确定干燥装置的工艺参数

1、药品生产技术专业教学资源库-制药单元操作技术教学设计教 师 姓 名授课班级授课形式讲授授 课 日 期 授课时数4授课内容情景7 干燥过程及操作任务6确定干燥装置的工艺参数教学目的知 识目 标1. 了解对干燥设备的基本要求及选择原则2. 掌握干燥装置工艺参数的选择原则能 力目 标1能够根据干燥任务，正确进行干燥条件分析，选择合适的干燥设备。2、能够根据不同物料的干燥要求，选择适合生产任务的干燥器。3、能够根据干燥物料的特点，正确选用的干燥流程。思 想目 标1. 具有分析问题解决问题的能力；2. 具有一定组织协调能力；3. 具有搜索、整理材料及文字表达相关能力教 学 重 点干燥器的选择及工艺参数的

2、确定教 学 难 点干燥器的选择及工艺参数的确定更新、补充、删 节 内 容使 用 教 具多媒体课 外 作 业课 后 体 会授课主要内容及课堂教学设计教学环节 课 程 内 容 设 计教学方法时间min组织复习引入新课小结作业湿物料干燥过程所需空气的用量、热量消耗及干燥时间均可确定，如何选择合适的干燥器，在最优的操作条件下干燥，达到优质、高产、低能？任务6确定干燥装置的工艺参数一、干燥设备的基本要求工业上由于被干燥物料的性质、干燥程度、生产能力等各不相同，采用的干燥器和干燥操作方式不同。为了确保优化生产、提高效率，对干燥器有如下要求：1.能满足生产工艺的要求 指达到规定的干燥程度；均匀干燥；保证产品

3、具有一定的形状和大小等。由于不同物料的物理、化学性质以及外观形状等差异很大，对于干燥设备的要求也就各不相同，干燥器必须根据物料的这些不同特征确定不同的结构。通常除了干燥小批量、多品种的产品，工业上并不要求一个干燥器能处理多种物料，即干燥过程中通用设备不一定符合优化、经济的原则。这与其他单元操作的要求不同。2.生产能力大干燥器的生产能力取决于物料达到规定干燥程度所需的时间。干燥速率越快，干燥时间越短，设备的生产能力越大。许多干燥器，如气流干燥器、流化床干燥器、喷雾干燥器能使物料在干燥过程中处于分散、悬浮状态，增大气固接触面积并不断更新，加快了干燥速率，缩短了干燥时间，具有较大的生产能力。3.热效

4、率高对流干燥中，提高热效率的主要途径是减少废气带走的热量。干燥器的结构应有利于气固接触、有较大的传热和传质推动力，以提高热能的利用率。4.干燥系统的流动阻力要小，以降低动力消耗。5.操作控制方便，劳动条件好，附属设备简单。二、干燥器的选择由于工业生产中湿物料种类较多，对于产品质量的要求不同，因此选择合适的干燥器非常重要。若选择不当，将导致产品质量达不到要求，或热量利用率低、劳动消耗高，甚至设备不能正常运行。在选择干燥器时，主要从以下方面考虑，然后综合选择。（1）物料的形态 干燥器最初的选择是以原料为基础，如在处理液态物料时选择的设备通常有喷雾干燥器、转鼓干燥器和搅拌间歇真空干燥器等。表7-5给

5、出了干燥器适应的原料类型，供选择时参考。表7-5 以原料形态选择干燥器原料性质液态滤饼可自由流动的物料应型物件溶 液糊状物膏状物离心分离滤饼过滤滤饼粉颗粒易碎结晶片料纤维对流干燥器带式干燥器闪急干燥器流化床干燥器转筒干燥器喷雾干燥器托盘干燥器（间歇）连续干燥器（连续）传导干燥器转鼓干燥器蒸汽夹套转筒蒸汽管式转筒托盘干燥器(间)托盘干燥器(连)2.物料的性质 物料达到所要求的干燥程度需要一定的干燥时间。物料不同，所需的干燥时间不同。对于吸湿性物料或临界含水量很高的物料，应选择干燥时间较长的干燥器，例如间接加热转筒干燥器；对干燥时间很短的干燥器，例如气流干燥器，仅适用于干燥临界含水量很低且易于干燥

