第十一章 干燥设备

1、发酵机械与设备发酵机械与设备徐徐 明明 芳芳 博博 士士教教 授授暨暨 南南 大大 学学 生生 科科 院院2015-12-17目录绪论绪论第一篇第一篇 生物质原料处理设备生物质原料处理设备第二篇第二篇 生物反应设备生物反应设备第四篇第四篇 其他设备其他设备 第一章第一章 生物质原料预处理设备生物质原料预处理设备 第二章第二章 生物细胞培养基制备设备生物细胞培养基制备设备 第三章第三章 生物培养基灭菌设备生物培养基灭菌设备 第四章第四章 原料（物料）输送设备原料（物料）输送设备第二篇第二篇 生物反应设备生物反应设备第八章第八章 生物反应器的检测及控制生物反应器的检测及控制底物底物生物反应器生物反

2、应器检测控检测控制仪表制仪表培养基培养基（灭菌）（灭菌）经加工经加工原料原料酶酶细胞细胞生物催化剂生物催化剂（游离或固定化）（游离或固定化）机械能机械能除除菌菌空气空气产品提取产品提取纯化纯化副产品副产品产品产品废物废物热能热能原材料原材料营养物营养物典型工业生物技术过程典型工业生物技术过程下游加工概述下游加工概述下游加工过程下游加工过程(Down stream processing)发酵液发酵液预处理预处理细胞分离细胞分离细胞破碎细胞破碎细胞碎片分离细胞碎片分离初步纯化初步纯化高度纯化高度纯化成品加工成品加工 1、 3、按照过滤推动力的差别，过滤机分为哪几、按照过滤推动力的差别，过滤机分为哪

3、几类？类？ 4、 5、真空转鼓过滤机、真空转鼓过滤机 6、为哪几类？为哪几类？ 7、如何选择离心设备、如何选择离心设备； 利用热能除去的单元操作： 湿物料的干燥操作有2个基本过程同时进行：。 包括：，但。有： 1.快速高效，；2.产品与干燥介质的；3.干燥产品应保持一定的纯度，在干燥过程中不在干燥过程中不得有杂质混入得有杂质混入。 生物工业产品干燥通常采用生物工业产品干燥通常采用、。设备类型干燥物料固定床干燥固定床干燥啤酒酿造用绿麦芽啤酒酿造用绿麦芽卧式沸腾干燥卧式沸腾干燥柠檬酸晶体、酵母、抗生素柠檬酸晶体、酵母、抗生素沸腾造粒干燥沸腾造粒干燥葡萄糖、味精、酶制剂葡萄糖、味精、酶制剂气流干燥气

4、流干燥味精、抗生素、葡萄糖味精、抗生素、葡萄糖旋风式气流干燥旋风式气流干燥四环素类四环素类气流式喷雾干燥气流式喷雾干燥蛋白酶、核酸、抗生素蛋白酶、核酸、抗生素压力式喷雾干燥压力式喷雾干燥酵母酵母离心式喷雾干燥离心式喷雾干燥酶制剂、酵母酶制剂、酵母喷雾干燥与振动流喷雾干燥与振动流化干燥化干燥酶制剂酶制剂滚筒干燥滚筒干燥酵母、单细胞蛋白酵母、单细胞蛋白真空干燥真空干燥青霉素钾盐、土霉素等青霉素钾盐、土霉素等冷冻干燥冷冻干燥抗肿瘤抗生素、乙肝疫苗抗肿瘤抗生素、乙肝疫苗产品的质量要求产品的质量要求产品的纯度产品的纯度物料的特性物料的特性产量及劳动条件产量及劳动条件：滚筒干燥设备、喷雾干燥设：滚筒干燥设

