第十六章-干燥设备.ppt

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第十六章干燥设备,概述1.定义：

干燥通常是指将潮湿固体，半固体或浓缩液中的水分（或溶剂）蒸发除去的过程。

目的：

除去水分，防止变质，便于保存、包装和运输，加工成不同风味。

注意：

保持其活性，营养价值及药效。

2.干燥过程与蒸发过程的异同：

相同之处：

都以加热水分汽化为手段。

不同之处：

蒸发是液态物料中的水分沸腾汽化。

而干燥是固体或液体物料中的水分非沸腾汽化。

从干燥的这一特点，可得到以下共识：

干燥过程受：

传热规律，水分性质，水气运转和转化的影响。

干燥物料不一定是液态，水分的运动和汽化可能受到物料层的影响。

水分未达到沸点就汽化，其蒸汽压比周围汽体压强小。

蒸汽能否大量排出，要受周围汽体条件的影响。

干燥是传热和传质相结合的操作，干燥速度由传热速率和传质速率共同控制。

3.影响干燥速率的因素：

1）湿物料的性质和形状主要是指物料的物理结构（导热性能），化学组成、形状和大小（决定水的存在状况），物料层的厚度、水分的结合方式。

2）湿物料本身的温度一般来说，越高，速度越快（温度越高，水分运动速率越快）。

3）干燥介质的温度通常：

越高，速度越快，不能无限制的提高，应低于物料的变质（分解、焦化、熔融）温度。

干燥介质的进出口温差越小，干燥V，但热的利用效率下降。

4）干燥介质和被干燥物料的接触情况和干燥器类型喷雾、沸腾等不同而异。

4.生物工业产品的干燥特点生物制品一般为热敏性物质。

如果干燥过程温度高或受热时间长因此用于生物工业产品干燥的设备必须是快速高效加热温度不宜过高，产品与干燥介质的接触时间不能太长，且干燥产品应保持一定的纯度。

如：

酶制剂，如果干燥条件不当，会使酶活力下降，一般蛋白酶在4550时失活已非常严重，有些活性酶对稳定更敏感，30即完全失活。

影响产品的稳定性或受到破坏,物料干燥的机理：

第一节干燥设备的分类与选型,

（二）干燥机理：

溶剂分子从湿物料表面进入气相。

湿物料的干燥操作中，有2个基本过程同时进行，一是热量由气体传递给湿物料，使其温度升高，二是物料内部的水分向表面扩散，并在表面汽化被气流带走，因此，干燥操作属传热传质同时进行的过程，且二者的传递方向相反。

干燥过程中，空气既是载热体，又是载湿体，干燥速率既与传质速率有关，也与传热速率有关。

干燥速率同时由传热速率和传质速率所控制。

干燥操作进行的必要条件：

湿物料表面水汽（或其它蒸汽）的分压必需大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压。

水分由物料内部向表面扩散，水分在物料表面汽化并被气流带走、引起内部扩散的推动力是物料内部与表面之间存在着湿度梯度。

其扩散阻力与物料的内部结构有关、与水分和物料的结合方式有关。

称内部扩散控制。

水分从物料内部扩散至表面后，便在表面汽化，向气流中传递。

引起这一过程的推动力是物料表面气膜内的水蒸气分压与气流主体中水蒸气分压的差值。

称表面汽化控制。

干燥速率为表面汽化控制时，强化干燥操作就必须改善外部传递因素。

提高空气温度及降低水分的汽化温度，降低空气湿度，改善空气与物料之间的流动和接触状态，均有利于提高干燥速率。

干燥为内部扩散控制时，由于水分难以快速到达表面，使得汽化表面逐渐向内部移动，此时的干燥较表面汽化控制时更复杂。

要强化干燥速率，必须改善内部扩散因素，这种情况下，减小物料颗粒直径，缩短水分在内部的扩散路程，以减小内部扩散阻力；提高干燥温度，以增加水分扩散的自由能，均有利于提高干燥速率。

