干燥设备知识概述(PPT 99页).ppt

1、第五章 干燥设备,干燥是指利用热能使湿物料中湿分汽化并排除蒸汽，从而得到较干物料的过程。 干燥的主要目的是：一是产品便于包装贮存运输；二是许多生物制品在湿分含量较低的状态下较为稳定， 从而使生物制品有较长的保质期。,干燥方法有： 空气干燥利用加热后的热空气，将热空气带入干燥器并传给物料。空气即是载热体，又是载湿体。如气流干燥、沸腾干燥、喷雾干燥。 加热面传热干燥利用物料与热表面相接触的方法传热给湿物料。空气是载湿体，如真空干燥。 红外线干燥利用红外线辐射作为热源，向湿物料供热。优点：安全、卫生、干燥速度快，但耗电量较大。 冷冻升华干燥将物料冷冻至冰点以下，使水分结冰，然后在较高的真空度下，使冰

2、直接升华为水蒸气而除去。,微波干燥在微波电磁场的作用下，使物料内部的极性分子（如水）产生振动，振动的能量使被干燥的物料发热，从而达到去除水分的目的。 目前生化产品的干燥较广泛采用空气干燥法，空气干燥设备按工作原理分为：气流干燥、沸腾干燥和喷雾干燥。,喷雾干燥 气流式喷雾干燥，用于核甘酸、酶制剂、抗生素的干燥 ;压力式喷雾干燥，多用于酵母的干燥 ;离心式喷雾干燥，多用于酶制剂、抗生素、酵母的干燥 . 沸腾干燥 单层卧式多室沸腾干燥，用于柠檬酸晶体、葡萄糖酸钙等的干燥 ;沸腾造粒干燥，用于葡萄糖、酶制剂和味精干燥,第一节 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点一 固体物料干燥机理,1、固体物料中

3、的湿分： A:按照物料和水分子间的结合方式分类 ：将物料与水分的结合方式分为：化学结合水、物理化学结合水、机械结合水。 B:按照物料中所含水分去除难易分类 ：按照物料中所含水分去除难易将物料中的水分分为结合水和非结合水。 C：根据物料在一定的干燥条件下，其水分能否用干燥方法除去分类 ：将物料中的水分分为平衡水和自由水。,2、干燥的基本过程 ：,固体物料的干燥包括两个基本过程，首先是对固体加热以使湿分汽化的传热过程，然后是汽化后的湿分蒸汽由于其蒸汽分压较大而扩散进入气相的传质过程，因此，干燥过程的特点是传热和传质过程同时并存，两者相互影响而又相互制约 。,（1）干燥速率 物料的性质、结构和形状

4、：不仅影响干燥面积也影响干燥速率。 干燥介质的温度和湿度 ： 干燥操作条件 ： 干燥器的结构型式：,（2）、干燥曲线和干燥速度曲线 ：,干燥曲线和干燥速度曲线是通过干燥实验求得的。,干燥过程中物料的湿含量随干燥时间的变化情况：,干燥过程中物料的温度随干燥时间的变化情况：,一般情况下，干燥速率曲线是随湿物料与水分结合情况的不同而不同的。 但对于任何一种干燥速率曲线，下列的特征是共同的：,均有一段干燥速率R常数的BC段，BC段由于干燥速率恒定，故称之为恒速干燥阶段； 均有一段干燥速率随干燥时间增长，而不断减小的CD段，由于CD段干燥速率下降故称之为降速干燥阶段； 在恒速干燥段结束，降速干燥段开始处

