第04章生物产品干燥设备

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第四章 生物产品干燥设备
第一节 固体物料干燥机理 第二节 干燥设备
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第一节 固体物料干燥机理
一、物料中水分的性质 二、干燥机理 三、生物产品干燥的特点
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一、物料中水分的性质
物料中所含水分的性质与物料内部结构有关，且 取决于水分与物料的结合方式。根据物料中水分除去 的难易程度，将其分为以下三种： 表面水分：存在物料的表面（自由水分）。 游离水分：存在于产品外及多孔物料的毛细管中， 它与物料的结合弱，游离水能够通过毛细管作用达到 物料表面（毛细管水分）。 结合水分：与物料结合，缔结力强。主要有渗透水 分、结构水分等（膜包围水分）。
生物工程设备
主讲：潘康成
Baidu Nhomakorabea
四川农业大学动物医学院生物工程系 潘康成 制作
2008年4月28日
目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 培养基的制备设备 空气除菌设备 生物反应设备 生物产品干燥设备 固-液分离设备 萃取设备 层析和离子交换设备 蒸发和结晶设备 生物制药生产GMP规范要点
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1.单层圆筒形沸腾干燥器
空气由鼓风机送送入加热器，加热后进入沸腾干燥器 的下部，通过多孔板使被干燥的物料在干燥器内沸腾状 态下翻动，通过沸腾床的空气由器顶进入旋风分离器、 布袋滤器净化和捕集细粉末，最后排出空气。湿料以连 续或间歇进入干燥器。
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2.单层卧式多室流化床干燥器
也称箱式流化床干燥。干燥器内具有长方形的横截 面，底部为多孔金属网板（筛），网板上方有4-7块竖立 的挡板把沸腾床分隔成若干室，挡板可上下移动以调节 与网板间的距离，每一小室下方有热空气进口支管，各 支管热空气流量根据不同要求用阀门控制。
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三、沸腾干燥设备
沸腾干燥也称流化床干燥。是利用流态化技术，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而干燥的过程。 沸腾干燥的优点：a.传热传质速率大：颗粒在气流中自由翻动， 颗粒周围的滞流层几乎消除；b.干燥温度均匀，易于控制：颗粒 在干燥器中的停留时间可以控制，可使物料最终含水量降到很低 水平，且不易出现过热现象；c.干燥与冷却可以连续进行，干燥 与分级可同时完成，有利于连续化、自动化，设备简单，生产能 力高，耗能小。因此沸腾干燥在工业上广泛采用。 沸腾干燥的缺点：a.干燥颗粒直径要求30um-6mm：过小易产 生局部沟流，过大对气流产生较大阻力，动能消耗大；b.处理物 料的含水量：粉末2-5%，颗粒状10-15%；c.干燥物料不能结块， 粘性大的物料不适宜。 目前沸腾干燥设备主要应用的有：单层圆筒形沸腾干燥器、单 层卧式多室流化床干燥器和沸腾造粒干燥器。
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三、生物产品干燥的特点
生物产品的干燥机理与化工产品干燥基本相同，但 生物产品的特殊性，因此干燥条件与化工产品有别。 生物产品一般为热敏物质。干燥过程温度高、受热 时间长，都将影响产品的稳定性或受不同程度的破坏。 因此生物产品干燥必须是快速高效，加热温度不宜过 高，产品与干燥介质的接触时间不能太长，干燥产品 应保持一定的纯度，在干燥过程中不得有杂质混入。 根据生物产品的特点，生物产品的干燥常采用：喷 雾干燥、气流干燥、沸腾干燥、冷冻干燥等干燥方法。 但各企业根据自身的情况进行选择安装和操作。
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第二节 干燥设备
一、气流干燥设备 二、喷雾干燥设备 三、沸腾干燥设备 四、真空干燥设备 五、冷冻干燥设备
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一、气流干燥设备
（一）气流干燥原理及特点 气流干燥是利用高速热气流将物料在流态输送过程进行干燥 （二）气流干燥设备及流程 的过程。干燥操作中，湿物料在热气流中悬浮，颗粒被热空气 1.长管式气流 包围，使湿物料在流动过程中最大限度地与空气接触，气体与 干燥设备及 固体间进行传热和传质，达到干燥目的。适用于：味精、柠檬 流程：图 酸、四环素类抗生素等的干燥。该干燥特点：
