1第五章 干燥設(shè)備 2 主要內(nèi)容 3 濕 物 料 的 干 燥 有 2個 基 本 過 程 同 時 進 行 ：1.熱 量 由 氣 體 傳 遞 給 濕 物 料 ， 使 其 溫 度 升 高 ；2.物 料 內(nèi) 部 的 水 分 向 表 面 擴 散 ， 并 在 表 面 汽 化 被 氣 流 帶 走 。其 中 質(zhì) 量 傳 遞 過 程 又 由 兩 步 構(gòu) 成 ： 水 分 由 物 料 內(nèi) 部 向 表 面 擴 散 （ 推 動 力 是 濕 度 梯 度 ， 擴 散 阻 力 與物 料 的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 有 關(guān) 、 與 水 分 和 物 料 的 結(jié) 合 方 式 有 關(guān) ） 水 分 在 物 料 表 面 汽 化 并 被 氣 流 帶 走 。 （ 推 動 力 是 物 料 表 面 氣 膜內(nèi) 的 水 蒸 氣 分 壓 與 氣 流 主 體 中 水 蒸 氣 分 壓 的 差 值 ） 。 4 干 燥 速 率 的 強 化（ 一 ） 表 面 汽 化 控 制 的 干 燥 過 程 （ 改 善 外 部 傳 遞 因 素 ）常 壓 對 流 干 燥 ： 因 物 料 表 面 保 持 充 分 濕 潤 ， 物 料 的 表面 溫 度 可 近 似 為 空 氣 的 濕 球 溫 度 ， 水 分 的 汽 化 可 看 做是 濕 球 溫 度 下 純 水 表 面 的 汽 化 。 應(yīng) 提 高 空 氣 溫 度 ， 降低 空 氣 濕 度 ， 改 善 空 氣 與 物 料 之 間 的 流 動 和 接 觸 狀 況 ，均 有 利 于 提 高 干 燥 速 率 。真 空 干 燥 條 件 ： 提 高 干 燥 室 的 真 空 度 ， 可 降 低 水 分 的汽 化 溫 度 ， 從 而 可 有 效 提 高 干 燥 速 率 。（ 二 ） 內(nèi) 部 擴 散 控 制 的 干 燥 過 程 （ 改 善 內(nèi) 部 擴 散 因 素 ）減 小 物 料 顆 粒 直 徑 ， 縮 短 水 分 在 內(nèi) 部 的 擴 散 路 程 ， 以減 小 內(nèi) 部 擴 散 阻 力 ； 提 高 干 燥 溫 度 ， 以 增 加 水 分 擴 散 的 自 由 能 ， 具 有 利 于 提 高 干 燥 速 率。 5 二 、 恒 速 干 燥 和 降 速 干 燥1、 恒 速 干 燥 階 段空 氣 溫 度 與 濕 物 料 表 面 溫 度 的 差 值 維 持不 變 ， 傳 熱 速 率 恒 定 ， 干 燥 過 程 在 恒 溫下 進 行 。 濕 物 料 表 面 處 的 水 蒸 氣 壓 與 空氣 中 的 水 蒸 氣 分 壓 之 差 維 持 恒 定 ， 傳 質(zhì)速 率 恒 定 。恒 速 階 段 的 干 燥 速 度 取 決 于 物 料 表 面 水 分 的 汽 化 速 率 ， 即 取 決 于 物 料 外 部的 干 燥 條 件 （ 空 氣 溫 度 、 濕 度 及 流 速 等 ） ， 又 被 稱 之 為 表 面 汽 化 控 制 階 段 ，主 要 是 排 除 游 離 水 分 。 干 燥 速 率 曲 線2、 降 速 干 燥 階 段物 料 濕 含 量 降 至 臨 界 點 以 后 ， 開 始 進 入 降 速 干 燥 階 段 。 