第十章干燥设备

n B. 根据干燥强度
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第十章干燥设备
（三）附属设备
n 1. 空气加热器：传热面积
n 2. 粉尘分离器：扩散式旋风分离器
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第十章干燥设备
三、流化床干燥原理及设备
n （一）流化床干燥原理及特点
n 原理：利用热空气使置于筛板上的颗粒 状湿物料呈沸腾状态的干燥过程（空气 流速与物料自由沉降速度相等）
性广；结构简单等。
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第十章干燥设备
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第十章干燥设备
（二）气流干燥设备
n 长管式气流干燥器：空气过滤器、空气 加热器、干燥管
n 旋风式气流干燥器 n 计算：
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第十章干燥设备
PG正负两级气流 干燥机
n 流程示意 图
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第十章干燥设备
n QG系列气流干 燥机
热量和质量传递的干燥过程 n 特点：干燥速度快、干燥温度较低、产
品分散性和溶解性良好 n 流程见图2-5-12，313面
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（二）喷雾干燥设备
n 关键：喷雾器； n 压力式喷雾器（压力喷雾干燥塔） n 气流式喷雾器（气流喷雾干燥塔） n 离心式喷雾器（离心喷雾干燥塔）
n 热效率比间歇干燥高，容易实现自动化， 操作人员少，
n 大量处理及热敏性物质的干燥
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第十章干燥设备
我国干燥设备现状
n 数百家干燥设备制造企业 ，干燥设备行 业协会
n 基本上已经满足国内市场的需求，某些 型号的设备还出口到国外
n 接近或达到90年代国际水平 n 仍有差距
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第十章干燥设备
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第十章干燥设备
2. 离心喷雾干燥塔
n 酶制剂； n 高速旋转圆盘产生离心力将料液甩出，
与空气摩擦等作用而成细雾状被干燥的 过程 n 热风盘和离心喷雾机
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第十章干燥设备
计算
n 1. 喷雾干燥室直径： n A. 根据喷距半径：
n或
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第十章干燥设备
n 汽化控制（表面汽化速率小于内部扩散 速率）和内部扩散控制（内部扩散速率 小于表面汽化速率），可通过改善内、 外部传递因素而强化
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（三）恒速干燥和降速干燥
n 1. 干燥速度（v）
n 2. 恒速干燥阶段 n 3. 降速干燥阶段
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1. 干燥速度（v）
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第十章干燥设备
冷冻部分
n 蒸汽压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷和吸 收式制冷
n 蒸汽压缩式制冷：压缩、冷凝、膨胀、 蒸发
n 制冷剂：氟里昂、氨、二氧化碳等 n 载冷剂：空气、乙醇、氯化钙溶液
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2.真空部分
n 压力应为冻结物料饱和蒸汽压的25%50%
第十章干燥设备
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2020/11/28
第十章干燥设备
概论
n 固体产品；
n 利用热能除去固体物料中湿份的单元操 作
n 产品生产最后工序
n 常用方法：对流干燥、冷冻干燥、 真空干燥、微波干燥等
n 主要内容：干燥设备和计算
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第十章干燥设备
分类方式
n 热能传递给湿物料的方式：直接干燥、 间接干燥、介电加热干燥
n 小批量生产，处理量少或多品种生产；与干燥 衔接的前后工段生产不连续；物料的供给、成 品的排出和物料在干燥器内连续输送有困难； 干燥时间极长的物料
n 设备简单，操作中故障少，投资和操作费用少； n 其缺点是物料受热时间长，不适用热敏物料；
劳动强度大；自动控制比较麻烦
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第十章干燥设备
连续操作
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第十章干燥设备
第三节 绝热干燥设备
n 一、气流干燥原理及设备 n 二、喷雾干燥原理及设备 n 三、流化床干燥原理及设备
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第十章干燥设备
一、气流干燥原理及设备
n （一）气流干燥原理 n 热气流将物料在流态下干燥 n 潮湿分散状态颗粒湿物料，悬浮在热气
流中， n 特点：干燥强度大；干燥时间短；适用
第十章干燥设备
一、冷冻干燥原理及设备
n （一）冷冻干燥原理及特点
n 原理：升华干燥，将物料低温冷冻成固 态，高度真空下，将固态水分直接升华 为气态的过程
