第九章 干燥设备

(2)降低水分，避免失活
1 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点 根据传热方式，干燥分为： 热传导干燥：真空干燥 冷冻干燥 辐射干燥：红外干燥 对流干燥 → 空气为热源
电加热
固定床干燥
苹果
汽加热
气流干燥 沸腾干燥 喷雾干燥
1 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点
固定床干燥：物料不动，空气流动热传导
3.1 气流干燥设备
(一）长管式气流干燥（味精） 1.流程 空气 过滤 加热 鼓风机 物料 长管
分离器
气体
布袋除尘器 湿式除尘器 粗味精
固体物料
分级筛
产品 粉末
3.1 气流干燥设备
特点： （1）干燥强度大：气体流速10~20m/s k=4200~13000kJ/m2
（2）干燥时间短：物料在管内停留1~5s，热敏性物料适宜。 如：140℃ 干燥赤霉素，130 ℃干燥四环素。
流化床干燥塔： 由于麦芽处于流化状 态，能强化干燥过程， 故干燥迅速，生产能力 大，缺点是能耗大，空 气压力不足时，麦芽流 化不完全，干燥不均匀。
第二节 非绝热干燥设备
二、真空干燥设备 (一) 原理
真空干燥都是使物料处于真空状态下，使物料中
所含水分由液态变成气态而除去。 (二） 适用范围 热敏性产品 易氧化产品
D1/D≈ 2.77
特点：旋风式气流干燥器没有长管式 那样的长管，因此不需要高层 的厂房，操作也较简便。
3.1 气流干燥设备
旋风式干燥器流程图
旋风式气流干燥管
3.2 喷雾干燥设备
（一）原理和特点 喷雾器将原料喷成雾状，与热空气发生热量和质 量传递的干燥过程 特点：干燥速度快、干燥温度较低、产品分散性 和溶解性良好
3.2 喷雾干燥设备
分配盘的形式 旋风扩散式 叶片旋风式
气流喷雾干燥：
作用：使空气形成旋流与雾滴接 触，提高干燥效率。 叶片旋风式（如图）
空气分配盘。由30个叶片均匀焊接 于分配盘顶的周边，并与水平方向成 3Oo角，热风排出方向依旋风方向而 定。
3.2 喷雾干燥设备
（二）离心喷雾干燥 1.工作原理：将液体加入高速旋转的离心盘中，在离心力的作用下，液 体不 断被加速，在盘的外缘被高速抛出，拉成薄膜状并获 得雾化。为了使雾化均匀，圆周线速度一般为90- 140m/s。 转速可达7275~7363rpm。 2.喷雾塔：
生物制药设备
第十章
主要内容
固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点 非绝热干燥设备 绝热干燥设备 冷冻干燥
1 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点 干燥是将湿物料的湿分（水分或其他溶剂）除去 的加工过程，往往是整个生物加工过程中在包装 之前的最后一道工序。
干燥目的：
(1)减少体积，便于贮藏和运输
显然，干燥塔半径大于喷距时，绝大部分液滴就不会碰壁。
3.2 喷雾干燥设备
离心喷盘： 喷枪式喷盘 锥形喷盘 圆帽式喷盘 喷枪式喷盘：
由一组喷嘴（一般为6个）伸 在离心盘外，如同翼轮一样。 但中心形成负压，被喷物料容 易卷起，粘在顶壁上。
离心喷雾干燥：
锥形和圆帽形可避免这一不足，后两种形式较好。 锥形喷盘：是一组喷嘴装在离心盘内，避免中心形成负压 圆帽式喷盘：其喷孔出口向下倾斜45°，避免被喷物料向上翻。
喷雾干燥：利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘
滞的液体喷成雾状，形成具有较大表面积的分 散微粒同热空气发生强烈的热交换，迅速排除
本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。成
品以粉末状态沉降于干燥室底部，连续或间断 从卸料器排出。
1 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点
喷雾干燥
优点：①直接干燥溶液状态的物料，特别是粘稠液；
6 4 3
2
图13-23 箱式真空干燥器 1-冷凝水出口 2-外壳 3-盖 4-空心加热板 5-真空接口 6-蒸汽进口
2.1 真空箱式干燥器
2.2 带式真空干燥器
由封闭的不锈钢料带、 加热滚筒、冷却滚筒、 加热装置及抽真空系统 组成。 用于液状和浆状物料。
2.2 带式真空干燥器
2.2 带式真空干燥器