水 分 由 物 料 內(nèi) 部向 物 料 表 面 傳 遞 的 速 率 小 于 濕 物 料 表 面 水 分 的 汽 化 速 率 ， 且 隨 著 物 料 濕含 量 的 降 低 而 降 低 ， 所 以 干 燥 速 度 愈 來 愈 小 。 另 外 ， 由 于 在 這 一 階 段 的空 氣 傳 遞 給 濕 物 料 的 熱 量 除 一 部 分 用 于 水 分 的 汽 化 ， 剩 余 的 熱 量 則 使 物 料 溫 度 升 高 ， 故 此 階 段 是 在 升 溫 條 件 下 進 行 的 干 燥 。降 速 干 燥 階 段 的 干 燥 速 度 主 要 取 決 于 物 料 本 身 的 結(jié) 構(gòu) 、 形 狀 及 大 小 等 特性 ， 其 次 是 干 燥 溫 度 ， 所 以 又 稱 內(nèi) 部 擴 散 控 制 階 段 ， 主 要 是 排 除 結(jié) 合 水分 。 6 生物工業(yè)產(chǎn)品一般為熱敏性的物質(zhì)，物料在干燥過程中受高溫或受熱時間過長，都會影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性和使產(chǎn)品受到某種程度的破壞。因此要求干燥設(shè)備 快速高效，干燥溫度不能過高，干燥時間不能太長，產(chǎn)品純度不能受到影響，有時甚至要求不能有雜菌染(浸)入。有活性物質(zhì)要求的，必須使活性物質(zhì)損失最少。 7 非絕熱干燥: 常壓干燥設(shè)備、真空干燥設(shè)備、傳導(dǎo)傳熱干燥設(shè)備、輻射傳熱干燥。絕熱干燥：噴霧干燥設(shè)備、氣流干燥、流化床干燥、移動床干燥、沸騰干燥設(shè)備、回轉(zhuǎn)圓筒干燥機。 8滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求滿足產(chǎn)品的純度要求根據(jù)物料的特性考慮產(chǎn)量及勞動條件 瞬時快速干燥設(shè)備：滾筒干燥設(shè)備、噴霧干燥設(shè)備、氣流干燥設(shè)備、沸騰干燥設(shè)備等低溫干燥設(shè)備：真空干燥設(shè)備、冷凍干燥設(shè)備適合熱敏性物質(zhì)的 兩類設(shè)備 9 設(shè) 備 類 型 干 燥 物 料固定床干燥啤酒釀造用綠麥芽臥式沸騰干燥檸檬酸晶體、酵母、抗生素沸騰造粒干燥葡萄糖、味精、酶制劑氣流干燥味精、抗生素、葡萄糖旋風(fēng)式氣流干燥四環(huán)素類氣流式噴霧干燥蛋白酶、核酸、抗生素壓力式噴霧干燥酵母離心式噴霧干燥酶制劑、酵母噴霧干燥與振動流化干燥酶制劑滾筒干燥酵母、單細胞蛋白真空干燥青霉素鉀鹽、土霉素等 冷凍干燥抗腫瘤抗生素、乙肝疫苗 一、常壓干燥設(shè)備麥芽干燥塔干燥的目的和要求 干燥目的：將綠麥芽水分由4245%減少到約3.5%，停止大麥芽的生長和酶的作用，同時需保存酶的活性，以利貯藏；使麥根易于脫落；除去綠麥芽的生腥味，生成麥芽特有的色香味。第二節(jié) 非絕熱干燥設(shè)備 干燥過程分兩個階段：等速干燥階段：降速干燥：萎凋階段：水分由45%810%； 為表面 汽化控制；宜采用低溫、大空氣流量操作，除去大部分的水分。內(nèi)部擴散控制，脫水緩慢，升溫不能太高太快，否則易形成玻璃質(zhì)粒。最后數(shù)小時將溫度慢慢升高到規(guī)定的焙焦溫度8085，增加麥芽的色香味。 