第七章干燥设备文档格式.docx
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第二节非绝热干燥
一、干燥设备分类
1．按干燥器操作压力分：
常压式和真空式干燥器。
2．按干燥器操作方式分间歇操作和连续操作干燥器。
3．按被干燥物料的形态分：
块状物料、带状物料、粒状物料、膏状物料、溶液或浆状物料干燥器等。
4．按干燥器供给物料热量的方法分：
传导加热、对流加热、辐射加热等。
常用干燥器的分类
类型
干燥器
对流干燥器
厢式干燥器，气流干燥器，沸腾干燥器，转筒干燥器，喷雾干燥器
传导干燥器
滚筒干燥器，真空盘架式干燥器
辐射干燥器
红外线干燥器
介电加热干燥器
微波干燥器
①传导干燥又称间接加热干燥。
加热，水分汽化。
②对流干燥又称为直接加热干燥。
③辐射干燥
④介电加热干燥是将需要干燥的物料置于高频电场内，由于高频电场的交变作用，使物料加热而达到干燥的目的。
在上述四种干燥过程中，目前在工业上最普遍的是对流干燥。
通常使用的干燥介质是空气，被除去的湿分是水分。
5．按干燥器使用干燥介质的种类分：
空气、烟道气、过热水蒸气、惰性气体干燥介质的干燥器。
6．按干燥器的结构分：
喷雾干燥器、流化床干燥器、气流干燥器、回转圆筒干燥器、滚筒干燥器、真空耙式干燥器、各种箱式和带式干燥器等。
7．按干燥器的干燥过程分：
绝热干燥过程和非绝热干燥过程，前者又可分为小颗粒物料干燥器和块状物料干燥器；
后者也可分为真空干燥器、传导传热干燥器以及辐射传热干燥器。
二、非绝热干燥设备
（一）箱式干燥器（盘架式干燥器）
1.原理：
主要是以热风通过湿物料的表面，达到干燥的目的。
2.分类：
（1）水平气流箱式干燥器
其结构为多层长方形浅盘叠置在框架上，湿物料在浅盘中的厚度由实验确定，通常为10--100mm，视物料的干燥条件而定。
一般浅盘的面积约为0.3--1
，新鲜空气由风机抽入，经加热后沿档板均匀地进入各层之间，平行流过湿物料表面。
空气的流速应使物料不被气流带走，常用的流速范围为1--10m/s，
箱式干燥器的加热方式有两种（电加热器或蛇管、夹套加热）。
②穿流气流箱式干燥器（热风垂直穿过物料）
物料铺在多孔的浅盘（或网）上，气流垂直地穿过物料层，两层物料之间设置倾斜的挡板，以防从一层物料中吹出的湿空气再吹入另一层。
空气通过小孔的速度约为0.3～1.2m/s。
穿流式干燥器适用于通气性好的颗粒状物料，其干燥速率通常为并流时的8~10倍。
③真空箱式干燥器。
干燥厢是密封的，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（加热板则是传导方式），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。
加热面的平均干燥强度为1~4公斤水/米2·
小时。
3.特点
（1）优点：
构造简单，设备投资少，适应性强，物料损失小，盘易清洗。
因此对于需要经常更换产品、小批量物料，厢式干燥器的优点十分显著。
尽管新型干燥设备不断出现，厢式干燥器在干燥工业生产中仍占有一席之地。
（2）缺点：
物料得不到分散，干燥时间长；
若物料量大，所需的设备容积也大；
工人劳动强度大，如需要定时将物料装卸或翻动时，粉尘飞扬，环境污染严重；
热利用率低。
此外，产品质量不均匀。
4.应用：
厢式干燥器多应用在小规模、多品种、干燥条件变动大，干燥时间长的场合。
（二）带式真空干燥器
1.结构：
带式干燥器如图所示，干燥室内部有2个滚筒带动不锈钢带，2个滚筒一个加热，另一个冷却。
加热时物料在不锈钢带被干燥。
2.特点：
适用于粘稠浆状物料干燥。
但这种干燥器的生产能力及热效率均较低，热效率约在40%以下。
（三）耙式真空干燥箱
1．结构：
干燥物料从真空耙式干燥机的壳体上方正中间加入，在不断转动的耙齿的搅拌下，物料与壳体壁接触时，表面不断更新，被干燥物料受到热载体（或热水、导热油）间接加热，使物料中的水分汽化，汽化的水分由真空泵及时排出，达到干燥的目的。