5、备、喷雾干燥设备、气流干燥设备、沸腾干燥设备备、气流干燥设备、沸腾干燥设备：真空干燥设备、冷冻干燥设备：真空干燥设备、冷冻干燥设备第二节第二节 绝热干燥设备绝热干燥设备 利用利用与与或或在流动过程中在流动过程中，气体与固体物料之间进行传热与传质，气体与固体物料之间进行传热与传质，从而使从而使。 目前使用的气流干燥器形式：长管气流干燥器、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。短管气流干燥器和旋风气流干燥器等。 应用应用： 生物工业中生物工业中味精、柠檬酸、四环类抗生味精、柠檬酸、四环类抗生素等的干燥。素等的干燥。图1 3 - 1 气流干燥流程1 - 空气过滤

6、器 2 - 预热器 3 - 干燥管 4 - 加料斗 5 - 螺旋加料器 6 - 旋风分离器 7 - 风机 8 - 锁气管 9 - 产品出口712345986 流程示意图长管气流干燥味精流程长管气流干燥味精流程旋风式气流干燥管旋风式气流干燥管旋风式干燥器流程图旋风式干燥器流程图1.1.干燥强度大；干燥强度大； 2.2.干燥时间短，对热敏性物料可选较高温介质；干燥时间短，对热敏性物料可选较高温介质； 3.3.可把可把; ;4.4.设备结构简单，占地面积小，生产能力小，能连设备结构简单，占地面积小，生产能力小，能连续操作，续操作，；5.5.适用性广，适用性广，可使用于各种粉粒状、碎块状物料可使用于各

7、种粉粒状、碎块状物料；6.6.对晶形磨损厉害；对晶形磨损厉害；7.7.热能利用率低。热能利用率低。 ：喷雾干燥是利用不同的喷喷雾干燥是利用不同的喷雾器，雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具，形成具有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热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，在几秒至几十秒质交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几十秒内获得干燥。内获得干燥。248765成品热空气废气料空气图 13-9 气流喷雾干燥流程 1.6-过滤器 2-空气分配盘 3-袋滤器 4-回风管 5-电加热器 7-瓷环 8-棉兰3 1.干燥速率快、时间短

8、；干燥速率快、时间短； 2.干燥温度低；干燥温度低； 3.制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。 特别适用于不能借结晶方法得到固体产品的生物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制品生产中，如酵母、核苷酸和某些抗生素药物的，如酵母、核苷酸和某些抗生素药物的干燥。干燥。连续喷雾干燥流程连续喷雾干燥流程喷雾干燥设备 关键：喷雾器； 压力式喷雾器（压力喷雾干燥塔） 气流式喷雾器（气流喷雾干燥塔） 离心式喷雾器（离心喷雾干燥塔） 采用压力式喷嘴借助高压泵的压力将溶液、悬采用压力式喷嘴借助高压泵的压力将溶液、悬浮液、乳浊液、膏糊状物料雾化成细小

9、液滴，然浮液、乳浊液、膏糊状物料雾化成细小液滴，然后与高温热空气进行快速热交换，在极短时间内后与高温热空气进行快速热交换，在极短时间内以简单的工艺迅速连续干燥成细颗粒状物料的设以简单的工艺迅速连续干燥成细颗粒状物料的设备。备。：压力式喷雾器、气流式喷雾器和离心式压力式喷雾器、气流式喷雾器和离心式喷雾器。喷雾器。1.气流式喷雾器（气流喷雾干燥塔） 结构见2-5-13 以高速气流通过喷嘴（孔径1-4mm）时将料液吸入、雾化， 内部混合式和外部混合式 压力喷雾式干燥机 洁净空气加热后进入干燥塔，在塔内热风中用洁净空气加热后进入干燥塔，在塔内热风中用二流体（或三流体）喷嘴将各种料液雾化成微小二流体（或

10、三流体）喷嘴将各种料液雾化成微小液滴，与热风进行快速热交换，蒸发掉液料的水液滴，与热风进行快速热交换，蒸发掉液料的水份（或溶剂），并随热风排出，得到粉状产品。份（或溶剂），并随热风排出，得到粉状产品。1.适用于一般溶液的高、低温干燥，特别对粘性、膏状、适用于一般溶液的高、低温干燥，特别对粘性、膏状、稀浆状物料的干燥效果更佳。稀浆状物料的干燥效果更佳。2.喷雾设备结构合理，维修方便，运行费用低，适用于喷雾设备结构合理，维修方便，运行费用低，适用于自动化流水作业。自动化流水作业。3.产品为粉状、粒状，可根据需要自行调节粒产品为粉状、粒状，可根据需要自行调节粒4.所得产品粉状流动性好、颗粒产品真密度

