干燥过程与设备

关于干燥过程与设备干燥是将湿物料的湿分（水分或其他溶剂）除去的加工过程。按照热能传递给湿物料的方式可分为：1．直接干燥：热空气与物料直接接触，物料干燥所需的热量主要依靠物料与热空气的对流传热。方法包括：表面干燥、气流干燥、喷雾干燥、振动干燥及沸腾造粒干燥等。2．间接干燥：物料干燥所需要的热量通过金属等材料直接传递，干燥速度慢，设备造价高，但热效率高。间接干燥设备有：真空干燥、冷冻干燥、辐射干燥（红外线和远红外干燥）等。3．介电加热干燥：高频干燥和微波干燥。第2页,共58页，2024年2月25日，星期天按照干燥的操作方式可以分为连续操作和间歇操作。（1）间歇操作

通常用于：小批量生产，处理量少或多品种生产；与干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干燥器内连续输送有困难；干燥时间极长的物料。（2）连续操作如果与干燥衔接的前后工段整个是连续的，则通常采用连续干燥。

第3页,共58页，2024年2月25日，星期天第一节气流干燥

气流干燥是把含有水的泥状、块状、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干燥而获得粉状干燥制品的过程。一、气流干燥流程与设备第4页,共58页，2024年2月25日，星期天

流程：湿物料由加料斗4经加料器5送入气流干燥3。空气通过空气过滤器1滤取灰尘，经加热器2加热到一定温度后送入干燥管。由于热气流的高速流动，物料颗粒分散于气流之中，气固两相之回发生传热和传质作用，使物料获得干燥。已干燥的物料随气流带出，经分离器6分离气体和固体，产品通过锁气器8从出口9卸出。废气经风机7排走第5页,共58页，2024年2月25日，星期天

干燥管：一般采用圆形，其次有方形和不同直径交替的所谓脉冲管

第6页,共58页，2024年2月25日，星期天图13-3所示的物种型式加料器适用于散状物料。为了防止在加料过程中物料结块，可采用震动加料器。第7页,共58页，2024年2月25日，星期天二、气流干燥器的型式（一）按照加料方式分类（1）直接加料型

原料从加速管中间直接投入，利用高速气流的冲击使物料分散而进行干燥（图13-4（a））。（2）带分散机型

某些含水颗粒体物料，如在热气流中不易分散，或进料过程中易结块，可在进料口设分散机。分散机是由带放射状棒的转轮和锁气外壳组成，在分散机中无热风流过（图13-4（b））。（3）带粉碎机型在干燥管前设置粉碎机,其结构见图13-5。

第8页,共58页，2024年2月25日，星期天第9页,共58页，2024年2月25日，星期天第10页,共58页，2024年2月25日，星期天采用粉碎机加料的流程（1）图13-4（c）适用于滤饼等泥状物料，经粉碎机粉碎后进入干燥管。（2）如物料含水较多，加料有困难可将一部分已干燥的成品粉末返回到原料中去混合，以减少原料的含水率增加其流动性。由于成品循环受热，对热敏性物料需注意物料因重复加热而变质的问题。这种流程见图13-4（d）。（3）图13-4（e）的流程适用于干燥管处在很小的负压下操作，不能适用密封加料装置的湿物料。（4）图13-4（f）为在干燥管上附设分级器，粗粒子在此分级并返回粉碎机，使成品粒子水分均一。第11页,共58页，2024年2月25日，星期天（二）按干燥管形状分类（1）直管式：直管式（图13-6（a））适用于比较容易干燥的无聊，如以除去附着水为主或临界含水率不高的场合，而且要求成品含水率在0.5-1%。（2）变径管式：变径管的形式很多，图13-6（b）、（c）、（d）为集中应用较多的变径管。变径管是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，有利于颗粒表面气膜更新。加速传热，并使物料在干燥管内的停留时间增大。适用于较难干燥的物料，以及成品含水率要求较低（<0.5%）的场合。图13-6（d）所示的变径具有占地面积小的优点。第12页,共58页，2024年2月25日，星期天第13页,共58页，2024年2月25日，星期天（三）气流干燥的特点和适用范围1、可获得高度干燥的成品2、适用于热敏性物料的干燥3、热效率高4、热损失少5、设备简单，操作容易，投资少。6、操作稳定，便于自动化。7、干燥过程伴随着颗粒的空气输送，整个过程都是连续的，便于与前后工序衔接。8、可以有很大的装置规模。

