干燥过程与设备培训课程

第十章干燥过程与设备第一节气流干燥第二节喷雾干燥第三节沸腾干燥与沸腾造粒干燥第四节真空干燥和真空冷冻干燥概论利用热能除去固体物料中湿份的单元操作产品生产最后工序常用方法：对流干燥、冷冻干燥、真空干燥、微波干燥等主要内容：干燥设备和计算分类方式

热能传递给湿物料的方式：直接干燥、间接干燥、介电加热干燥

操作方式：连续操作和间歇操作

1.直接干燥热空气与物料直接接触，物料干燥所需的热量主要依靠物料与热空气的对流传热。包括：表面干燥、气流干燥、喷雾干燥、振动干燥及沸腾造粒干燥

热空气温度较高，干燥速度大，设备投资少，但热效率低应用最广泛

2．间接干燥物料干燥所需要的热量通过金属等材料直接传递干燥速度慢，设备造价高，但热效率高间接干燥设备有：真空干燥、冷冻干燥、辐射干燥

3．介电加热干燥

高频高燥和微波干燥等

间歇操作小批量生产，处理量少或多品种生产；与干燥衔接的前后工段生产不连续；物料的供给、成品的排出和物料在干燥器内连续输送有困难；干燥时间极长的物料

设备简单，操作中故障少，投资和操作费用少；其缺点是物料受热时间长，不适用热敏物料；劳动强度大；自动控制比较麻烦

连续操作

热效率比间歇干燥高，容易实现自动化，操作人员少大量处理及热敏性物质的干燥

我国干燥设备现状数百家干燥设备制造企业，干燥设备行业协会

基本上已经满足国内市场的需求，某些型号的设备还出口到国外接近或达到90年代国际水平仍有差距

第一节气气流干燥一、气流干燥燥流程与设备备二、气流干燥燥器的型式三、气流干燥燥的特点和适适用范围四、气流干燥燥的计算一、气流干燥流流程与设备概念：把含有水的块块状或粉粒状状物料，通过过适当的方法法使它们分散散到热空气中中，在与热气气流并流输送送的同时进行行干燥而获得得粉状干燥制制品的过程。。流程：湿物料料加加料料斗加料器器气流干干燥管管分离器固体产产品锁锁气气管出口9卸出，，风机排排走废废气经经二、气气流干干燥器器的型型式（一））按照照加料料方式式分类类直接加加料型型带分散散机型型带粉碎碎机型型（二））按干干燥管管形状状分类类直管式式适用于于比较较容易易干燥燥的物物变径管管式将颗粒粒等速速运动动段的的直径径扩大大，使使物料料与气气流的的相对对速度度加大大，有有利于于颗粒粒表面面气膜膜更新新三、气气流干干燥的的特点点可获得得高度度干燥燥的成成品适用于于热敏敏性物物料的的干燥燥热效率率高热损失失少设备简简单，，操作作容易易，投投资少少操作稳稳定，，便于于自动动化。。整个过过程都都是连连续的的，便便于与与前后后工序序衔接接可以有有很大大的装装置规规模。。四、气气流干干燥的的计算算（1）通过过基尔尔比切切夫准准数求求出物物料的的悬浮浮速度度和干干燥过过程终终空气气与物物料的的给热热系数数α：——微粒平平均直直径，，m，可用用筛子子分级级，根根据筛筛孔平平均直直径计计算；；———微粒粒的的平平均均密密度度，，kg/m3；———空气气在在干干燥燥管管内内平平均均温温度度时时的的密密度度，，kg/m3；———空气气在在干干燥燥管管内内平平均均温温度度时时的的运运动动粘粘度度，，m2/s。求得得准准数数Ki后后，，可可根根据据图图11-5所所示示的的关关系系求求出出颗颗粒粒悬悬浮浮雷雷诺诺准准数数，，这这样样便便可可以以求求出出颗颗粒粒的的悬悬浮浮速速度度。。可以以从从雷雷诺诺准准数数来来查查出出努努塞塞尔尔特特准准数数，，这这样样就就能能确确定定空空气气与与物物料料颗颗粒粒之之间间的的给给热热系系数数。。式中——在平均温温度时，，空气的的导热系系数，kJ/（m2·h·℃℃）。