生物工程设备-0第十章干燥设备-czm

第五章干燥设备生物产物一般为热敏性的物质，物料在干燥过程中受高温或受热时间过长，都会影响产品的稳定性和使产品受到某种程度的破坏。因此要求干燥设备快速高效，干燥温度不能过 燥时间不能太长；必须使活性物质损失最少。产品纯度不能受到影响，有时甚至要求不能有杂菌染(浸)入，干燥设备必需满足无菌要求。生物工业干燥的特点生物工业常用干燥方法空气干燥冷冻干燥真空干燥微波干燥固定床干燥麦芽干燥塔喷雾干燥气流干燥沸腾干燥压力式气流式离心式直管脉冲管旋风管流化床沸腾造粒干燥塔利用加热面提供热量，空气带走蒸发的水分（箱式带式耙式）物料冷冻成冰，在高真空下冰升华成蒸汽去除方法。保持原有的物质特性，成本高。利用电磁场的作用,使物料中极性分子产生,

的能量使

燥中的物料发热达到使水分汽化除去。干燥设备选型的原则

对热敏性物质两类设备低温干燥设备：真空、冷冻瞬间干燥设备：喷雾、气流、沸腾的要求选型的原则必须满足行业管理满足产品质量的要求满足产品纯度的要求根据物料的特性5.考虑产量和劳动条件。干燥设备主要类型非绝热干燥设备绝热干燥设备冷冻干燥及其他干燥设备第一节非绝热干燥设备常压干燥设备真空干燥设备常压干燥设备-麦芽干燥塔干燥的目的将绿麦芽水分由42-45%减少到约3.5%，停止大麦芽的生长和酶的作用，同时需保存酶的活性，以利贮藏；使麦根易于脱落；除去绿麦芽的生腥味，生成麦芽特有的色香味。麦芽干燥塔结构与原理1

塔体7

烘床（网眼钢板）8

热风进口12

冷风进口6

排料2刮板机单层水平式高效干燥塔优点生产能力的大，可机械化操作、便于自动化控制余热回收与非热利用，技术经济与热力指标好结构简单，造价低（不需要

厂房和翻卖机）12.

热空气

13.出料螺旋输送器13单层水平式流化干燥塔通风机新鲜空气室

3.炉循环热空气湿空气排除出口6.风门螺旋输送器麦芽分配器自动卸载烘床斗式提升机11.料斗其他常压干燥设备箱式干燥箱烘房滚筒干燥器（双滚筒干燥器）红外线干燥器转筒干燥器洞道式干燥器箱式干燥器工作原理湿颗粒装在浅盘内，置于支架上，空气由风机送入，经预热器加热到所需温度，吹过物料表面，使物料干燥。箱式干燥器烘房优点：①生产能力大，可连续操作；②结构简单，操作方便；③故障少，低；④适用范围广（如滤饼干燥）；⑤操作弹性大；⑥清扫容易。缺点：①设备庞大；②安装、拆卸

；③热容量系数小，热效率低；④物料在干燥器内停留时间长，且物料颗粒之间的停留时间差异较大。食品工厂机械与设备——第九章干燥机械与设备真空干燥设备一般由密闭干燥室、冷凝器及真空泵组成常用的有：真空箱式干燥器带式真空干燥器耙式真空干燥器1.加热滚筒3.冷却滚筒5.原料进口7.辐射加热器8.至真空系统2.真空室4.制品出口6.不锈钢带真空干燥箱第二节绝热干燥设备气流干燥设备、原理与特点喷雾干燥设备、原理与特点流化床干燥设备、原理与特点气流干燥设备长管气流干燥设备空气过滤器空气加热器干燥管（关键设备-脉冲式干燥管）干燥管气流干燥原理原理：利用热气流将物料在流态状态下进行干燥的过程。湿物料在热气流中呈悬浮状态，每个物料颗粒都被热空气所包围，因而使湿物料在流动过程中最大限度地与空气充分接触，气体与固体之间进行传热和传质，达到干燥目的。适用范围：潮湿分散状态颗粒物料（味精、柠檬酸、四环素抗生素等）长管气流干燥设备旋风式气流干燥器主要部件：圆筒形的筒身（代替长管，节省空间）工作原理：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再折向

排气管排排出筒身处必要时可附有蒸汽夹套。干燥速度快：主要用于干燥晶体和小颗粒，物料分散悬浮在气流中，传热传质面积大。热气体进口速度高(10-40m/s)，气固两相间(尤其是加速段)相对速度很大，平均传热系数比其它类型干燥器高几倍至几十倍，体积小气固并流操作：符合干燥基本规律，可使用高温气体作为干燥介质而不会烧坏物料。一根10m长的气流管，80%的水分量是在长约2m

