第六章_干燥原理与设备

1、LOGO第六章第六章 干燥原理与设备干燥原理与设备LOGO学习目标 1 1、掌握干燥的概念；掌握干燥的过程、影响因素和干、掌握干燥的概念；掌握干燥的过程、影响因素和干燥时间的计算；熟悉干燥的分类。燥时间的计算；熟悉干燥的分类。 2 2、熟悉厢式干燥设备的分类、结构特点、适用范围及、熟悉厢式干燥设备的分类、结构特点、适用范围及操作技术；熟悉带式干燥设备的分类、结构特点、适操作技术；熟悉带式干燥设备的分类、结构特点、适用范围及操作技术。用范围及操作技术。 3 3、掌握流化干燥原理、特点及设备的分类、结构特点、掌握流化干燥原理、特点及设备的分类、结构特点、适用范围及操作技术；掌握喷雾干燥的原理、特点

2、。适用范围及操作技术；掌握喷雾干燥的原理、特点。 4 4、熟悉冷冻干燥的原理、特点、干燥过程及设备的结、熟悉冷冻干燥的原理、特点、干燥过程及设备的结构组成。构组成。 5 5、了解其他干燥设备。、了解其他干燥设备。LOGO第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 1 1、干燥的概念、干燥的概念v 概念：概念：即是借助于热能使物料中水分或其他溶剂蒸发或用即是借助于热能使物料中水分或其他溶剂蒸发或用冷冻将物料中的水分结冰后升华而被移除的单元操作。冷冻将物料中的水分结冰后升华而被移除的单元操作。v 目的：目的： 便于固体物料的贮存、运输和计量；便于固体物料的贮存、运输和计量； 保证固体物料的

3、质量及化学稳定性；保证固体物料的质量及化学稳定性； 方便加工、包装。方便加工、包装。 LOGO第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 固体物料中水分的性质固体物料中水分的性质总总水水分分 =100%相对湿度相对湿度 /%/%非结合非结合水分水分自自由由水水分分平衡平衡水分水分结合结合水分水分物料的湿含量物料的湿含量X/（kg水水/绝干物料）绝干物料）X*X图图6-1 固体物料中水分性质示意图固体物料中水分性质示意图物料中水分被干燥到所产生的蒸气物料中水分被干燥到所产生的蒸气压刚好等于空气中水蒸气的分压时，压刚好等于空气中水蒸气的分压时，两者处于平衡状态，干燥不再进行，两者处于平衡状

4、态，干燥不再进行，此时物料中的水分就是此时物料中的水分就是平衡水分平衡水分。可用干燥方法除掉的水分是可用干燥方法除掉的水分是自由水自由水分分。结合水结合水指物料中与物料间借化学力指物料中与物料间借化学力或物理和化学力相结合的水分。或物理和化学力相结合的水分。非结合水非结合水系指机械地附着于物料表系指机械地附着于物料表面、存积于大孔隙或颗粒堆积层中的面、存积于大孔隙或颗粒堆积层中的水分。水分。结合水与平衡水分结合水与平衡水分有何区别和联系？有何区别和联系？LOGOv 干燥速率是指在单位时间内在单位干燥面积上气化的水分干燥速率是指在单位时间内在单位干燥面积上气化的水分质量，以微分形式表示为：质量，

5、以微分形式表示为： 式中：式中：U干燥速率，干燥速率， kg/（m2s）；）；A干燥面积，干燥面积，m2；W气化水分量，气化水分量，kg； t干燥所需时间，干燥所需时间，h； md湿物中绝对干燥重量，湿物中绝对干燥重量，kg； X湿物料的含水量，（湿物料的含水量，（kg水水kg绝对干料）绝对干料） 式中负号表示物料含水量随干燥时间增加而减少。式中负号表示物料含水量随干燥时间增加而减少。 2.2.干燥速率和干燥特性曲线干燥速率和干燥特性曲线第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 LOGOv 物料的平均湿度（物料的平均湿度（X X）和干燥时间）和干燥时间（t t）的关系曲线，称为）的关

6、系曲线，称为干燥曲线干燥曲线，如图如图6-26-2。v ABAB段段为为预热阶段预热阶段，所需时间较短，所需时间较短可以忽略。可以忽略。BCBC段段表示物料的平均表示物料的平均湿度随时间而呈直线下降，在这湿度随时间而呈直线下降，在这段时间内，物料的表面非常湿润，段时间内，物料的表面非常湿润，物料表面水分为非结合水分，在物料表面水分为非结合水分，在恒定的干燥条件下，物料干燥速恒定的干燥条件下，物料干燥速率保持不变，称为率保持不变，称为恒速干燥阶段恒速干燥阶段。在此阶段，物料内部水分扩散速在此阶段，物料内部水分扩散速率大于或等于表面水分汽化速率。率大于或等于表面水分汽化速率。 图图6-26-2恒定