沸腾干燥：物料膨胀处于漂浮状态，其表面气膜
被破坏。
缺点：水分蒸发，物料膨胀，空隙越来越大，中间易沸
腾，两边阻力大，造成干燥不均匀
喷雾干燥：利用不同的喷雾器，将需干燥的物料喷成雾 状，
形成具有较大的表面积的分散微粒，同热空气发生强烈的热交 换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。
1 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点
则干燥受表面汽化速率控制
若表面汽化速率＞内部扩散速率 则干燥受内部扩散速率控制
干燥前期
干燥后期
1 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点 一、固体物料的干燥机理 2.干燥机理
干燥前期，受表面汽化控制，这与空气流速和空气的含水
量有关，因此可：
△ 增加空气流量→大气流干燥 △ 降低空气湿度 干燥后期，受内部扩散控制→高温小气流干燥
关键：喷雾器 压力式喷雾器 气流式喷雾器 离心式喷雾器
3.2 喷雾干燥设备
3.2 喷雾干燥设备
气流喷雾干燥塔 构造：圆筒形、圆锥底 D：H=1：2.4~3 D：H锥=1.3~1.6 干燥室内由1mm厚的不锈钢里衬焊接而成 外部有保温层。喷嘴孔 1~4mm 工作原理：压缩空气以0.25~0.6Mpa的压力高速通过 喷嘴时，将料液（含水50%以上的溶液、 悬浮液、浆状液等）吸入一并喷出成雾 滴分散于热气流中，使水分迅速蒸发而 成为粉粒状制品的干燥过程。
沸腾干燥：物料膨胀处于漂浮状态，其表面气膜
被破坏。
缺点：水分蒸发，物料膨胀，空隙越来越大，中间易沸
腾，两边阻力大，造成干燥不均匀
喷雾干燥：利用不同的喷雾器，将需干燥的物料喷成雾 状，
形成具有较大的表面积的分散微粒，同热空气发生强烈的热交 换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。
1 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点
②可控制成品含湿量；
③可以得到空心球状产品； ④时间短，在常压下能干燥热敏物质； ⑤规模效益，规模越大成本越低效益越高。 缺点：①堆积比重小，体积庞大，占地大； ②粒度小，收集贮存要求高； ③热容量大，设备庞大，占地大； ④雾化时对物料的浓度、粘度一定要求。
第一节 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点 喷雾干燥器
（3）适用性广：粒径范围0.1～10mm，含湿量30% ～40%
（4）设备简单，连续操作。 另外：气流干燥对物料有一定的磨损，不适合对晶形有一定要求的物料。 热能利用度低，30%左右。
3.1 气流干燥设备
气流干燥设备 (1)干燥管
干燥直管：多级串联，总长符合要求即可
脉冲管：可增加物料和空气的速度差 旋风式气流干燥器： (2)空气加热器：螺旋翅片式、列管式 (3)空气过滤器：丝网（浸油）
① 不向干燥器补充热量，物料进出干燥器的焓差发
生了明显的改变。 ② 向干燥器补充的热量比热损失及物料带走的热量 之和还要大。 ③ 向干燥器中补充的热量足够大，能够使干燥过程
在等温下进行，但进出干燥器物料的焓发生了明显的
改变。
2.1 非绝热干燥设备
一、单层麦芽干燥塔 排水分 除根 除生腥味，产生香味 保持酶的活力 以前：三层麦芽干燥塔 现在：单层高效麦芽干燥塔
1 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点 一、固体物料的干燥机理 1.物料中水分的性质
游离水
结合水
哪一种容易干燥呢？ 平衡水分：达到平衡时物料或空气中的水分。
1 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点 一、固体物料的干燥机理 2.干燥机理
热量由气体传递给湿物料，温度升高，物
料内部的水分向表面扩散，汽化被气流带走，空气既是载热 体，又是载湿体，干燥速率与传质速率和传热速率有关。 若表面汽化速率＜内部扩散速率
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。 适用颗粒直径：30微米-6毫米
2.3 耙式真空干燥器
适用于糊状物料 间歇式操作 间壁传热 物料的含水量可在很宽的范围 但生产能力较小
2.3 耙式真空干燥器