2．特点：
干燥速率高，对物料适应能力强。
3.应用：
适用于热敏性、在高温下易氧化的物料或干燥时易板结的物料，以及干燥中排出的蒸汽须回收的物料。
（四）洞道式干燥器
1．结构
：
干燥器为一较长的通道，被干燥物料放置在小车内、运输带上、架子上或自由地堆置在运输设备上，沿通道向前移动，并一次通过通道。
被干燥物料的加料和卸料在干燥室两端进行。
空气连续地在洞道内被加热并强制地流过物料，流程可安排成并流、逆流或空气从两端进中间出。
2．特点：
洞道式干燥器可进行连续或半连续操作。
其制造和操作都比较简单，能量的消耗也不大，适用于具有一定形状的比较大的物料，如皮革、木材、陶瓷等的干燥。
（五）转筒式干燥器（回转式干燥器）
1.结构:
用热空气直接加热的逆流操作转筒干燥器，其主体为一略微倾斜的旋转圆筒。
湿物料从转筒较高的一端送入，热空气由另一端进入，气固在转筒内逆流接触，随着转筒的旋转，物料在重力作用下流向较低的一端。
通常转筒内壁上装有若干块抄板，其作用是将物料抄起后再洒下，以增大干燥表面积，提高干燥速率，同时还促使物料向前运行。
2.特点
生产能力大，操作稳定可靠，对不同物料的适应性强，操作弹性大，机械化程度较高。
设备笨重，一次性投资大；
结构复杂，传动部分需经常维修；
安装、拆卸困难；
物料在干燥器内停留时间长，且物料颗粒之间的停留时间差异较大，故不适合于对温度有严格要求的物料。
主要用于处理散粒状物料，但如返混适当数量的干料亦可处理含水量很高的物料或膏糊状物料，也可以在用干料做底料的情况下干燥液态物料，即将液料喷洒在抛洒起来的干料上面。
（六）滚筒（刮板）干燥机
通过转动的圆筒，以热传导的方式，将附在筒体外壁的液相物料或带状物料，进行干燥的一种连续操作设备。
需干燥处理的料液由高位槽流入滚筒干燥器的受料槽内。
干燥滚筒在传动装置驱动下，按规定的转速转动。
物料由布膜装置，在滚筒壁面上形成料膜。
筒内连续通入供热介质，加热筒体，由筒壁传热使料膜的湿分汽化，再通过刮刀将达到干燥要求的物料刮下，经螺旋输送至贮槽内，进行包装。
2．分类：
（1）根据数量分：
单滚筒、双滚筒、多滚筒
（2）压力：
常压、减压（真空）
滚筒真空干燥器的结构见图13-25。
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。
操作弹性大，适应性广，能适应多种物料和不同产量的要求。
热效率高，其一般热效率约为80%—90%之间。
干燥时间短（滚筒外壁上的被干燥物料在干燥开始时能形成的湿料膜一般为0.5
—
1.5mm，整个干燥周期
共为10—15s，特别适用于热敏性物料。
）
干燥速率大。
第三节绝热干燥
实际不存在完全绝热干燥，只有近似的绝热干燥。
一、气流干燥原理及设备
气流干燥是利用热气流将物料在流态下进行干燥的过程。
干燥操作中，湿物料在热气流中呈悬浮状态，每个物料颗粒都被热空气所包围，因而使湿物料在流动过程中最大限地与空气充分接触，气体与固体之间进行传热和传质，达到干燥的目的。
气流干燥适用潮湿分散状态颗粒物料的干燥，如生物工业中味精、柠檬酸、四环类抗生素等的干燥。
2．结构及流程
（1）结构：
空气加热器、加料器、干燥管、旋风分离器和风机等设备组成。
①干燥管：
一般采用直立圆筒形的干燥管，其长度一般为10--20m，其次有方形和不同直径交替的脉冲管。
②加料器
（2）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。
为了提高收率，可在旋风分离器后再串联一个袋滤器作为第二级分离。
3．特点
①气、固间传递表面积很大，体积传质系数很高，干燥速率大。
②接触时间短，热效率高，气、固并流操作，可以采用高温介质，对热敏性物料的干燥尤为适宜；
