蒸發(fā)結(jié)晶干燥設(shè)備

1、第9章 蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備第一節(jié) 蒸發(fā)設(shè)備一.蒸發(fā)設(shè)備應(yīng)滿足的基本要求 充足熱源充足熱源，以維持溶液的沸騰和補(bǔ)充溶劑汽化所帶走的熱量。保證溶劑蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除。一定的熱交換面積，以保證傳熱量 按流動(dòng)的方向分為： 升膜式蒸發(fā)器升膜式蒸發(fā)器: 形成的液膜與蒸發(fā)的汽流的方向相同，由下而上的并流上升。 降膜式蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器 形成的液膜與蒸發(fā)的汽流的方向相同，由上而下并流向下。 升降膜式蒸發(fā)器升降膜式蒸發(fā)器 將蒸發(fā)器的加熱管分成兩部分，溶液先以升膜式進(jìn)行蒸發(fā), 再以降膜式進(jìn)行蒸發(fā) 1. 管式升膜蒸發(fā)器 避免了液體靜壓力導(dǎo)致沸點(diǎn)升高 要有足夠的傳熱溫差和傳熱強(qiáng)度，來(lái)維持爬膜狀態(tài)。 傳熱溫差過(guò)大或

2、蒸發(fā)強(qiáng)度過(guò)高，同時(shí)形成干壁現(xiàn)象；導(dǎo)致蒸發(fā)器非正常運(yùn)行。2 . 升膜形成原理及溶液在加熱管中產(chǎn)生爬膜的必要條件(2)套管式升膜蒸發(fā)器 (3) 套筒式升膜蒸發(fā)器(1) 應(yīng)維持在爬膜狀態(tài)的溫度差爬膜狀態(tài)的溫度差。并控制一定的蒸發(fā)濃縮倍數(shù)，一般為5倍。保持真空度穩(wěn)定； (2) 對(duì)濃縮倍數(shù)要求高的工藝，如果物料非熱敏性，可進(jìn)行回流;(3) 適用于發(fā)泡性強(qiáng)、黏度較小的熱敏性物料較為適用。不適用于黏度較大, 受熱后易產(chǎn)生積垢或濃縮時(shí)有晶體析出的物料； (4)升膜式蒸發(fā)器正常操作的關(guān)鍵是讓液體物料在管壁上形成連續(xù)不斷的液膜形成連續(xù)不斷的液膜; (5) 液面一般為加熱管高度的l415，液面面太高，設(shè)備效率低，出

3、料達(dá)不到要求的濃度; (6) 控制適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料量和進(jìn)料溫度.升膜蒸發(fā)器的特點(diǎn)和操作注意事項(xiàng):4.降膜式蒸發(fā)器 1-料液分配器；2-加熱列管；3-蒸汽擋板；4-分離器；5-冷凝水液位計(jì) a-料液進(jìn)口；b加熱蒸汽進(jìn)口； c-不凝性氣體排除口；d-冷凝水出口；e-濃縮液出口；f-二次蒸汽出口 傳熱系數(shù)大傳熱系數(shù)大，蒸發(fā)速蒸發(fā)速度快度快，物料與加熱蒸汽，物料與加熱蒸汽之間的之間的溫度差可以降到溫度差可以降到很小很小物料可以物料可以濃縮到濃縮到較高的濃度較高的濃度，應(yīng)用日趨，應(yīng)用日趨廣泛廣泛. (1)分配器(把液體均勻分配到各加熱管中,形成液膜)齒形溢流口導(dǎo)流棒旋液導(dǎo)流器螺紋導(dǎo)流管切線進(jìn)料旋流器分配篩板

4、是利用液體的自流作用進(jìn)行分配，它在管板上方方一定距離水平安裝一塊篩孔板,篩孔對(duì)準(zhǔn)加熱管之間的管板，當(dāng)篩飯上保持一定液層時(shí)，液體從篩孔淋灑到管板上，液體離各加熱管口距離相等，就沿管板均勻流散到各管子邊沿，成薄膜狀沿管壁下流。1-升膜管， 2-降膜管，3-冷凝水出口；4-料液進(jìn)口；5加熱蒸汽進(jìn)口； 6-二次蒸汽出口；7-濃縮液出口升降膜式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)升降膜蒸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn): (1) 初期濃度低，可以爬膜，后期濃度高，通過(guò)降膜仍能形成膜。(2) 經(jīng)升膜蒸發(fā)后的汽液混合物，進(jìn)入降膜蒸發(fā)， 有利于降膜的液體均勻分布，同液體均勻分布，同時(shí)也加速物料的湍流和攪動(dòng)時(shí)也加速物料的湍流和攪動(dòng), 以進(jìn)一步提以進(jìn)一步提高降