第14页,共58页，2024年2月25日，星期天第二节喷雾干燥

喷雾干燥是利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具有较大表面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，在几秒至几十秒内获得干燥。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。

（－）压力喷雾法（又称机械喷雾法）（二）气流喷雾法（三）离心喷雾干燥法第15页,共58页，2024年2月25日，星期天一、气流喷雾干燥设备（一）气流喷雾干燥流程、特点气流喷雾干燥设备除了喷雾干燥塔、喷嘴外，还有空气加热器、压缩空气系统和空气过滤器等。空气加热可用电热或蒸汽加热。压缩空气从切线方向进入喷雾器外面的套管，由于喷头处有螺旋线，因此形成高速度旋转的圆锥状空气涡流，并在喷嘴处形成低压区，吸引液体在内部或外部混合后，使之微粒化。由空气加热器加热的热风，经过滤器从干燥塔的上部经空气分配盘进入，与喷雾后的液体微粒相遇，使之干燥，干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。第16页,共58页，2024年2月25日，星期天第17页,共58页，2024年2月25日，星期天（二）气流喷雾干燥塔的构造圆柱圆锥形；顶部装有空气分配盘，分配盘的型式有旋风扩散式、叶片旋风式，其作用是使空气形成旋流与雾滴接触，提高干燥效果。第18页,共58页，2024年2月25日，星期天

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分配盘是由30片叶子均匀焊接于分配盘顶的周边，并与水平面成30°角，热风排出的方向依旋风方向而定。设备的下部有螺旋排风管，螺旋排风管是在回风管的下部外侧焊上螺旋形的导风板，使气流沿螺旋导风板旋转向下，增大了气流阻力，使密度较大的产品向下沉降，密度较小的粉末状产品随废气沿回风管导入袋滤器，螺旋排风管的作用是使气固两相分离。

第20页,共58页，2024年2月25日，星期天第21页,共58页，2024年2月25日，星期天三、离心喷雾干燥设备（－）离心喷雾干燥流程1．间歇卸料的离心喷雾干燥流程小罐加温至50℃再进塔；液体通过六个喷嘴甩成雾状，与从顶部进风口以旋转方式进入至喷雾盘四周的热空气进行充分接触，造成强烈的传热和水分蒸发，空气温度随之降低，微粒在气流和自身重力作用下旋转而下，当达到出口时已干燥完毕，间歇通过双闸门的卸料阀，定期卸料。第22页,共58页，2024年2月25日，星期天第23页,共58页，2024年2月25日，星期天2．连续卸料的离心喷雾干燥流程

连续卸料主要是利用气力输送进行的，从干燥室排出的成品连续进入振动供料器13，通过旋转阀进入气力输送系统中，由出气导管15带出的粉末经旋风分离器16回收，然后一并进入气力输送系统，送至旋风分离器19中收集，成品通过贮罐20的旋转阀连续排出，从旋风分离器排出的废气经风机22与干燥室的出气导管排出的废气一并进入旋风分离器16，然后由排风机17排至大气中。

第24页,共58页，2024年2月25日，星期天第25页,共58页，2024年2月25日，星期天（二）离心喷雾干燥设备的构造

离心喷雾干燥设备主要有喷雾室、喷雾机（包括喷盘）和热风盘等。（1）喷雾室喷雾室的直径与离心喷盘的转速快慢有关；液滴直径与转速成反比，液滴射程与液滴直径成正比，喷盘转速越小喷雾室直径就越大。在喷矩为半径的圆周内，90～95%液滴微粒下落，即不再具有水平速度，这个距离叫喷矩。只要干燥塔直径大于喷矩时，绝大部分液滴就不会碰壁第26页,共58页，2024年2月25日，星期天2．喷雾机、喷盘的型式及构造第27页,共58页，2024年2月25日，星期天（3）热风盘

