干燥過程與設備培訓課程

第十章干燥過程與設備第一節(jié)氣流干燥第二節(jié)噴霧干燥第三節(jié)沸騰干燥與沸騰造粒干燥第四節(jié)真空干燥和真空冷凍干燥概論利用熱能除去固體物料中濕份的單元操作產(chǎn)品生產(chǎn)最后工序常用方法：對流干燥、冷凍干燥、真空干燥、微波干燥等主要內容：干燥設備和計算分類方式

熱能傳遞給濕物料的方式：直接干燥、間接干燥、介電加熱干燥

操作方式：連續(xù)操作和間歇操作

1.直接干燥熱空氣與物料直接接觸，物料干燥所需的熱量主要依靠物料與熱空氣的對流傳熱。包括：表面干燥、氣流干燥、噴霧干燥、振動干燥及沸騰造粒干燥

熱空氣溫度較高，干燥速度大，設備投資少，但熱效率低應用最廣泛

2．間接干燥物料干燥所需要的熱量通過金屬等材料直接傳遞干燥速度慢，設備造價高，但熱效率高間接干燥設備有：真空干燥、冷凍干燥、輻射干燥

3．介電加熱干燥

高頻高燥和微波干燥等

間歇操作小批量生產(chǎn)，處理量少或多品種生產(chǎn)；與干燥銜接的前后工段生產(chǎn)不連續(xù)；物料的供給、成品的排出和物料在干燥器內連續(xù)輸送有困難；干燥時間極長的物料