5、，曲线均有一明显的转折点 C，此点处物料的湿含量称之为临界湿含量w0，w0是物料干燥过程的一个重要参数。,（3）干燥过程分析 ：,恒速干燥段 ：在物料表面水分汽化过程中，若湿物料内部水分向表面的扩散速率等于或大于水分的表面汽化速率，则 物料表面总将维持湿润状态，物料的干燥速率也将停留在恒速干燥阶段。 降速干燥阶段 ：由于水汽传质速率降低，干燥速率也随之下降；另外，对于具有的颗粒状或纤维状物料，由于干燥表面积的减小而使干燥速率下降，从而进入降速干燥阶段。,（4）干燥的副作用 ： 物料的收缩 ：要注意干燥过程因物料收缩造成的物料体积缩小、形状变化和表面裂纹。 化学变化 ：结晶无机物在强烈干燥时是会

6、失去它们的结晶水，任何热敏性有机物在热空气中干燥时，容易发生某些氧化和热分解。 生化变化 ：干燥过程中，由于物料温度的升高和结合水分的失去，所有具有生理活性和生化特性的物料都会发生不同程度的不可逆变化。,干燥过程的基本流程,新鲜空气 过滤器 鼓风机 加热器 排放 引风机 二次除尘 一次除尘 干燥器 产品,湿料,二、干燥器及干燥工艺 ：,（一）、干燥器,（二）、干燥工艺 ：,干燥操作分为单批间歇操作和连续操作。 决定干燥工艺需要了解的被干燥物料的理化性质主要有以下几方面： （1）物料的化学性质，如组成、热敏性（软化点、熔点或分解点），物料的毒性，可燃性，氧化性和酸碱性（度）、摩擦带电性、吸水性等

7、。 （2）物料的热物料性质，如物料含水率、假比重、真比重、比热、导热系数及粒度和粒度分布。 （3）其它性质。,2、干燥器的选型 ： 干燥器的选型是确定干燥工艺的一个重要步骤。干燥器选型是否恰当合理，是所确定的干燥工艺是否成功的关键。干燥器选型所要考虑的因素与决定干燥工艺基本相同。,二 生物工业产品干燥的特点,生物产品一般为热敏性物质。,第一节气流干燥,一气流干燥原理、特点和形式 工作原理：利用热空气与粉状或颗粒状物料在流动过程中充分接触，气体与固体物料之间进行传热与传质，从而使湿物料达到干燥的目的。干燥时间一般为秒。 气流干燥特点： 干燥强度大； 干燥时间短，物料不会发生变化； 设备结构简单，

8、生产能力大； 适用性广，可适用于粉状、粒状、碎块状以至泥状物料的干燥。,形式： 长管式气流干燥器（长度米）， 短管式气流干燥器（长度米）， 旋风气流干燥器。 对物料有一定的磨损，不适用对晶体有一定要求的物料，同时对粘性很强的物料也不适用气流干燥。,典型的气流干燥器为长管式气流干燥器，它是一根几米至几十米的垂直管，物料及热空气在管的下端进入，干燥后的物料则在管的顶端进入分离器并将物料和空气加以分离。在气流干燥过程中，热空气的上升流速应大于物料颗粒的自由沉降速度，空气在气流干燥中既是干燥介质，又是固体物料的输送介质。在气流干燥中，空气是靠鼓风机来输送，鼓风机可以安装在整个流程的头部，也可装在尾部或

9、中部，这样可使干燥过程分别在正压、负压或先负后正的情况下进行。,图示为气流干燥味精流程 离心分离后含水分约的味精经料斗和螺旋分配器，均匀地进入气流干燥管的底部，空气被鼓风机抽吸，经过过滤器，空气加热器加热至，进入气流干燥管道的底部与物料汇合，经过约米高的干燥管和缓冲管干燥完毕，味精晶粒由一级旋风分离器再次收集，不能收集的部分再通过湿式收集器回收，废气由排风机排至大气中。 空气过滤器：过滤介质为铁丝网，中间夹上用豆油煮过的丝瓜囊或铁丝等，使尘埃容易粘在上面。 空气加热器：采用螺旋翅片式，也可采用列管式换热器作为空气加热器。,干燥管：多采用圆形，其次有方形和不同直径交替的脉冲管，颗粒不断地加速减速

