第六章_干燥原理与设备详解

（1）恒速干燥时间t1
因恒速干燥阶段的干燥速率U等于临界干燥速率Uc， U Uc 则：
D
C
B A
分离变量积分得： 则： t1

t1
0
dt
xc
xi
md dx UcA
(6 4)
E X* Xc
Xi
md ( xi xc ) (6 5) UcA
第一节 干燥速率与干燥时间
(2)降速干燥时间t2
图6-3 恒定干燥条件下干燥曲线
第一节 干燥速率与干燥时间 3、影响干燥速率的因素
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(1)物料的性质 包括物料的物理结构、化学组成、形状和大小、物 料层的厚薄以及与水分的结合方式。 (2)干燥介质的温度、湿度和流速
(3)干燥的速度及方法 当干燥速度过快时，物料表面水分蒸发速度
大大超过内部水分扩散到物料表面的速度，致使表面粉粒黏结， 甚至熔化结壳，阻碍了内部水分的扩散和蒸发，形成假干燥现象。
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图6-2恒定条件下物料干燥曲线
第一节 干燥速率与干燥时间
CD段称为第一降速干燥阶段，DE段称 为第二降速干燥阶段，达到E点后，物 料的含水量已降到平衡含水量X*，这种 条件下即使再干燥，也不可能再降低物
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料的含水量。
C点为恒速干燥阶段转入降速干燥阶 段的转折点，称为临界点，该点的干燥
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卧式多室流化床干燥器
第二节 干燥的分类
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（一）按操作方式：连续式干燥和间歇式干燥。 连续式干燥具有生产能力大，干燥质量均匀，热 利用率高，劳动条件好等优点；间歇式干燥具有 设备投资少、操作控制方便等优点，通常用于小 批量生产、处理量少或多品种生产。 （二）按操作压力：常压干燥和真空干燥。没有 特殊要求的物料干燥宜常压干燥，生产中多采用 此类干燥；而对于热敏性或易氧化物料的干燥选 择真空干燥。
E X* X0 Xc
Xi
干燥曲线
第一节 干燥速率与干燥时间
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例6-1：已知某物料在恒定空气条件下，将含水量从0.1kg/kg绝 干物料干燥至0.04kg水/kg绝干物料共需5小时，问将此物料继 续干燥至0.01kg水/kg绝干物料还需多长时间（该物料xc=0.05kg 水/kg绝干物料，x*=0.005kg水/kg绝干物料）。
根据干燥曲线中的CE段，可得：
a
Uc U0 或a xc x * x x*
0
带入上述式子中，得：
md xc x * xc x * t2 ln A Uc x x*
0
U Uc D
C
B A
3.干燥过程总时间 对于连续干燥，物料干燥所需时间为 t=t1+t2 对于间歇式干燥，若每批卸料时间为t3，物料干燥所 需的全部时间为： t=t1+t2+t3
相对湿度/%
=100%
图6-1 固体物料中水分性质示意图
第一节 干燥速率与干燥时间 2.干燥速率和干燥特性曲线
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干燥速率是指在单位时间内在单位干燥面积上气化的水分
质量，以微分形式表示为：
式中： U——干燥速率， kg/（m2· s）； A——干燥面积，m2； W——气化水分量，kg； t——干燥所需时间，h； md——湿物中绝对干燥重量，kg； X——湿物料的含水量，（kg水∕kg绝对干料） 式中负号表示物料含水量随干燥时间增加而减少。
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物料在降速干燥阶段时，干燥速率U不是常数，会随着物料含水量x减少而降低 对式（6-2）分离变量积分得：
md dx t2 ( 6 6) A U x
0
xc
用解析方法，近似求算t2值 这种方法是假定在降速阶段，物料干燥速度U与干 基含水量x成线性关系，这样U和x的关系可写成 下式：
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1-保温层 2-加热器
3-料板
4-风机
第二节 厢式干燥器 二、穿流气流厢式干燥器
穿流气流厢式干燥器结构与平流
式比较，将烘盘换成筛网，用挡 板让热风在物料层穿流而过，可
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以提高传热效率。为使热风在物
料中形成穿流，物料以粒状、片 状、短纤维等宜于气流通过为宜。 由于气流穿过物料层，因接触面 积增大、内部湿分扩散距离短， 干燥热效率要比水平气流式的效 率高2～4倍。
第一节 干燥速率与干燥时间
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1、干燥的概念
概念：即是借助于热能使物料中水分或其他溶剂蒸发或用 冷冻将物料中的水分结冰后升华而被移除的单元操作。
目的：
①便于固体物料的贮存、运输和计量； ②保证固体物料的质量及化学稳定性； ③方便加工、包装。
第一节 干燥速率与干燥时间
固体物料中水分的性质
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2
3
抽 真 空
1
1-空心隔板；2-真空表；3-冷凝器
真空厢式干燥器
真空厢式干燥器
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注意事项
干燥完毕后，一定要先将真空泵与干燥箱连接的 真空阀门关闭，然后缓缓放气，去除物料，最后 关闭真空泵。如果先关闭真空泵，真空箱内的负 压就可能将冷凝器内或真空泵里的液体倒吸回干
燥器中，造成产品污染并有可能损坏真空泵。
(4)压力 减压是促进和加快干燥的有效措施；真空干燥能降低干燥
温度，加快蒸发速度，提高干燥效率。 (5)干燥设备的结构 设备的结构对上述因素都有不同程度的影响.