11、高，基本为所得产品粉状流动性好、颗粒产品真密度高，基本为球形颗粒。球形颗粒。1.液料槽液料槽 2.液料泵液料泵 3.压缩空气压缩空气 4.气流喷嘴气流喷嘴 5.干燥塔干燥塔 6.旋风分离器旋风分离器 7.布袋除尘器布袋除尘器 8.加热器加热器 气流喷雾器：内部混合式和外部混合式，常用的是内内部混合式和外部混合式，常用的是内部混合式。部混合式。双流式喷嘴三流式喷嘴气流喷雾干燥塔气流喷雾干燥塔高速离心喷雾干燥机 空气经过滤和加热，进入干燥器顶部空气分空气经过滤和加热，进入干燥器顶部空气分配器，热空气呈螺旋状均匀地进入干燥室。料配器，热空气呈螺旋状均匀地进入干燥室。料液经塔体顶部的高速离心雾化器，（

12、旋转）喷液经塔体顶部的高速离心雾化器，（旋转）喷雾成极细微的雾状液珠，与热空气并流接触，雾成极细微的雾状液珠，与热空气并流接触，在极短的时间内可干燥为成品。成品连续地由在极短的时间内可干燥为成品。成品连续地由干燥塔底部和旋风分离器中输出，废气由风机干燥塔底部和旋风分离器中输出，废气由风机排空。排空。热风盘构造热风盘构造1、空气过滤器、空气过滤器2、加热器、加热器3、热风分配器、热风分配器4、干燥室、干燥室5、过滤器、过滤器6、泵、泵7、喷头、喷头8、旋风分离器、旋风分离器9、风机、风机10、料液槽、料液槽 扩散式旋风分离器扩散式旋风分离器原理：利用流态化技术，即利用热空气流使置于利用流态化技术

13、，即利用热空气流使置于筛板上的筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过程颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过程。特点特点:1.传热传质速率高；传热传质速率高；2.2.干燥温度均匀，控制容易；干燥温度均匀，控制容易；3.3.结构简单，可连续化、自动化生产。结构简单，可连续化、自动化生产。 流化床干燥流程流化床干燥流程 流化床干燥器有单层，多层。单层的分单室、流化床干燥器有单层，多层。单层的分单室、多室和有干燥室冷却室的二段沸腾干燥，其次还多室和有干燥室冷却室的二段沸腾干燥，其次还有沸腾造粒干燥。有沸腾造粒干燥。 多层流化床干燥器多层流化床干燥器单层多室流化床干燥器单层多室流化床干燥器动画演示动画演示加料

14、加料废气废气出料出料溢流管溢流管动画演示动画演示葡萄糖浓缩液沸腾造粒干燥流程葡萄糖浓缩液沸腾造粒干燥流程1、测压器、测压器2、喷嘴、喷嘴3、人孔、人孔4、窥镜、窥镜5、测温口、测温口6、出料口、出料口7、灯孔、灯孔8、加料口、加料口9、热空气入口、热空气入口沸腾造粒干燥塔构造特点沸腾造粒干燥塔构造特点 传热面积大、干燥均匀可传热面积大、干燥均匀可连续进行、设备体积小。连续进行、设备体积小。影响产品颗粒大小的因素影响产品颗粒大小的因素 1.1.停留时间停留时间 2.2.摩擦作用摩擦作用3.3.干燥温度干燥温度4.4.返料量和晶核大小返料量和晶核大小沸腾制粒干燥机沸腾造粒干燥器 倒圆锥形，锥角30