10、，强化传热传质速率。,由于长管式气流干燥器的干燥管很高，对房屋建筑、操作运行和设备检修等带来不便，因此在生产中较多以旋风式气流干燥器代替长管式气流干燥器。,带有物料的气流在气流上部以切线方向进入干燥器，在干燥器内呈螺旋状向下至底部后再折向中央排气管排出。,第二节流化床干燥,一沸腾干燥原理、特点和型式 流化床干燥，又称沸腾干燥：利用液态化技术，即利用热的空气使孔板上的粒状物料呈液化沸腾状态，使水分迅速汽化达到干燥的目的。 沸腾造粒干燥：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，液滴与原来在沸腾床内的晶体结合，进行沸腾干燥。 沸腾干燥特点：传热传质速率高；干燥温度均匀

11、，控制容易；干燥、冷却可连续进行，有利于连续化和自动；设备结构简单，生产能力高。,二流化床干燥设备沸腾干燥器型式：单层、多层，单层沸腾干燥器又分单室、多室和有干燥冷却室的二段沸腾干燥。,1 单层卧式多室的沸腾干燥设备,具有长方形的横截面，底部为多孔筛板，筛板上方有若干块竖立的挡板把沸腾床隔成若干室，挡板可上下移动以调节其与筛板间的距离，每一小室下方有热空气进口支管，各支管热空气的进口量可根据不同要求用阀门控制。送入的热空气通过网板上的小孔使固体颗粒悬浮起来，并激烈地形成均匀的混合状态，犹如沸腾一样。热空气与固体颗粒均匀地接触，进行传热，使固体颗粒所含的水分得到蒸发，吸湿后的废气从干燥箱上部经旋

12、风分离器排出，废气中所夹带的微小颗粒在旋风分离器底部收集，被干燥的物料在箱内沿水平方向移动。湿物料由第一室开始逐步向下一室移动，已干燥的物料在最后一室经出料口排出。,操作过程中可能出现沟流和层析现象： （）沟流沸腾干燥出现沟流，致使空气走短路， 使干燥过程无法进行。产生原因是气体分布不良（床层深度、流化速度和金属网板孔径的大小是主要的影响因素），使气体在床层走短路，更多的气体随着通过这低阻力的通道，导致越多越大的沟流。 （）层析细颗粒或粉未状的物料被气体带出，中等颗粒的物料能逐渐向卸料口接近而卸出，而大颗粒的物料由于层析现象沉降于床层底部，造成无法流化或结疤现象。,三多层沸腾干燥器,图示为具有

13、溢流管的多层沸腾干燥器，被干燥的物料由最上一层逐层进溢流管或穿孔板往下流动，空气则由下而上与物料逆向流动，使每层中都形成单独的沸腾床，这种沸腾器如设计或操作不当，易使溢流管被堵塞或被气流穿孔，以致下料不稳定，破坏沸腾床的操作。,四沸腾造粒干燥设备,原理压缩空气通过喷嘴，把液体雾化同时喷入沸腾床进行干燥。在沸腾床中由于高速的气流与颗粒的湍动，使悬浮在床中的液滴与颗粒具有很大的蒸发表面积，增加水分由物料表面扩散到气流中的速度，并增加物料内部水分由中央扩散到表面的速度。 自我成粒当液滴喷入沸腾床后，在接触种子之前，水分已完全蒸发，自己形成一个较小的固体颗粒。 涂布成粒当液滴喷入沸腾床后，附在种子的表

14、面，水分完全蒸发，在种子表面形成一层薄膜，使种子颗粒长大。生产上以这种情况为主好。 粘结成粒当液滴喷入沸腾床后，附在种子的表面，还末完成干燥，即与其它种子碰撞，有一部分可能与其它种子粘在一起而成为大颗粒。,影响沸腾造粒的因素： （）停留时间的影响停留时间长，颗粒大。 （）摩擦的影响摩擦造成产品粒度减少。 （）干燥过程温度的影响温度差大，形成干的新质点；温度差小，粒度增大。 图示为葡萄糖造粒干燥流程 糖液在蒸发器内预先浓缩到，经过加热槽保温，与压缩空气一起经喷嘴喷入锥形沸腾床。 喷嘴结构有二流式和三流式（图示）。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

