第三节_干燥设备

干燥过程的基本计算

干燥过程的基本计算包括水分蒸发量及干燥空气用 量。新鲜空气(其环境温度为t0，含水量x0，热焓I0， 干空气流量qL)进入空气预热器，加热后(其状态为t1、 x1=x0、I1、 qL)进入干燥器，在干燥器中物料被干 燥，物料含水率由w1降至w2，物料温度由tm1升至 tm2后排出干燥器，而干燥空气温度下降，湿度增加 后排出干燥器(其状态为t2、x2、I2、 qL)
热量衡算

干燥设备由两个基本的组成部分，即预热器和干燥 器。 1. 预热器的热量计算 对预热器作热量计算，可以得到加热蒸汽的消耗量。
qmD ( I tcw ) qL ( I1 I 0 )
qmD
q L ( I1 I 0 ) I tcw
式中， qmD-加热蒸汽消耗量，kg/h；I-进口蒸汽的 热焓，kJ/kg；t-蒸汽冷凝温度,oc；cw-冷凝水的比热 容,kJ/(kg. oc)

将物料由tm1升温到tm2所需热量Q1
Q1 qmc cm (tm2 tm1 ) cm cs X 2cw

蒸发水分所需热量Q2
Q2 qmw [ H w cwtm1 ]
H w cvt2 r0
式中，cv为水蒸汽的比热容1.88 KJ/kg.oC；r0为水在 0oC时的汽化潜热2492 KJ/kg；Hw为水蒸汽在离开干 燥器时的焓
式中， qmw-水分蒸发量，kg/h；qm1-进入干燥器的湿物料质量，kg/h； qm2-离开干燥器的产品质量,kg/h；qmc-湿物料中绝干物料质量，kg/h； w1-湿物料含水量(湿基)，%；w2-干燥后产品含水量(湿基)，%。
干燥空气的计算

设通过干燥器的绝干空气质量流量为qL(qLห้องสมุดไป่ตู้干燥过程中是不

特点： 干燥速度快，具有瞬间 干燥特点；干燥过程中 液滴的温度较低，特别 适用于热敏物料干燥， 能够保持产品品质；为 防止干燥塔产生黏壁现 象，塔体设有夹层冷却 结构，有效的杜绝产品 的黏壁、焦化现象。
干燥操作的计算
物料衡算
1. 水分含量表示：湿基、干基含水量 2. 水分蒸发量 3. 干燥空气用量 热量衡算 1. 预热器 2. 干燥器
流化床干燥器
工作原理： 湿物料由螺旋加料器加 入流化床干燥器中，空 气经过空气过滤器过滤， 加热器加热后送入流化 床底部经分布板与固体 物料相接触，形成流态 化，达到气固相的热质 交换。物料干燥后由排 料口排出。废气由流化 床底部排出，经旋风分 离器组回收被带出的产 品后放空。

特点： 在流化床内气体与固体颗 粒充分混合，表面更新机 会多，强化了两相间的传 质和传热。流化床干燥器 具有物料停留时间短，干 燥速率大等特点，但对被 干燥物料在颗粒度上有一 定限制，一般物料的粒径 以大于30微米，小于6毫米 较为合适。含水量过高易 黏结成团的物料，一般不 适用。

特点： 干燥速度快，料液经雾化 后表面积大大增加，在 热风气流中，瞬间就可 蒸发95-98%的水分，完 成干燥的时间仅需十几 秒，特别适用于热敏物 料的干燥；所得产品为 球状颗粒，粒度均匀， 流动性好；使用范围广， 根据物料的特性，可以 用热风干燥也可用冷风 造粒。

中药浸膏喷雾干燥机 工作原理： 中药浸膏高速离心式喷 雾装置是离心式喷雾干 燥技术在特定物料干燥 中的应用，也是利用高 速离心式雾化器使物料 分散成雾状，与热空气 充分接触，完成瞬间干 燥，形成粉状成品的干 燥装置。
其中ch-湿气体的干基比热容， kJ/(kg. oc)。一般情况下，t1和 x1为已知条件，空气的出口状态(t2,x2)必须满足上式。QL为 干燥器表面的散热损失，可按化学工程方法计算。
干燥器的选择
选择干燥器要考虑的因素如下：
(1) 被干燥物料的性质； (2) 物料的干燥特性； (3) 干燥过程中粉尘和溶剂的回收； (4) 干燥设备安装地点的可行性问题。
湿物料 I0 t0 qL x0 空气加热器 干燥空气 进口状态 t1 x1=x0 蒸汽 I1 qL qmw qm2 w2 tm2 qm1 tm1 w1 干燥器 干燥空气 出口状态 t2 x2 I2 qL
新鲜空气 冷凝水
干物料
含水量的表示方法