③由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置；
④气流干燥器的结构相对简单，占地面积小，运动部件少，易于维修，成本费用低。
①必须有高效能的粉尘收集装置，否则尾气携带的粉尘将造成很大的浪费，也会形成对环境的污染；
②对有毒物质，不易采用这种干燥方法。
③对结块、不易分散的物料，需要性能好的加料装置，有时还需附加粉碎过程。
④气流干燥系统的流动阻力降较大，一般为3000--4000Pa，必须选用高压或中压通风机，动力消耗较大。
气流干燥器适宜于处理含非结合水及结块不严重又不怕磨损的粒状物料，尤其适宜于干燥热敏性物料或临界含水量低的细粒或粉末物料。
对粘性和膏状物料，采用干料返混方法和适宜的加料装置，如螺旋加料器等，也可正常操作
5.其它：
旋风式气流干燥器（书162）
二、喷雾干燥原理及设备
1．原理
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。
2．流程
组成：
空气加热器、空气过滤器、喷雾器（喷头）、干燥室、制品收集系统和压力泵、鼓风机等
热空气与喷雾液滴都由干燥器顶部加入，气流作螺旋形流动旋转下降，液滴在接触干燥室内壁前已完成干燥过程，大颗粒收集到干燥器底部后排出，细粉随气体进入旋风器分出。
废气在排空前经湿法洗涤塔（或其他除尘器）以提高回收率，并防止污染。
3．喷雾干燥器结构
（1）干燥室（塔）：
上部为圆筒形，下部为圆锥形，顶部有一热空气分布盘和物料喷嘴（雾化器）。
1-温度计2-扩散盘3-视镜4-人孔5-成品收集器
（2）热空气分配盘（导向盘）
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。
图13-11所示是叶片旋风式。
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。
（3）雾化器
①压力式（又称机械喷雾法）：
此法是利用往复运动的高压泵，以5~20MPa的压力将液体从φ5~1.5ｍｍ喷孔喷出。
分散成50~100μm的液滴。
②气流式：
依靠压力为0.25~0.6MPa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。
③离心式：
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。
4．喷雾装置的形式
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。
（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。
由于产品与高热气流接触，故干燥时气流温度不能过高，否则会使干燥的产品形成过热现象。
（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）。
如图13-19
（2）所示。
无论哪种方式，气流与产品较充分接触，并起骚动，脱水效率较高，耗热量较少，但产品有时与湿的热空气流接触，故干燥不均匀。
5.特点
优点：
（1）干燥速率高、时间短。
（2）物料温度低，产品质量好。
（3）可缩短生产工艺流程，且连续化、自动化程度高。
（4）通过改变操作条件可控制调节产品的指标。
（5）能改善生活环境和劳动条件。
缺点：
（1）干燥中雾滴易粘附于器壁上，影响产品质量。
（2）体积给热系数小，对于不能用高温介质干燥的物料，所需设备庞大。
（3）对气体的分离要求高，故干燥后续设备结构复杂，造价高。
（4）能耗大，热效率低。
尽管如此，由于喷雾干燥具有其它干燥无法比拟的优点，因此在生物、食品、医药等工业中应用非常广泛。
三、流化床干燥（沸腾床干燥）
1．沸腾干燥原理
沸腾干燥是利用流态化技术，即利用热的空气使孔板上的粒状物料呈流化沸腾状态，使水分迅速汽化达到干燥目的。