n 水的三相点的压力为610.5Pa，温度为 0.0098℃。三相点以下的水只有固态和 气态，相变只在这两相间发生
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第十章干燥设备
n 固态的水可通过吸收外部提供的热能， 无需经过液态直接升华为水蒸汽从物料 中逸出，实现脱水。因此，真空冷冻干 燥又被称为升华干燥。从理论上说，真 空冷冻干燥的操作区域只需在水的三相 点以下即可
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第十章干燥设备
n 设计时，H=2Hf n 扩大段高度和直径：以最小粉尘不被带
出的速度计算
n 干燥室直径：
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第十章干燥设备
（4）物料停留时间
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第四节 冷冻干燥及其他设备
n 一、冷冻干燥原理及设备 n 二、微波干燥原理及设备
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n （1）临界流化速度
n 方法2
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（2）操作流化速度
n 大于临界流化速度而小于带出速度
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（3）流化床几何尺寸
•Hs——0.05-0.30米 •f——0.55-0.75
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已知流化速度时
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第十章干燥设备
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冷却干燥过程
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特点
n 温度低，高度热敏性物料，有效物质损 失少
n 挥发性成分损失少； n 限制微生物生长和酶的作用，保持原物
料外观形状； n 体积结构不变；
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第十章干燥设备
n 速溶性和快速复水性良好
n 应用最广泛
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2．间接干燥
n 物料干燥所需要的热量通过金属等材料 直接传递
n 干燥速度慢，设备造价高，但热效率高 n 间接干燥设备有：真空干燥、冷冻干燥、
辐射干燥
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3．介电加热干燥
n 高频高燥和微波干燥等
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第十章干燥设备
间歇操作
n 设备：密闭干燥室、冷凝器和真空泵组 成
n 真空箱式干燥器：干燥室，中空盘架
n 带式真空干燥器：液状浆状，
n 耙式真空干燥器
n 机械真空泵和蒸汽喷射泵
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第十章干燥设备
SZG系列双锥 干燥机
n SZG系列双锥 干燥机示意图
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第十章干燥设备
YZJ真空干燥机
n 圆通真空干燥 机
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第十章干燥设备
计算
n 1. 颗粒悬浮速度： n 基尔比切夫准数与雷诺准数的关系（图
2-5-10）：
n 悬浮速度：
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第十章干燥设备
空气与物料对流传热系数
•Nu可以按Re与Nu（努塞尔特准数） 关系查出，图2-5-11，教材310
•为空气在干燥管内平均温度下的导 热系数
n 原则：产品质量要求（活性）、产品纯 度（无菌、密闭、灭菌设施）、物料的 特性、产量及劳动条件
n 干燥设备类型见表2-5-1，教材299面
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第二节 非绝热干燥设备
n 一、常压干燥设备——麦芽干燥塔 n 二、真空干燥设备
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第十章干燥设备
一、常压干燥设备——麦芽干 燥塔
活化能有关 n 酶和蛋白质等的失活动力学：
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第十章干燥设备
失活方程
• p,p0——起始时刻及t时产物的活性
•E——产物失活时的活化能
•Z——频率因子
•T——t时刻的温度
•R——常数 PPT文档演模板
第十章干燥设备
三、干燥设备的选型原则
n 处理物料的理化性质、生物化学性能及 其生产工艺，热敏性而言的类型：瞬时 快速干燥设备、低温干燥设备及其他
（一）物料中水分的性质
n 物料含水性质：游离水和结合水 n 游离水：细胞外或毛细管中，结合力弱，
可以流动，容易除去 n 结合水：渗透水、结构水分，结合力强，
难以流动，难除去
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（二）干燥机理
n 传热传质同时进行，空气为载热体和载 湿体
n 传质速率：内部向表面的扩散（湿度 差）；汽化并被带走（表面气膜内与气 流主体中水分蒸汽分压差）
n （一）单层高效麦芽干燥塔结构与操作 n 优点：生产能力大，机械化操作，自动