二、麥芽干燥塔類型、結(jié)構(gòu)與操作水平式烘床垂直烘床一層 單層高效圓柱型二層 矩形三層單層高效麥芽干燥塔的結(jié)構(gòu)與操作 結(jié)構(gòu)一般為圓形，磚混結(jié)構(gòu)，裝置如圖 烘床開孔率20%40%， 干燥室高度6m以上， 麥芽含水降至10%以下時使用循環(huán)風(fēng)，節(jié)熱 30%，干麥芽由刮板機排出塔外。 每烘焙周期1m2烘床的麥芽產(chǎn)量 225300kg烘焙周期 1622h綠麥層高度 0.801.5m烘焙l00kg麥芽的耗熱量 (2.742)104kJ烘床下空氣壓頭 裝入綠麥芽： 6l0kPa(0.661.0mH 2O) 千燥后期 23kPa(0.200.3mH 2O)單層水平式高效麥芽干燥塔技術(shù)指標如下： 操作條件 1.生產(chǎn)能力21 24. . .VG h A V t 5860 hAG t 單層高效干燥塔的設(shè)計計算G干燥能力24h，kg/d h烘床綠麥層高度，m V2 每噸大麥產(chǎn)干麥芽量m3/t，一般1.42 V1 每噸大麥產(chǎn)綠麥芽量m3/t，一般3.2 干麥芽比容kg/m3 550 A 烘床面積m2代入可得式中 5860GtA h5860 hAG t 2 20.7854 ( )5860 0.785 4600A D DGt GtD mh h L 每h所需絕干空氣量 kg/h W 每h蒸發(fā)水分 kg/h xe 離開綠麥層空氣濕含量 kgH 2O/(kg干氣) xo 進入綠麥層空氣濕含量 kgH 2O/(kg干氣) x 空氣在綠麥層的濕含量 kgH 2O/(kg干氣) k 蒸發(fā)系數(shù) kgH 2O/(h. m2.x) xg空氣離開麥層溫度下的飽和濕含量kgH 2O/(kg干氣) A 蒸發(fā)表面積m2 對麥層干燥k A隨時在發(fā)生變化,1h內(nèi)可看作恒定 ( )ge o e okA x xWL x x x x 2.空氣耗量 干燥初期最大 水分降到10%以下不適用一般每百kg麥芽需空氣8001200m3/h Q 空氣在加熱氣吸收的熱量,kJ/h; Q 1 空氣在第一小時內(nèi)帶走的熱量,kJ/h; Q 2 麥芽在第一小時內(nèi)吸收的熱量,kJ/h; Q 3 干燥塔熱損失,kJ/h;據(jù)測定干燥塔熱損 2090kJ/(100kg干麥芽d)3.熱量消耗Q=Q1+ Q2 + Q3每生產(chǎn)100kg干麥芽一般5.7105kJ 最佳3.77 105kJ 最壞7.7105kJ p空氣通過麥芽層時的壓力降 Pa， H 麥芽層厚度，m； 空氣流速m/s.1.08 1.55 50.1 10 ( )p H Pa mQA k T 加熱器傳熱面積對翅片 k165kJ/(m2h )4.壓力損失計算 當麥層高0.31.5m,空氣流速0.31.5m/s，可由下式計算: 一般由密閉干燥室、冷凝器和真空泵組成，常用的有：二、真空干燥設(shè)備 真空干燥的特點是：干燥過程中物料的溫度低，無過熱現(xiàn)象，水分易于蒸發(fā)，干燥產(chǎn)品可形成多孔結(jié)構(gòu)，有較好的溶解性、復(fù)水性，有較好的色澤和口感。干燥產(chǎn)品的最終含水量低。干燥時間短，速度快。干燥時所采用的真空度和加熱溫度范圍較大，通用性好。設(shè)備投資和動力消耗高于常壓熱風(fēng)干燥。 1.