（2）微粒总总表面积积的计算算设微粒为为规则的的球形，，表面积积为：式中——每小时进进入干燥燥管的微微粒个数数式中——干燥器的的生产能能力，kg/h所以，，m2/h（3）干燥时时间的计计算物料与空空气之间间的平均均温差为为：，——进入和离离开干燥燥器的热热空气的的温度，，℃；——干燥时的的微粒的的温度，，即湿球球温度。。空气传给给物料的的热量可可用下列列公式计计算：——空气加热热器的热热损失，，kJ/h，；——干燥器的的热损失失，kJ/h；——当初始空空气湿含含量为，，离开干干燥器的的温度为为时的热热焓量。。——初始空气气的热焓焓量，kJ/h；——通过物料料平衡计计算得到到的空气气量，kg干空气/h。干燥过程程所需要要的时间间：（4）干燥管管的长度度与直径径——干燥管长长度，m；——空气在干干燥管内内流速，，根据物物料性质质选用，，一般为为10~20m/s；——颗粒悬浮浮速度，，m/s；式中D——干燥管的的直径，，m。第二节喷喷雾雾干燥喷雾干燥燥：利用用喷雾器器将悬浮浮液和粘粘滞的液液体喷成成雾状，，形成具具有较大表表面积的的分散微微粒同热热空气发发生强烈烈的热交交换，迅速速排除本本身的水水分，在在短时间间内获得得干燥。。压力喷雾雾法（又又称机械械喷雾法法）：利利用往复复运动的的高压泵泵气流喷雾雾法：依依靠的压压缩空气气通过喷喷嘴时产产生的高高速度，，将液体吸出并并雾化离心喷雾雾干燥法法：利利用在水水平方向向作高速速旋转的的圆盘给给予溶液液离心力，，使其高高速甩出出，形成成薄膜、、细丝或或液滴，同同时又受受到周围围空气的的摩擦、、阻碍与与撕裂等作作用形成成细雾气流喷雾雾干燥设设备气流喷雾雾干燥流流程、特特点组成：喷喷雾干燥燥塔、喷喷嘴外，，还有空空气加热热器、压压缩空气气系统和和空气过过滤器等等流程：压缩空气气从切线线方向进进入喷雾雾器外面面的套管管，形成成空气涡涡流，，并在喷喷嘴处形形成低压压区，吸吸引液体体混合并并使之微微粒化。。热风从从干燥塔塔的上部部经空气气分配盘盘进入，，与喷雾雾后的液液体微粒粒相遇，，使之干干燥，干干燥后的的物料由由塔底部部排出，，废气沿沿回风管管导入袋袋滤器或或旋风分分离器，，收集随随废气带带走的粉粉末状产产品，然然后经排排风机排排入大气气中。特点：：结构构简单单，操操作方方便和和可靠靠，获获得的的产品品质量量好气流喷喷雾干干燥塔塔的构构造构成：：干燥室室、、气流流喷雾雾器、、分配配盘、、螺螺旋排排风管管、、回风风管、、袋滤滤器。。各部件件的功功能：：气流喷喷雾器器：使使料液液雾化化分配盘盘：使使空气气形成成旋流流与雾雾滴接接触，，提高高干燥燥效果果螺旋排排风管管：使气固固两相相分离离回风管管：尾尾气排排放袋滤器器：尾尾气过过滤（一））物料料中水水分的的性质质物料含含水性性质：：游离离水和和结合合水游离水水：细细胞外外或毛毛细管管中，，结合合力弱弱，可可以流流动，，容易易除去去结合水水：渗渗透水水、结结构水水分，，结合合力强强，难难以流流动，，难除除去（二））干燥燥机理理传热传传质同同时进进行，，空气气为载载热体体和载载湿体体传质速速率：：内部部向表表面的的扩散散（湿湿度差差）；；汽化化并被被带走走（表表面气气膜内内与气气流主主体中中水分分蒸汽汽分压压差））汽化控控制（（表面面汽化化速率率小于于内部部扩散散速率率）和和内部部扩散散控制制（内内部扩扩散速速率小小于表表面汽汽化速速率）），可可通过过改善善内、、外部部传递递因素素而强强化（三））恒速速干燥燥和降降速干干燥1.干燥速速度（（v）2.恒速干干燥阶阶段3.降速干干燥阶阶段1.干干燥燥速度度（v）v———干燥速速度；；m1——汽化水水分量量m2——湿物料料量；；A———干燥面面积——湿物料料的湿湿含量量（干干基））t———干燥时时间2.