第一节 干燥速率与干燥时间
3、干燥时间的计算
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实验得到的干燥速率曲线分为：预热段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段。由于 预热段经过的时间较短并入恒速段。 下面分别计算两段干燥时间。
U Uc D
C
B A
U ax b
微分得：dU=adx
md U dU md Uc 带入式6-6得：t 2 ln U aA U aA U 0
c 0
E X* X0 Xc
Xi
第一节 干燥速率与干燥时间
md U dU md Uc t2 ln U aA U aA U 0
c 0
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真空耙式干燥箱
优点：与厢式干燥器相比， 劳动强度低，物料可以是膏 状、颗粒状或粉末状，物料 含水量可降低至0.05% 缺点：干燥时间长，生产能
蒸 汽 夹 套
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耙 式 搅 拌 器
力低，卸料不易干净，不适
合需经常更换品种干燥
带式干燥器
制药企业里主要使用的是单级带式干燥器和多层带式干燥器
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百度文库
第二节 干燥的分类
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（三）按供给热能的方式可分为： 传导干燥 将湿物料与设备的加热面（热载体）相接触， 热能可以直接传递给湿物料，使物料中的湿分汽化，同时 用空气（湿载体）将湿气带走。 对流干燥 对流干燥就是利用加热后的干燥介质，将热量 带入干燥器并以对流方式传递给湿物料，又将汽化的水分 以对流形式带走。 辐射干燥 热能以电磁波的形式由辐射器发射，湿物料吸 收后转化为热能，使物料中的水分汽化，用空气带走。 介电干燥 湿物料置于高频交变电场之中，湿物料中的水 分子在高频交变电场内频繁地变换取向的位置产生热量 冷冻干燥 将湿物料或溶液在低温下冻结成固态，在高真 空下供给热量将水分直接由固态升华为气态的去除水干燥 过程。
第三节 厢式干燥器
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箱式干燥又称室式干燥，一般小型的设备称烘箱，
大型的称烘房，属于对流干燥，多采用强制气流 的方法，为常压间歇操作的典型设备，可用于干 燥多种不同形态的物料。 按气体流动方式可分为平行流式、穿流式、真空 式等
第三节 厢式干燥器
一、水平气流厢式干燥器 如图所示，水平气流厢式 干燥器整体呈厢形，外壁是 绝热保温层，厢体上设有气 体进出口，物料放于盘中， 盘按一定间距放于固定架， 或是小车型的可推动架上， 小车能方便地进出。 水平气流厢式干燥器适 用于干燥后期易产生粉尘的 泥状物料、少量多品种湿物 料的粒状或粉状。
第六章 干燥原理与设备
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学习目标
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1、掌握干燥的概念；掌握干燥的过程、影响因素和干 燥时间的计算；熟悉干燥的分类。 2、熟悉厢式干燥设备的分类、结构特点、适用范围及 操作技术；熟悉带式干燥设备的分类、结构特点、适 用范围及操作技术。 3、掌握流化干燥原理、特点及设备的分类、结构特点、 适用范围及操作技术；掌握喷雾干燥的原理、特点。 4、熟悉冷冻干燥的原理、特点、干燥过程及设备的结 构组成。 5、了解其他干燥设备。
单级带式干燥器
优点：操作灵活，密闭干燥，劳动条 件好，结构简单，操作、维修方便 缺点：占地面积大，噪声大
1
2 3 4
多层带式干燥器
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优点：占地少，结构简单，具有相同的干燥时间，适合于具 有一定粒度的成品药物干燥
缺点：被干燥物料状态选择范围较窄
流化床干燥器