真空箱式干燥器：是在常壓箱式干燥機基礎(chǔ)上加裝密封和增加真空泵，使物料在干燥箱內(nèi)在一定的真空度下進行干燥。 2.帶式真空干燥器：是一種連續(xù)進料、連續(xù)出料形式的接觸式真空干燥設(shè)備待干燥的料液通過輸送機構(gòu)直接進入處于高度真空的干燥機內(nèi)部，攤鋪在干燥機內(nèi)的若干條干燥帶上，由電機驅(qū)動特制的膠輥帶動干燥帶以設(shè)定的速度沿干燥機筒體方向運動，每條干燥帶的下面都設(shè)有相互獨立的加熱板和冷卻板（或冷卻滾筒），干燥帶與加熱板、冷卻板緊密貼合，以接觸傳熱的方式將干燥所需要的能量傳遞給物料。 1.加熱滾筒 2.真空室 3.冷卻滾筒 4.制品出口5.原料進口 6.不銹鋼帶 7.輻射加熱器 8.至真空系統(tǒng) 3.耙式真空干燥器：一種間歇操作的干燥器，被干燥物料從殼體上方正中間加入，在不斷轉(zhuǎn)動的耙齒的攪拌下，物料與殼體壁接觸時，表面不斷更新。被干燥物料受到熱載體的間接加熱，使物料水分汽化，汽化的水分由真空泵及時排出。 u 氣流干燥原理及設(shè)備u 流化床干燥原理及設(shè)備u 噴霧干燥原理及設(shè)備u 冷凍干燥原理及設(shè)備第三節(jié) 絕熱真空干燥設(shè)備 38 工 作 原 理 ： 氣 流 干 燥 是 利 用 熱 流 將 物 料 在 流 態(tài) 下 進 行 干燥 的 過 程 。 干 燥 操 作 中 ， 濕 物 料 在 熱 氣 流 中 呈 懸 浮 狀 態(tài) ，每 個 物 料 顆 粒 都 被 熱 空 氣 所 包 圍 ， 因 而 使 濕 物 料 在 流 動過 程 中 最 大 限 度 地 與 空 氣 充 分 接 觸 ， 氣 體 與 固 體 之 間 進行 傳 熱 和 傳 質(zhì) ， 達 到 干 燥 的 目 的 。適 用 范 圍 ： 適 用 于 潮 濕 分 散 狀 態(tài) 顆 粒 物 料 的 干 燥 ， 如 生物 工 業(yè) 中 味 精 、 檸 檬 酸 、 四 環(huán) 素 類 抗 生 素 等 的 干 燥 。特 點 ： 1、 干 燥 強 度 大 。 2 干 燥 時 間 短 。 3 適 用 性 廣 。 4 設(shè) 備 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 占 地 面 積 小 ， 生 產(chǎn) 能 力 大 ， 能 連 續(xù) 操作 ， 可 實 現(xiàn) 自 動 控 制 。 40長管氣流干燥味精流程干燥管 46一級正壓干燥二級負壓干燥循環(huán)干燥過程 工 作 原 理 ： 利 用 不 同 的 噴 霧 器 ， 將 懸 浮 液 或 黏 滯 的 液 體噴 成 霧 狀 ， 因 此 料 液 能 形 成 很 大 的 比 表 面 積 ， 使 霧 滴 同熱 空 氣 發(fā) 生 熱 質(zhì) 交 換 ， 在 幾 秒 至 幾 十 秒 內(nèi) 迅 速 排 出 水 分干 燥 。 成 品 以 粉 末 狀 態(tài) 沉 降 于 干 燥 室 底 部 ， 連 續(xù) 或 間 斷地 從 卸 料 器 排 出 。 二 、 噴 霧 干 燥適 用 范 圍 ： 特 別 適 合 于 不 能 借 助 結(jié) 晶 方 法 得 到 固 體 產(chǎn)品 的 生 物 制 品 生 產(chǎn) 中 ， 如 酵 母 、 核 苷 酸 ， 某 些 抗 生 素藥 物 的 干 燥 。 噴 霧 干 燥 的 特 點 ：1.