7、条件下物料干燥曲线恒定条件下物料干燥曲线 第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 3、干燥曲线、干燥曲线LOGOv 曲线曲线CECE表示干燥速率随着物料湿度表示干燥速率随着物料湿度的下降而下降，水分自物料内部向的下降而下降，水分自物料内部向表面扩散的速率表面扩散的速率低于低于物料表面上水物料表面上水分汽化的速率，随着物料内部含水分汽化的速率，随着物料内部含水量的减少，水分由物料内部向表面量的减少，水分由物料内部向表面传递的速率慢慢下降，因而干燥速传递的速率慢慢下降，因而干燥速率也就越来越低，这个阶段称为率也就越来越低，这个阶段称为降降速干燥阶段速干燥阶段。v 在降速干燥阶段，干燥速

8、率主要决在降速干燥阶段，干燥速率主要决定于物料本身的结构、形状和大小定于物料本身的结构、形状和大小等，而与空气的性质关系不大，所等，而与空气的性质关系不大，所以降速下燥阶段又称为以降速下燥阶段又称为物料内部扩物料内部扩散控制阶段散控制阶段。第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 图图6-26-2恒定条件下物料干燥曲线恒定条件下物料干燥曲线 LOGOCDCD段段称为第一降速干燥阶段，称为第一降速干燥阶段，DEDE段段称称为第二降速干燥阶段，达到为第二降速干燥阶段，达到E E点后，物点后，物料的含水量已降到平衡含水量料的含水量已降到平衡含水量X X* *，这种，这种条件下即使再干燥，也

9、不可能再降低物条件下即使再干燥，也不可能再降低物料的含水量。料的含水量。 C C点点为恒速干燥阶段转入降速干燥阶为恒速干燥阶段转入降速干燥阶段的转折点，称为临界点，该点的干燥段的转折点，称为临界点，该点的干燥速率速率（UcUc）等于恒速干燥阶段的干燥速）等于恒速干燥阶段的干燥速率率，对应的湿含量，对应的湿含量（XcXc）称为临界湿含）称为临界湿含量量( (或临界含水量或临界含水量) )。图图6-26-2恒定条件下物料干燥曲线恒定条件下物料干燥曲线 第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 LOGOv 干燥速率干燥速率U U与物料的与物料的平均湿度平均湿度X X的关系曲的关系曲线，称为

10、线，称为干燥速率曲干燥速率曲线线。典型的干燥速率。典型的干燥速率曲线如图曲线如图6-36-3所示。所示。图中图中BCBC表示恒速阶段，表示恒速阶段，CECE表示降速阶段，表示降速阶段，C C为临界点。为临界点。 图图6-3 6-3 恒定干燥条件下干燥曲线恒定干燥条件下干燥曲线 第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 LOGO 3 3、影响干燥速率的因素、影响干燥速率的因素(1(1) )物料的性质物料的性质 包括物料的物理结构、化学组成、形状和大小、物包括物料的物理结构、化学组成、形状和大小、物料层的厚薄以及与水分的结合方式。料层的厚薄以及与水分的结合方式。(2)(2)干燥介质的温度

11、、湿度和流速干燥介质的温度、湿度和流速 (3)(3)干燥的速度及方法干燥的速度及方法 当干燥速度过快时，物料表面水分蒸发速度当干燥速度过快时，物料表面水分蒸发速度大大超过内部水分扩散到物料表面的速度，致使表面粉粒黏结，大大超过内部水分扩散到物料表面的速度，致使表面粉粒黏结，甚至熔化结壳，阻碍了内部水分的扩散和蒸发，形成假干燥现象。甚至熔化结壳，阻碍了内部水分的扩散和蒸发，形成假干燥现象。(4)(4)压力压力 减压是促进和加快干燥的有效措施；真空干燥能降低干燥温减压是促进和加快干燥的有效措施；真空干燥能降低干燥温度，加快蒸发速度，提高干燥效率。度，加快蒸发速度，提高干燥效率。 (5)(5)干燥设

12、备的结构干燥设备的结构 设备的结构对上述因素都有不同程度的影响设备的结构对上述因素都有不同程度的影响. .第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 LOGO 实验得到的干燥速率曲线分为：预热段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段。由于实验得到的干燥速率曲线分为：预热段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段。由于预热段经过的时间较短并入恒速段。预热段经过的时间较短并入恒速段。 下面分别计算两段干燥时间。下面分别计算两段干燥时间。XcUcABCDX*UE第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 3、干燥时间的计算、干燥时间的计算（1）恒速干燥时间）恒速干燥时间t1因恒速干燥阶段的干燥速率因恒速干