設備簡單，操作中故障少，投資和操作費用少；其缺點是物料受熱時間長，不適用熱敏物料；勞動強度大；自動控制比較麻煩

連續(xù)操作

熱效率比間歇干燥高，容易實現(xiàn)自動化，操作人員少大量處理及熱敏性物質的干燥

我國干燥設備現(xiàn)狀數(shù)百家干燥設備制造企業(yè)，干燥設備行業(yè)協(xié)會

基本上已經(jīng)滿足國內市場的需求，某些型號的設備還出口到國外接近或達到90年代國際水平仍有差距

第一節(jié)氣氣流干燥一、氣流干燥燥流程與設備備二、氣流干燥燥器的型式三、氣流干燥燥的特點和適適用范圍四、氣流干燥燥的計算一、氣流干燥流流程與設備概念：把含有水的塊塊狀或粉粒狀狀物料，通過過適當?shù)姆椒ǚㄊ顾鼈兎稚⑸⒌綗峥諝庵兄校谂c熱氣氣流并流輸送送的同時進行行干燥而獲得得粉狀干燥制制品的過程。。流程：濕物料料加加料料斗加料器器氣流干干燥管管分離器固體產(chǎn)產(chǎn)品鎖鎖氣氣管出口9卸出，，風機排排走廢廢氣經(jīng)經(jīng)二、氣氣流干干燥器器的型型式（一））按照照加料料方式式分類類直接加加料型型帶分散散機型型帶粉碎碎機型型（二））按干干燥管管形狀狀分類類直管式式適用于于比較較容易易干燥燥的物物變徑管管式將顆粒粒等速速運動動段的的直徑徑擴大大，使使物料料與氣氣流的的相對對速度度加大大，有有利于于顆粒粒表面面氣膜膜更新新三、氣氣流干干燥的的特點點可獲得得高度度干燥燥的成成品適用于于熱敏敏性物物料的的干燥燥熱效率率高熱損失失少設備簡簡單，，操作作容易易，投投資少少操作穩(wěn)穩(wěn)定，，便于于自動動化。。整個過過程都都是連連續(xù)的的，便便于與與前后后工序序銜接接可以有有很大大的裝裝置規(guī)規(guī)模。。四、氣氣流干干燥的的計算算（1）通過過基爾爾比切切夫準準數(shù)求求出物物料的的懸浮浮速度度和干干燥過過程終終空氣氣與物物料的的給熱熱系數(shù)數(shù)α：——微粒平平均直直徑，，m，可用用篩子子分級級，根根據(jù)篩篩孔平平均直直徑計計算；；———微粒粒的的平平均均密密度度，，kg/m3；———空氣氣在在干干燥燥管管內內平平均均溫溫度度時時的的密密度度，，kg/m3；———空氣氣在在干干燥燥管管內內平平均均溫溫度度時時的的運運動動粘粘度度，，m2/s。求得得準準數(shù)數(shù)Ki后后，，可可根根據(jù)據(jù)圖圖11-5所所示示的的關關系系求求出出顆顆粒粒懸懸浮浮雷雷諾諾準準數(shù)數(shù)，，這這樣樣便便可可以以求求出出顆顆粒粒的的懸懸浮浮速速度度。。可以以從從雷雷諾諾準準數(shù)數(shù)來來查查出出努努塞塞爾爾特特準準數(shù)數(shù)，，這這樣樣就就能能確確定定空空氣氣與與物物料料顆顆粒粒之之間間的的給給熱熱系系數(shù)數(shù)。。式中——在平均溫溫度時，，空氣的的導熱系系數(shù)，kJ/（m2·h·℃℃）。（2）微粒總總表面積積的計算算設微粒為為規(guī)則的的球形，，表面積積為：式中——每小時進進入干燥燥管的微微粒個數(shù)數(shù)式中——干燥器的的生產(chǎn)能能力，kg/h所以，，m2/h（3）干燥時時間的計計算物料與空空氣之間間的平均均溫差為為：，——進入和離離開干燥燥器的熱熱空氣的的溫度，，℃；——干燥時的的微粒的的溫度，，即濕球球溫度。?？諝鈧鹘o給物料的的熱量可可用下列列公式計計算：——空氣加熱熱器的熱熱損失，，kJ/h，；——干燥器的的熱損失失，kJ/h；——當初始空空氣濕含含量為，，離開干干燥器的的溫度為為時的熱熱焓量。?！跏伎諝鈿獾臒犰熟柿?