生物产品同其他湿物料一样，在干燥过程中，首先排除的是结合力弱的游离水，其次是结合水。

不同的物料，结合水的来源不同，在细胞和细胞质内的液体，由于溶质的溶解使得蒸汽压降低而表现为结合水的性质，或者在毛细管中的液体，由于毛细管作用使得蒸汽压下降而表现为结合水的性质，所有这些因素都可能影响到物料的干燥。

一、干燥器的分类,干燥方法的分类：

（1）按照热能传递给湿物料的方式：

A、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。

这类干燥方法包括：

表面干燥、气流干燥、喷雾干燥、振动干燥及沸腾造粒干燥等。

直接干燥法可以使用较高温度的热空气，干燥速度大，设备投资少，但热效率低。

直接干燥是目前应用最广泛的干燥方法。

B、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（红外和远红外干燥）等。

C、介电加热干燥主要有：

高频干燥和微波干燥等。

（2）按照干燥的操作方式：

A、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。

间隙操作的特点是设备简单，操作中故障少，投资和操作费用少；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。

B、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。

连续干燥的特点是热效率比间歇干燥高，容易实现自动化，操作人员少，故在处理量大时应采用连续操作。

同时由于干燥的时间短，对于处理量少的热敏性的物料有时也需采用连续操作。

二、干燥器的选型,干燥设备的选型原则选型依据：

以所处理物料的以下情形为依据化学物理性质生物化学性能生产工艺如：

物料的粘稠性、分散性、热敏性、失活性能等。

就热敏性而言，生物工业制品的干燥设备有以下几种类型:

干燥设备的选型原则瞬时快速干燥设备：

滚筒干燥设备、喷雾干燥设备、气流干燥设备、沸腾干燥设备等。

低温干燥设备：

真空干燥设备、冷冻干燥设备，另外还有其他类型的干燥设备。

如红外干燥器、微波干燥器等。

大多情况下，由于生物制品具有热敏性的特点，因此，干燥设备最好选择快速瞬时干燥设备或低温干燥设备。

这类设备干燥时间短0.52s，气流温度高，但被干燥的物料温度不超过7080。

其特点是在真空低温下进行，更适用于高热敏性物料的干燥，但干燥时间较长。

l产品的质量要求许多生物工业制品都要求保持一定的生物活性，避免高温分解和严重失活，因此干燥设备的选型首先应满足产品的质量要求。

如高活性且价格昂贵的生物制品（例如乙肝疫苗等）则必须选择真空干燥或冷冻干燥设备。

2产品的纯度生物产品大都要求有一定的纯度，且无杂质或杂菌污染，则干燥设备应能在无菌和密闭的条件下操作，且应具有灭菌设施，以保证产品的微生物指标和纯度要求。

3.物料的特性对于不同的物料特性，如颗粒状、滤饼状、浆状、水分的性质等应选择不同的干燥设备。

例如颗粒状物料的干燥可考虑选择沸腾干燥或者气流干燥，结晶状则应选择固定床干燥，浆状可选择滚筒干燥或喷雾干燥等。

4产量及劳动条件如浆状物料的干燥，产量大且料浆均匀时，可选择喷雾干燥设备，粘稠较难雾化时可采用离心喷雾或气流喷雾干燥设备，产量小时可用滚筒干燥设备。

另外，应考虑劳动强度小，连续化、自动化程度高，投资费用小，便于维修、操作等。

第二节麦芽干燥设备,麦芽干燥塔,刮板（翻麦）机,第三节气流干燥设备1.气流干燥原理（抗生素、氨基酸等）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度地与空气充分接触，气体与固体之间进行传热和传质，达到干燥的目的。

