第八章 干燥技术

厢式干燥设备

由一个或多个小格（室）组成；

干燥媒介的流动方式：自然对流、强制平行流动、强制穿流
流动；

使用范围：适用于粒状、晶状和片状产品 优缺点：结构简单，但能耗大，热效低，现已逐渐被淘汰。
气流干燥设备
干燥介质为热干空气 使用范围：含非结合水的粉末或颗粒物料的干燥； 优点：结构简单，传热系数大，干燥速度快



因此，干燥速率也是一个定值；
实际上，该阶段的干燥速率决定于物料表面水分汽化的速率、决 定于水蒸气通过干燥表面扩散到气相主体的速率。因此，又称为 表面汽化控制阶段。 此时的干燥速率几乎等于纯水的汽化速度，和物料湿含量、物料 类别无关； 影响因子主要有：空气流速、空气湿度、空气温度等外部条件。


操作压力 常压 真空 操作方式 连续 传热方式(或组合)
间歇 导热 对流 辐射 介电加热
湿物料水分含量的表示方法
湿物料是绝干固体与液态湿分的混合物。 湿度m：水分在湿物料中的质量百分数。
m 水分质量 100% 物料总质量
湿含量M：湿物料中的水分与绝干物料的质量比。
M
换算关系：
水分质量 纯干物料总质量
降速干燥阶段

物料湿含量降至临界点以后，便进入降速干燥阶段。

在降速干燥阶段，非结合水已经被蒸发，继续进行干燥，只 能蒸发结合水。
结合水的蒸气压恒低于同温下纯水的饱和蒸汽压，传质、传 热推动力逐渐减小，干燥速率随之降低； 干燥空气的剩余能量被用于加热物料表面，物料表面温度逐 渐升高，局部干燥。 在这一阶段，干燥速率取决于水分和蒸汽在物料内部的扩散 速度。因此，亦称为内部扩散控制阶段，与外部条件关系不 大。 主要影响因素为物料结构、形状和大小
热空 气流 过湿 物料 表面
热量 传递 到湿 物料 表面 传热过程
内部 水分 扩散 到表 面 传质过程
传热推动力：热空气的温度t空气 >物料表面的温度t物表
干燥曲线和干燥速率曲线
干燥速率曲线：干燥速率 U 或干燥速度 N 与湿含量 X 的关系曲线。 干燥过程的特征在干燥速率曲线上更为直观。
干燥速率 U 或 N C
– 安装的可行性
干燥设备
针对热敏性物质开发的单元操作有： – 瞬时快速干燥：接触时间短、气流温度高 – 喷雾干燥：时间短、热效低、可同时造粒
– 气流干燥：接触时间较长
– 沸腾干燥：接触时间最长，热效最高 – 低温干燥：适用于粘稠状物料，活性保持最好
– 微波干燥：时间短，效率高
– 红外干燥：温度高，干燥速度快
M
p
注意：只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干燥即可进 行，与气体的温度无关。气体预热并不是干燥的充要条件，其目的 在于加快湿份汽化和物料干燥的速度，达到一定的生产能力。
对流干燥过程实质
湿物 料表 面水 分汽 化并 被带 走 传质过程 干燥过程推动力 传质推动力：物料表面水分压P表水 > 热空气中的水分压P空水 表面 与内 部出 现水 分浓 度差
m
M 1 M
M
m 1 m
工业生产中，物料湿含量通常以湿度表示，但由于物料的总质量在
干燥过程中不断减少，而绝干物料的质量不变，故在干燥计算中以 湿含量表示较为方便。
湿分分类
一定干燥条件下，按能否除去，分为平衡水分与自由水分。 平衡水分：等于平衡含水量 X* 的水分，是不可除水分。
自由水分：高于平衡含水量 X* 的水分，是可除水分。
喷雾干燥设备

采用雾化器，将料液分散成细小雾滴，在喷雾干燥器内 直接进行干燥，并采用旋风分离器对干燥后的物料进行 回收；

优点：传热表面积大，干燥时间短，适用于抗生素、酵
母粉、酶制剂等热敏性物质的干燥；并可将蒸发、结晶 、过滤、粉碎等过程集成于一次完成。

缺点是热效低、能耗大、设备体积过大
I
B A
由于物料预热段很短，通常将其并入 恒速干燥段； 以临界湿含量 Xc 为界，可将干燥过程 只分为恒速干燥和降速干燥两个阶段。
C’
II
D D
物料温度
tw
C
B A
X*
Xc
湿含量 X
恒速干燥阶段

湿物料表面为非结合水所湿润，物料表面温度是该空气状态下的 湿球温度； 此时，传热推动力（温度差）以及传质推动力（饱和蒸汽压差） 是一个定值；
一定干燥条件下，水分除去的难易，分为结合水与非结合水。
非结合水分：与物料机械形式的结合，附着在物料表面的水，具有和独立存
在的水相同的蒸汽压和汽化能力。 结合水分：与物料存在某种形式的结合，其汽化能力比独立存在的水要低， 蒸汽压或汽化能力与水分和物料结合力的强弱有关。
热干燥过程的基本流程
新鲜空气 过滤器 鼓风机 加热器
中多余的湿份。
除湿方法
机械除湿——如离心分离、沉降、过滤。 物理化学除湿——加干燥剂如硅胶、无水氯化钙、石灰等 干燥 ——利用热能使湿物料中的湿份汽化。除湿程
度高，但能耗大。
惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除去，
然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以降低
除湿的成本。
干燥分类
排放
引风机
二次除尘
一次除尘 干燥器
湿 料
产品
对流干燥过程原理
热气体流过湿物料的表面，物料表面温度低 于气体温度 ; 由于温差的存在，气体以对流
H
t ti pi q W
方式向固体物料传热，使湿份汽化；在分压
差的作用下，湿份由物料表面向气流主体扩 散，并被气流带走。 干燥是热、质同时传递的过程 干燥介质：用来传递热量（载热体）和湿份 （载湿体）的介质。
第八章 干 燥技术 Drying
主要内容
干燥基本知识
热干燥 冷冻干燥
干燥的基本概念

用热能加热物料，使物料中湿分蒸发而干燥或者用冷冻法使 水分结冰后升华而除去的单元操作；

通常是制药产品分离的最后一步； 在制药生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多的水 分或有机溶剂 (湿分)，要制得合格的产品需要除去固体物料
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制药产品常用的干燥方法
气流干燥
喷雾干燥 冷冻干燥
干燥设备的分类与选择原则
干燥设备选择原则
– 被干燥物料的性质：湿物料的物理特性、干物料的 物理特性、腐蚀性、毒性、可燃性、粒子大小及磨 损性； – 物料的干燥特性：湿分的类型（结合水、非结合水 ）、初始和最终湿含量、允许的最高干燥温度、产 品的色泽、光泽等； – 粉尘及溶剂回收