控制；技术经济和热力指标良好；结构 简单，造价低
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（二）设计计算
n 1. 生产能力：
n 2. 空气耗量（含水量大于10%） n 水分蒸发速率：
n 3. 热量计算：干燥初期热量消耗
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• v——干燥速度； m1——汽化水分量 • m2——湿物料量； A——干燥面积 •——湿物料的湿含量（干基）
•t——干燥时间
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2. 恒速干燥
n 湿物料表面温度等于空气湿球温度，温 差不变，传热速率恒定，传质速率恒定；
n 速度取决于表面汽化速率（外部干燥条 件），表面汽化控制阶段
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高速离心喷雾干 燥机
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n 压力喷雾式干 燥机
第十章干燥设备
1.气流式喷雾器（气流喷雾干 燥塔）
n 结构见2-5-13 n 以高速气流通过喷嘴（孔径1-4mm）时
将料液吸入、雾化， n 内部混合式和外部混合式
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n 游离水分为主
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3. 降速干燥阶段
n 低于临界点， n 升温下进行 n 干燥速度取决于物料本身性质和干燥温
度 n 内部扩散控制阶段 n 结合水为主
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第十章干燥设备
二、生物工业产品干燥的特点
n 热敏性物质 n 快速高效，温度适宜，干燥时间要短，
不应混入杂质 n 干燥失活或变质：干燥温度、维持时间、
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2.沸腾造粒干燥器
n 倒圆锥形，锥角30度 n 造粒过程：料液水分完全蒸发，本身形
成颗粒；附着在晶核后水分蒸发，种子 表面形成薄膜；种子之间的碰撞粘连； n 影响因素：停留时间、摩擦作用、干燥 温度
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沸腾制粒干 燥机
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3. 计算
n 脱水彻底（95-99%以上 ），可以长期 储存
n 真空下进行，氧气极少，易氧化的物质 得到了保护。
n 成本高，周期长等缺点
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（二）流程及设备
n 两个阶段：直接升华（温度低于溶点）； 逐渐升温使水汽化除去。
n 系统由冷冻装置、真空装置、水气去除 装置和加热部分
n 流程见图2-5-23，教材323面
n 操作方式 ：连续操作和间歇操作
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热能传递给湿物料的方式
n 热空气与物料直接接触，物料干燥所需 的热量主要依靠物料与热空气的对流传 热。
n 包括：表面干燥、气流干燥、喷雾干燥、 振动干燥及沸腾造粒干燥
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n 热空气温度较高，干燥速度大，设备投 资少，但热效率低。
n 特点：传质速率大；干燥温度均匀，易控制； 利于连续化、自动化操作，能耗小等。
n 适用颗粒直径：30微米-6毫米
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（ห้องสมุดไป่ตู้）设备
n 单层（单室和多室）和多层流化床干燥 器、沸腾造粒干燥器
n 干燥流程
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第十章干燥设备
1. 单层卧式多室流化床干燥器
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第十章干燥设备
（2）物料的总表面积和 （3）干燥时间
n （2）物料的总表面积；
n （3）干燥时间：
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（4）干燥管长度和直径
n 长度： n 直径：
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第十章干燥设备
二、喷雾干燥原理及设备
n （一）原理和特点 n 喷雾器将原料喷成雾状，与热空气发生
第十章干燥设备
第一节 固体物料干燥机理及生 物工业产品干燥的特点
n 一、固体物料干燥机理 n 二、生物工业产品干燥的特点 n 三、干燥设备的选型原则
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一、固体物料干燥机理
n （一）物料中水分的性质 n （二）干燥机理 n （三）恒速干燥和降速干燥
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第十章干燥设备
第十章干燥设备
3. 热量与压力损失计算
n 3. 干燥初期热量消耗
n Q1——空气在加热器内吸收的热量 n Q2——空气在第一小时内带走的热量 n Q3——干燥塔热损失
n 4. 压力损失计算：厚0.3-1.5米，气流速 度为0.3-15米/秒时
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第十章干燥设备
二、真空干燥设备
n 真空下，接触式干燥过程，热敏性、易 氧化物料；