；枯燥时间短；适用性广；结构简单等。图 1 3 -

14、1 气 流 干 燥 流 程1 - 空 气 过 滤 器 2 - 预 热 器 3 - 干 燥 管 4 - 加 料 斗 5 - 螺 旋 加 料 器 6 - 旋 风 分 离 器 7 - 风 机 8 - 锁 气 管 9 - 产 品 出 口712345986l长管式气流枯燥器：空气过滤器、空气加热器、枯燥管l旋风式气流枯燥器l计算：l流程示意图lQG系列气流枯燥机l1. 颗粒悬浮速度：l基尔比切夫准数与雷诺准数的关系图2-5-10：l悬浮速度：324 ()3ssgKid ReasvdsNuKdNu可以按Re与Nu努塞尔特准数关系查出，图2-5-11，教材310为空气在枯燥管内平均温度下的导热系数l2物料的

15、总外表积；l3枯燥时间：6ssGAd36002QA Tl长度：l直径：0()lvv43600LDv l一原理和特点l喷雾器将原料喷成雾状，与热空气发生热量和质量传递的枯燥过程l特点：枯燥速度快、枯燥温度较低、产品分散性和溶解性良好l流程见图2-5-12，313面248765成品热空气废气料空气图 13-9 气流喷雾干燥流程 1.6-过滤器 2-空气分配盘 3-袋滤器 4-回风管 5-电加热器 7-瓷环 8-棉兰3l关键：喷雾器；l压力式喷雾器压力喷雾枯燥塔l气流式喷雾器气流喷雾枯燥塔l离心式喷雾器离心喷雾枯燥塔l压力喷雾式枯燥机l结构见2-5-13l以高速气流通过喷嘴孔径1-4mm时将料液吸入

16、、雾化，l内部混合式和外部混合式689311236891368961832221968221863910927bcdef图 13-4 气流干燥器型式预热器 2-加料器 3-混合器 4-分散机 5-粉碎机 6-干燥管 7-分级器 8-旋风分离器 9-袋滤器 10-空气净化器 11-空气过滤 12、13-风机l酶制剂；l高速旋转圆盘产生离心力将料液甩出，与空气摩擦等作用而成细雾状被枯燥的过程l热风盘和离心喷雾机l1. 喷雾枯燥室直径：lA. 根据喷距半径：l或max2.25Dr0.210.20max0.163.3DGrn104ln3mvdrvlB. 根据枯燥强度131.05()vQDAl1. 空气

17、加热器：传热面积l2. 粉尘别离器：扩散式旋风别离器011.15()2sQATTK Tl一流化床枯燥原理及特点l原理：利用热空气使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态的枯燥过程空气流速与物料自由沉降速度相等l特点：传质速率大；枯燥温度均匀，易控制；利于连续化、自动化操作，能耗小等。l适用颗粒直径：30微米-6毫米l单层单室和多室和多层流化床枯燥器、沸腾造粒枯燥器l枯燥流程物料2348765910图 13-20 卧式多室沸腾干燥器空气加热器 2-料斗 3-风道 4-风口 5-成品出口 6-视镜 7-干燥室 8-旋风分离器 9-细粉回收器 10-离心通风机 废气l倒圆锥形，锥角30度l造粒过程：料液

18、水分完全蒸发，本身形成颗粒；附着在晶核后水分蒸发，种子外表形成薄膜；种子之间的碰撞粘连；l影响因素：停留时间、摩擦作用、枯燥温度l1临界流化速度l方法21.820.9430.060.88()9.3 10ssmfdvRemfmfsvDRemfAr1400+5.22 Ar22sdsgAr l大于临界流化速度而小于带出速度mfvKv(0.20.8)tvvRetAr18+0.6 Ar11stsfHH米f20.2118Re 0.36Re()fArResd vl设计时，H=2Hfl扩大段高度和直径：以最小粉尘不被带出的速度计算l枯燥室直径：43600VDv20900(1)sssHDG l一、冷冻枯燥原理及设备l二、微波枯燥原理及设备l一冷冻枯燥原理及特点l原理：升华枯燥，将物料低温冷冻成固态，高度真空下，将固态水分直接升华为气态的过程l水的三相点的压力为610.5Pa，温度为0.0098。三相点以下的水只有固态和气态，相变只在这两相间发生l固态的水可通过吸收外部提供的热能，无需经过液态直接升华为水蒸汽从物料中逸出，实现脱水。因此，真空冷冻枯燥又被称为升华枯燥。从理论上说，真空冷冻枯燥的操作区域只需在