干 燥 速 度 快 、 時 間 短 ， 一 般 為 3-30s， 20-60m的 霧 滴 ，表 面 積 200-5000m2/m3， 極 易 汽 化 干 燥 。2.干 燥 溫 度 較 低 。 由 于 霧 滴 中 含 有 大 量 水 分 ， 表 面 溫 度 不超 過 空 氣 的 濕 球 溫 度 ， 一 般 為 50-60 ， 物 料 停 留 時 間短 ， 最 終 溫 度 不 太 高 ， 非 常 適 合 熱 敏 性 物 料 的 干 燥 。3.制 品 具 有 良 好 的 分 散 性 和 溶 解 性 ， 成 品 純 度 高 。4.噴 霧 干 燥 的 容 積 干 燥 強 度 小 ， 干 燥 室 體 積 大 ， 熱 量 消 耗多 ， 一 般 蒸 發(fā) 1kg水 分 約 需 6000kJ熱 量 ， 相 當 2.5-3.5kg的 蒸 汽 。 關(guān)鍵：料液的霧化 根據(jù)不同的霧化器分為壓力、氣流、離心 1.壓 力 式 機 械 噴 霧 干 燥 不 常 采 用 利 用 高 壓 往 復(fù) 泵 ， 以 5-20MPa的 壓 力 從 0.5-1.5mm的噴 孔 噴 出 ， 分 散 成 50-150 m的 液 滴 。 2.氣 流 噴 霧 干 燥 依 靠 壓 力 0.25-0.6MPa壓 縮 空 氣 高 速 通 過 噴 嘴 將 料 液吸 入 霧 化 。 噴 嘴 孔 徑 1-4mm， 能 處 理 粘 性 料 液 。 蛋 白 酶 、 核 苷 酸 。 55 熱空氣入口溫度計擴散盤視鏡人孔廢氣出口 成品貯灌螺旋排風(fēng)管物料入口壓縮空氣入口 氣 流 噴 霧 干 燥 塔 結(jié) 構(gòu) 尺 寸徑 高 比 1： 2.43直 徑 與 錐 高 比 1： 1.31.6空 塔 氣 速 0.150.2m/s回 風(fēng) 管 空 氣 流 速 1012m/s材 料 不 銹 鋼 板 1mm 氣 流 噴 霧 器 噴 嘴 （ 兩 種 形 式 ）內(nèi) 部 混 合 式 （ 噴 嘴 內(nèi) 混 合 ） 外 部 混 合 式 常 用 內(nèi) 部 混 合 式 a雙 流 式 噴 嘴 b三 流 式 噴 嘴 58液料槽液料泵壓縮空氣 氣流噴嘴干燥塔旋風(fēng)分離器布袋除塵器加熱器 利 用 在 水 平 方 向 作 高 速 旋 轉(zhuǎn) 的 圓 盤 給 予 料 液 以 離 心 力 ， 使 其 高速 甩 出 ， 形 成 薄 膜 、 細 絲 或 液 滴 ， 同 時 又 受 到 周 圍 空 氣 的 摩 擦 、阻 礙 與 撕 裂 等 作 用 形 成 細 霧 而 干 燥 的 過 程 。 酶 制 劑 塔 頂 有 熱 風(fēng) 盤 、 塔 內(nèi) ： 離 心 噴 霧 機 (噴 盤 )等 離 心 噴 霧 機 轉(zhuǎn) 速 72757363r/min， 最 低 線 速 度 100m/s是 成 霧 的 臨 界 速 度 定 型 產(chǎn) 品 有 150L， 500L， 1000L/h 根 據(jù) 噴 矩 概 念 90 以 上 液 滴 下 落 ， 不 具 有 水 平 速 度 ， 干 燥 塔半 徑 大 于 噴 距 ， 一 般 液 滴 不 會 碰 壁 。2.離 心 噴 霧 干 燥 噴 矩 ： 在 某 一 半 徑 的 圓 周 內(nèi) ， 有 90 95 液 滴 下 落 ，不 再 具 有 水 平 速 度 ， 這 個 半 徑 距 離 即 稱 噴 矩 。