第十一章生物工程设备

第十章枯燥过程与设备第一节气流枯燥第二节喷雾枯燥第三节沸腾枯燥与沸腾造粒枯燥第四节真空枯燥和真空冷冻枯燥概论利用热能除去固体物料中湿份的单元操作产品消费最后工序常用方法：对流枯燥、冷冻枯燥、真空枯燥、微波枯燥等主要内容：枯燥设备和计算分类方式热能传送给湿物料的方式：直接枯燥、间接枯燥、介电加热枯燥操作方式：延续操作和间歇操作1.直接枯燥热空气与物料直接接触，物料枯燥所需的热量主要依托物料与热空气的对流传热。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

热空气温度较高，枯燥速度大，设备投资少，但热效率低运用最广泛2．间接枯燥物料枯燥所需求的热量经过金属等资料直接传送枯燥速度慢，设备造价高，但热效率高间接枯燥设备有：真空枯燥、冷冻枯燥、辐射枯燥3．介电加热枯燥高频高燥和微波枯燥等间歇操作小批量消费，处置量少或多种类消费；与枯燥衔接的前后工段消费不延续；物料的供应、废品的排出和物料在枯燥器内延续保送有困难；枯燥时间极长的物料设备简单，操作中缺点少，投资和操作费用少；其缺陷是物料受热时间长，不适用热敏物料；劳动强度大；自动控制比较费事延续操作热效率比间歇枯燥高，容易实现自动化，操作人员少大量处置及热敏性物质的枯燥我国枯燥设备现状数百家枯燥设备制造企业，枯燥设备行业协会根本上曾经满足国内市场的需求，某些型号的设备还出口到国外接近或到达90年代国际程度仍有差距第一节气流枯燥一、气流枯燥流程与设备二、气流枯燥器的型式三、气流枯燥的特点和适用范围四、气流枯燥的计算一、气流枯燥流程与设备概念：把含有水的块状或粉粒状物料，经过适当的方法使它们分散到热空气中，在与热气流并流保送的同时进展枯燥而获得粉状枯燥制品的过程。流程：湿物料加料斗加料器气流枯燥管分别器固体产品锁气管出口9卸出，

风机排走废气经

二、气流枯燥器的型式〔一〕按照加料方式分类直接加料型带分散机型带粉碎机型〔二〕按枯燥管外形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展，使物料与气流的相对速度加大，有利于颗粒外表气膜更新三、气流枯燥的特点可获得高度枯燥的废品适用于热敏性物料的枯燥热效率高热损失少设备简单，操作容易，投资少操作稳定，便于自动化。整个过程都是延续的，便于与前后工序衔接可以有很大的安装规模。四、气流枯燥的计算〔1〕经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α：——微粒平均直径，m，可用筛子分级，根据筛孔平均直径计算；——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。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。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·h·℃〕。〔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——枯燥器的消费才干，kg/h所以，m2/h〔3〕枯燥时间的计算物料与空气之间的平均温差为：，——进入和分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，分开枯燥器的温度为时的热焓量。——初始空气的热焓量，kJ/h；——经过物料平衡计算得到的空气量，kg干空气/h。枯燥过程所需求的时间：〔4〕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，普通为10~20m/s；——颗粒悬浮速度，m/s；式中D——枯燥管的直径，m。第二节喷雾枯燥喷雾枯燥：利用喷雾器将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，构成具有较大外表积的分散微粒同热空气发生剧烈的热交换，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：依托的紧缩空气经过喷嘴时产生的高速度，将液体吸出并雾化离心喷雾枯燥法：利用在程度方向作高速旋转的圆盘给予溶液离心力，使其高速甩出，构成薄膜、细丝或液滴，同时又遭到周围空气的摩擦、妨碍与撕裂等作用构成细雾气流喷雾枯燥设备气流喷雾枯燥流程、特点组成：喷雾枯燥塔、喷嘴外，还有空气加热器、紧缩空气系统和空气过滤器等流程：紧缩空气从切线方向进入喷雾器外面的套管，构成空气涡流，并在喷嘴处构成低压区，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分别器，搜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：构造简单，操作方便和可靠，获得的产质量量好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：使空气构成旋流与雾滴接触，提高枯燥效果螺旋排风管：使气固两相分别回风管：尾气排放袋滤器：尾气过滤〔一〕物料中水分的性质物料含水性质：游离水和结合水游离水：细胞外或毛细管中，结合力弱，可以流动，容易除去结合水：浸透水、构造水分，结合力强，难以流动，难除去〔二〕枯燥机理传热传质同时进展，空气为载热体和载湿体传质速率：内部向外表的分散〔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〕汽化控制〔外表汽化速率小于内部分散速率〕和内部分散控制〔内部分散速率小于外表汽化速率〕，可经过改善内、外部传送要素而强化〔三〕恒速枯燥和降速枯燥1.枯燥速度〔v〕2.恒速枯燥阶段3.降速枯燥阶段1.枯燥速度〔v〕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2.恒速枯燥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；速度取决于外表汽化速率〔外部枯燥条件〕，外表汽化控制阶段游离水分为主3.降速枯燥阶段低于临界点，升温下进展枯燥速度取决于物料本身性质和枯燥温度内部分散控制阶段结合水为主二、生物工业产品枯燥的特点热敏性物质快速高效，温度适宜，枯燥时间要短，不应混入杂质枯燥失活或蜕变：枯燥温度、维持时间、活化能有关酶和蛋白质等的失活动力学：失活方程p,p0——起始时辰及t时产物的活性E——产物失活时的活化能Z——频率因子T——t时辰的温度R——常数三、枯燥设备的选型原那么处置物料的理化性质、生物化学性能及其消费工艺，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原那么：产质量量要求〔活性〕、产品纯度〔无菌、密闭、灭菌设备〕、物料的特性、产量及劳动条件枯燥设备类型见表2-5-1，教材299面第二节非绝热枯燥设备一、常压枯燥设备——麦芽枯燥塔二、真空枯燥设备一、常压枯燥设备——麦芽枯燥塔〔一〕单层高效麦芽枯燥塔构造与操作优点：消费才干大，机械化操作，自动控制；技术经济和热力目的良好；构造简单，造价低〔二〕设计计算1.消费才干：2.空气耗量〔含水量大于10%〕水分蒸发速率：3.热量计算：枯燥初期热量耗费3.热量与压力损失计算3.枯燥初期热量耗费Q1——空气在加热器内吸收的热量Q2——空气在第一小时内带走的热量Q3——枯燥塔热损失4.压力损失计算：厚0.3-1.5米，气流速度为0.3-15米/秒时二、真空枯燥设备真空下，接触式枯燥过程，热敏性、易氧化物料；设备：密闭枯燥室、冷凝器和真空泵组成真空箱式枯燥器：枯燥室，中空盘架带式真空枯燥器：液状浆状，耙式真空枯燥器机械真空泵和蒸汽放射泵SZG系列双锥枯燥机SZG系列双锥枯燥机表示图YZJ真空枯燥机圆通真空枯燥机一、气流枯燥原理及设备〔一〕气流枯燥原理热气流将物料在流态下枯燥潮湿分散形状颗粒湿物料，悬浮在热气流中，特点：枯燥强度大；枯燥时间短；适用性广；构造简单等。〔二〕气流枯燥设备长管式气流枯燥器：空气过滤器、空气加热器、枯燥管旋风式气流枯燥器计算：PG正负两级气流枯燥机流程表示图QG系列气流枯燥机计算1.颗粒悬浮速度：基尔比切夫准数与雷诺准数的关系〔图2-5-10〕：悬浮速度：空气与物料对流传热系数Nu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〔2〕物料的总外表积和

