第十一章干燥设备

发酵机械与设备徐明芳博士教授暨南大学生科院2015-12-17目录绪论第一篇生物质原料处理设备第二篇生物反应设备第三篇产物分离设备第四篇其他设备第一篇生物质原料处理设备第一章生物质原料预处理设备第二章生物细胞培养基制备设备第三章生物培养基灭菌设备第四章原料（物料）输送设备第二篇生物反应设备第七章生物反应器—细胞培养反应器第八章生物反应器的检测及控制第六章厌氧（嫌气）发酵设备第五章生物反应器—通风搅拌发酵罐第三篇产物分离与制备设备第九章固液分离设备

第十章膜分离技术与设备

第十一章干燥机械与设备底物生物反应器检测控制仪表培养基（灭菌）经加工原料酶细胞生物催化剂（游离或固定化）机械能除菌空气产品提取纯化副产品产品废物热能原材料营养物典型工业生物技术过程核心技术？下游加工概述下游加工过程(Downstreamprocessing)发酵液预处理细胞分离细胞破碎细胞碎片分离初步纯化高度纯化成品加工第十一章干燥机械与设备干燥机理及生物工业产品干燥的特点绝热干燥设备非绝热干燥设备冷冻干燥及其其他干燥设备思考题1、生物工业常用的干燥设备有哪些？2、气流干燥设备流程、工作原理及特点？3、按照过滤推动力的差别，过滤机分为哪几类？4、板框式压滤机的结构与工作原理？5、真空转鼓过滤机的结构与工作原理？6、离心分离因数如何计算？根据离心分离因数可以将离心机划分为哪几类？7、如何选择离心设备第一节概论固体产品；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1.固体物料干燥机理干燥机理湿物料的干燥操作有2个基本过程同时进行：1.热量由气体传递给湿物料，使其温度升高；2.物料内部的水分向表面扩散，并在表面汽化被气流带走。2.加热方式分类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

热能传递给湿物料的方式-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

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

热能传递给湿物料的方式-间接干燥热能传递给湿物料的方式-

介电加热干燥高频高燥和微波干燥等

4、操作方式--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

4、操作方式--连续操作

大量处理及热敏性物质的干燥热效率比间歇干燥高容易实现自动化，操作人员少，

5、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未达到国际水平仍有差距

6.生物工业产品干燥的特点特点（三不原则）1.快速高效，加热温度不宜过高；2.产品与干燥介质的接触时间不能太长；3.干燥产品应保持一定的纯度，在干燥过程中不得有杂质混入。

生物工业产品干燥通常采用喷雾干燥、气流干燥、沸腾干燥和冷冻干燥。设备类型干燥物料沸腾流化床固定床干燥啤酒酿造用绿麦芽卧式沸腾干燥柠檬酸晶体、酵母、抗生素沸腾造粒干燥葡萄糖、味精、酶制剂气流气流干燥味精、抗生素、葡萄糖旋风式气流干燥四环素类喷雾气流式喷雾干燥蛋白酶、核酸、抗生素压力式喷雾干燥酵母离心式喷雾干燥酶制剂、酵母喷雾干燥与振动流化干燥酶制剂滚筒干燥酵母、单细胞蛋白真空真空干燥青霉素钾盐、土霉素等冷冻干燥抗肿瘤抗生素、乙肝疫苗生物工业常用的干燥设备干燥设备的选型原则选型原则产品的质量要求产品的纯度物料的特性产量及劳动条件生物工业制品的干燥设备类型瞬时快速干燥设备：滚筒干燥设备、喷雾干燥设备、气流干燥设备、沸腾干燥设备低温干燥设备：真空干燥设备、冷冻干燥设备第二节绝热干燥设备1、气流干燥原理及设备2、喷雾干燥原理及设备3、沸腾流化床干燥原理及设备气流干燥原理及特点

工作原理：利用热空气与粉状或颗粒状湿物料在流动过程中充分接触，气体与固体物料之间进行传热与传质，从而使湿物料达到干燥的目的。1.气流干燥设备气流干燥设备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。应用：

生物工业中味精、柠檬酸、四环类抗生素等的干燥。气流干燥设备设备流程两级气流干燥机流程示意图气流干燥设备气流干燥设备长管气流干燥味精流程气流干燥设备气流干燥设备脉冲式干燥管气流干燥设备气流干燥设备旋风式气流干燥管旋风式干燥器流程图QG系列气流干燥机气流干燥的特点1.干燥强度大；2.干燥时间短，对热敏性物料可选较高温介质；3.可把干燥、粉碎、输送、包装等组成一道工序;4.设备结构简单，占地面积小，生产能力小，能连续操作，可实现自动化控制；5.适用性广，可使用于各种粉粒状、碎块状物料；6.对晶形磨损厉害；7.热能利用率低。气流干燥设备喷雾干燥原理