15、向装置。,第三节喷雾干燥 将溶液、乳浊液、悬浊液或浆料在热风中喷雾成细小的液滴，在它下落过程中，水分被蒸发而成为粉末状或颗粒状的产品，称为喷雾干燥。,喷雾干燥的特点 ： （1）料液经喷雾后，表面积极大，干燥速度十分迅速。 （2）干燥过程中液滴的温度不高，产品质量较好 。 （3）产品具有良好的分散性、流动性和溶解性 。 （4）生产过程简化，操作控制方便 ；适宜于连续化大规模生产 。,喷雾干燥的主要缺点有 ：当热风温度低于150时，干燥塔的体积比较庞大；另外，废气中回收微粒的分离装置要求较高。,喷雾干燥原理及方法 喷雾干燥：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

16、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。成品以粉未状态沉降于干燥室底部，连续或间接地从卸料器排出。 方法：按液体雾化方式分为三种 （一）压力喷雾法（机械喷雾法）：利用往复运动的高压泵，将液体从喷孔喷出，分散成um的液滴。 （二）气流喷雾法：依靠压力为0.250.6MPa的压缩空气通过喷嘴时产生的高速度，将液体吸出并被雾化。 （三）离心喷雾法：利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，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。 二气流喷雾干燥设备 （一）气流喷雾干燥流程、特点 压缩空气从切线方向进入喷雾器外面

17、的套管，由于喷头处有螺旋线，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，微粒化。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，干燥，而后物料由塔底部排出，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，经排风机排入大气中。,（二）气流干燥塔的构造（图示）,由圆柱圆锥形构成。干燥室顶部装有空气分配盘，用于使空气形成旋流与雾滴接触，提高干燥效果。干燥塔下部有螺旋排风管，螺旋排风管是在回风管的下部外侧焊上螺旋形的导风板，气流沿螺旋导风板转向下，增大气流阻力，使密度较大的产品向下沉降，密度较小的粉末状产品随废

18、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。塔内装有气流喷雾器，塔身装有人孔和焊有打击块，供敲击附在壁上的干粉。,空气分配盘 分配盘的型式有旋风扩散式和叶片旋风式，图示为叶片旋风式，由片叶子均匀焊接于分配盘顶的周边，并与水平面成角，热风排出的方向依旋风方向决定。,喷雾器型式 内部混合式气体与液体在喷嘴内部混合后由喷嘴喷出，喷出雾滴比较均匀。常用。 外部混合式气体与液体在喷嘴外面混合，喷成雾滴。,三离心喷雾干燥设备,（一）离心喷雾干燥流程 加热的发酵液由罐底的管路经观察玻璃圆筒流入高速度旋转的离心喷雾盘。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

19、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。空气经过滤器与离心通风机进入空气加热器，加热后从塔顶分内外两圈进入干燥室，内圈由热风盘进入干燥室，外圈由固定均布的方形进风口进入干燥室，从干燥室内排出的废气经锥部中央管通过旋风分离器由离心通风机排至大气，旋风分离器收集随废气带走的粉末状产品。排风机的排风量比进风量要求大，以便塔内形成负压（沸点降低，利于物料内水分的蒸发）。,第四节 冷冻干燥,一 冷冻干燥原理及特点 冷冻干燥是将湿物料在较低温度下冻结成固态，然后再高度真空下，将其中固态水分直接升华为气