〔3〕枯燥时间〔2〕物料的总外表积；〔3〕枯燥时间：〔4〕枯燥管长度和直径长度：直径：二、喷雾枯燥原理及设备〔一〕原理和特点喷雾器将原料喷成雾状，与热空气发生热量和质量传送的枯燥过程特点：枯燥速度快、枯燥温度较低、产品分散性和溶解性良好流程见图2-5-12，313面〔二〕喷雾枯燥设备关键：喷雾器；压力式喷雾器〔压力喷雾枯燥塔〕气流式喷雾器〔气流喷雾枯燥塔〕离心式喷雾器〔离心喷雾枯燥塔〕高速离心喷雾枯燥机压力喷雾式枯燥机1.气流式喷雾器〔气流喷雾枯燥塔〕构造见2-5-13以高速气流经过喷嘴〔孔径1-4mm〕时将料液吸入、雾化，内部混合式和外部混合式2.离心喷雾枯燥塔酶制剂；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热风盘和离心喷雾机计算1.喷雾枯燥室直径：A.根据喷距半径：或B.根据枯燥强度〔三〕附属设备1.空气加热器：传热面积2.粉尘分别器：分散式旋风分别器三、流化床枯燥原理及设备〔一〕流化床枯燥原理及特点原理：利用热空气使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾形状的枯燥过程〔空气流速与物料自在沉降速度相等〕特点：传质速率大；枯燥温度均匀，易控制；利于延续化、自动化操作，能耗小等。适用颗粒直径：30微米-6毫米〔二〕设备单层〔单室和多室〕和多层流化床枯燥器、沸腾造粒枯燥器枯燥流程1.单层卧式多室流化床枯燥器2.沸腾造粒枯燥器倒圆锥形，锥角30度造粒过程：料液水分完全蒸发，本身构成颗粒；附着在晶核后水分蒸发，种子外表构成薄膜；种子之间的碰撞粘连；影响要素：停留时间、摩擦作用、枯燥温度沸腾制粒枯燥机3.计算〔1〕临界流化速度方法2〔2〕操作流化速度大于临界流化速度而小于带出速度〔3〕流化床几何尺寸Hs——0.05-0.30米f——0.55-0.75知流化速度时设计时，H=2Hf扩展段高度和直径：以最小粉尘不被带出的速度计算枯燥室直径：〔4〕物料停留时间第四节冷冻枯燥及其他设备一、冷冻枯燥原理及设备二、微波枯燥原理及设备一、冷冻枯燥原理及设备〔一〕冷冻枯燥原理及特点原理：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水的三相点的压力为610.5Pa，温度为0.0098℃。三相点以下的水只需固态和气态，相变只在这两相间发生固态的水可经过吸收外部提供的热能，无需经过