13、燥阶段的干燥速率U等于临界干燥速率等于临界干燥速率Uc，则：则：分离变量积分得：分离变量积分得：)46(10dxAUmdttxxcdci则：则：)56()(1cicdxxAUmtXiLOGO第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 (2)降速干燥时间降速干燥时间t2物料在降速干燥阶段时，干燥速率物料在降速干燥阶段时，干燥速率U不是常数，会随着物料含水量不是常数，会随着物料含水量x减少而降低减少而降低对式（对式（6-2）分离变量积分得：）分离变量积分得：)66(02UdxAmtcxxdXcUcABCDX*UEXi用解析方法，近似求算用解析方法，近似求算t2值值这种方法是假定在降速阶段，

14、物料干燥速度这种方法是假定在降速阶段，物料干燥速度U与干与干基含水量基含水量x成线性关系，这样成线性关系，这样U和和x的关系可写成的关系可写成下式：下式：baxU微分得：微分得：dU=adx带入式带入式6-6得：得：02ln0UUaAmUdUaAmtcdUUdcX0LOGO第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 02ln0UUaAmUdUaAmtcdUUdcXcUcABCDX*UEXiX0根据干燥曲线中的根据干燥曲线中的CE段，可得：段，可得：干燥曲线干燥曲线*00 xxUaxxUacc或带入上述式子中，得：带入上述式子中，得：*ln*02xxxxUxxAmtcccd3.干燥过程总

15、时间干燥过程总时间对于连续干燥，物料干燥所需时间为对于连续干燥，物料干燥所需时间为t=t1+t2对于间歇式干燥，若每批卸料时间为对于间歇式干燥，若每批卸料时间为t3，物料干燥所，物料干燥所需的全部时间为：需的全部时间为：t=t1+t2+t3LOGO第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 例例6-1：已知某物料在恒定空气条件下，将含水量从：已知某物料在恒定空气条件下，将含水量从0.1kg/kg绝绝干物料干燥至干物料干燥至0.04kg水水/kg绝干物料共需绝干物料共需5小时，问将此物料继小时，问将此物料继续干燥至续干燥至0.01kg水水/kg绝干物料还需多长时间（该物料绝干物料还需多长

16、时间（该物料xc=0.05kg水水/kg绝干物料，绝干物料，x*=0.005kg水水/kg绝干物料）。绝干物料）。LOGO第一节第一节 干燥速率与干燥时间干燥速率与干燥时间 思考题：有一间歇操作干燥器，若将该思考题：有一间歇操作干燥器，若将该物料由含水量物料由含水量w1=27%干燥到干燥到w2=5%（均（均为湿基），湿物料的质量为为湿基），湿物料的质量为200kg，干燥，干燥表面积为表面积为0.025m2/kg干物料，装卸时间干物料，装卸时间=1h，试确定每批物料的干燥周期，试确定每批物料的干燥周期（ xc=0.20kg水水/kg干物料，平衡含水量干物料，平衡含水量x*=0.05kg水水/kg

17、干物料）。干物料）。LOGOv（一）按操作方式（一）按操作方式：连续式干燥和间歇式干燥。：连续式干燥和间歇式干燥。连续式干燥具有生产能力大，干燥质量均匀，热连续式干燥具有生产能力大，干燥质量均匀，热利用率高，劳动条件好等优点；间歇式干燥具有利用率高，劳动条件好等优点；间歇式干燥具有设备投资少、操作控制方便等优点，通常用于小设备投资少、操作控制方便等优点，通常用于小批量生产、处理量少或多品种生产。批量生产、处理量少或多品种生产。v（二）按操作压力：（二）按操作压力：常压干燥和真空干燥。没有常压干燥和真空干燥。没有特殊要求的物料干燥宜常压干燥，生产中多采用特殊要求的物料干燥宜常压干燥，生产中多采用

18、此类干燥；而对于热敏性或易氧化物料的干燥选此类干燥；而对于热敏性或易氧化物料的干燥选择真空干燥。择真空干燥。第二节第二节 干燥的分类干燥的分类LOGO（三）按供给热能的方式可分为：（三）按供给热能的方式可分为：v 传导干燥传导干燥 将湿物料与设备的加热面（热载体）相接触，将湿物料与设备的加热面（热载体）相接触，热能可以直接传递给湿物料，使物料中的湿分汽化，同时热能可以直接传递给湿物料，使物料中的湿分汽化，同时用空气（湿载体）将湿气带走。用空气（湿载体）将湿气带走。v 对流干燥对流干燥 对流干燥就是利用加热后的干燥介质，将热量对流干燥就是利用加热后的干燥介质，将热量带入干燥器并以对流方式传递给湿