15、度 造粒过程：料液水分完全蒸发，本身形成颗粒；附着在晶核后水分蒸发，种子表面形成薄膜；种子之间的碰撞粘连； 影响因素：停留时间、摩擦作用、干燥温度四. 冷冻干燥及其他设备 1、冷冻干燥原理及设备 2、微波干燥原理及设备原理：将湿物料（或溶液）在较低温度下（将湿物料（或溶液）在较低温度下（- -1010-50-50）冻结成固态，然后在高度真空下，）冻结成固态，然后在高度真空下，将其中固态水分直接升华为气态而除去的干燥过将其中固态水分直接升华为气态而除去的干燥过程。程。特点：1.1.干燥温度低，特别适合于高热敏性物料的干燥；干燥温度低，特别适合于高热敏性物料的干燥；2.2.能保持原物料的外观形状；

16、能保持原物料的外观形状；3.3.冻干制品具有多孔结构，有理想的速溶性和快速复水冻干制品具有多孔结构，有理想的速溶性和快速复水性；性；4.4.冷冻干燥脱水彻底，质量轻，产品保存期长。冷冻干燥脱水彻底，质量轻，产品保存期长。流程及设备 两个阶段： 直接升华（温度低于溶点）； 逐渐升温使水汽化除去。 系统由冷冻装置、真空装置、水气去除冷冻装置、真空装置、水气去除装置和加热部分装置和加热部分LGJ-A型冷冻干燥机流程图型冷冻干燥机流程图动画演示动画演示蒸汽压缩制冷流程图蒸汽压缩制冷流程图双级压缩制冷系统双级压缩制冷系统冷冻部分 蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷和吸收式制冷 蒸汽压缩式制冷：

17、蒸汽压缩式制冷：压缩、冷凝、膨胀、压缩、冷凝、膨胀、蒸发蒸发 制冷剂：氟里昂、氨、二氧化碳等制冷剂：氟里昂、氨、二氧化碳等 载冷剂：空气、乙醇、氯化钙溶液载冷剂：空气、乙醇、氯化钙溶液2.真空部分 压力应为冻结物料饱和蒸汽压的25%-50% 干燥箱的绝对压力约为131.3Pa，质量较好的机械泵可达到的最高真空极限约为0.1Pa 510分钟内从大气压降至130Pa以下 3. 水气去除部分和加热室 冷凝法除去水气 加热室：提供升华热原理：当待干燥的湿物料置于高频电场时，由于当待干燥的湿物料置于高频电场时，由于湿物料中水分子具有极性，则分子沿着外电场方湿物料中水分子具有极性，则分子沿着外电场方向取向

18、排列，随着外电场高频率变换方向，则水向取向排列，随着外电场高频率变换方向，则水分子会迅速转动或快速摆动。又由于分子原有的分子会迅速转动或快速摆动。又由于分子原有的热运动和相邻分子间的相互作用，使分子随着外热运动和相邻分子间的相互作用，使分子随着外电场变化而摆动的规则运动受到干扰和阻碍，从电场变化而摆动的规则运动受到干扰和阻碍，从而引起分子间的摩擦而产生热量，使其温度升高。而引起分子间的摩擦而产生热量，使其温度升高。二、微波干燥原理和设备 原理：介质加热干燥，水分子随电场改变而改变其运动方式，加之自身运动等原因，分子间产生摩擦而升温，内部加热干燥 特点：加热时间短；干燥均匀；便于控制；思考题 1. 生物工程产品干燥要注意的事项有哪些？ 2. 流化床干燥的气流速度的条件？ 3. 干燥的两个阶段。 4. 常用的干燥设备有哪些？一、常压干燥设备麦芽干燥塔 （一）单层高效麦芽干燥塔结构与操作 优点：生产能力大，机械化操作，自动控制；技术经济和热力指标良好；结构简单，造价低二、真空干燥设备 真空下，接触式干燥过程，热敏性、易氧化物料； 设备：密闭干燥室、冷凝器和真空泵组密闭干燥室、冷凝器和真空泵组成成 真空箱式干燥器