，kJ/h；——通過物料料平衡計計算得到到的空氣氣量，kg干空氣/h。干燥過程程所需要要的時間間：（4）干燥管管的長度度與直徑徑——干燥管長長度，m；——空氣在干干燥管內內流速，，根據(jù)物物料性質質選用，，一般為為10~20m/s；——顆粒懸浮浮速度，，m/s；式中D——干燥管的的直徑，，m。第二節(jié)噴噴霧霧干燥噴霧干燥燥：利用用噴霧器器將懸浮浮液和粘粘滯的液液體噴成成霧狀，，形成具具有較大表表面積的的分散微微粒同熱熱空氣發(fā)發(fā)生強烈烈的熱交交換，迅速速排除本本身的水水分，在在短時間間內獲得得干燥。。壓力噴霧霧法（又又稱機械械噴霧法法）：利利用往復復運動的的高壓泵泵氣流噴霧霧法：依依靠的壓壓縮空氣氣通過噴噴嘴時產(chǎn)產(chǎn)生的高高速度，，將液體吸出并并霧化離心噴霧霧干燥法法：利利用在水水平方向向作高速速旋轉的的圓盤給給予溶液液離心力，，使其高高速甩出出，形成成薄膜、、細絲或或液滴，同同時又受受到周圍圍空氣的的摩擦、、阻礙與與撕裂等作作用形成成細霧氣流噴霧霧干燥設設備氣流噴霧霧干燥流流程、特特點組成：噴噴霧干燥燥塔、噴噴嘴外，，還有空空氣加熱熱器、壓壓縮空氣氣系統(tǒng)和和空氣過過濾器等等流程：壓縮空氣氣從切線線方向進進入噴霧霧器外面面的套管管，形成成空氣渦渦流，，并在噴噴嘴處形形成低壓壓區(qū)，吸吸引液體體混合并并使之微微粒化。。熱風從從干燥塔塔的上部部經(jīng)空氣氣分配盤盤進入，，與噴霧霧后的液液體微粒粒相遇，，使之干干燥，干干燥后的的物料由由塔底部部排出，，廢氣沿沿回風管管導入袋袋濾器或或旋風分分離器，，收集隨隨廢氣帶帶走的粉粉末狀產(chǎn)產(chǎn)品，然然后經(jīng)排排風機排排入大氣氣中。特點：：結構構簡單單，操操作方方便和和可靠靠，獲獲得的的產(chǎn)品品質量量好氣流噴噴霧干干燥塔塔的構構造構成：：干燥室室、、氣流流噴霧霧器、、分配配盤、、螺螺旋排排風管管、、回風風管、、袋濾濾器。。各部件件的功功能：：氣流噴噴霧器器：使使料液液霧化化分配盤盤：使使空氣氣形成成旋流流與霧霧滴接接觸，，提高高干燥燥效果果螺旋排排風管管：使氣固固兩相相分離離回風管管：尾尾氣排排放袋濾器器：尾尾氣過過濾（一））物料料中水水分的的性質質物料含含水性性質：：游離離水和和結合合水游離水水：細細胞外外或毛毛細管管中，，結合合力弱弱，可可以流流動，，容易易除去去結合水水：滲滲透水水、結結構水水分，，結合合力強強，難難以流流動，，難除除去（二））干燥燥機理理傳熱傳傳質同同時進進行，，空氣氣為載載熱體體和載載濕體體傳質速速率：：內部部向表表面的的擴散散（濕濕度差差）；；汽化化并被被帶走走（表表面氣氣膜內內與氣氣流主主體中中水分分蒸汽汽分壓壓差））汽化控控制（（表面面汽化化速率率小于于內部部擴散散速率率）和和內部部擴散散控制制（內內部擴擴散速速率小小于表表面汽汽化速速率）），可可通過過改善善內、、外部部傳遞遞因素素而強強化（三））恒速速干燥燥和降降速干干燥1.干燥速速度（（v）2.恒速干干燥階階段3.降速干干燥階階段1.干干燥燥速度度（v）v———干燥速速度；；m1——汽化水水分量量m2——濕物料料量；；A———干燥面面積——濕物料料的濕濕含量量（干干基））t———干燥時時間2.恒恒速速干燥燥濕物料料表面面溫度度等于于空氣氣濕球球溫度度，溫溫差不不變，，傳熱熱速率率恒定定，傳傳質速速率恒恒定；；速度取取決于于表面面汽化化速率率（外外部干干燥條條件）），表表面汽汽化控控制階階段游離離水水分分為為主主3.