干燥过程与设备培训课程课件

干燥过程与设备培训课程课件1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第十章干燥过程与设备第一节气流干燥2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：干燥设备和计算概论3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

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41.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

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52．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

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63．介电加热干燥

高频高燥和微波干燥等

3．介电加热干燥高频高燥和微波干燥等7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

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8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

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9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

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10第一节气流干燥

一、气流干燥流程与设备

二、气流干燥器的型式三、气流干燥的特点和适用范围

四、气流干燥的计算第一节气流干燥一、气流干燥流程与设备11一、气流干燥流程与设备

概念：把含有水的块状或粉粒状物料，通过适当的方法使它们分散到热空气中，在与热气流并流输送的同时进行干燥而获得粉状干燥制品的过程。流程：湿物料加料斗

加料器

气流干燥管

分离器

固体产品锁气管

出口9卸出，

风机排走废气经

一、气流干燥流程与设备概念：12干燥过程与设备培训课程课件13二、气流干燥器的型式（一）按照加料方式分类直接加料型带分散机型带粉碎机型

二、气流干燥器的型式（一）按照加料方式分类14（二）按干燥管形状分类直管式适用于比较容易干燥的物

变径管式将颗粒等速运动段的直径扩大，使物料与气流的相对速度加大，有利于颗粒表面气膜更新（二）按干燥管形状分类15三、气流干燥的特点可获得高度干燥的成品适用于热敏性物料的干燥热效率高热损失少设备简单，操作容易，投资少操作稳定，便于自动化。整个过程都是连续的，便于与前后工序衔接可以有很大的装置规模。三、气流干燥的特点可获得高度干燥的成品16四、气流干燥的计算（1）通过基尔比切夫准数求出物料的悬浮速度和干燥过程终空气与物料的给热系数α：——微粒平均直径，m，可用筛子分级，根据筛孔平均直径计算；——微粒的平均密度，kg/m3；——空气在干燥管内平均温度时的密度，kg/m3；——空气在干燥管内平均温度时的运动粘度，m2/s。四、气流干燥的计算（1）通过基尔比切夫准数求出物料的悬浮速度17求得准数Ki后，可根据图11-5所示的关系求出颗粒悬浮雷诺准数，这样便可以求出颗粒的悬浮速度。求得准数Ki后，可根据图11-5所示的关系求出颗粒悬浮雷诺准18干燥过程与设备培训课程课件19可以从雷诺准数来查出努塞尔特准数，这样就能确定空气与物料颗粒之间的给热系数。式中——在平均温度时，空气的导热系数，kJ/（m2·h·℃）。

可以从雷诺准数来查出努塞尔特准数，20（2）微粒总表面积的计算设微粒为规则的球形，表面积为：式中——每小时进入干燥管的微粒个数

式中——干燥器的生产能力，kg/h所以，m2/h（2）微粒总表面积的计算21（3）干燥时间的计算

物料与空气之间的平均温差为：

，——进入和离开干燥器的热空气的温度，℃；——干燥时的微粒的温度，即湿球温度。空气传给物料的热量可用下列公式计算：——空气加热器的热损失，kJ/h，；——干燥器的热损失，kJ/h；——当初始空气湿含量为，离开干燥器的温度为时的热焓量。——初始空气的热焓量，kJ/h；——通过物料平衡计算得到的空气量，kg干空气/h。干燥过程所需要的时间：（3）干燥时间的计算22（4）干燥管的长度与直径——干燥管长度，m；——空气在干燥管内流速，根据物料性质选用，一般为10~20m/s；——颗粒悬浮速度，m/s；式中D——干燥管的直径，m。（4）干燥管的长度与直径23第二节喷雾干燥

喷雾干燥：利用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交换，迅速排除本身的水分，在短时间内获得干燥。压力喷雾法（又称机械喷雾法）：利用往复运动的高压泵

气流喷雾法：依靠的压缩空气通过喷嘴时产生的高速度，将液体吸出并雾化

离心喷雾干燥法：利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液离心力，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、阻碍与撕裂等作用形成细雾第二节喷雾干燥喷雾干燥：利用喷雾器将悬浮液和粘滞的液24气流喷雾干燥设备

气流喷雾干燥流程、特点

组成：喷雾干燥塔、喷嘴外，还有空气加热器、压缩空气系统和空气过滤器等流程：压缩空气从切线方向进入喷雾器外面的套管，形成空气涡流，并在喷嘴处形成低压区，吸引液体混合并使之微粒化。热风从干燥塔的上部经空气分配盘进入，与喷雾后的液体微粒相遇，使之干燥，干燥后的物料由塔底部排出，废气沿回风管导入袋滤器或旋风分离器，收集随废气带走的粉末状产品，然后经排风机排入大气中。特点：结构简单，操作方便和可靠，获得的产品质量好气流喷雾干燥设备气流喷雾干燥流程、特点25干燥过程与设备培训课程课件26干燥过程与设备培训课程课件27干燥过程与设备培训课程课件28气流喷雾干燥塔的构造构成：干燥室、气流喷雾器、分配盘、螺旋排风管、回风管、袋滤器。