物料中水分含量的表示法
湿基含水率(%)定义为：
湿物料中水分的质量 100 湿物料的总质量
第三节 干燥设备
干燥过程

干燥是湿法制粒后的必需工序，其主要目的是控制 颗粒内一定比例的水分(含水量<3%)，提高颗粒稳 定性，便于进一步处理。
湿物料进行干燥时，有两个基本过程同时进行 (1) 湿物料与热空气接触时，热空气将热能传至物 料表面，再由表面传至物料内部，这是一个传热过 程； (2) 湿物料接受热量后，其表面水分首先汽化，物 料内部水分以液态或汽态扩散到物料表面，并不断 向空气主体汽化，这是一个传质过程。
变的)。对进出干燥器的空气中的水分做衡算，得：
qL ( H 2 H1 ) qmW qmW qL H 2 H1
式中， qL-绝对干燥空气流量，kg/h；H1-进入干燥器的空气 湿度，kg/kg；H2-离开干燥器的空气湿度,kg/kg。 q 1 令 l L
qmW H 2 H1
式中， l为比空气用量，即从湿物料中蒸发1kg水分所需的干空气量， kg/kg。由上式可知，比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而 与干燥过程所经历的途径无关。
热量衡算
2. 干燥器的热量计算 对干燥器作热量计算时要注意以下两点： (1) 湿物料带入的热量为产品带入的热量和汽化水分带入的热 量之和。 (2) 气体带出的热量为进口气体带出的热量和汽化水分带出的 热量之和。在过程达到稳定后，进出干燥器的各项热量如下 表所示
输入热量 湿物料带入热量 qm2cmtm1+qmWcwtm1 空气带入热量 qLI1 输出热量 产品带走的热量 qm2cmtm2 干燥空气带走热量 qLI2+qmWcwtm2+Q2 干燥器的热损失 QL
作 业

1. 今欲设计一干燥器，已知干燥器每小时干燥产品 100 kg，水分蒸发量为20 kg/h，湿料进口温度为 288 K，干燥后成品离开干燥器的温度为323 K，干 物料的比热容为1.256KJ/Kg.K，原始空气的温度为 293 K，湿含量为0.008 kg/kg干空气，经预热后空 气温度为383 K，出干燥器温度为343 K，干燥器热 损失为26169 KJ/h，湿气体的干基比热容为 1.0+1.93×x0，水的比热容为4.187 KJ/Kg.K。求 (1) 空气出口的湿含量；(2) 空气的用量；
干燥器的热量衡算
qm 2cmtm1 qmW cwtm1 qL I1 qm 2cmtm2 qL I 2 qmW cwtm2 Q2 QL
qL ( I1 I 2 ) qm 2cm (tm2 tm1 ) qmW cw (tm2 tm1 ) Q2 QL Q1 Q2 QL
特点：
集喷涂、凝聚、干燥、 冷却于一体，在一个 设备内制成无粉尘颗 粒，平均粒径0.33mm；设备体积小， 生产效率高；制得的 颗粒粒度分布小，含 量均匀。负压操作， 改善环境。
压力式喷雾干燥机 工作原理： 压力式喷雾干燥机是一种同 时完成干燥和制粒的装置。 料液通过隔膜泵高压输入， 喷出雾状液滴，然后同热空 气并流下降，大部分粉粒由 塔底排料口收集，废气及其 微小粉末经旋风分离器分离， 废气有抽风机排出，粉末由 设在旋风分离器下端的受粉 筒收集，风机出口处还可安 装二级除尘器，回收率9698%。

干燥过程
恒速干燥和减速干燥
干燥曲线图
干燥操作流程

一个完整的干燥操作流程，由加热系统、原料供给 系统、干燥系统、除尘系统、气流输送系统、控制 系统组成。
湿料
加料器 湿料 二次除尘 新鲜 空气 过滤器 鼓风机 加热器 产品 干燥器 一次除尘 引风机 排放到大气
干燥设备
干燥设备可以根据传热方式可以分为：对流
qm1 qm2 qmW
对绝干物料作物料衡算，可得：
qm c
由上面两式得：
qm1
qm 2 (100 2 ) qm1 (100 1 ) 100 100
qm 2 (100 2 ) 100 1
qmw
qm 2 (1 2 ) qm1 (1 2 ) 100 1 100 2
干燥设备
厢式干燥器
工作原理： 湿颗粒装在浅盘内， 置于支架上，空气由 风机送入，经预热器 加热到所需温度，吹 过物料表面，使物料 干燥。
特点：
经厢式干燥器的产品 含湿量不均匀，干燥 速度慢，干燥时间长， 生产能力小，热量利 用低。但是，厢式干 燥器适应性广，可用 来干燥各种状态的物 料。特别适用于小批 量、多品种的干燥生 产。

流化床喷雾造粒干燥器(一步 制粒机) 工作原理： 类似于流化床干燥器，它在 流化床中加入药物粉末，然 后通入热风流化起来，待床 层温度达到一定时，用喷液 系统将料液均匀地喷雾到床 层上，使粒子相互黏结、长 大成粒。在成粒的同时颗粒 也受到热空气的加热，最后 成为合格的干颗粒。采用流 化床喷雾干燥器能将混合、 成粒、干燥等工序合并在一 台设备上完成，故又称一步 制粒法。
干基含水率(%)定义为： 湿物料中水分的质量 x 100 湿物料中绝干物料质量
x
1
例如，已知湿物料100kg，其中含水分40kg，此时湿基含水 率w=40/100=40%,干基含水率x=40/(100-40)=66.67%。
水分蒸发量的计算

通常在设计时已知干燥产品产量qm2，湿含量w1、w2，确定水 分蒸发量qmw。 对干燥器作物料衡算，可得：
传热、传导传热、辐射传热。
对流传热：对流传热是指由流体宏观运动而
引起的热量传递过程，运动着的流体起了载 热的作用。
传导传热：是指在不涉及物质转移的情况下，
热量由高温侧向低温侧的传递。
辐射传热：当物体向外界辐射的能量与其从
外界吸收的辐射的能量不相等时，该物体与 外界就产生了热量传递。 特点：可以在真空中传递，无需任何介质。
式中， cm-产品的比热容，kcal/(kg. oc)； cw-水的比热容， kcal/(kg. oc) 即热空气放热等于产品升温吸热、湿分汽化吸热、热损失三 者之和。 由物料计算和热量计算可得，
I 1 I 2 Q1 Q2 QL x2 x1 qmW
t 1t2 Q1 Q2 QL x2 x1 ch qmW