20、态而除去的干燥过程。 特点： 1 干燥温度低，适合于高热敏性物料的干燥； 2 保持原物料的外观形状； 3 冻干制品具有多孔结构，有理想的速溶性和快速复水性； 4 脱水彻底，产品保存期长。 5 需专用设备，干燥周期长，能耗大，产量小。,将需要干燥的产品首先进行预冻，然后在真空状态下进行升华，使水分直接由冰变成汽而获得干燥的过程，称之为冷冻干燥。,在整个升华阶段，产品必须保持在冻结状态， 因此，冷冻干燥操作时应注意： （1）要掌握合适的预冻温度：如果预冻温度不够低，则产品可能没有完全冻结实，在抽空升华的时候，会膨胀起泡；如果预冻的温度太低，这不仅增加不必要的能量消耗，而且对于某些产品会减低冻干后的

21、成活率。 （2）要掌握合适的加热温度：如果不对产品进行加热或加热不够，引起升华速率的降低，整个干燥的时间就会延长；如果对产品的加热过多，使产品可能出现局部熔化甚至全部熔化，整个干燥就会失败。,冷冻干燥器 ：,冷冻干燥器的形式按处理的物料不同而分类为：医药品用冷冻干燥器和食品用冷冻干燥器。,（1）医药品用冷冻干燥器 ：直接接触传热冷冻物料，进行干燥操作。 （2）食品用冷冻干燥器 ：加热的方法几乎全部采用辐射加热。,二 冷冻干燥流程及设备 分2阶段： 阶段1：在低于溶点温度下，使物料中的固态水分直接升华， 阶段2：将物料温度逐渐升高甚至高于室温，使水分汽化除去。 冷冻干燥系统组成：冷冻装置、真空装

22、置、水汽去除装置和加热部分。,待干燥的物料放入干燥室1内，开动预冷用冷冻机10对物料进行冷冻，开启冷凝器2和真空装置5、6、7，进行升华干燥。升华干燥结束，开启油加热循环泵11对干燥室加热升温，汽化排除剩余的水分。,1 冷冻部分 蒸汽压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸收式制冷。 蒸汽压缩式制冷过程分为压缩、冷凝、膨胀和蒸发4阶段。 液态的冷冻剂经过膨胀阀，压力急剧下降，进入蒸发器后急剧吸收热汽化，使蒸发器周围空间的温度降低，蒸发后的冷冻剂气体被压缩机压缩，压力增大，温度升高，被压缩后的冷冻剂气体经冷凝汽器重新变为变为液态冷冻剂，过程释放出的热量，由冷凝器中的水或空气带走。,2 真空部分 冷冻干燥时

23、干燥箱的压力应为冻结物料饱和蒸汽压1/2-1/4，干燥箱的绝对压力为1.3-13Pa。 3 水气去除部分 用冷凝法去除 冷凝器：列管式、螺旋管式或内有旋转刮刀的夹套冷凝器 冷凝介质：低温空气、乙醇 冷却介质在冷凝器的管程或夹套内流动，水气在管外或夹套内壁 冻结为霜。,4 加热部分干燥室 目的：提供升华过程的升华热。 加热方法：传导加热（夹层加热板）、辐射加热、微波加热 传热介质：热水或油 干燥室为箱式、钟罩式、隧道式等。,图为一隧道式冷冻干燥器，料盘以间歇式通过隧道一端的大型真空密封门进入箱内，以同样方式从另一端卸出。,图为连续式冷冻干燥器，采用辐射加热。,预冻制品利用输送带从预冻间送至干燥器

24、入口真空密封门1处，提升至2处，料盘被推入密封门3处，关闭密封门抽气，当密封室达到干燥箱内的真空度时，密封室到干燥箱的门打开，料盘进入干燥箱，同时料盘提升到4处，密封门关闭。干燥结束，料盘被推到出口升降器6上，再输送至密封室7，出口密封门关闭，密封室内真空破坏，料盘被推到外面的运送系统。,红外干燥,以电磁波辐射作为热量来源，通常波长在0.751000微米波段； 热量高，温度变化幅度大，适用于稀薄的物料干燥,微波干燥,利用微波产生的电磁能，从内部加热湿物料； 在交流电磁场的作用下，偶极离子会产生与电场方向变化相适应的振动，从而摩擦产热，使水分蒸发。,干燥的应用及节能 ：,1、干燥过程的节能 ：