各部件的功能：气流喷雾器：使料液雾化分配盘：使空气形成旋流与雾滴接触，提高干燥效果螺旋排风管：使气固两相分离回风管：尾气排放袋滤器：尾气过滤气流喷雾干燥塔的构造29干燥过程与设备培训课程课件30干燥过程与设备培训课程课件31干燥过程与设备培训课程课件32干燥过程与设备培训课程课件33干燥过程与设备培训课程课件34干燥过程与设备培训课程课件35干燥过程与设备培训课程课件36干燥过程与设备培训课程课件37干燥过程与设备培训课程课件38干燥过程与设备培训课程课件39（一）物料中水分的性质物料含水性质：游离水和结合水游离水：细胞外或毛细管中，结合力弱，可以流动，容易除去结合水：渗透水、结构水分，结合力强，难以流动，难除去（一）物料中水分的性质物料含水性质：游离水和结合水40（二）干燥机理传热传质同时进行，空气为载热体和载湿体传质速率：内部向表面的扩散（湿度差）；汽化并被带走（表面气膜内与气流主体中水分蒸汽分压差）汽化控制（表面汽化速率小于内部扩散速率）和内部扩散控制（内部扩散速率小于表面汽化速率），可通过改善内、外部传递因素而强化（二）干燥机理传热传质同时进行，空气为载热体和载湿体41（三）恒速干燥和降速干燥1.干燥速度（v）2.恒速干燥阶段3.降速干燥阶段（三）恒速干燥和降速干燥1.干燥速度（v）421.干燥速度（v）

v——干燥速度；m1——汽化水分量

m2——湿物料量；A——干燥面积

——湿物料的湿含量（干基）t——干燥时间1.干燥速度（v）v——干燥速度；m1——汽化水分量432.恒速干燥湿物料表面温度等于空气湿球温度，温差不变，传热速率恒定，传质速率恒定；速度取决于表面汽化速率（外部干燥条件），表面汽化控制阶段游离水分为主2.恒速干燥湿物料表面温度等于空气湿球温度，温差不变，传热443.降速干燥阶段低于临界点，升温下进行干燥速度取决于物料本身性质和干燥温度内部扩散控制阶段结合水为主3.降速干燥阶段低于临界点，45二、生物工业产品干燥的特点热敏性物质快速高效，温度适宜，干燥时间要短，不应混入杂质干燥失活或变质：干燥温度、维持时间、活化能有关酶和蛋白质等的失活动力学：二、生物工业产品干燥的特点热敏性物质46失活方程

p,p0——起始时刻及t时产物的活性E——产物失活时的活化能Z——频率因子T——t时刻的温度R——常数失活方程p,p0——起始时刻及t时产物的活性47三、干燥设备的选型原则处理物料的理化性质、生物化学性能及其生产工艺，热敏性而言的类型：瞬时快速干燥设备、低温干燥设备及其他原则：产品质量要求（活性）、产品纯度（无菌、密闭、灭菌设施）、物料的特性、产量及劳动条件干燥设备类型见表2-5-1，教材299面三、干燥设备的选型原则处理物料的理化性质、生物化学性能及其生48第二节非绝热干燥设备一、常压干燥设备——麦芽干燥塔二、真空干燥设备第二节非绝热干燥设备一、常压干燥设备——麦芽干燥塔49一、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50（二）设计计算1.生产能力：2.空气耗量（含水量大于10%）水分蒸发速率：3.热量计算：干燥初期热量消耗（二）设计计算1.生产能力：513.热量与压力损失计算3.干燥初期热量消耗Q1——空气在加热器内吸收的热量Q2——空气在第一小时内带走的热量Q3——干燥塔热损失4.压力损失计算：厚0.3-1.5米，气流速度为0.3-15米/秒时3.热量与压力损失计算3.干燥初期热量消耗52二、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、冷凝器和真空泵组成真空箱式干燥器：干燥室，中空盘架带式真空干燥器：液状浆状，耙式真空干燥器机械真空泵和蒸汽喷射泵

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；53SZG系列双锥干燥机SZG系列双锥干燥机示意图SZG系列双锥干燥机SZG系列双锥干燥机示意图54YZJ真空干燥机圆通真空干燥机YZJ真空干燥机圆通真空干燥机55一、气流干燥原理及设备（一）气流干燥原理热气流将物料在流态下干燥潮湿分散状态颗粒湿物料，悬浮在热气流中，特点：干燥强度大；干燥时间短；适用性广；结构简单等。一、气流干燥原理及设备（一）气流干燥原理56干燥过程与设备培训课程课件57（二）气流干燥设备长管式气流干燥器：空气过滤器、空气加热器、干燥管旋风式气流干燥器计算：（二）气流干燥设备长管式气流干燥器：空气过滤器、空气加热器、58PG正负两级气流干燥机流程示意图PG正负两级气流干燥机流程示意图59QG系列气流干燥机QG系列气流干燥机60干燥过程与设备培训课程课件61干燥过程与设备培训课程课件62计算1.颗粒悬浮速度：基尔比切夫准数与雷诺准数的关系（图2-5-10）：悬浮速度：计算1.颗粒悬浮速度：63空气与物料对流传热系数Nu可以按Re与Nu（努塞尔特准数）关系查出，图2-5-11，教材310

