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第七章干燥設(shè)備 第一節(jié)干燥設(shè)備概述第二節(jié)氣流干燥 重點(diǎn) 第三節(jié)噴霧干燥 重點(diǎn) 第四節(jié)其它干燥 第一節(jié)干燥設(shè)備概述一 干燥過(guò)程的基本原理 1 以熱空氣為干燥介質(zhì)的干燥過(guò)程空氣干熱空氣濕熱空氣熱量水蒸汽濕物料干物料干燥過(guò)程傳熱傳質(zhì) 2 水份與物料結(jié)合方式 非結(jié)合水份 游離水份 細(xì)胞外或大孔物料的毛細(xì)管中 結(jié)合水份 較小毛細(xì)管中 活細(xì)胞壁內(nèi) 滲透水分 結(jié)構(gòu)水份等 3 影響干燥因素 空氣性質(zhì) 熱空氣的溫度熱空氣的濕含量物料性質(zhì) 物料的含水量物料中水份的性質(zhì)操作方式 熱空氣流速熱空氣與物料接觸時(shí)間 4 恒速干燥和降速干燥 恒速干燥 濕物料中水份能以恒定速率向空氣中傳遞 恒速階段的干燥速度取決于物料表面水份的汽化速度即取決于物料外部的干燥條件 空氣穩(wěn)定 濕度及流速 降速干燥 內(nèi)部擴(kuò)散控制階段 主要排除結(jié)合水 水份由物料內(nèi)部向表面?zhèn)鬟f的速率小于濕物料表面水份的汽化速率 降速干燥階段的干燥速度主要取決于物料本身的結(jié)構(gòu) 形狀及大小等特性 二 干燥設(shè)備概述 1 干燥設(shè)備的類型傳導(dǎo)傳熱干燥 真空干燥冷凍干燥對(duì)流傳熱干燥 氣流干燥噴霧干燥沸騰干燥熱風(fēng)干燥輻射傳熱干燥 紅外干燥電介加熱干燥 微波干燥高頻加熱干燥 2 生物工業(yè)制品的干燥設(shè)備 瞬時(shí)快速干燥設(shè)備 滾筒干燥設(shè)備 噴霧干燥設(shè)備 氣流干燥 沸騰干燥 2 低溫干燥設(shè)備 真空干燥設(shè)備 冷凍干燥設(shè)備 3 紅外干燥和微波干燥 3 干燥設(shè)備的選型原則 產(chǎn)品的質(zhì)量要求產(chǎn)品的純度物料的特性產(chǎn)量及勞動(dòng)條件 4 國(guó)內(nèi)干燥設(shè)備生產(chǎn)情況 數(shù)百家干燥設(shè)備制造企業(yè)干燥行業(yè)協(xié)會(huì)國(guó)際先進(jìn)設(shè)備噴霧干燥設(shè)備旋轉(zhuǎn)快速干燥裝置流化床干燥機(jī)回轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)糧油干燥機(jī) 第二節(jié)氣流干燥 利用高速的熱氣流將物料在流態(tài)化輸送過(guò)程進(jìn)行干燥的操作 一 氣流干燥流程 氣流干燥流程 加料器空氣過(guò)濾器加熱器干燥管旋風(fēng)分離器袋濾器風(fēng)機(jī) 負(fù)壓防塵 卸料器 二 氣流干燥的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 1 干燥強(qiáng)度大 體積傳熱系數(shù)大 4100 12500kJ m3 h 2 粒子在干燥器內(nèi)停留時(shí)間短 0 5 2秒 3 適用性廣 粒徑范圍約0 1 10mm 4 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 生產(chǎn)能力大 能連續(xù)操作 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制 缺點(diǎn)1 氣流干燥不適宜干燥臨界含水率高 降速段長(zhǎng)的物料 2 粒子碰撞 摩擦劇烈對(duì)晶體有磨損 3 對(duì)粘性物料不適用 4 對(duì)廠房要求高 三 氣流干燥計(jì)算 干燥管長(zhǎng)度直徑干燥時(shí)間 1 懸浮速度及傳熱系數(shù) 通過(guò)基爾比切夫準(zhǔn)數(shù)Ki 由Re Ki圖求出顆粒在懸浮速度下的雷諾準(zhǔn)數(shù)Ret 物料顆粒的懸浮速度 2 物料的總表面積 3 干燥時(shí)間 4 干燥管的長(zhǎng)度和直徑 第三節(jié)噴霧干燥 一 噴霧干燥的原理利用不同的噴霧器 將懸浮液和粘滯的液體噴成霧狀 與熱空氣發(fā)生強(qiáng)烈的熱交換 迅速排除本身的水分 在幾秒至幾十秒內(nèi)干燥 成品以粉末狀態(tài)沉降于干燥室底部 連續(xù)或間斷地從卸料器排出 適用于不能借結(jié)晶方法得到固體產(chǎn)品的生物制品生產(chǎn)中 如酵母 核苷酸 某些抗生素藥物的干燥 二 噴霧干燥的特點(diǎn) 1 優(yōu)點(diǎn) 1 干燥速度快 時(shí)間短 一般為3 30s 