热风进塔后分配不均匀是造成塔内局部贴壁的主要原因。大部分的热风是从热风盘通过风向调节板进入塔内。为了使热风在热风盘进入塔内的速度相等，热风盘一般为蜗壳形。热风分配盘应与喷雾机配合安装，一定要使热风进口与喷盘位置尽量靠近，热风分配盘应使热风均匀分配进入喷雾室，因此要求进入塔内的速度相等，尽量避免与减少涡流形成，否则容易发生物料焦化现象。第28页,共58页，2024年2月25日，星期天第29页,共58页，2024年2月25日，星期天（三）喷雾装置的型式按气流与雾滴的运动方向不同，分为三种型式：（1）并流干燥这种装置的特点是雾滴运动的方向与气流运动方向一致。温度较高的热空气首先与刚刚甩出的雾滴接触。表面水分迅速蒸发，因此产品不会形成过热的现象，这种型式的装置使用较广。并流的方式有：旋转向下的并流；垂直下降的并流，垂直上升的并流和水平并流。第30页,共58页，2024年2月25日，星期天第31页,共58页，2024年2月25日，星期天（2）逆流干燥这种装置的特点是雾滴的运动与气流方向相反。

第32页,共58页，2024年2月25日，星期天（3）混合流干燥

这种装置的特点是气流有两个方向（即先旋转向下，然后再垂直向上），而雾滴只有一个方向（从上向下），如图13-19（1）所示。这种装置是气流与雾滴的运动方向成垂直，或者气流有一个方向（从上向下），而雾滴有两个方向（即从下向上，然后从上向下）。

第33页,共58页，2024年2月25日，星期天第34页,共58页，2024年2月25日，星期天第三节沸腾干燥与沸腾造粒干燥(一)沸腾干燥原理、特点和型式沸腾干燥是利用流态化技术使水分迅速汽化干燥。沸腾造粒干燥是利用流化介质（空气）与料液间很高的相对气速，使溶液带进流化床就迅速雾化，这时液滴与原来在沸腾床内的晶体结合，就进行沸腾干燥，故也可看作是喷雾干燥与沸腾干燥的结合。沸腾干燥的特点是传热传质速率高。沸腾干燥器有单层和多层两种。单层的沸腾干燥器又分单室、多室和有干燥室冷却室的两段沸腾干燥器，另外还有沸腾造粒干燥器。第35页,共58页，2024年2月25日，星期天一、单层卧式多室的沸腾干燥设备适用于颗粒状物料的干燥。单室干燥原理：干燥箱内平放有一块多孔金属网板，下方有热空气通道，不断送入热空气，在一定流速下使板上的物料处于沸腾状态而干燥。多室干燥原理和单室相似。不同的室由多个隔板分开。操作注意事项：

1、防止沟流现象：沸腾干燥出现沟流，致使空气走短路，使干燥过程无法进行。

2、防止层析现象：在气固系统中，往往因为固体颗粒大小相差较大或密度不同，在操作过程中会产生层析现象。第36页,共58页，2024年2月25日，星期天第37页,共58页，2024年2月25日，星期天二、沸腾造粒干燥设备

糖液在蒸发器内预先浓缩到70%左右的浓度，为了避免糖液在管道中由于冷却后凝固而造成堵塞，在进入喷嘴前经过加热槽，糖液保持在60℃左右，与压缩空气一起经喷嘴喷入锥形沸腾床。喷嘴的位置一般多采用侧喷，直径较大的锥形沸腾床可用3-6个喷嘴，同时沿器壁周围喷入，喷嘴结构有二流式和三流式的。中心管走压缩空气，内环隙走糖液，外管走压缩空气，内管与外管间的环隙有螺旋线，即空气导向装置，压缩空气从此处喷出，此种喷嘴雾化较好。