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二、喷雾干燥设备
（一）喷雾干燥的原理及特点
喷雾干燥是利用不同的喷雾器将悬浮液或高度分散 （二）喷雾干燥设备 的溶液喷成雾状，与热空气之间发生热量和质量传递而 喷雾干燥的关键是料液雾化，它关系到喷雾干燥的技术 进行干燥的过程。要求将料液分散成极细的雾滴，使雾 经济指标、产品质量。理想的喷雾器要求：喷雾粒子均 滴与热空气产生剧烈的热质交换，在几秒到几十秒内迅 匀，结构简单、产量大、能耗小。 速排出物料水分而获得干燥。适用于：酵母、核苷酸、 喷雾器主要有：压力式喷雾器、气流式喷雾器、离心式 抗生素等生物产品的干燥。 喷雾器。后两种设备应用较多。 其优点：a.干燥速度快、时间短：一般3-30S完成；b. 干燥温度较低：一般50-60℃，特别适宜热敏性物料的 干燥；c.产品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。 其缺点：1.干燥室的体积很大；2.能耗大，干燥介质 用量多，热量利用不经济；3.产品出现粘壁现象。
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1、气流式喷雾器 利用高速气流对料液产生摩 2、离心式喷雾器
擦撕裂作用而把液滴拉成细丝 利用在水平方向作高速旋转的 3、液压式喷雾器 雾状。采用压力0.15-1.5MPa的 圆盘给予料液以离心力，使其高 又称机械式喷雾器。料 压缩空气，气流流速一般为200速甩出，形成液膜、细丝或液滴， 液经高压泵以2-20MPa的 300m/s。 同时受周围空气的摩擦、阻碍、 压强从切线方向进入喷嘴 气流喷雾器常用内部混合式 撕裂等作用形成细雾而干燥过程。 的旋转室或经过斜槽进入 即气体与料液在喷嘴内部混合 离心盘的直径一般为100-300mm， 旋转室使其获得一定动能， 后喷出，喷出雾滴均匀。下图 转盘的圆周速度一般为90-140m/s。 当旋转的液体从喷嘴口喷 为内部混合式喷雾器结构。 结构如图： 出时，因其压强急速下降， 速度增加，使料液形成空 心锥形旋转液膜，液膜伸 长成细丝，最后断裂成雾 滴。结构如图：
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二、干燥机理
在干燥前，常采用沉淀、过滤、离心分离、压榨等 机械方法先尽量使物料脱水。 干燥过程机理是在不沸腾的状态下用加热汽化方法 驱除湿物料中所含液体(水分)的过程。干燥介质--空气 既为热载体，也为湿载体。 干燥有两个过程同时进行：一是热量由气体传递给 湿物料，使物料温度升高，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。 干燥与蒸发的异相点: 相同点：都以汽化为手段。 不同点:蒸发时是液态物料中的水分在沸腾下汽 化, 干燥时，被处理的常是含有水分的固态物料(或糊状物 料)，水分是在低于沸点沸腾状态下汽化。
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3.沸腾造粒干燥器
沸腾造粒干燥是将造粒操作与干燥操作相结合的干燥过程。结 沸腾造粒干燥器有逆流沸腾造粒干燥器和强制循环沸 构如图。 操作时先在沸腾床内铺一定量的颗粒作底料，热空气 腾干燥器。结构如图。 通过筛板进入沸 腾床，当物料呈 沸腾状时，料液 由雾化器喷入， 均匀地涂布在固 体颗粒表面进行 干燥。颗粒直径 逐渐增大，达到 一定粒度和干燥 后，从卸料器排 出。大颗粒在下 而小的颗粒在上 继续增大。
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四、真空干燥设备
真空干燥是利用真空状态下物料中的水分由液态变 成气态而除去。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干燥过程中产生有毒有害 气体、需回收溶剂等物质可采用真空干燥。
a.干燥强度大：气体流速大（10-20m/s)，固体与气体产生剧烈 相对运动，气固之间接触面积大，传热和传质效果好。 b.干燥时间短：在干燥管内停留的时间仅1-5s。对一些热敏性 2.旋风式气流干燥设备及流程：图 物料可采用相对较高的介质温度。 旋风式气流干燥设备无长的干燥管，结构紧凑，不需高大厂房。 c.适用性广：干燥物料粒径约0.1-10mm，含湿可大至30-40%。 物料从干燥器上部以切线进入，在干燥器内螺旋向下到底部后 d.设备结构简单，占地小，生产能力大，能连续操作，可实现 再折向中央排气管排出。 自动化，但风管较高，对厂房建筑有一定要求。 物料在风管的作用力：a.气流推力；b.旋转的离心力；c.物料自 e.缺点：风速较高，对物料有一定的磨损，不适合对晶形有要 身重力。 求的物料，同时黏度大的物料也不适合。热能利用率低仅为 30%左右。