25、（1）应用高效能的干燥装置，以提高温物料的干燥速率和节能效果，从而使整个生产工艺都得到了很大的改进。 （2）扩大干燥介质的种类 ： （3）应用干燥基础理论，如湿分在物体内部迁移机理，以改进有关干燥过程。 （4）在于燥前尽量降低物料的湿含量 （5）降低干燥过程中废气带走的热量 （6）在保证干燥物料质量的前提下，尽量采用高温干燥。 （7）其它的措施,2、干燥技术的应用 ：,（1）高效闪蒸干燥机： 高效闪蒸干燥机是为了克服静态干燥低效、高耗而开发的新型流态化干燥设备，结合了气流干燥和普通流态化干燥的特点。 加热空气经风道由主机底部进风口切向进入，在塔内形成高速旋转的气流；物料由加料器均匀地加入主塔，

26、易分散物料在气流的强烈冲击下迅速分散，同时与热气流进行热交换而完成干燥任务；不易分散的物料在重力作用下自由下落，被主塔底部的多层刀片粉碎并微粒化，直到旋转气流能够带动物料上升。,（2）高速离心喷雾干燥机： 溶液、悬浊液、乳浊液等液态物料经高速离心盘雾化后，形成微细的液滴，微细液滴迅速与热空气进行热交换，水或溶剂遇热空气迅速蒸发；干燥后的物料一部分在重力作用下由塔底排出，另一部分在风力作用下由旋风分离器收集。对于超细粉，必须辅以高压脉冲布袋收集。 在干燥塔顶部，设置热风分配器，一方面控制热风的流向，另一方面使进入塔内的热风分布均匀。 特点： （1）料液雾化后，热接触面积高倍增加，实现瞬间干燥。

27、（2）成品粒度均匀，流动性好。 （3）干燥系统相对封闭，成品纯度高，无污染。 （4）成品水分较难控制，一般在3%以上，如继续降低， 需二次干燥。,（3）压力喷雾干燥机： 液态物料经高压泵输送至高压喷嘴，在喷嘴的作用下，分散成旋转状的空心小液滴，液滴与热空气接触并迅速进行热交换，水分快速蒸发，空心液滴在失去水分后变成空心球状固体，在重力作用下，大部分物料落在干燥塔底部，少量未成球的细粉由旋风分离器收集。 特点： （1）料液经过高压干燥，比表面积大大增加，干燥速度快。 （2）可干燥，可造粒，亦可干燥造粒同时进行。 （3）成品为空心球状，流动性好，溶解性好。 （4）喷雾形式可采用上喷式，料液和热空气

28、逆流换热，也 可采用下喷式，并流换热。,（4）气流干燥机： 湿物料经加料器进入气流管道后，在加热后的高速气流作用下逐渐分散并随气流一起运动，由于气相的速度大于固相速度，在进行热交换过程中，从固体中挥发出来的汽体先于固体离开干燥系统。固体物料在达到干燥要求后由旋风分离器收集。 特点： （1）气流沿管道流动，风速快，干燥速度快，产量大。 （2）设备结构简单，机械传动部件少，投资少，维修 费用低。 （3）物料在管道停留时间短，成品终水分难以控制。 （4）设备阻力大，能耗偏高。,（5）直线振动流化床： 该设备适用于颗粒粗大或颗粒不规则而导致流动性差的产品，或因为要避免摩擦而要求流动速度较慢的产品。 振动流化床的床板上均匀分布许多斜孔，物料经一端的加料口进入流化床内部，在床板的振动和热风的共同作用下，物料在床层上不断地跳跃并逐渐向出料口移动，