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干燥设备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及其其他干燥设备生物工业中，凡是固体产品都需要干燥过程。干燥是利用热能除去固体物料中湿分（水分或其他溶剂）的单元操作。物料经过干燥使湿分降低到规定的范围内，物料不仅易于包装、运输，更重要的是生物产品在干燥情况下更稳定，不易破坏，便于贮存。干燥通常为完成产品生产过程中的最后工序，因此往往与最终产品的质量有密切关系。干燥方法的选择对于保证产品的质量至关重要。前言按照热能供给湿物料的方式,干燥可分为以下四种传导干燥：热能通过传热壁面以传导方式加热物料，干燥介质与湿物料不接触。对流干燥：干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流方式传递给物料，产生蒸汽被干燥介质带走。辐射干燥：热能以电磁波的形式由辐射器发射到湿物料表面，被物料吸收转化为热能，使湿分汽化。介电干燥：将需要干燥的物料放在高频电场内，利用高频电场的交变作用，将湿物料加热，并汽化湿分。干燥的基本概念和原理（一）固体物料中的湿分1、湿基含水量：水分在湿物料中的质量百分数，即：2.干基含水量X：湿物料中的水分与绝干物料的质量比3.二者关系%100湿物料总质量湿物料中水分的质量w量湿物料中绝干物料的质湿物料中水分的质量XXXw1wwX1根据物料在一定干燥条件下，其水分能否用对流干燥方法去除分类平衡水分：等于或小于平衡含水量，无法用相应空气所干燥的那部分水分。自由水分：湿物料中大于平衡含水量，有可能被该湿空气干燥除去的那部分水分。根据物料中所含水分去除难易分类结合水分：凡湿物料的含水量小于Xs的那部分水分称为结合水分。此时,其蒸汽压都小于同温度下纯水的饱和蒸汽压。非结合水分：含水量超过Xs的那部分水分称为非结合水分。此时，湿物料中的水分的蒸汽压等于同温度下纯水的饱和蒸汽压。平衡水分一定是结合水分；自由水分包括了全部非结合水分和一部分结合水分。干燥的基本过程当湿物料（其含水量大于平衡含水量）与干燥介质（热空气）接触，其表面水分汽化，形成表面与内部的湿度差，水分由内部向表面扩散。在干燥的不同时期，其控制机理不同：（1）表面汽化控制：表面汽化速率内部扩散速率内部水分能迅速到达表面，物料表面足够湿润，其表面温度可取tW，干燥速率受表面汽化速率控制，此类干燥操作完全受干燥介质性质而定。1干燥速度的控制机理（2）内部扩散控制：表面汽化速率内部扩散速率•内部水分不能迅速到达表面，物料表面不能完全湿润，蒸发面向物料内部移动。这种情况必须想法增加内部扩散速率，或降低表面汽化速率。如：木材常用湿空气干燥，否则表面干燥，内部潮湿，将引起表面干燥收缩而发生绕曲。影响干燥速度的因素•物料的性质、结构和形状：物料的性质和结构不同，物料与水分的结合方式以及结合水与非结合水的界线也不同，因此干燥的速率也不同。•干燥介质的温度和湿度干燥介质的温度越高，湿度越低，干燥的速度越大。但干燥介质的温度过高，影响后期的干燥速率。•干燥操作条件•干燥介质与物料的接触方式•干燥器的结构型式t10物料含水量XX-线t-线ABCDEX1物料表面温度t干燥时间XXcX*0t2tW生物工业产品干燥的特点1.快速高效，加热温度不宜过高；2.产品与干燥介质的接触时间不能太长；3.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。生物工业产品干燥通常采用喷雾干燥、气流干燥、沸腾干燥和冷冻干燥。生物制品一般为热敏性物质。干燥设备的选型原则确定合理的干燥方法，选择适宜的干燥设备应以所处理物料的化学物理性质、生物化学性能及其生产工艺为依据。由于生物制品具有热敏性的特点，因此，干燥设备最好选择快速瞬时干燥设备或低温干燥设备。l．产品的质量要求干燥设备的选型首先应满足产品的质量要求。如高活性且价格昂贵的生物制品（例如乙肝疫苗等）则必须选择真空干燥或冷冻干燥设备。2．