19、物料，又将汽化的水分带入干燥器并以对流方式传递给湿物料，又将汽化的水分以对流形式带走。以对流形式带走。v 辐射干燥辐射干燥 热能以电磁波的形式由辐射器发射，湿物料吸热能以电磁波的形式由辐射器发射，湿物料吸收后转化为热能，使物料中的水分汽化，用空气带走。收后转化为热能，使物料中的水分汽化，用空气带走。v 介电干燥介电干燥 湿物料置于高频交变电场之中，湿物料中的水湿物料置于高频交变电场之中，湿物料中的水分子在高频交变电场内频繁地变换取向的位置产生热量分子在高频交变电场内频繁地变换取向的位置产生热量v 冷冻干燥冷冻干燥 将湿物料或溶液在低温下冻结成固态，在高真将湿物料或溶液在低温下冻结成固态，在高真

20、空下供给热量将水分直接由固态升华为气态的去除水干燥空下供给热量将水分直接由固态升华为气态的去除水干燥过程。过程。第二节第二节 干燥的分类干燥的分类LOGO第三节第三节 厢式干燥器厢式干燥器 v箱式干燥又称室式干燥箱式干燥又称室式干燥，一般小型的设备称烘箱，一般小型的设备称烘箱，大型的称烘房，属于对流干燥，多采用强制气流大型的称烘房，属于对流干燥，多采用强制气流的方法，为常压间歇操作的典型设备，可用于干的方法，为常压间歇操作的典型设备，可用于干燥多种不同形态的物料。燥多种不同形态的物料。 v 按气体流动方式可分为按气体流动方式可分为平行流式、穿流式、真空平行流式、穿流式、真空式式等等 LOGO

21、如图所示，水平气流厢式如图所示，水平气流厢式干燥器整体呈厢形，外壁是干燥器整体呈厢形，外壁是绝热保温层，厢体上设有气绝热保温层，厢体上设有气体进出口，物料放于盘中，体进出口，物料放于盘中，盘按一定间距放于固定架，盘按一定间距放于固定架，或是小车型的可推动架上，或是小车型的可推动架上，小车能方便地进出。小车能方便地进出。 水平气流厢式干燥器适水平气流厢式干燥器适用于干燥后期易产生粉尘的用于干燥后期易产生粉尘的泥状物料、少量多品种湿物泥状物料、少量多品种湿物料的粒状或粉状。料的粒状或粉状。 1-1-保温层保温层 2-2-加热器加热器 3-3-料板料板 4-4-风机风机一、水平气流厢式干燥器一、水平

22、气流厢式干燥器第三节第三节 厢式干燥器厢式干燥器 LOGO第二节第二节 厢式干燥器厢式干燥器二、穿流气流厢式干燥器二、穿流气流厢式干燥器v 穿流气流厢式干燥器结构与平流穿流气流厢式干燥器结构与平流式比较，将烘盘换成筛网，用挡式比较，将烘盘换成筛网，用挡板让热风在物料层穿流而过，可板让热风在物料层穿流而过，可以提高传热效率。为使热风在物以提高传热效率。为使热风在物料中形成穿流，物料以粒状、片料中形成穿流，物料以粒状、片状、短纤维等宜于气流通过为宜。状、短纤维等宜于气流通过为宜。由于气流穿过物料层，因接触面由于气流穿过物料层，因接触面积增大、内部湿分扩散距离短，积增大、内部湿分扩散距离短，干燥热效

23、率要比水平气流式的效干燥热效率要比水平气流式的效率高率高2 24 4倍。倍。1-料盘；2-过滤器；3-盖网；4-风机LOGO第二节第二节 厢式干燥器厢式干燥器三、真空厢式干燥器三、真空厢式干燥器v 对于不耐高温、易氧化的物对于不耐高温、易氧化的物料料, ,或是贵重的生物制品可以或是贵重的生物制品可以选用真空厢式干燥器。选用真空厢式干燥器。 v 干燥时，将料盘放于每层空干燥时，将料盘放于每层空心隔板之上，隔板中通常加心隔板之上，隔板中通常加热蒸汽或热水。关闭厢门，热蒸汽或热水。关闭厢门，用真空泵将厢内抽到所需要用真空泵将厢内抽到所需要的真空度后，打开加热装置的真空度后，打开加热装置并维持一定时间