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流化床干燥又称沸腾床干燥，利用热空气流使湿颗粒悬浮，呈流化态， 似“沸腾状”，热空气与湿颗粒间在动态下进行热交换，达到干燥目 的的一种方法。
1-料盘；2-过滤器；3-盖网；4-风机
第二节 厢式干燥器 三、真空厢式干燥器 对于不耐高温、易氧化的物 料,或是贵重的生物制品可以 选用真空厢式干燥器。 干燥时，将料盘放于每层空 心隔板之上，隔板中通常加 热蒸汽或热水。关闭厢门， 用真空泵将厢内抽到所需要 的真空度后，打开加热装置 并维持一定时间。
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物料的湿含量X/（kg水/绝干物料）
非结合 水分 X’
总 水 分
X* 结合 水分
自 由 水 分
平衡 水分
物料中水分被干燥到所产生的蒸气 压刚好等于空气中水蒸气的分压时， 两者处于平衡状态，干燥不再进行， 此时物料中的水分就是平衡水分。 可用干燥方法除掉的水分是自由水 分。 结合水指物料中与物料间借化学力 或物理和化学力相结合的水分。 非结合水系指机械地附着于物料表 面、存积于大孔隙或颗粒堆积层中的 水分。 结合水与平衡水分 有何区别和联系？
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图6-2恒定条件下物料干燥曲线
第一节 干燥速率与干燥时间
曲线CE表示干燥速率随着物料湿度 的下降而下降，水分自物料内部向 表面扩散的速率低于物料表面上水 分汽化的速率，随着物料内部含水 量的减少，水分由物料内部向表面 传递的速率慢慢下降，因而干燥速 率也就越来越低，这个阶段称为降 速干燥阶段。 在降速干燥阶段，干燥速率主要决 定于物料本身的结构、形状和大小 等，而与空气的性质关系不大，所 以降速下燥阶段又称为物料内部扩 散控制阶段。
工作原理
1─引风机；2─料仓 ；3─星形下料器； 4─集灰斗；5─旋风 分离器；6─皮带输 送机；7─抛料机； 8─卸料管；9─流化 床；10─加热器； 11─鼓风机；12─空 气过滤器
流化床干燥器
特点:①固体颗粒体积小，单位体积内表面积 极大，与干燥介质能高度混合；同时固体颗粒 在床层中不断进行激烈运动，表面更新机会多， 传热、传质效果好；②物料在设备中停留时间 短，适用于某些热敏性物料的干燥；③设备生 产能力高，可以实现小设备大生产的要求；④ 在同意个设备中，可以进行连续操作，也可进 行间歇操作；⑤物料在干燥器内停留时间，可 以按需要进行调整，多产品含水量要求有变化 或物料含水量有波动的情况更适合；⑥设备简 单，费用较低，操作和维修方便。 缺点：对物料颗粒度有一定要求，一般不小于 30μm，不大于6mm；一般不适合湿含量高而 且黏度大、易粘壁和结块的物料；纵向反混剧 烈，物料停留时间不均匀，有可能未经干燥的 物料随着产品一起牌纯
第一节 干燥速率与干燥时间
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思考题：有一间歇操作干燥器，若将该
物料由含水量w1=27%干燥到w2=5%（均 为湿基），湿物料的质量为200kg，干燥
表面积为0.025m2/kg干物料，装卸时间
τ′=1h，试确定每批物料的干燥周期 （ xc=0.20kg水/kg干物料，平衡含水量
x*=0.05kg水/kg干物料）。
速率（Uc）等于恒速干燥阶段的干燥速
率，对应的湿含量（Xc）称为临界湿含 量(或临界含水量)。
图6-2恒定条件下物料干燥曲线
第一节 干燥速率与干燥时间 干燥速率U与物料的
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平均湿度X的关系曲
线，称为干燥速率曲 线。典型的干燥速率
曲线如图6-3所示。
图中BC表示恒速阶段， CE表示降速阶段，C 为临界点。
第一节 干燥速率与干燥时间
3、干燥曲线 物料的平均湿度（X）和干燥时间 （t）的关系曲线，称为干燥曲线， 如图6-2。 AB段为预热阶段，所需时间较短 可以忽略。BC段表示物料的平均 湿度随时间而呈直线下降，在这 段时间内，物料的表面非常湿润， 物料表面水分为非结合水分，在 恒定的干燥条件下，物料干燥速 率保持不变，称为恒速干燥阶段。 在此阶段，物料内部水分扩散速 率大于或等于表面水分汽化速率。