左右的加速段汽化干燥的。干燥时间短(秒级)：整个干燥过程不超过2秒，特别适合热敏性、易氧化、不宜的物料的干燥,产品的湿含量均匀一致结构简单，设备投资少，占地面积小，操作方便，性能稳定维修量小。适用性广（各种粉粒状、碎块状物料）气流干燥优点喷雾干燥设备与原理气流喷雾干燥设备离心喷雾干燥设备压力喷雾干燥设备喷雾干燥的附属设备（空气加热器、粉尘分离器）喷雾干燥原理

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。极细的雾滴，具有很大的比表面积，与热空气发生热质交换，在几秒至几十秒内迅速排出水分干燥特别适合不能用结晶方法得到固体产品的生物制品喷雾干燥特点干燥速度快、时间短，一般为3~30s，20~60μm的雾滴，表面积200~5000m2/m3，极易汽化干燥。干燥温度较低。由于雾滴中

水分，表面温度不超过空气的湿球温度，一般为50~60℃，物料停留时间短，最终温度不太高，非常适合热敏性物料的干燥。制品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。

喷雾干燥的容积干燥强度小，干燥室体积大，热量消耗多，一般蒸发1kg水分约需6000kJ热量，相当2.5~3.5kg的蒸汽。气流喷雾干燥设备依靠压力0.25~0.6MPa压缩空气高速通过喷嘴将料液吸入雾化。能处理悬浮液和黏性较大的料液（蛋白酶、核苷酸）气流喷雾干燥塔结构上部为圆柱形，下部为径高比1：2.4~3直径与锥高比1：1.3~1.6空塔气速0.15~0.2m/s回风管空气流速10~12m/s材料不锈钢板

1mm喷嘴孔径1~4mm（关键设备）分配盘（关键设备）分配盘喷嘴a双流式喷嘴（混合）b三流式喷嘴（混合）气流喷雾器形式：混合式（气体与物料在喷嘴

混合后喷出，常用）外部混合式（气体与物料在喷嘴外混合喷成雾滴）分配盘作用与形式作用：使空气形成旋流与雾滴接触，提

燥效率旋风扩散式（右图示）叶片旋风式30个叶片与水平呈30o角离心喷雾干燥设备原理：利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予料液以离心力，使其高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，同时又受到周围空气的摩擦、阻碍与

等作用形成细雾而干燥的过程。使用范围：酶制剂离心喷雾干燥设备关键结构离心喷雾机(喷盘，塔内）离心喷雾机转速3000~7000r/min，最低线速度100m/s是成雾的临界速度（定型产品有150L，500L，1000L/h)根据喷矩概念90％以上液滴下落，不具有水平速度，干燥塔半径大于喷距，一般液滴不会碰壁。热风盘（塔顶）喷盘形式：平板形、皿形、碗形、多翼形、喷枪形、锥形及圆帽形离心式雾化的机理离心式雾化的机理是借助高速转盘产生离心力，将料液高速甩出成薄膜、细丝，并受到腔体空气的摩擦和作用而雾化，图示为离心雾化的情形。喷盘热风盘作用:热风分配均匀进口风速6~10m/s出口风速8~12m/s离心式喷雾干燥设备热风分配器整个蜗壳型热风分配器外观很像蜗牛壳，进风口由大逐渐变小，其原因是因为热风在顺着蜗壳风道流动，其中一部分热风会进入干燥塔，风量减少。为保证热风能均匀地进入到塔内，因此采用蜗壳式设计。压力喷雾干燥设备原理：利用高压往复泵，以5~20MPa的压力0.5~1.5mm的喷孔喷出，分散成50~150μm的液滴。液滴在干燥室内与热空气流接触而获得干燥。关键设备:压力式喷嘴物料在压力式雾化器内的流动示意图物料经高压泵作用后，处于高压低速的状态，以切线方向进入旋转室，（让物料由原先的“液束”状态变成“液膜”状态，液膜中包围着空气，如果物料以“液束”状态喷出，就不会形成雾滴。就好比和水切割机的原理）部分静压能转化为动能，形成螺旋运动，物料到达喷嘴时，速度达到最大，被喷出后，与周围空气摩擦形成雾滴。压力式喷雾干燥工作流程图不同喷雾器比较喷雾干燥的附属设备空气加热器粉尘分离器粉尘分离装置——旋风分离器物料与热空气实现热交换后，从干燥塔排出的同时，会夹带一部分粉料，为了对回收粉料，故采用了旋风分离器。粉尘分离装置—袋滤器袋滤器是一种除尘效率极高的装置，通常作为旋风分离器后的末级除尘。起除尘作用的是由棉、毛或人造纤维制成的，长2～3m,直径0.15～0.2m的滤袋。流化床干燥设备与原理单层卧式多室流化床干燥器沸腾造粒干燥机流化床干燥原理流化床干燥（沸腾干燥）利用流态化技术，即利用热空气流使置于筛板上的颗粒状物呈沸腾状态的干燥过程。流化床干燥中，热空气的流速与颗粒的沉降速度相等，当压力降近似等于流动层单位面积的质量时，床层由固定态变化为流化态,颗粒悬浮在气流中，并呈沸腾状态。干燥过程处于稳定的流化态阶段。传热传质速率大，优于其他干燥过程（体积干燥强度最大，体积传热系数42000