降降速速干干燥燥階階段段低于于臨臨界界點點，，升溫溫下下進進行行干燥燥速速度度取取決決于于物物料料本本身身性性質質和和干干燥燥溫溫度度內部部擴擴散散控控制制階階段段結合合水水為為主主二、、生生物物工工業(yè)業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品品干干燥燥的的特特點點熱敏敏性性物物質質快速速高高效效，，溫溫度度適適宜宜，，干干燥燥時時間間要要短短，，不不應應混混入入雜雜質質干燥燥失失活活或或變變質質：：干干燥燥溫溫度度、、維維持持時時間間、、活活化化能能有有關關酶和和蛋蛋白白質質等等的的失失活活動動力力學學：：失活活方方程程p,p0————起始始時時刻刻及及t時產(chǎn)產(chǎn)物物的的活活性性E————產(chǎn)物物失失活活時時的的活活化化能能Z————頻率率因因子子T————t時刻刻的的溫溫度度R————常數(shù)數(shù)三、、干干燥燥設設備備的的選選型型原原則則處理理物物料料的的理理化化性性質質、、生生物物化化學學性性能能及及其其生生產(chǎn)產(chǎn)工工藝藝，，熱熱敏敏性性而而言言的的類類型型：：瞬瞬時時快快速速干干燥燥設設備備、、低低溫溫干干燥燥設設備備及及其其他他原則則：：產(chǎn)產(chǎn)品品質質量量要要求求（（活活性性））、、產(chǎn)產(chǎn)品品純純度度（（無無菌菌、、密密閉閉、、滅滅菌菌設設施施））、、物物料料的的特特性性、、產(chǎn)產(chǎn)量量及及勞勞動動條條件件干燥燥設設備備類類型型見見表表2-5-1，，教教材材299面面第二二節(jié)節(jié)非非絕絕熱熱干干燥燥設設備備一、、常常壓壓干干燥燥設設備備————麥麥芽芽干干燥燥塔塔二、、真真空空干干燥燥設設備備一、、常常壓壓干干燥燥設設備備————麥麥芽芽干干燥燥塔塔（一一））單單層層高高效效麥麥芽芽干干燥燥塔塔結結構構與與操操作作優(yōu)點點：：生生產(chǎn)產(chǎn)能能力力大大，，機機械械化化操操作作，，自自動動控控制制；；技技術術經(jīng)經(jīng)濟濟和和熱熱力力指指標標良良好好；；結結構構簡簡單單，，造造價價低低（二）設計計計算1.生產(chǎn)能能力：2.空氣耗耗量（含水量量大于10%）水分蒸發(fā)速率率：3.熱量計計算：干燥初初期熱量消耗耗3.熱量與與壓力損失計計算3.干燥初期熱量量消耗Q1——空氣在加熱器器內吸收的熱熱量Q2——空氣在第一小小時內帶走的的熱量Q3——干燥塔熱損失失4.壓力損失計算算：厚0.3-1.5米，氣流速度度為0.3-15米/秒時二、真空干燥燥設備真空下，接觸觸式干燥過程程，熱敏性、、易氧化物料料；設備：密閉干干燥室、冷凝凝器和真空泵泵組成真空箱式干燥燥器：干燥室室，中空盤架架帶式真空干燥燥器：液狀漿漿狀，耙式真空干燥燥器機械真空泵和和蒸汽噴射泵泵SZG系列雙雙錐干燥機SZG系列雙雙錐干燥機示示意圖YZJ真空干干燥機圓通真空干燥燥機一、氣流干燥燥原理及設備備（一）氣流干干燥原理熱氣流將物料料在流態(tài)下干干燥潮濕分散狀態(tài)態(tài)顆粒濕物料料，懸浮在熱熱氣流中，特點：干燥強強度大；干燥燥時間短；適適用性廣；結結構簡單等。。（二）氣流干干燥設備長管式氣流干干燥器：空氣氣過濾器、空空氣加熱器、、干燥管旋風式氣流干干燥器計算：PG正負兩級級氣流干燥機機流程示意圖QG系列氣流流干燥機計算1.顆粒懸懸浮速度：基爾比切夫準準數(shù)與雷諾準準數(shù)的關系（（圖2-5-10）：懸浮速度：空氣與物料對對流傳熱系數(shù)數(shù)Nu可以按Re與Nu（努塞爾特準準數(shù)）關系查查出，圖2-5-11，教材310為空氣在干燥燥管內平均溫溫度下的導熱熱系數(shù)（2）物料的的總表面積和和