24、。并维持一定时间。1-空心隔板；2-真空表；3-冷凝器 真空厢式干燥器132抽抽真真空空LOGO真空厢式干燥器真空厢式干燥器v干燥完毕后，一定要先将真空泵与干燥箱连接的干燥完毕后，一定要先将真空泵与干燥箱连接的真空阀门关闭，然后缓缓放气，去除物料，最后真空阀门关闭，然后缓缓放气，去除物料，最后关闭真空泵。如果先关闭真空泵，真空箱内的负关闭真空泵。如果先关闭真空泵，真空箱内的负压就可能将冷凝器内或真空泵里的液体倒吸回干压就可能将冷凝器内或真空泵里的液体倒吸回干燥器中，造成产品污染并有可能损坏真空泵。燥器中，造成产品污染并有可能损坏真空泵。注意事项注意事项LOGO真空耙式干燥箱蒸蒸汽汽夹夹套套耙耙

25、式式搅搅拌拌器器优点：优点：与厢式干燥器相比，与厢式干燥器相比，劳动强度低，物料可以是膏劳动强度低，物料可以是膏状、颗粒状或粉末状，物料状、颗粒状或粉末状，物料含水量可降低至含水量可降低至0.05%缺点：缺点：干燥时间长，生产能干燥时间长，生产能力低，卸料不易干净，不适力低，卸料不易干净，不适合需经常更换品种干燥合需经常更换品种干燥LOGO带式干燥器制药企业里主要使用的是制药企业里主要使用的是单级带式干燥器和多层带式干燥器单级带式干燥器和多层带式干燥器1234单级带式干燥器单级带式干燥器优点：优点：操作灵活，密闭干燥，劳动条操作灵活，密闭干燥，劳动条件好，结构简单，操作、维修方便件好，结构简单

26、，操作、维修方便缺点：缺点：占地面积大，噪声大占地面积大，噪声大LOGO多层带式干燥器优点：优点：占地少，结构简单，具有相同的干燥时间，适合于具占地少，结构简单，具有相同的干燥时间，适合于具有一定粒度的成品药物干燥有一定粒度的成品药物干燥缺点：缺点：被干燥物料状态选择范围较窄被干燥物料状态选择范围较窄LOGO流化床干燥器流化床干燥又称沸腾床干燥流化床干燥又称沸腾床干燥，利用热空气流使湿颗粒悬浮，呈流化态，利用热空气流使湿颗粒悬浮，呈流化态，似似“沸腾状沸腾状”，热空气与湿颗粒间在动态下进行热交换，达到干燥目，热空气与湿颗粒间在动态下进行热交换，达到干燥目的的一种方法。的的一种方法。工作原理工作

27、原理11引风机；引风机；22料仓料仓；33星形下料器；星形下料器；44集灰斗；集灰斗；55旋风旋风分离器；分离器；66皮带输皮带输送机；送机；77抛料机；抛料机；88卸料管；卸料管；99流化流化床；床；1010加热器；加热器；1111鼓风机；鼓风机；1212空空气过滤器气过滤器LOGO流化床干燥器特点特点:固体颗粒体积小，单位体积内表面积极固体颗粒体积小，单位体积内表面积极大，与干燥介质能高度混合；同时固体颗粒在大，与干燥介质能高度混合；同时固体颗粒在床层中不断进行激烈运动，表面更新机会多，床层中不断进行激烈运动，表面更新机会多，传热、传质效果好；物料在设备中停留时间传热、传质效果好；物料在设

28、备中停留时间短，适用于某些热敏性物料的干燥；设备生短，适用于某些热敏性物料的干燥；设备生产能力高，可以实现小设备大生产的要求；产能力高，可以实现小设备大生产的要求；在同意个设备中，可以进行连续操作，也可进在同意个设备中，可以进行连续操作，也可进行间歇操作；物料在干燥器内停留时间，可行间歇操作；物料在干燥器内停留时间，可以按需要进行调整，多产品含水量要求有变化以按需要进行调整，多产品含水量要求有变化或物料含水量有波动的情况更适合；设备简或物料含水量有波动的情况更适合；设备简单，费用较低，操作和维修方便。单，费用较低，操作和维修方便。缺点：缺点：对物料颗粒度有一定要求，一般不小于对物料颗粒度有一定要求，一般不小于30m，不大于，不大于6mm；一般不适合湿含量高而；一般不适合湿含量高而且黏度大、易粘壁和结块的物料；纵向反混剧且黏度大、易粘壁和结块的物料；纵向反混剧烈，物料停留时间不均