第九章干燥设备

第九章干燥设备干燥方法有：１.空气干燥：利用加热后的热空气，将热空气带入干燥器并传给物料。空气即是载热体，又是载湿体。如气流干燥、沸腾干燥、喷雾干燥。２.加热面传热干燥：利用物料与热表面相接触的方法传热给湿物料。空气是载湿体，如真空干燥。３.红外线干燥：利用红外线辐射作为热源，向湿物料供热。优点：安全、卫生、干燥速度快，但耗电量较大。４.冷冻升华干燥：将物料冷冻至冰点以下，使水分结冰，然后在较高的真空度下，使冰直接升华为水蒸气而除去。５.微波干燥：在微波电磁场的作用下，使物料内部的极性分子（如水）产生振动，振动的能量使被干燥的物料发热，从而达到去除水分的目的。目前生化产品的干燥较广泛采用空气干燥法,空气干燥设备按工作原理分为：气流干燥、沸腾干燥和喷雾干燥。气流干燥：1）直管式气流干燥，用于味精和葡萄糖晶体的干燥2）脉冲管式气流干燥，多用于制药工业3）旋风气流干燥，多用于制药工业离心式喷雾干燥，多用于酶制剂、抗生素、酵母的干燥喷雾干燥气流式喷雾干燥，用于核甘酸、酶制剂、抗生素的干燥压力式喷雾干燥，多用于酵母的干燥单层卧式多室沸腾干燥，用于柠檬酸晶体、葡萄糖酸钙等的干燥沸腾干燥沸腾造粒干燥，用于葡萄糖、酶制剂和味精干燥第一节气流干燥一、气流干燥原理、特点和形式工作原理：利用热空气与粉状或颗粒状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。干燥时间一般为１－５秒.气流干燥特点：干燥强度大；干燥时间短，物料不会发生变化；设备结构简单，生产能力大；适用性广，可适用于粉状、粒状、碎块状以至泥状物料的干燥。形式：长管式气流干燥器（长度１０－２０米），短管式气流干燥器（长度４米），旋风气流干燥器。对物料有一定的磨损，不适用对晶体有一定要求的物料，同时对粘性很强的物料也不适用气流干燥。（一）典型的气流干燥器－－－－长管式气流干燥味精流程•干燥管：多采用圆形，其次有方形和不同直径交替的脉冲管，颗粒不断地加速减速，强化传热传质速率。由于长管式气流干燥器的干燥管很高，对房屋建筑、操作运行和设备检修等带来不便，因此在生产中较多以旋风式气流干燥器代替长管式气流干燥器。带有物料的气流在气流上部以切线方向进入干燥器，在干燥器内呈螺旋状向下至底部后再折向中央排气管排出。第二节流化床干燥一、沸腾干燥原理、特点和型式流化床干燥：又称沸腾干燥，利用液态化技术，即利用热的空气使孔板上的粒状物料呈液化沸腾状态，使水分迅速汽化达到干燥的目的。沸腾造粒干燥：利用流化介质（空气）与料液间很高的相对气速，使溶液带进流化床就迅速雾化，液滴与原来在沸腾床内的晶体结合，进行沸腾干燥。沸腾干燥特点：传热传质速率高；干燥温度均匀，控制容易干燥、冷却可连续进行，有利于连续化和自动设备结构简单，生产能力高。二、流化床干燥设备沸腾干燥器型式：单层、多层，单层沸腾干燥器又分单室、多室和有干燥冷却室的二段沸腾干燥。三.喷雾干燥（一）喷雾干燥原理及方法1.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。成品以粉未状态沉降于干燥室底部，连续或间接地从卸料器排出。2.方法：按液体雾化方式分为三种(1)压力喷雾法（机械喷雾法）：利用往复运动的高压泵，将液体从喷孔喷出，分散成５０－１５０um的液滴。(2)气流喷雾法：依靠压力为0.25－0.6MPa的压缩空气通过喷嘴时产生的高速度，将液体吸出并被雾化。(3)离心喷雾法：利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使其高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，同时又受到周围空气的摩擦，阻碍与撕裂等作用形成细雾喷雾干燥的关键是料液的雾化，它关系到喷雾干燥的技术经济指标、产品质量。理想的喷雾器要求喷雾粒子均匀，结构简单、产量大、能耗小。生物工业中，后两种喷雾干燥设备应用较多。（二）气流喷雾干燥设备1.气流喷雾干燥流程、特点压缩空气从切线方向进入喷雾器外面的套管，由于喷头处有螺旋线，形成高速度旋转的圆锥状空气涡流，并在喷嘴处形成低压区，吸引液体在内部或外部混合后，微粒化。空气加热器加热的热风，经过滤器从干燥塔的上部经空气分配盘进入，与喷雾后的液体微粒相遇，干燥，而后物料由塔底部排出，废气沿回风管导入袋滤器或旋风分离器，收集随废气带走的粉末状产品，经排风机排入大气中。圆柱体锥底。D:H=1:2.4~3D:h=1:1.3~1.6空塔时的气流速度约为0.15~0.2m/s，回风管空气流速约为10~12m/s。干燥室由1mm左右厚度的不锈钢衬里焊接而成，外部有保温层。塔下部有螺旋排风管。2.空气分配盘（作用是使空气形成旋流与雾滴接触，提高干燥效率）：分配盘的型式有旋风扩散式和叶片旋风式，图示为叶片旋风式，由３０片叶子均匀焊接于分配盘顶的周边，并与水平面成３０角，热风排出的方向依旋风方向决定。3.喷雾器型式内部混合式：气体与液体在喷嘴内部混合后由喷嘴喷出，喷出雾滴比较均匀。