为空气在干燥管内平均温度下的导热系数空气与物料对流传热系数Nu可以按Re与Nu（努塞尔特准数）关64（2）物料的总表面积和

（3）干燥时间（2）物料的总表面积；（3）干燥时间：（2）物料的总表面积和

（3）干燥时间（2）物料的总表面积；65（4）干燥管长度和直径长度：直径：（4）干燥管长度和直径长度：66二、喷雾干燥原理及设备（一）原理和特点喷雾器将原料喷成雾状，与热空气发生热量和质量传递的干燥过程特点：干燥速度快、干燥温度较低、产品分散性和溶解性良好流程见图2-5-12，313面二、喷雾干燥原理及设备（一）原理和特点67干燥过程与设备培训课程课件68（二）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）（二）喷雾干燥设备关键：喷雾器；69高速离心喷雾干燥机高速离心喷雾干燥机70压力喷雾式干燥机压力喷雾式干燥机71干燥过程与设备培训课程课件72干燥过程与设备培训课程课件73干燥过程与设备培训课程课件74干燥过程与设备培训课程课件75干燥过程与设备培训课程课件76干燥过程与设备培训课程课件77干燥过程与设备培训课程课件781.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1.气流式喷雾器（气流喷雾干燥塔）结构见2-5-1379干燥过程与设备培训课程课件802.离心喷雾干燥塔酶制剂；高速旋转圆盘产生离心力将料液甩出，与空气摩擦等作用而成细雾状被干燥的过程热风盘和离心喷雾机2.离心喷雾干燥塔酶制剂；81计算1.喷雾干燥室直径：A.根据喷距半径：或计算1.喷雾干燥室直径：82B.根据干燥强度B.根据干燥强度83（三）附属设备1.空气加热器：传热面积2.粉尘分离器：扩散式旋风分离器（三）附属设备1.空气加热器：传热面积84三、流化床干燥原理及设备（一）流化床干燥原理及特点原理：利用热空气使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过程（空气流速与物料自由沉降速度相等）特点：传质速率大；干燥温度均匀，易控制；利于连续化、自动化操作，能耗小等。适用颗粒直径：30微米-6毫米三、流化床干燥原理及设备（一）流化床干燥原理及特点85（二）设备单层（单室和多室）和多层流化床干燥器、沸腾造粒干燥器干燥流程（二）设备单层（单室和多室）和多层流化床干燥器、沸腾造粒干燥861.单层卧式多室流化床干燥器1.单层卧式多室流化床干燥器87干燥过程与设备培训课程课件88干燥过程与设备培训课程课件892.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2.沸腾造粒干燥器倒圆锥形，锥角30度90干燥过程与设备培训课程课件91沸腾制粒干燥机沸腾制粒干燥机923.计算（1）临界流化速度方法23.计算（1）临界流化速度93干燥过程与设备培训课程课件94（2）操作流化速度大于临界流化速度而小于带出速度（2）操作流化速度大于临界流化速度而小于带出速度95（3）流化床几何尺寸Hs——0.05-0.30米

f——0.55-0.75（3）流化床几何尺寸Hs——0.05-0.30米96已知流化速度时已知流化速度时97设计时，H=2Hf扩大段高度和直径：以最小粉尘不被带出的速度计算干燥室直径：设计时，H=2Hf98（4）物料停留时间（4）物料停留时间99第四节冷冻干燥及其他设备一、冷冻干燥原理及设备二、微波干燥原理及设备第四节冷冻干燥及其他设备一、冷冻干燥原理及设备100一、冷冻干燥原理及设备（一）冷冻干燥原理及特点原理：升华干燥，将物料低温冷冻成固态，高度真空下，将固态水分直接升华为气态的过程水的三相点的压力为610.5Pa，温度为0.0098℃。三相点以下的水只有固态和气态，相变只在这两相间发生一、冷冻干燥原理及设备（一）冷冻干燥原理及特点101固态的水可通过吸收外部提供的热能，无需经过液态直接升华为水蒸汽从物料中逸出，实现脱水。因此，真空冷冻干燥又被称为升华干燥。从理论上说，真空冷冻干燥的操作区域只需在水的三相点以下即可固态的水可通过吸收外部提供的热能，无需经过液态直接升华为水蒸102干燥过程与设备培训课程课件103冷却干燥过程冷