由于料液霧化成10 60um的霧滴 其表面積高達(dá)100 600m2 m3 2 干燥溫度較低 3 可由液料直接獲得粉末 省去蒸發(fā)結(jié)晶 分離粉碎工序 4 成品質(zhì)量可以控制 并具有良好的分散性和溶解性 2 噴霧干燥缺點(diǎn)1 噴霧干燥的容積干燥強(qiáng)度小 故干燥室體積大 2 熱量消耗多 一般蒸發(fā)lkg水分約需6280kJ熱量 相當(dāng)于消耗2 5 3 5kg的蒸汽 3 會(huì)發(fā)生產(chǎn)品黏壁情況 酵母 核苷酸 某些抗生素藥物的干燥 圖2 5 12為典型的連續(xù)噴霧干燥流程 三 噴霧干燥設(shè)備 噴霧干燥的關(guān)鍵是料液的 霧化 核心設(shè)備是霧化器 理想的噴霧器要求噴霧粒子均勻 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 產(chǎn)量大 能耗小 噴霧器 霧化器 類型 壓力式噴霧器壓力噴霧干燥塔 氣流式噴霧器氣流噴霧干燥塔 離心式噴霧器離心噴霧干燥塔 1 氣流噴霧干燥設(shè)備 圓柱圓錐形壓縮空氣 0 25 0 6MPa 主要部件 1 氣流噴霧器噴嘴2 空氣分配盤(pán) 擴(kuò)散盤(pán) 3 螺旋排風(fēng)管空氣流速約為10 12米 秒 氣流噴霧器噴嘴 噴嘴直徑1 4mm 能夠處理懸浮液和黏性較大的料液 2 離心噴霧干燥 利用高速旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)給予料液以離心力 使其高速甩出 形成薄膜 細(xì)絲或液滴 同時(shí)又受到周圍空氣的摩擦 阻礙與撕裂等作用形成細(xì)霧而干燥的過(guò)程 離心噴霧干燥塔主要結(jié)構(gòu) 1 離心噴霧機(jī) 噴盤(pán) 2 熱風(fēng)盤(pán) 離心噴霧機(jī) 噴盤(pán) 形式 噴槍型錐型圓帽型平板型皿型碗型 熱風(fēng)盤(pán) 作用 進(jìn)塔后的熱風(fēng)分配均勻 避免造成塔內(nèi)局部黏壁 第四節(jié)其它干燥設(shè)備 流化床干燥 沸騰干燥 冷凍干燥真空干燥 自學(xué) 一 流化床干燥 沸騰干燥 利用熱的空氣流使置于篩板上的粒狀物料或粉狀的物料呈沸騰狀態(tài) 干燥過(guò)程 適用于顆粒直徑在30um 6mm間的物料 單層臥式多室流化床干燥器 箱式流化床干燥器 二 冷凍干燥 升華干燥 原理 將濕物料 或溶液 在較低溫度下 10 50 凍結(jié)成固態(tài) 然后在高度真空 1 0 001mmHg 下 將其中固態(tài)水分直接升華為氣態(tài)的干燥過(guò)程 水的三相平衡點(diǎn) 當(dāng)壓力降低到某一值時(shí) 水的沸點(diǎn)與冰點(diǎn)相重合 即達(dá)到水的三相平衡點(diǎn) 這時(shí)壓力稱為三相點(diǎn)壓力 相應(yīng)的溫度稱為三相點(diǎn)溫度 水的三相點(diǎn)壓力 609 3Pa三相點(diǎn)溫度 0 0098 當(dāng)壓力控制在609 3Pa以上 冰需先轉(zhuǎn)化為水 水再轉(zhuǎn)化成汽 屬于真空 蒸發(fā) 干燥 當(dāng)壓力控制在609 3Pa以下 冰將由固態(tài)直接升華為氣態(tài) 此過(guò)程屬于真空冷凍干燥 真空冷凍干燥的必要條件 干燥過(guò)程壓力應(yīng)低于操作溫度下冰的飽和蒸汽壓 ?？刂圃谙鄳?yīng)溫度下凍結(jié)物料 冰 的飽和蒸汽壓的1 2 1 4 例如冰 40 操作壓力應(yīng)為2 7 6 7Pa 1克0 的冰變成0 的蒸汽需吸熱580千卡 真空冷凍干燥過(guò)程 第一階段 在低于熔點(diǎn)的溫度下 使物料中的固態(tài)水分直接升華 大約有98 99 的水分除去 第二階段 將物料溫度逐漸升高至于室溫 使水分汽化除去 此時(shí)水分可減少到0 5 冷凍干燥流程 干燥室冷凝器真空泵制冷裝置制冷裝置 冷凍干燥的特點(diǎn) 1 干燥溫度低 特別適合高熱敏性的物料干燥 35 5 2 能保持原物料的外觀形狀 3 凍干制品有多孔結(jié)構(gòu) 因而有理想的速溶性和快速?gòu)?fù)水性 4 冷凍干燥脫水徹底 質(zhì)量輕 產(chǎn)品保存期長(zhǎng) 缺點(diǎn) 1 昂貴的專用設(shè)備 干燥周期長(zhǎng) 能耗較大 產(chǎn)量小 加工成本高 2 抗生素類 生物制品等活性物質(zhì) 冷凍干燥設(shè)備 第七章習(xí)題 氣流干燥的原理及干燥特點(diǎn)有哪些 噴霧干燥的原理及干燥特點(diǎn)有哪些 生物工程產(chǎn)品經(jīng)常使用冷凍干燥的方法對(duì)物料進(jìn)行干燥 請(qǐng)你敘述一下冷凍干燥的原理及特點(diǎn)