第三节 绝热干燥设备
一 气流干燥设备 气流干燥原理及流程
利用高速的热气流将物料在流态下进行干燥的过
程，热空气与粉状或颗粒状湿物料在流动过程中充分 接触，气体与固体物料之间进行传热与传质，从而使 湿物料达到干燥的目的。
缺点：物料表面有一层气体膜，热量需要穿透厚，才能
接触物料；蒸汽也需要穿透气膜才能蒸发，如麦芽干燥， 需16h 气流干燥：高速热气流将颗粒悬浮于气流中，一边与热 气流并流输送，一边进行干燥。如青霉素，味精等 缺点：空气流速需克服物料重力，才能使物料流动，气 体需要量大
1 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点
3.2 喷雾干燥设备
离心喷雾干燥：
热风盘 作用热风分配均匀 进口风速6~10m/s 出口风速8~12m/s
3.2 喷雾干燥设备
离心喷雾干燥：
离心盘式雾化器
4 流化床干燥设备
流化床干燥原理及特点 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）
第二节 非绝热干燥设备
二、真空干燥设备 (三) 类型
真空箱式干燥器
带式真空干燥器 耙式真空干燥器
2.1 真空箱式干燥器
5
真空密封的干燥室, 干燥室内部装有供加热介质 通入的中空盘架 真空的形成：水力喷射或蒸 汽喷射器或采用往复式真空 泵或机械油泵时，则应在干 燥箱或真空泵间装一个冷凝 器，以冷凝干燥中产生的水 蒸气，避免水汽抽入泵内。
麦芽干燥的目的
绿麦芽42-45%→1.5-3.5%
1.结构与操作
①结构
翅片式加热器
加热室 空气循环系统 单层高效干燥塔装置
1—塔体 2—刮板机 3—干燥室 4—支撑柱 5—空气混合室 6—排料口 7—烘床 8—热风进口 9—废气出口 10—排风口 11—进风口 12—冷却风进口 13—回风口 14—余热回收养 15—空气加热器 16—风机 17—风道 18—传动装置
3.2 喷雾干燥设备
3.2 喷雾干燥设备
气流喷雾干燥流程：
由于喷头处有螺旋线， 因此形成高速度旋转的 圆锥状空气涡流。
3.2 喷雾干燥设备
喷嘴： 外部混合式
气流喷雾干燥：
内部混合式：常用形式，喷出的雾滴比较均匀。
喷嘴上有螺旋槽，使气流切线进入，并形成湍流，对料液产生 摩擦分裂作用，把液滴拉成细雾。
(4)加料器：螺旋加料器，文丘里加料器
3.1 气流干燥设备
旋风式气流干燥器（抗生素） 结构：圆筒形、中央排气管 筒身可附有蒸汽夹套、保温层 操作：带有物料的气流在上部以切线方向 进入，呈螺旋状向下到底部后再折 向中央排气管从上排出。 中央排气管气速 环管气速 20m/s左右 3 m/s左右
湿物料之前在风管中 加入，进入时50 %水 分已除去
1 固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点
生物工业产品的干燥特点
生物制品一般为热敏性物质。 如果干燥过程温度 高或受热时间长
影响产品的稳定性或 受到破坏
因此用于生物工业产品干燥的设备必须是 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，
且干燥产品应保持一定的纯度。
如：酶制剂，如果干燥条件不当，会使酶活力下降， 一般蛋白酶在45~50℃时失活已非常严重，有些活性酶对稳定更敏感，30 ℃ 即完全失活。
第二节 非绝热干燥设备
干燥过程根据系统进出口焓的变化通常分为绝热干燥
过程（等焓干燥过程）和非绝热干燥过程（非等焓干
燥过程）。 绝热干燥过程： ① 在物料进出干燥器期间，不向干燥器补充热量。 ② 干燥器的热损失可以忽略不计。 ③ 物料进出干燥器时的焓相等。
第二节 非绝热干燥设备
非绝热干燥过程 ：
2.1 非绝热干燥设备
一、单层麦芽干燥塔
1.结构与操作 2特点 优点： 产量高，麦层高，能 耗小，结构简单 缺点： 不能搅拌 水分滞后，3-4h 温度滞后
②操作
工艺参数： 前期：恒速，42-46↓10%
干燥温度＜55℃
后期：降速，10%↓3-3.5%
干燥温度约为85℃
单层水平式流化干燥塔
高径比较气流喷雾塔小 D：H=1：2.4~3 喷距的定义：在某一半径的圆周内，有90~95%液滴下落，不再具有水平速 度， 这个半径距离即称喷距。 喷雾室的直径与离心喷雾机的转速有关，液滴直径与转速成反比，液滴射程（即喷距） 与液滴直径成正比，即转速小时，液滴射程大，而塔径是随射程的增大而增大，因此， 喷盘转速越小，喷雾室直径越大。