适用于潮湿分散状态颗粒物料的干燥。

2.气流干燥器的形式：

长管长度1020m短管长度4m左右旋风气流干燥器等,

（一）长管式气流干燥（味精）1.流程物料空气过滤加热鼓风机长管分离器气体布袋除尘器湿式除尘器粗味精固体物料分级筛产品粉末,2.主要设备：

空气过滤器：

过滤介质为铁丝网，或油浸铁丝网。

空气加热器：

螺旋翅片式或列管式，蒸汽压力0.20.3Mpa，空气温度加热到8090干燥长管：

垂直圆形长管或脉冲式干燥管脉冲管：

收缩段颗粒加速，之后减速，反复，强化热传递。

（二）旋风式气流干燥器（抗生素）结构：

圆筒形、中央排气管筒身可附有蒸汽夹套、保温层操作：

带有物料的气流在上部以切线方向进入，呈螺旋状向下到底部后再折向中央排气管从上排出。

中央排气管气速20m/s左右环管气速3m/s左右D1/D2.77特点：

旋风式气流干燥器没有长管式那样的长管，因此不需要高层的厂房，操作也较简便。

湿物料之前在风管中加入，进入时50%水分已除去,3.气流干燥特点和适用范围

（1）干燥强度大一般临界含水率为13%。

（2）干燥时间短气流干燥时间极短，一般为0.52秒，最长也不过57秒。

（3）适用性广各种粉粒状、碎块状物料的干燥。

（4）设备简单，操作容易，投资少。

（5）操作稳定，便于自动化。

（6）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。

缺点：

不适宜干燥临界含水率高、降速段长的物料。

且由于粒子间、粒子与器壁间的碰撞、摩擦剧烈，故也不适合对成品外形有一定要求（如结晶体）的物料。

沸腾干燥：

（又称流化床干燥）原理：

利用流化床技术，即利用热空气流使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过程。

在此过程中，热空气流向上的速度于物料自由沉降的速度相等。

适用于：

含水率较低、颗粒直径30m6mm范围的湿物料，膏状物料也可处理。

1.沸腾干燥流程（如图）空气过滤加热物料流化床干燥气体旋风分离器袋滤器风机出料,第四节沸腾干燥设备,2.沸腾干燥特点：

（1）传热传质速率大。

（2）干燥温度均匀，易于控制。

（3）干燥与冷却可连续进行，干燥与分级可同时完成。

3.沸腾干燥（流化床干燥）设备操作可能出现的问题：

（1）沟流沸腾干燥时，由于床层密度不均匀性或高粘性，使床内出现气沟，大量气体从此沟内通过，致使空气走短路，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，使干燥过程无法正常进行。

这种现象称为沟流。

（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，一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。

沸腾流化床干燥器由空气过滤器、沸腾床主机、旋风分离器、布袋除尘器、高压离心通风机、操作台组成。

由于干燥物料的性质不同，配套除尘设备时，可按需要考虑，可同时选择旋风分离器、布袋除尘器，也可选择其中一种。

一般来说，比重较大的冲剂及颗粒物料干燥只需选择旋风分离器。

比重较轻的小颗粒状和粉状物料需配套布袋除尘器，并备有气力送料装置及皮带输机供选择。

4.单层卧式多室流化床（柠檬酸晶体、活性干酵母）构造：

长方形横截面，底部为多孔金属网板，开孔率4%13%，网板上由挡板隔成若干室，挡板上下可调，每一小室下方有热空气进入支管，可调气量。

沸腾床上可装有往复运动的推料器。

工作原理：

湿物料由第一室逐步进入向下一室移动，已干燥物料在最后一室排出。

由于隔板作用，使物料在箱内停留时间延长，并由于撞击隔板获得垂直向上的作用力。

多层沸腾干燥器,5.振动流化出床干燥设备,6.沸腾造粒干燥器结构：

倒锥形，锥角30（又称锥形流化床）直径大的沿器壁有36个喷嘴，底部有风帽工作原理：

先在干燥器内加入一定的晶核（底料），液体物料与压缩空气一起经喷嘴侧向上喷入流化床（气流式喷嘴），热风从底部风帽上升，与雾化的液滴相遇进行传热传质。

料液一边雾化一边加入晶核（返料），返料量少时产品颗粒大。

操作参数：

进风温度80、床层温度50物料温度60、,沸腾造粒干燥设备的原理、流程和设备构造原理：

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