产品的纯度生物产品大都要求有一定的纯度，且无杂质或杂菌污染，则干燥设备应能在无菌和密闭的条件下操作。3.物料的特性对于不同的物料特性，如颗粒状、滤饼状、浆状、水分的性质等应选择不同的干燥设备。4．产量及劳动条件依据产量大小可选择不同的干燥方式和干燥设备。产量大且料浆均匀时，可选择喷雾干燥设备，产量小时可用滚筒干燥设备。另外，应考虑劳动强度小，连续化、自动化程度高，投资费用小，便于维修、操作等。干燥设备的选型原则设备类型干燥物料固定床干燥啤酒酿造用绿麦芽卧式沸腾干燥柠檬酸晶体、酵母、抗生素沸腾造粒干燥葡萄糖、味精、酶制剂气流干燥味精、抗生素、葡萄糖旋风式气流干燥四环素类气流式喷雾干燥蛋白酶、核酸、抗生素压力式喷雾干燥酵母离心式喷雾干燥酶制剂、酵母喷雾干燥与振动流化干燥酶制剂滚筒干燥酵母、单细胞蛋白真空干燥青霉素钾盐、土霉素等冷冻干燥抗肿瘤抗生素、乙肝疫苗生物工业常用的干燥设备非绝热干燥设备干燥过程根据系统进出口焓的变化通常可分为非绝热干燥设备和绝热干燥设备。前者向干燥设备补充的热量比热损失及物料带走的热量之和还要大。非绝热干燥设备•用于啤酒生产的麦芽干燥过程分为2个阶段。•前阶段麦芽水分大约从45％降至8％～10％，属恒速干燥阶段，为了保持麦芽不收缩、不硬化、酶不失活，宜采取低温、大空气流量操作,以除去大量水分,提高干燥速率。•后一阶段麦芽水分从8％～10％降至1.5％一3.5％，是降速干燥阶段，一般可采取适当提高空气温度、减少空气流量的操作方式，以提高干燥速率。麦芽干燥塔用于啤酒生产的麦芽干燥塔的类型有水平烘床和垂直烘床，水平式烘床麦芽干燥塔过去在国内外广泛采用，外观一般为矩形，有一层、二层和三层。由于两层和三层水平烘床干燥塔的热潜力不足，不允许强化烘焙过程及增大烘床上的麦芽层厚度，且结构复杂、造价高、生产能力低，近年来国内外已为单层高效麦芽干燥塔所代替。麦芽干燥塔水平式两层干燥塔三层垂直式干燥炉非绝热干燥设备1、单层高效麦芽干燥塔单层高效麦芽干燥塔多为圆形，塔体的下部是空气混合室，上部为干燥室，混合室侧壁设有预热空气进口，干燥室的下部烘床一般为具有长形孔的网眼钢板活动床，床层上设有干麦芽排出口，烘床开孔面积占总面积的20％～40％操作时，绿麦芽经输送机送入干燥塔的进料管，使绿麦芽沿着塔圆周方向流至床层上，开动刮板机，麦芽可在烘床上分布均匀，空气经预热室加热到一定温度后，由风机送入干燥塔下部的空气混合室，再进入麦芽床层。由麦芽床层排出的废空气经废气余热回收装置与新鲜的冷空气换热后排至大气。最后干麦芽由刮板机排出塔外。单层高效麦芽干燥塔刮板机风机空气加热器空气混合室传动装置余热回收器干燥室撒麦装置2、单层水平式流化层麦芽干燥塔单层水平式麦芽干燥塔除固定床外，还有流化床干燥塔，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。两个烘床的单层流化干燥炉烘床无焰喷燃气麦芽层1、生产能力大，可实现机械化操作、自动化控制。2、由于实现余热回收和废气循环使用，放热量消耗小，技术经济和热力指标良好。3、不需要高层厂房和翻麦机，因此，结构简单，造价低。单层水平式高效麦芽干燥塔目前已被新建啤酒厂和麦芽厂广泛采用。3、单层水平式高效干燥塔的优点真空干燥设备真空干燥设备一般由密闭干燥室、冷凝器和真空泵3部分组成。常用的真空干燥设备有真空箱式干燥器、带式真空干燥器、耙式真空干燥器。生物工程中常用于维生素、热敏性的产品等生产中。非绝热干燥设备真空密封的干燥室,干燥室内部装有供加热介质通入的中空盘架，被干燥的物料均匀地散放于活动的托盘中，托盘置于盘架上。在干燥过程中，真空的形成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。1.真空箱式干燥器2、带式真空干燥器非绝热干燥设备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。不锈钢在真空室内绕过一加热滚筒和一冷却滚筒。湿物料加在下方钢带上，由加热滚筒和辐射加热器一起加热。当钢带绕过冷却滚筒时，干燥后的制品被冷却，并由刮刀刮下。