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干燥塔的几何形状为倒圆锥形，锥角为30度，由于是锥形沸腾床，沿床气速有不断起变化的特点，致使不同大小的颗粒能在不同的截面上达到均匀良好的沸腾和使颗粒在沸腾床中发生分级，使较大的颗粒先从下部排出，以免继续长大，而较细的颗粒在上面继续长大，小颗粒继续留在床层内以保持一定的粒度分布。第41页,共58页，2024年2月25日，星期天第四节真空干燥和真空冷冻干燥一、真空干燥凡是不能经受高温，在空气中易氧化、易燃、易爆等危险性物料，或在干燥过程中会挥发有毒有害气体以及在被除去的湿分蒸汽需要回收等场合，可采用真空干燥。（一）真空干燥器的类型第42页,共58页，2024年2月25日，星期天1．箱式真空干燥器

盛有湿物料的托盘放置在空心加热板4上，空心加热板中通蒸汽进行间接加热，蒸发的蒸汽由真空接口5排出，真空接口连接真空系统使箱内保持一定的真空度。第43页,共58页，2024年2月25日，星期天2．搅拌真空干燥器外壳带有蒸汽加热夹套，内部装有水平搅拌器。蒸发蒸汽由接真空系统的排气口排出。第44页,共58页，2024年2月25日，星期天3．滚筒真空干燥器

加热器是一个卧式回转空心筒1，滚筒内用蒸汽加热，滚筒装在密闭的外壳内，外壳下部设置斜槽，高速旋转的甩料滚子4把溶液喷在滚筒壁上，形成一层薄薄的料层，滚筒约转3/4周后已经干燥的成品用刮刀9刮下，由螺旋出料器8送出。滚筒干燥器适宜处理不能经受长期烘烤的溶液状物料。

第45页,共58页，2024年2月25日，星期天第46页,共58页，2024年2月25日，星期天二、真空冷冻干燥

真空冷冻干燥就是把含有大量水分物质，预先进行降温冻结成固体，然后在真空的条件下使水蒸汽直接升华出来，而物质本身剩留在冻结时的冰架中，因此它干燥后体积不变，疏松多孔，在升华时要吸收热量，引起产品本身温度的下降而减慢升华速度，为了增加升华速度，缩短干燥时间，必须要对产品进行适当加热。整个干燥是在较低的温度下进行的。第47页,共58页，2024年2月25日，星期天

需要干燥的物料应先经冻结阶段，使水分结成冰，然后置于真空干燥箱中升华蒸发。第48页,共58页，2024年2月25日，星期天（一）真空冷冻干燥过程设备真空冷冻干燥过程分为2个阶段，第一阶段，在低于溶点的温度下，使物料中的固态水分直接升华，大约有98-99%的水分在这一阶段除去。第二阶段中，将物料温度逐渐升高甚至高于室温，使水分汽化除去，此时水分可减少到0.5%。冷冻干燥系统主要由4部分组成，即冷冻装置、真空装置、水气去除装置和加热部分（干燥室）。第49页,共58页，2024年2月25日，星期天

预冷冻和干燥均在一个箱内完成。待干燥的物料放入干燥室内，开动预冷用冷冻机10对物料进行冷冻，随之冷凝器2和真空装置5、6、7，实现升华干燥操作。加热器8以冷凝器内化霜之用。第一阶段升华干燥结束后，开启油加热循环泵11对干燥室加热升温，使之汽化排除剩余水分。这种冷冻干燥系统为间歇式操作，设备结构简单，投资少，但是效率不高，适用于50m2以下的设备。另一种为连续式冷冻干燥系统，即冷冻部分在速冻间完成，升华除水则在干燥室内进行。这类系统效率高，产量大，但设备复杂，投资较大。第50页,共58页，2024年2月25日，星期天第51页,共58页，2024年2月25日，星期天1．冷冻部分

真空冷冻干燥中冷冻及水汽的冷凝都离不开冷冻的过程。常用的制冷方式有蒸汽压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸收式制冷3种