最 大 噴 距 半 徑 ： 指 99%的 霧 滴 降 落 至 離 心 噴 霧 器 下 方7.62cm處 的 噴 霧 截 面 半 徑 。 rmax 容 積 干 燥 強 度 ： 指 干 燥 室 內(nèi) 1m3空 間 在 1h內(nèi) 能 夠 干 燥 的 水分 量 kg。 Av 分 配 盤 形 式 旋 風(fēng) 擴 散 式 葉 片 旋 風(fēng) 式 如 下 圖 ：30個 葉 片 與 水 平 呈 30o角 噴盤形式：平板形、皿形、碗形、多翼形、噴槍形、圓帽形 熱風(fēng)盤作用熱風(fēng)分配均勻進口風(fēng)速610m/s出口風(fēng)速812m/s 1/31.05 ( )VQD mA 離心噴霧干燥器直徑計算方法有兩種：a.根據(jù)噴距半徑確定塔徑： D=2.25rmax D 干燥塔塔徑，m rmax 最大噴距半徑，mb.根據(jù)干燥強度確定塔徑：Q 噴霧干燥室蒸發(fā)量 kg/h Av容積干燥強度 kg/(m 3.h) 塔徑大小: 保證料液干燥之前不能碰上塔壁 影響容積干燥強度因素很多，與噴霧分散度、干燥室內(nèi)空氣流動情況、被干燥物質(zhì)的性質(zhì)及干燥介質(zhì)溫度有關(guān)。根據(jù)經(jīng)驗，進風(fēng)溫度T1越高，體積干燥強度越大，關(guān)系如圖 進風(fēng)溫度100 120 130 140 150 160體積干燥強度Kg/(m3.h) 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 5.0寫成經(jīng)驗公式：Av=0.03T1-1 塔干燥室的高度和直徑。燥塔的高度必須保證：料液干燥之前不致沉降于塔底。塔體圓柱部分高度 HD常取H =0.51.0D 圓錐部分的高度h 根據(jù)塔徑和采用的錐角進行計算，錐角小于物料的休止角才能及時將產(chǎn)品卸出，一般為60o或者 hD 68 三、流化床干燥設(shè)備（一）流化床干燥原理及特點原理：是利用流化態(tài)技術(shù)，即利用熱空氣流使置于篩板上的顆粒狀濕物料呈沸騰狀態(tài)的干燥過程。流化床干燥中，熱空氣的流速與顆粒的自由沉降速度相等，當壓力降近似等于流動層單位面積的質(zhì)量時，床層便由固定態(tài)變成流化態(tài)，床層開始膨脹，顆粒懸浮于氣流中，并在氣流中呈沸騰狀翻動，但仍保持一個明確的床界面，顆粒不會被氣流帶走。干燥過程處在穩(wěn)定的流化態(tài)階段。特點：傳熱傳質(zhì)速率大干燥溫度均勻，易于控制。有利于連續(xù)化、自動化操作。 69 70 71 （二）流化床干燥設(shè)備 72 73 74 75間歇式操作冷凍干燥機流程圖 加熱部分干燥室水汽去除部分-冷凍室預(yù)冷凍部分油箱真空部分 76蒸汽壓縮制冷流程圖膨脹閥蒸發(fā)器（吸熱汽化） 壓縮機冷凝器液態(tài)冷凍劑 77 78 分配盤形式 旋風(fēng)擴散式 葉片旋風(fēng)式 如下圖30個葉片 與水平呈30o角 91 內(nèi)部混合式和外部混合式。二流式噴嘴三流式噴嘴溶液空氣溶液空氣空氣1-4 m m 92 小 結(jié) 93 思考題 可 用 于 抗 生 素 干 燥 的 設(shè) 備 有 哪 些 類 型 ？你 認 為 哪 種 適 合 高 粘 度 抗 生 素 的 干 燥 ？為 什 么 ？