53、耙式真空干燥器耙式真空干燥器是一种间歇操作的干燥器，在这个带有蒸汽夹套的圆筒中装有水平搅拌轴，轴上有许多叶片以不断翻动料。蒸发的水蒸气和不凝性气体由真空系统排除，干燥结束后，切断真空并停止加热，使干燥器与大气相通，然后物料由底部卸料口卸出。3、耙式真空干燥器1、气流干燥原理及特点工作原理：利用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。气流干燥是利用热气流将物料在流态下进行干燥的过程。气流干燥设备绝热干燥设备1.干燥强度大；2.干燥时间短，对热敏性物料仍可选较高的介质温度；3.适用性广，可使用于各种粉粒状、碎块状物料；4.设备结构简单，占地面积小，生产能力小，能连续操作，可实现自动化控制；5.对晶形磨损厉害；6.热能利用率低。气流干燥的特点目前使用的气流干燥器形式：长管气流干燥器、短管气流干燥器和旋风气流干燥器等。应用：生物工业中味精、柠檬酸、四环类抗生素等的干燥。2、气流干燥设备长管气流干燥器典型的气流干燥器是一根几米至十几米的垂直管，物料及热空气从管的下端进入，干燥后的物料则从顶端排出，进入分离器与空气分离。操作过程中，热空气的流速应大于物料颗粒的自由沉降速度，此时物料颗粒即以空气流速与颗粒自由沉降速度的差速上升。用于输送空气的鼓风机可以安装在整个流程的头部，也可装在尾部或中部,这样就可使干燥过程分别在正压、负压情况下进行，长管气流干燥味精流程长管气流干燥器长管气流干燥工艺中的各种设备空气过滤器：过滤介质为铁丝网，铁丝可用油浸过,使尘粒容易黏在上面。空气加热器：多采用螺旋翅片式也可用列管式加热器，加热蒸汽压力一般为0.2-0.3MP.加热后空气温度80～90℃干燥管：常为圆形长管。可采用管径交替缩小与扩大的脉冲式气流干燥管。脉冲式干燥管长管气流干燥器当颗粒进入小管径的干燥管段时，高速流过，使颗粒加速运动。加速终了时,颗粒又接着进入大管径的干燥管内，由于气流速度的降低，导致颗粒速度的减慢，直至减速终了时；干燥管径再次缩小，如此重复交替地进行，使颗粒不断地加速减速，从而强化了传热传质速率。脉冲式气流干燥管特点：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。旋风式气流干燥器旋风式气流干燥管旋风式气流干燥器具有一个圆筒形的筒身,筒身处必要时附有蒸汽夹套。干燥器一般用不锈钢板制成，内壁要光滑，外部有良好的保温层，常用石棉泥保温，厚度约为50mm。带有物料的气流在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。气体在中央排气管中的流速一般为20m/s左右,而在环管中的流速约3m/s左右。加料器：有螺旋加料器和文丘里加料器等。生产中常用螺旋加料器，这种加热器不泄漏且不易堵塞。对黏性不大的物料可采用文丘里管加料器。1、喷雾干燥原理及特点喷雾干燥原理：喷雾干燥是利用不同的喷雾器，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质交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。喷雾干燥设备喷雾干燥是利用不同的喷雾器，将悬浮液或黏滞的液体喷成雾状，与热空气之间发生热量和质量传递而进行干燥的过程。1.干燥速率快、时间短；一般为3～3Os，由于料液雾化成20～60μm的雾滴，其表面积相应高达200～5O00m2／m3，物料水分极易汽化而干燥。2.干燥温度低；由于雾滴中含有大量水分，其表面温度不会太高，非常适合于热敏性物料的干燥。3.制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。4.喷雾干燥的容积干燥强度小，干燥室体积大，热量消耗多。特别适用于不能借结晶方法得到固体产品的生物制品生产中，如酵母、核苷酸和某些抗生素药物的干燥。喷雾干燥设备喷雾干燥特点喷雾干燥设备连续喷雾干燥流程喷雾干燥流程•压力式喷雾干燥设备工作原理采用压力式喷嘴借助高压泵的压力将溶液、悬浮液、乳浊液、膏糊状物料雾化