在干燥时，使气流速度与颗粒的沉降速度相等，当压力降与流动层单位面积的重量达到平衡时（此时压力损失变成恒定），粒子就在气体中呈悬浮状态，并在流动层中自由地转动，流动层犹如正在沸腾，这种状态是比较稳定的流态化。
沸腾干燥也称为流化床干燥。
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。
由于是利用流态化技术，使气体与固体两相密切接触，虽然气固两相传热系数不大，但由于颗粒度较小，接触表面积大，故容积干燥强度为所有干燥器中最大的一种，这样需要的床层体积就大大减少，无论在传热、传质、容积干燥强度、热效率等方面都较气流干燥优良。
干燥温度均匀，控制容易。
干燥、冷却可连续进行，干燥与分级可同时进行，有利于连续化和自动化。
由于容积干燥强度较大，所以设备紧凑，占地面积小，结构简单，设备生产能力高，而动力消耗少。
但是当连续操作时物料在干燥器内停留时间不一，干燥度不够均匀，对结晶物料有磨损作用。
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二段沸腾干燥，其次还有沸腾造粒干燥等，现着重介绍单层卧式多室的沸腾干燥器和沸腾造粒干燥器。
二、单层卧式多室的沸腾干燥设备构造和操作
单层卧式多室与单层卧式单室的沸腾干燥器的构造相似，其不同处是前者将沸腾床分为若干部分，并单独设有风门，可根据干燥的要求调节风量，而后者只有一个沸腾床。
这种设备广泛应用于颗粒状物料的干燥，构造如图13-20所示。
干燥箱内平放有一块多孔金属网板，开孔率一般在4~13％，在板上面的加料口不断加入被干燥的物料，金属网板下方有热空气通道，不断送入热空气，每个通道均有阀门控制，送入的热空气通过网板上的小孔使固体颗悬浮起来，并激烈地形成均匀的混合状态，犹如沸腾一样。
控制的干燥温度一般比室温高3~4℃，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。
在金属网板上垂直地安装数块分隔扳，使干燥箱分为多窒，使物料在箱内平均停留时间延长，同时借助物料与分隔板的撞击作用，使它获得在垂直方向的运动，从而改善物料与热空气的混合效果，热空气是通过散热器用蒸汽加热的。
为了便于控制卸料速度以及避免卸科不均匀而产生的结疤现象，可在沸腾床上装有往复运动的推料机构，不过这只能用在单层卧式单室的沸腾床。
操作过程中可能出现沟流和层析现象，其主要原因是：
（1）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。
由于床层密度不均匀性，使床内出现沟流，大量气体从此沟内通过，在沟内及旁边的颗粒，由于气流速度较高而先行流化，而具他部分仍处于固定状态。
沟流可能是局部沟流，也可能是整体沟流。
产生原因是气体分布不良，使气体在床层中走短路，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。
除床层深度和流化速度影响气体分布外，金属网板孔径的大小也是主要因素，大的孔径产生大气泡，结果造成床层密度的不均匀性，床层越浅，而孔径越大时，则不均匀性越大，因此金属网板的孔径不宜太大。
孔径的选择与物料的特性有关，以不堵塞和不漏料为原则，对较细物料孔径用0.5~1.5mm，对较大颗粒的物料可用5mm。
物料的粘性也是寻致沟流的原因，高粘性床层的特征是产生大气泡，使床层大大失去均匀性，故对粘性物料不宜采用沸腾干燥。
（2）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。
如卧式沸腾干燥箱的操作过程中，细颗粒或粉末状的物料被气体带出，－般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、沸腾造粒干燥设备的原理、流程和设备构造