喷雾干燥原理：喷雾干燥是利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具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，在几秒至几十秒内获得干燥。2.喷雾干燥设备喷雾干燥特点

1.干燥速率快、时间短；

2.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。应用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，如酵母、核苷酸和某些抗生素药物的干燥。喷雾干燥设备喷雾干燥设备连续喷雾干燥流程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）压力式喷雾干燥设备工作原理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液滴，然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备。喷雾干燥设备喷雾器：压力式喷雾器、气流式喷雾器和离心式喷雾器。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压力式喷雾干燥设备喷雾干燥设备气流喷雾干燥设备工作原理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。喷雾干燥设备1.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。2.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。3.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、颗粒产品真密度高，基本为球形颗粒。气流喷雾干燥特点喷雾干燥设备气流喷雾干燥流程喷雾干燥设备1.液料槽2.液料泵3.压缩空气4.气流喷嘴5.干燥塔6.旋风分离器7.布袋除尘器8.加热器气流喷雾干燥设备喷雾干燥设备

气流喷雾器：内部混合式和外部混合式，常用的是内部混合式。双流式喷嘴三流式喷嘴气流喷雾干燥设备喷雾干燥设备气流喷雾干燥塔高速离心喷雾干燥机离心喷雾干燥设备工作原理喷雾干燥设备

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，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，废气由风机排空。离心喷雾干燥流程喷雾干燥设备离心喷雾干燥设备喷雾干燥设备热风盘构造离心喷雾干燥设备喷雾干燥设备1、空气过滤器

2、加热器

3、热风分配器

4、干燥室

5、过滤器

6、泵

7、喷头

8、旋风分离器

9、风机

10、料液槽离心喷雾干燥设备喷雾干燥设备喷雾干燥附属设备空气加热器粉尘分离器喷雾干燥设备扩散式旋风分离器流化床干燥(沸腾干燥)原理及特点原理：利用流态化技术，即利用热空气流使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过程。特点:1.传热传质速率高；2.干燥温度均匀，控制容易；3.结构简单，可连续化、自动化生产。3.流化床干燥原理流化床干燥流程流化床干燥流程流化床干燥设备流化床干燥设备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，其次还有沸腾造粒干燥。流化床干燥设备多层流化床干燥器单层多室流化床干燥器动画演示加料废气出料溢流管单层卧式多室流化床干燥器流化床干燥设备单层卧式多室流化床干燥器流化床干燥设备动画演示沸腾造粒干燥器流化床干燥设备葡萄糖浓缩液沸腾造粒干燥流程沸腾造粒干燥器流化床干燥设备1、测压器

2、喷嘴

3、人孔

4、窥镜

5、测温口

6、出料口

7、灯孔

8、加料口

9、热空气入口沸腾造粒干燥塔构造特点

传热面积大、干燥均匀可连续进行、设备体积小。影响产品颗粒大小的因素

1.停留时间

2.摩擦作用3.干燥温度4.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、干燥温度二次干燥法－喷雾和流化相结合的干燥法流化床干燥设备四.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冷冻干燥原理及其特点原理：将湿物料（或溶液）在较低温度下（-10～-50℃）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程。特点：1.干燥温度低，特别适合于高热敏性物料的干燥；2.能保持原物料的外观形状；3.冻干制品具有多孔结构，有理想的速溶性和快速复水性；4.冷冻干燥脱水彻底，质量轻，产品保存期长。1.冷冻干燥设备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、水气去除装置和加热部分冷冻干燥流程及设备冷冻干燥设备LGJ-ⅡA型冷冻干燥机流程图连续冷冻干燥机冷冻干燥设备动画演示冷冻干燥流程及设备冷冻干燥设备冷冻部分冷冻干燥设备蒸汽压缩制冷流程图双级压缩制冷系统冷冻部分蒸汽压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷和吸收式制冷蒸汽压缩式制冷：压缩、冷凝、膨胀、蒸发制冷剂：氟里昂、氨、二氧化碳等载冷剂：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13~1.3Pa，质量较好的机械泵可达到的最高真空极限约为0.1Pa5~10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：提供升华热微波干燥原理原理：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，从而引起分子间的摩擦而产生热量，使其温度升高。2.微波干燥设备二、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；微波干燥设备微波干燥设备小结干燥设备的选型原则麦芽干燥塔真空干燥设备气流干燥设备喷雾干燥设备流化床干燥设备冷冻干燥设备微波干燥设备思考题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，造价低非绝热干燥设备单层高效麦芽干燥塔单层水平式流化层麦芽干燥塔非绝热干燥设备二、真空干燥设备真