kJ/(m3.h.℃)）干燥温度均匀，易于控制。干燥与冷却可连续进行，，干燥和分级可同时完成，有利于连续化、自动化操作。设备结构简单、生产能力高，动力消耗小，应用广泛。流化床干燥特点流化床干燥流程单层卧式多室流化床干燥器单层卧式多室流化床干燥器特点特点：结构简单、制造方便、容易操作、干燥速度快。适用于各种难以干燥的颗粒状、片状和热敏性物料。但热效率较低，对于多品种小产量物料的适应性较差。应用：这种形式的干燥机被用于干燥柠檬酸晶体、活性干酵母、砂糖、干酪素、葡萄糖酸钙及固体饮料等。沸腾造粒干燥机结构：倒

，锥角30度。原理：锥形流化床使沿床气体流速不断变化，致使不同大小的颗粒

能在不同的截面上达到均匀练好的沸腾，并使颗粒在床中发生分级，增大的颗粒先从下部

排出，以免继续长大，而较小

的颗粒在上面继续长大，并留

在床层以保持一定的粒度分布。8

加料口9热风6出料口2

喷嘴其他类型沸腾床干燥器单层圆筒流化床干燥器多层流化床干燥器械与设备振动流化床干燥机的主体结构如图9.14所示，它的机壳安装在弹簧上，由振动电机驱动，分配段和筛选段下面均热空气腔体。第三节冷冻干燥及其他干燥设备冷冻干燥原理、设备及特点微波干燥设备、原理、特点冷冻干燥原理冷冻干燥（升华干燥）：将湿物料（或溶液）在较低温度下（-50—-10℃）冻结成固态，然后再高真空度下（130-0.1Pa）下，将其中固态水分直接升

气态而除去的干燥过程冷冻干燥分为二个阶段第一阶段：低于

的温度下，使物料的固态水分直接升华，大约有98%-99%的水分被去掉第二阶段：将温度逐渐升高甚至高于室温，使水分汽化除去，水分可减少至0.5%。冷冻干燥特点干燥温度低，特别适合高热敏性物质（抗生素、生物制品），而且制品中有效物质及营养成分损失极少（真空、抗氧化）能保持原物料的原状（预冻形成稳定的固体骨架）冻干制品具有多孔结构，具

的速溶性和快速复水性冷冻干燥脱水彻底（低于2-5%），质量轻，产品保存期长需昂贵

设备、干燥周期长、能耗较大、产量小、加工成本高冷冻干燥流程1干燥室10冷冻机2冷凝器5

6真空装置，，711

油循环泵（加热）间歇式冷冻干燥装置中的干燥箱与一般的真空干燥箱相似，属盘架式。干燥箱有各种形状，多数为圆筒形。盘架可以是固定式，也可做成小车出入干燥箱，料盘置于各层加热板上。如采用辐射加热方式，则料盘置于辐射加热板之间，物料可于箱外预冻后装入箱内，或在箱内直接进行预冻。若为直接预冻，干燥箱必须与制冷系统相连接间歇式冷冻干燥装置冷冻干燥设备组成冷冻系统真空系统水分除去系统加热系统-干燥室冷冻系统7，9

蒸发器（吸热）2蒸发器（吸热）螺杆冷冻机真空系统干燥箱中绝对压力13-1.3Pa,最高真空极限为）0.1Pa真空泵要求：使体统在5-10min内从大气压降至130Pa以下。水分除去系统干燥过程中升华的水分必须连续快速地排除。在

13.3Pa的压力下，1g冰升华可产生100m3的蒸汽，若直接采用真空泵抽吸，则需要极大容量的抽气机才能维持所需的真空度，因此必须有脱水装置。低温冷凝器正是实现在低温条件下除去大量水分的装置设

九械与设备一般呈圆筒状，具有一大一小两个管口，串联在干燥箱和真空泵之间，图9.41所示为几种外置式低温冷凝器。加热系统-干燥室提供升华所需的热量。供给升华热时，要保证传热速率既能使冻结层表面达到尽可能高的蒸汽压，又不致使冻结层融化，所以应根据传热速率决定热源温度。提供低温凝结器(冷阱)融化积霜所需的熔解热。升华干燥过程是在大型隧道式真空箱内进行的，料盘以间歇方式通过隧道一端的大型真空密封门进入