6、的物料。表7-6是对流和传导干燥器中物料的停留时间，可根据此表来选择合适的干燥器。物料的热敏性决定了干燥过程物料的温度上限，但物料承受温度的能力与干燥时间段长短有关，对于某些热敏性物料，如果干燥时间很短，即使在较高温度下进行干燥，产品也不会变质，气流干燥器和喷雾干燥器比较适合于干燥热敏性物料。物料的粘附性也影响到干燥器的选择，它关系到干燥器内物料的流动及传热与传质的进行，应充分了解物料从湿状态到干燥状态粘附性的变化，以便选择合适的干燥器。表7-6 对流和传导热干燥器中物料的停留时间干燥器在干燥器内典型的停留时间010s1030s510min1060min16h对流型带式干燥器闪急干燥器流化床干

7、燥器转筒干燥器喷雾干燥器托盘干燥器（间歇）托盘干燥器（连续）传导型转鼓干燥器蒸汽夹套转筒干燥器蒸汽管转筒干燥器托盘干燥器（间歇）托盘干燥器（连续）3.物料的处理方法 表7-7某些干燥器中被干燥物料的处理方法方法典型的干燥器典型的物料物料不运送物料因重力而降落物料由机械运送在小车上运送物料形成幅状的物料、贴在滚筒上在输送带上运送物料物料悬浮在空气中空气中雾化的糊状物或溶液托盘干燥器转筒干燥器螺旋输送式和桨叶式干燥器隧道干燥器转鼓干燥器带式干燥器流化床干燥器、闪急干燥器喷雾干燥器各种膏状物料、颗粒物料可流动的颗粒物料糊状物、膏状物各种物料纸、织物、浆各种固体物料可流动的颗粒牛奶、咖啡等被干燥物料的

8、处理方法对于干燥器的选择也是关键因素之一，在某些情况下物料需经预处理或预成型，使其适宜在某种特殊干燥器中。4.供热方式 不同干燥器的供热方式不同，适应的干燥对象也不同。（1）对流加热是干燥颗粒、糊状或膏状物料最常用的方式，这种干燥器也称作（热）干燥器。在初始等速干燥阶段（在此阶段表面湿分被除去），物料表面温度是对应加热介质的湿球温度；在降速干燥阶段，物料的温度逐渐逼近介质的干球温度，因此，在干燥热敏性物料时需考虑这些因素。（2）传导加热干燥器又称直接干燥器，更适用于薄层物料或很湿的物料。对流干燥器中由于热焓随干燥空气的逸出损失很大，其热效率很低，而传导干燥器热效率较高。干燥膏状物料的桨叶式干燥

9、器，内部装有蒸汽管的转筒干燥器，干燥薄层糊状物的转鼓干燥器均属间接干燥器。（3）各种电磁辐射源具有的波长可从太阳频谱到微波（0.2m0.2m），48m频带的远红外辐射常用涂膜、薄型带状物和膜的干燥。但由于投资和操作费用较高，通常用于干燥高值产品或湿度场的最终调整，因为此时仅排除少量难以去除的水分，如纸的湿度场用射频加热来调整。此外，某些干燥器可以采用直接、间接或辐射联合方式操作，例如装有浸没加热管或蛇管的流化床干燥器用于干燥热敏性聚合物或松香片，远红外加空气喷射或微波与冲击联合干燥薄片状食品等。（4）干燥产品的特定质量要求 干燥食品、药品等不能受污染的物料，所用干燥介质必须纯净，或采用间接加热

10、方式干燥。有的产品不仅要求有一定的几何形状，而且要求有良好的外观，这些物料在干燥过程中，若干燥速度太快，可能会使产品表面硬化或严重收缩发皱，直接影响到产品的价值。因此，要选择适当的干燥器，确定适宜的干燥条件，缓和其干燥速度，对于易氧化的物料。可考虑采用间接加热的干燥器。（5）操作温度和操作压力 大多数干燥设备在常压下操作，微弱的正压可避免外界向内部泄露；当不允许向外界泄漏时则采用微负压操作；而真空操作费用昂贵，当物料必须在低温、无氧以及在中温或高温产生异味时，或在有致毒危险的情况下才会使用。一般而言，高温操作对干燥更有效，因为对于给定的蒸发量可采用较低的气体流量和较小的设备；在可获得低温热能、