由压缩空气通过喷嘴，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，增加了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。
因此，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，即“自我成粒”，或者附在种子的表面，然后水分才完全蒸发，在种子表面形成一层薄膜，而使种子颗粒长大，犹如滚雪球一样，即“涂布成粒”。
如果雾滴附着在种子表面，还未完全干燥，即与其他种子碰撞时，有一部分可能与其他种子粘在一起而成为大颗粒，即“粘结成粒”。
生产上要求第二种情况占主要组分为好。
影响产晶颗粒大小的因素有下列几种：
（1）停留时间的影响
物料在床内停留时间越长，则颗粒的增长也越大，如欲得到颗粒状的产品，必须设法增加其停留时间。
（2）摩擦的影响
颗粒在沸腾床内剧烈运动，它们之间由于摩擦作用，造成产品粒度减少。
摩擦的影响随着气流速度和喷嘴中分散液体用的压缩空气量的增大而增加。
（3）干燥过程温度的影响
在操作过程中供料温度与沸腾床温度存在一定差值，如温度差较大，则当液体还没有与固体颗粒接触前，液滴中的水已经完全蒸发，因而形成一个干的新质点。
反之，当温度差较小时，则液滴还未与床层中固体颗粒接触前，水分不能全部蒸发，因此液滴就可能粘附在固体颗粒表面，吸收固体颗粒的显热，使水分继续蒸发，这样就在固体粒子外表面结膜，使粒度增大。
但如果液滴所需的水分蒸发热大于固体颗粒湿热时，则形成一个湿的质点，而使其他小颗粒粘结聚合而成为较大的颗粒，甚至结块。
葡萄糖造粒干燥见图13-21。
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。
干燥塔的构造如图13-22所示。
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。
热风从干燥器底部的风帽上升，与雾化的料液相遇，进风温度为80℃，床层温度约50℃左右，废气从上部由排风机经旋风分离器排入大气，细粉末从分离器下部收集。
在沸腾床中一边雾化，一边加入晶核，加入晶核的颗粒大小与产品粒度成正比。
加入晶核，在操作上称返料。
在葡萄糖生产中返料比高达50%物以上，返料比也影响产品的粒度，返料比小时，则产品颗粒大，因此可用调节返料量来控制床层的粒度大小。
此外进料液的浓度、温度、干燥速率也影响产品的粒度。
在开始生产时必须预先在干燥器内加入一定量的晶核（称底料）才能喷入糖液，防止喷入的糖液贴壁。
这种设备的优点是使葡萄糖溶液的蒸发、结晶合并为一个操作过程，不会剩下母液，简化了工艺操作，因而缩短了生产周期，节约了劳动力和降低劳动强度，缩小了占地面积。
若用于蛋白酶的生产，与喷雾法比较，则解决了劳动保护的问题和产品的吸潮问题。
但还存在下列问题有待于解决：
（1）因返料比太大，设备生产能力较低。
（2）由于在葡萄糖生产中热风温度不能高，与料液温度接近，故需要的空气量大，同时干燥塔的压力降也较大。
（3）维持连续稳定生产是采用返料的方法解决的，因此要增加辅助设备，如粉碎机等，生产过程复杂。
今后应探索不返料的方法，采用自身达到乎衡的方法。
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。
真空干燥所要求的真空度不高，真空装置可采用机械真空泵和蒸汽喷射泵等，其情况大致与真空蒸发相同。
（一）真空干燥器的类型
1．
2．搅拌真空干燥器
搅拌真空干燥器的结构见图13-24，外壳带有蒸汽加热夹套，内部装有水平搅拌器，搅拌叶圆周线速度为20m/min左右。
蒸发蒸汽由接真空系统的排气口排出。
加热面的干燥强度为15~20kg/m2·
h.。
3．滚筒真空干燥器
二、真空冷冻干燥
（一）、真
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