（3）干干燥時間（2）物料的的總表面積；；（3）干燥時時間：（4）干燥管管長度和直徑徑長度：直徑：二、噴霧干燥燥原理及設備備（一）原理和和特點噴霧器將原料料噴成霧狀，，與熱空氣發(fā)發(fā)生熱量和質質量傳遞的干干燥過程特點：干燥速速度快、干燥燥溫度較低、、產(chǎn)品分散性性和溶解性良良好流程見圖2-5-12，，313面（二）噴霧干干燥設備關鍵：噴霧器器；壓力式噴霧器器（壓力噴霧霧干燥塔）氣流式噴霧器器（氣流噴霧霧干燥塔）離心式噴霧器器（離心噴霧霧干燥塔）高速離心噴霧霧干燥機壓力噴霧式干干燥機1.氣流式噴噴霧器（氣流流噴霧干燥塔塔）結構見2-5-13以高速氣流通通過噴嘴（孔孔徑1-4mm）時將料料液吸入、霧霧化，內部混合式和和外部混合式式2.離心噴噴霧干燥塔酶制劑；高速旋轉圓盤盤產(chǎn)生離心力力將料液甩出出，與空氣摩摩擦等作用而而成細霧狀被被干燥的過程程熱風盤和離心心噴霧機計算1.噴霧干干燥室直徑：：A.根據(jù)噴噴距半徑：或B.根據(jù)干干燥強度（三）附屬設設備1.空氣加加熱器：傳熱熱面積2.粉塵分分離器：擴散散式旋風分離離器三、流化床干干燥原理及設設備（一）流化床干燥原原理及特點原理：利用熱熱空氣使置于于篩板上的顆顆粒狀濕物料料呈沸騰狀態(tài)態(tài)的干燥過程程（空氣流速速與物料自由由沉降速度相相等）特點：傳質速速率大；干燥燥溫度均勻，，易控制；利利于連續(xù)化、、自動化操作作，能耗小等等。適用顆粒直徑徑：30微米-6毫米（二）設備單層（單室和和多室）和多多層流化床干干燥器、沸騰騰造粒干燥器器干燥流程1.單層臥臥式多室流化化床干燥器2.沸騰造粒粒干燥器倒圓錐形，錐錐角30度造粒過程：料料液水分完全全蒸發(fā)，本身身形成顆粒；；附著在晶核核后水分蒸發(fā)發(fā)，種子表面面形成薄膜；；種子之間的的碰撞粘連；；影響因素：停停留時間、摩摩擦作用、干干燥溫度沸騰制粒干燥燥機3.計算（1）臨界流流化速度方法2（2）操作流流化速度大于臨界流化化速度而小于于帶出速度（3）流化床床幾何尺寸Hs——0.05-0.30米f——0.55-0.75已知流化速度度時設計時，H=2Hf擴大段高度度和直徑：：以最小粉粉塵不被帶帶出的速度度計算干燥室直徑徑：（4）物料料停留時間間第四節(jié)冷冷凍干燥及及其他設備備一、冷凍干干燥原理及及設備二、微波干干燥原理及及設備一、冷凍干干燥原理及及設備（一）冷凍凍干燥原理理及特點原理：升華華干燥，將將物料低溫溫冷凍成固固態(tài)，高度度真空下，，將固態(tài)水水分直接升升華為氣態(tài)態(tài)的過程水的三相點點的壓力為為610.5Pa，溫度為0.0098℃。三相點以以下的水只只有固態(tài)和和氣態(tài)，相相變只在這這兩相間發(fā)發(fā)生固態(tài)的水可可通過吸收收外部提供供的熱能，，無需經(jīng)過過液態(tài)直接接升華為水水蒸汽從物物料中逸出出，實現(xiàn)脫脫水。因此此，真空冷冷凍干燥又又被稱為升升華干燥。。從理論上上說，真空空冷凍干燥燥的操作區(qū)區(qū)域只需在在水的三相相點以下即即可冷卻干燥過過程特點溫度低，高高度熱敏性性物料，有有效物質損損失少揮發(fā)性成分分損失少；；限制微生物物生長和酶酶的作用，，保持原物物料外觀形形狀；體積結構不不變；速溶性和快快速復水性性良好脫水徹底（（95-99%以上），可以長長期儲存真空下進行行，氧氣極極少，易氧氧化的物質質得到了保保護。成本高，周周期長等缺缺點（二）流程程及設備兩個階段：：直接升華華（溫度低低于溶點））；逐漸升升溫使水汽汽化除去。。系統(tǒng)由冷冷凍裝置置、真空空裝置、、水氣去去除裝置置和加熱熱部分流程見圖圖2-5-23，教材材323面冷凍部分分蒸汽壓縮縮式制冷冷、蒸汽噴噴射式制制冷和吸吸收式制制冷蒸汽壓縮縮式制冷冷：壓縮、冷冷凝、膨膨脹、蒸蒸發(fā)制冷劑：：氟里昂昂、氨、、二氧化化碳等載冷劑：：空氣、、乙醇、、氯化鈣鈣溶液2.真空空部分壓力應為為凍結物物料飽和和蒸汽壓壓的25%-50%干燥箱的的絕對壓壓力約為為13~1.3Pa，質量較較好的機機械泵可可達到的的最高真真空極限限約為0.1Pa5~10分鐘內從從大氣壓壓降至130Pa以下3.水水氣去除除部分和和加熱室室冷凝法除除去水氣氣加熱室：：提供升升華熱計算：干干燥時間間，二、微波波干燥原原理和設設備原理：介介質加熱熱干燥，，水分子子隨電場場改變而而改變其其運動方方式，加加之自身身運動等等原因，，分子間間產(chǎn)生摩摩擦而升升溫，內內部加熱熱干燥特點：加加熱時間間短；干干燥均勻勻；便于于控制；；設備微波爐功率計算算：9、靜夜夜四無無鄰，，荒居居舊業(yè)業(yè)貧。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黃黃葉葉樹樹，，燈燈下下白白頭頭人人。。。。13:13:5613:13:5613:1312/29/20221:13:56PM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。12月-2213:13:5613:13Dec-2229-Dec-2212、故人江海海別，幾度度隔山川。。。13:13:5613:13:5613:13Thursday,December29,202213、乍見翻疑夢夢，相悲各問問年。。12月-2212月-2213:13:5613:13:56December29,202214、他鄉(xiāng)鄉(xiāng)生白白發(fā)，，舊國國見青青山。。。29十十二二月20221:13:56下下午13:13:5612月月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月221:13下下午12月-2213:13December29,202216、行動出成果果，工作出財財富。。2022/12/2913:13:5613:13:5629December202217、做前前，能能夠環(huán)環(huán)視四四周；；做時時，你你只能能或者者最好好沿著著以腳腳為起起點的的射線線向前前。。。1:13:56下下午午1:13下下午午13:13:5612月月-229、沒有失失敗，只只有暫時時停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多事情努努力了未必有有結果，但是是不努力卻什什么改變也沒沒有。。13:13:5613:13:5613:1312/29/20221:13:56PM11、成功就就是日復復一日那那一點點點小小努努力的積積累。。。12月-2213:13:5713:13Dec-2229-Dec-2212、世間成成事，不不求其絕絕對圓滿滿，留一一份不足足，可得得無限完完美。。。13:13:5713:13:5713:13Thursday,December29,202213、不不知知香香積積寺寺，，數(shù)數(shù)里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2213:13:5713:13:57December29,202214、意志堅強強的人能把把世界放在在手中像泥泥塊一樣任任意揉捏。。29十二二月20221:13:57下下午13:13:5712月-2215、楚塞三湘接接，荊門九派派通。。。十二月221:1