恒恒速速干燥燥湿物料料表面面温度度等于于空气气湿球球温度度，温温差不不变，，传热热速率率恒定定，传传质速速率恒恒定；；速度取取决于于表面面汽化化速率率（外外部干干燥条条件）），表表面汽汽化控控制阶阶段游离离水水分分为为主主3.降降速速干干燥燥阶阶段段低于于临临界界点点，，升温温下下进进行行干燥燥速速度度取取决决于于物物料料本本身身性性质质和和干干燥燥温温度度内部部扩扩散散控控制制阶阶段段结合合水水为为主主二、、生生物物工工业业产产品品干干燥燥的的特特点点热敏敏性性物物质质快速速高高效效，，温温度度适适宜宜，，干干燥燥时时间间要要短短，，不不应应混混入入杂杂质质干燥燥失失活活或或变变质质：：干干燥燥温温度度、、维维持持时时间间、、活活化化能能有有关关酶和和蛋蛋白白质质等等的的失失活活动动力力学学：：失活活方方程程p,p0————起始始时时刻刻及及t时产产物物的的活活性性E————产物物失失活活时时的的活活化化能能Z————频率率因因子子T————t时刻刻的的温温度度R————常数数三、、干干燥燥设设备备的的选选型型原原则则处理理物物料料的的理理化化性性质质、、生生物物化化学学性性能能及及其其生生产产工工艺艺，，热热敏敏性性而而言言的的类类型型：：瞬瞬时时快快速速干干燥燥设设备备、、低低温温干干燥燥设设备备及及其其他他原则则：：产产品品质质量量要要求求（（活活性性））、、产产品品纯纯度度（（无无菌菌、、密密闭闭、、灭灭菌菌设设施施））、、物物料料的的特特性性、、产产量量及及劳劳动动条条件件干燥燥设设备备类类型型见见表表2-5-1，，教教材材299面面第二二节节非非绝绝热热干干燥燥设设备备一、、常常压压干干燥燥设设备备————麦麦芽芽干干燥燥塔塔二、、真真空空干干燥燥设设备备一、、常常压压干干燥燥设设备备————麦麦芽芽干干燥燥塔塔（一一））单单层层高高效效麦麦芽芽干干燥燥塔塔结结构构与与操操作作优点点：：生生产产能能力力大大，，机机械械化化操操作作，，自自动动控控制制；；技技术术经经济济和和热热力力指指标标良良好好；；结结构构简简单单，，造造价价低低（二）设计计计算1.生产能能力：2.空气耗耗量（含水量量大于10%）水分蒸发速率率：3.热量计计算：干燥初初期热量消耗耗3.热量与与压力损失计计算3.干燥初期热量量消耗Q1——空气在加热器器内吸收的热热量Q2——空气在第一小小时内带走的的热量Q3——干燥塔热损失失4.压力损失计算算：厚0.3-1.5米，气流速度度为0.3-15米/秒时二、真空干燥燥设备真空下，接触触式干燥过程程，热敏性、、易氧化物料料；设备：密闭干干燥室、冷凝凝器和真空泵泵组成真空箱式干燥燥器：干燥室室，中空盘架架带式真空干燥燥器：液状浆浆状，耙式真空干燥燥器机械真空泵和和蒸汽喷射泵泵SZG系列双双锥干燥机SZG系列双双锥干燥机示示意图YZJ真空干干燥机圆通真空干燥燥机一、气流干燥燥原理及设备备（一）气流干干燥原理热气流将物料料在流态下干干燥潮湿分散状态态颗粒湿物料料，悬浮在热热气流中，特点：干燥强强度大；干燥燥时间短；适适用性广；结结构简单等。。（二）气流干干燥设备长管式气流干干燥器：空气气过滤器、空空气加热器、、干燥管旋风式气流干干燥器计算：PG正负两级级气流干燥机机流程示意图QG系列气流流干燥机计算1.颗粒悬悬浮速度：基尔比切夫准准数与雷诺准准数的关系（（图2-5-10）：悬浮速度：空气与物料对对流传热系数数Nu可以按Re与Nu（努塞尔特准准数）关系查查出，图2-5-11，教材310为空气在干燥燥管内平均温温度下的导热热系数（2）物料的的总表面积和和