11、从太阳能收集获得热能和处理热敏性物料时选择低温操作，但干燥器的尺寸较大；而冷冻干燥，虽操作费用昂贵但产品质量和香味保存的更好。（6）能源价格、安全操作和环境因素 空气污染问题 干燥装置因尘埃和气体的排放而造成空气污染，有时甚至洁净的水蒸气雾流也会造成污染。因次，有害气体采用吸收、吸附或焚烧等办法去除；废气中颗粒含量过高可采用高效收尘或采用多级除尘装置净化气体，如旋风分离器，袋式过滤器和静电除尘器，噪声问题 通常风机是主要的噪声源，此外，如泵、变速箱、压缩机、雾化设备。燃烧器及混合器也都会产生噪声。根据噪声要求的严格性，防噪设施的价格有时可达总系统价格的20%。综上所述，在选择干燥器的类型时，应

12、综合各方面的因素，加以比较、筛选，从中选出既有符合原料特性，又能保证产品质量要求，经济合理，操作可行的干燥器类型。三、确定干燥装置的工艺参数干燥操作必须确定最佳的工艺条件，在干燥操作中注意调节和控制，才能完成生产，达到优质、高产和低耗。（1）干燥介质的选择 干燥介质不能与被干燥物料发生化学反应，不能影响被干燥物料的性质，还要考虑干燥过程的工艺及可用的热源，即干燥介质的选择还应考虑介质的经济性。对流干燥介质可采用空气、惰性气体、烟道气及过热蒸汽等。当干燥操作温度不太高时，氧气的存在不影响被干燥物料的性能时，可采用热空气作为干燥介质.对某些易氧化的物料，或从物料中蒸发出易爆的气体时，则宜采用惰性气

13、体作为干燥介质。烟道气适用于高温干燥。但要求被干燥的物料不怕污染，而且不与烟气中的SO2和CO2等气体发生作用。（2）流动方式的选择逆流操作，物料移动方向和介质的流动方向相反，整个干燥过程中的干燥推动力较均匀，适用于物料含水量高且不允许快速干燥的场合、耐高温物料的干燥及要求干燥产品的含水量很低时的干燥过程。并流操作，物料移动方向和介质的流动方向相同，开始时传热、传质推动力较大，干燥速率较大，随着干燥的进行速率明显降低，难以获得含水量很低的产品。但并流操作物料出口温度可以比逆流低。该法适用于物料含水量较高且允许进行快速干燥而不产生龟裂或焦化的物料，以及干燥后期不耐高温、易分解、氧化、变色等物料的

14、干燥。错流操作，干燥介质与物料间运动方向互相垂直。各个位置上的物料都与高温、低湿的介质相接触，因此干燥推动力比较大，又可采用较高的气体速度，干燥速度快。该法适用于无论含水量高低都可以进行快速干燥的场合、耐高温物料干燥及因阻力大或干燥器构造的要求不适宜采用并流或逆流操作的场合。（3）干燥介质进入干燥器时的温度和流量为了强化干燥过程和提高经济效益，干燥介质的进口温度易保持在物料允许的最高温度范围内，但也应考虑避免物料发生变色、分解等。对于同一物料，允许介质进口温度随干燥器形式不同而异。例如，在箱式干燥器中，由于物料是静止的，因此应选用较低介质进口温度；在转筒、沸腾、气流等干燥中，由于物料不断的翻动

15、，致使干燥温度高、均匀、速度快、时间短，因此介质进口温度高。增加空气的流量可以增加干燥过程的推动力，提高干燥速率。但空气量增加，会造成热损失增加，热效率下降，同时还会增加动力消耗。气速的增加，会造成产品回收负荷的增加，生产中要综合考虑温度和流量的影响，合理选择。（4）干燥介质离开干燥器时的温度和湿度 提高干燥介质离开干燥器的相对湿度2，减少空气消耗量及传热量，可降低操作费用；但因2增大，介质中水汽的分压增高，使干燥过程的平均推动力下降，为了保持相同的干燥能力，需要增大干燥器的尺寸，即加大了投资费用。所以，适宜的2值应通过经济衡算来决定。对同一物料，不同类型的干燥器，适宜的2值也不同。例如，对气流干燥器，由于物料在器内的停留时间短，要求有较大的推动力以提高干燥速率，因此一般离开干燥器的气体中水汽分压需低于出口物料表面水汽分压的50%80%。干燥介质离开干燥器的温度t2与2应综合考虑。若t2降低，则2较高，此时湿空气可能在干燥器后面的设备和管路中析出水滴，破坏了干燥的正常操作。对气流干燥器，一般要求t2较入口气体的绝热饱和温度高2050。（5）物料离开干燥器时的温度物料出口温度与很多因素有关，主要取决于材料的临界含水量及干燥第二阶段的传质系数。X2值