外部混合式：气体与液体在喷嘴外面混合，喷成雾滴。常用内部混合式。喷嘴上有螺旋槽，空气经螺旋槽时以切线方向进入形成湍流，并将料液喷成雾状气流式喷雾是利用高速气流对料液产生摩擦分裂作用而把液滴拉成细雾的，所以，气流式喷雾某些高黏度的溶液时所得到的产品往往不是粉末而是絮状。螺旋排风管是在回风管的下部外侧焊接上螺旋形的导风板，使气流沿螺旋导风板旋转向下，增大了气流阻力，使密度较大的产品向下沉降，气固两相分离，而密度较小的粉末状产品随废气沿回风管导入袋滤器。（三）离心喷雾干燥设备（酶制剂干燥多用）离心喷雾干燥流程加热的发酵液由罐顶的管路经观察玻璃圆筒流入高速度旋转的离心喷雾盘。液体通过六个喷嘴甩成雾状，与从顶部进风口以旋转方式进入至喷雾盘四周的热空气进行充分接触，造成强烈的传热和水分蒸发，空气温度随之降低，微粒在气流和自身重力作用下旋转而下，当达到出口时已干燥完毕，间歇通过双闸门的卸料阀，定期卸料。空气经过滤器与离心通风机进入空气加热器，加热后从塔顶分内外两圈进入干燥室，内圈由热风盘进入干燥室，外圈由固定均布的方形进风口进入干燥室，从干燥室内排出的废气经锥部中央管通过旋风分离器由离心通风机排至大气，旋风分离器收集随废气带走的粉末状产品。排风机的排风量比进风量要求大，以便塔内形成负压（沸点降低，利于物料内水分的蒸发）。•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，液滴的射程（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的，因此，喷盘转速越小，喷雾室直径越大。喷距：在某一半径的圆周内，有90%~95%液滴下落，不再具有水平速度，这个半径距离即称为喷距。只有干燥塔半径大于喷距时，绝大部分液滴不会碰壁。喷雾室内的截面风速一般以0.1~0.4m/s为宜。喷盘的形状有平板形、皿形、碗形、多翼形、喷枪形、锥形和圆帽形等。目前生物工业中主要用后三种。结构图ppt29.其生产能力有：150L/h、500L/h、1000L/h，离心喷盘转速为7275~7363r/min。喷枪形是由一组喷嘴（一般为六个）伸在离心盘外，如同翼轮一样，中心形成负压，被喷物料容易卷起，黏在顶壁上。锥形和帽形可避免这一点。锥形是一嘴喷嘴装在离心盘内，避免中心形成负压。圆帽式的喷嘴向下倾斜450，避免被喷物料向上翻。喷嘴和喷盘的材料均用不锈钢制作，加工安装时要求做动平衡试验，如果质量不平衡，则产生较大震动损坏轴承。热风盘的作用是金塔后的热风分配均匀，否则会造成塔内局部黏壁。热空气从塔顶分内外两圈进入干燥室，内圈由热风盘进入干燥室（大部分），外圈由固定均布的方形进风口进入干燥室。内圈热风盘上有风向调节板，其向下调节的角度是可调的。进入塔内的热风的风向与喷嘴甩出的料液方向可以相同，也可以相反，为了使热风在热风盘进入塔内的流速相等，热风盘常做成蜗壳形。热风分配盘应与喷盘配合安装。干燥塔直径和高度的选择应能保证塔内热空气与料液间的热质交换顺利进行。塔径的确定不仅与料液中含水量有关，而且与喷雾塔的形式有关。塔径大小必须保证料液在尚未干燥之前，不至碰到塔壁上，为最大喷距的2.25倍。干燥塔的高度必须保证干燥时间所需之高度，即料液尚未干燥前不致沉降到塔底。对于离心喷雾干燥塔，H≤D，常H=（0.5~1）D，圆锥部分的高度可根据塔径和采用的锥角进行计算，锥角应小于物料的休止角，才能及时排产品出塔。一般60度锥角。或h=D干燥设备选型原则：1.考虑产品的质量要求；（注重活性)2.考虑产品的纯度要求；（微生物指标和纯度要求）3.考虑物料的特性；（颗粒状、滤饼状、浆状、水分的性质）4.产量及劳动条件。干燥的理论有关1.物料中水分的性质。（游离水和结合水）2.干燥速率分为表面汽化控制和内部扩散控制。为内部扩散控制时，减小物料颗粒直径和提高干燥温度均有利于提高干燥速度。为表面汽化控制时，提高空气温度，降低空气湿度，改善空气与物料间的流动和接触状况，均有利于提高干燥速度。干燥速度定义：单位时间内于单位干燥面积上所能汽化的水分量。影响干燥速度的因素很多，必须通过实验确定。物料的干燥通常经过两个阶段：恒速干燥阶段降速干燥阶段。恒速阶段的干燥速度取决于物料表面水分的汽化速率，取决于外部的干燥条件（空气温度、湿度及流速等），属表面汽化控制阶段，主要去游离水；降速阶段是物料湿含量降至临界点以下，干燥在升温下进行，干燥速度取决于物料本身的结构、形状及大小等性质，其次是干燥温度，属内部控制阶段，排结合水。用于生物工业产品干燥的设备必须是快速高效的，加热温度不宜过高，产品于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，在干燥过程中不得有杂质混入。干燥过程所引起的失活或变质与干燥温度、维持时间、活化能有关。一、空气干燥方法有哪几种（气流干燥、沸腾干燥、喷雾干燥）。二、长管式气流干燥与旋风式气流干燥比较。三、喷雾干燥干燥的是液体，产品为粉末或絮状，内部混合喷嘴与外部混合喷嘴比较。四、离心喷雾干燥器：液滴的喷距，干燥室的塔径和塔高如何确定。