（3）干干燥时间（2）物料的的总表面积；；（3）干燥时时间：（4）干燥管管长度和直径径长度：直径：二、喷雾干燥燥原理及设备备（一）原理和和特点喷雾器将原料料喷成雾状，，与热空气发发生热量和质质量传递的干干燥过程特点：干燥速速度快、干燥燥温度较低、、产品分散性性和溶解性良良好流程见图2-5-12，，313面（二）喷雾干干燥设备关键：喷雾器器；压力式喷雾器器（压力喷雾雾干燥塔）气流式喷雾器器（气流喷雾雾干燥塔）离心式喷雾器器（离心喷雾雾干燥塔）高速离心喷雾雾干燥机压力喷雾式干干燥机1.气流式喷喷雾器（气流流喷雾干燥塔塔）结构见2-5-13以高速气流通通过喷嘴（孔孔径1-4mm）时将料料液吸入、雾雾化，内部混合式和和外部混合式式2.离心喷喷雾干燥塔酶制剂；高速旋转圆盘盘产生离心力力将料液甩出出，与空气摩摩擦等作用而而成细雾状被被干燥的过程程热风盘和离心心喷雾机计算1.喷雾干干燥室直径：：A.根据喷喷距半径：或B.根据干干燥强度（三）附属设设备1.空气加加热器：传热热面积2.粉尘分分离器：扩散散式旋风分离离器三、流化床干干燥原理及设设备（一）流化床干燥原原理及特点原理：利用热热空气使置于于筛板上的颗颗粒状湿物料料呈沸腾状态态的干燥过程程（空气流速速与物料自由由沉降速度相相等）特点：传质速速率大；干燥燥温度均匀，，易控制；利利于连续化、、自动化操作作，能耗小等等。适用颗粒直径径：30微米-6毫米（二）设备单层（单室和和多室）和多多层流化床干干燥器、沸腾腾造粒干燥器器干燥流程1.单层卧卧式多室流化化床干燥器2.沸腾造粒粒干燥器倒圆锥形，锥锥角30度造粒过程：料料液水分完全全蒸发，本身身形成颗粒；；附着在晶核核后水分蒸发发，种子表面面形成薄膜；；种子之间的的碰撞粘连；；影响因素：停停留时间、摩摩擦作用、干干燥温度沸腾制粒干燥燥机3.计算（1）临界流流化速度方法2（2）操作流流化速度大于临界流化化速度而小于于带出速度（3）流化床床几何尺寸Hs——0.05-0.30米f——0.55-0.75已知流化速度度时设计时，H=2Hf扩大段高度度和直径：：以最小粉粉尘不被带带出的速度度计算干燥室直径径：（4）物料料停留时间间第四节冷冷冻干燥及及其他设备备一、冷冻干干燥原理及及设备二、微波干干燥原理及及设备一、冷冻干干燥原理及及设备（一）冷冻冻干燥原理理及特点原理：升华华干燥，将将物料低温温冷冻成固固态，高度度真空下，，将固态水水分直接升升华为气态态的过程水的三相点点的压力为为610.5Pa，温度为0.0098℃。三相点以以下的水只只有固态和和气态，相相变只在这这两相间发发生固态的水可可通过吸收收外部提供供的热能，，无需经过过液态直接接升华为水水蒸汽从物物料中逸出出，实现脱脱水。因此此，真空冷冷冻干燥又又被称为升升华干燥。。从理论上上说，真空空冷冻干燥燥的操作区区域只需在在水的三相相点以下即即可冷却干燥过过程特点温度低，高高度热敏性性物料，有有效物质损损失少挥发性成分分损失少；；限制微生物物生长和酶酶的作用，，保持原物物料外观形形状；体积结构不不变；速溶性和快快速复水性性良好脱水彻底（（95-99%以上），可以长长期储存真空下进行行，氧气极极少，易氧氧化的物质质得到了保保护。成本高，周周期长等缺缺点（二）流程程及设备两个阶段：：直接升华华（温度低低于溶点））；逐渐升升温使水汽汽化除去。。系统由冷冷冻装置置、真空空装置、、水气去去除装置置和加热热部分流程见图图2-5-23，教材材323面冷冻部分分蒸汽压缩缩式制冷冷、蒸汽喷喷射式制制冷和吸吸收式制制冷蒸汽压缩缩式制冷冷：压缩、冷冷凝、膨膨胀、蒸蒸发制冷剂：：氟里昂昂、氨、、二氧化化碳等载冷剂：：空气、、乙醇、、氯化钙钙溶液2.真空空部分压力应为为冻结物物料饱和和蒸汽压压的25%-50%干燥箱的的绝对压压力约为为13~1.3Pa，质量较较好的机机械泵可可达到的的最高真真空极限限约为0.1Pa5~10分钟内从从大气压压降至130Pa以下3.水水气去除除部分和和加热室室冷凝法除除去水气气加热室：：提供升升华热计算：干干燥时间间，二、微波波干燥原原理和设设备原理：介介质加热热干燥，，水分子子随电场场改变而而改变其其运动方方式，加加之自身身运动等等原因，，分子间间产生摩摩擦而升升温，内内部加热热干燥特点：加加热时间间短；干干燥均匀匀；便于于控制；；设备微波炉功率计算算：9、静夜夜四无无邻，，荒居居旧业业贫。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。13:13:5613:13:5613:1312/29/20221:13:56PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2213:13:5613:13Dec-2229-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。13:13:5613:13:5613:13Thursday,December29,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2213:13:5613:13:56December29,202214、他乡乡生白白发，，旧国国见青青山。。。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、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2913:13:5613:13:5629December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。1:13:56下下午午1:13下下午午13:13:5612月月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多事情努努力了未必有有结果，但是是不努力却什什么改变也没没有。。13:13:5613:13:5613:1312/29/20221:13:56PM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2213:13:5713:13Dec-2229-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。13:13:5713:13:5713:13Thursday,December29,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2213:13:5713:13:57December29,202214、意志坚强强的人能把把世界放在在手中像泥泥块一样任任意揉捏。。29十二二月20221:13:57下下午13:13:5712月-2215、楚塞三湘接接，荆门九派派通。。。十二月221:1