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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
2、下，使冰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
3、、固体物料中的湿分： 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、
4、结构和形状 ：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
5、干燥段开始处，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
6、烈干燥时是会失去它们的结晶水，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
7、性、吸水性等。 （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；
8、 设备结构简单，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
9、，也可装在尾部或中部，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
10、粒不断地加速减速，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
11、速率高；干燥温度均匀，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
12、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。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。,
13、三 多层沸腾干燥器,图示为具有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
14、布成粒 当液滴喷入沸腾床后，附在种子的表面，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
15、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。,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
16、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