5、膜蒸發(fā)的傳熱系數(shù)高降膜蒸發(fā)的傳熱系數(shù);(3) 用升膜來(lái)控制降膜的進(jìn)料分配，有利于操作控制; (4) 將兩個(gè)濃縮過(guò)程串聯(lián)，可以提高產(chǎn)品的濃縮比, 降低設(shè)備高度降低設(shè)備高度.刮板式真空蒸發(fā)器1. 馬達(dá) 2. 進(jìn)料管 3. 加熱蒸汽進(jìn)管 4. 排料管5. 冷凝水排出口6. 刮板7. 分配盤(pán) 8. 除沫器 9. 二次蒸汽排出管刮板式蒸發(fā)器特點(diǎn):(1) 傳熱系數(shù)較高;(2)此設(shè)備適用于濃縮高黏度度物料或含有懸浮顆粒的料液，而不致出現(xiàn)結(jié)焦、結(jié)垢等現(xiàn)象;(3) 液料在加熱區(qū)停留時(shí)間很短，一般只有幾秒至幾十秒;(4) 結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，具有轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，且要求真空，故設(shè)備加工精度要求較高。刮板式蒸發(fā)器設(shè)計(jì)注意點(diǎn) (1

6、)圓筒的直徑(300500mm)不宜過(guò)大，雖然加大可相應(yīng)地加大傳熱面積，但同時(shí)加大了轉(zhuǎn)動(dòng)軸傳遞的力矩，大大增加了功率消耗;(2) 為了節(jié)省動(dòng)力消耗，一股刮板蒸發(fā)器都造成長(zhǎng)筒形。但直徑過(guò)小，既減少了加熱面積，同時(shí)又使蒸發(fā)空間不足，造成蒸汽流速過(guò)大，霧霧沫夾帶增加沫夾帶增加，特別是對(duì)泡沫較多的物料影響更大;(3) 蒸發(fā)器加熱室的圓室的園筒內(nèi)表面必須經(jīng)過(guò)精加工 (4) 蒸發(fā)器上裝有良好機(jī)械軸封，一般為不透性石墨與不銹鋼的端面軸封安裝后進(jìn)行真空試漏檢查，。(5) 軸有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，有時(shí)可采用空心軸。四、 離心式薄膜蒸發(fā)器 1-蒸發(fā)器 2-離心轉(zhuǎn)鼓離心轉(zhuǎn)鼓 3-O形密封墊圈4-加熱蒸發(fā)通道加熱蒸發(fā)通道

7、5-套環(huán) 6-下碟片 7-上碟片 8-壓緊環(huán) 9-進(jìn)料管及噴嘴進(jìn)料管及噴嘴 10-視鏡 11-濃縮液吸出管濃縮液吸出管 12-套環(huán)的垂直通道套環(huán)的垂直通道 13-二次蒸汽排出管二次蒸汽排出管 14-冷凝水排出管冷凝水排出管 15-空心轉(zhuǎn)軸 四. 蒸發(fā)過(guò)程的節(jié)能1. 常用多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)、從理論上來(lái)說(shuō)，蒸發(fā)可以做成很多效，但實(shí)際效數(shù)不能增加太多，最多達(dá)67效; 2. 增加傳熱系數(shù)，降低傳熱溫度差和減少蒸發(fā)過(guò)程物料的沸點(diǎn)上升。 沸點(diǎn)因?yàn)闈舛雀呱卟豢杀苊? 黏度變高和液柱變高, 前者可通過(guò)結(jié)構(gòu)的改良來(lái)改善, 后者可通過(guò)降低薄膜厚度來(lái)改善 ). 第二節(jié)第二節(jié) 結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶設(shè)備一、結(jié)晶原理和起晶方法

8、（一）結(jié)晶原理 1. 晶體的特點(diǎn) 物質(zhì)自溶液中成晶體狀態(tài)析出自溶液中成晶體狀態(tài)析出，或從熔融狀態(tài)受冷時(shí)成晶體狀態(tài)凝結(jié)的過(guò)程稱為結(jié)晶。 2溶解與結(jié)晶 (1) 溶解：吸熱 （2）結(jié)晶：放熱 （3）飽和溶液和溶解度 溶解與結(jié)晶動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)的溶液稱為飽和溶液，物質(zhì)溶解的量稱為溶解度； （4） 工業(yè)生產(chǎn)中的結(jié)晶 就是破壞溶解與結(jié)晶的動(dòng)態(tài)平衡，使平衡偏向結(jié)晶方向常用方法：冷卻，蒸發(fā)濃縮 3. 過(guò)飽和溶液 （1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，給出的各種物質(zhì)溶解度與溫度關(guān)系的曲線稱為溶解度曲線。 （2）溶解度曲線一般都是連續(xù)的，但有些物質(zhì)由于在不同溫度下形成不同的化合物（水合物），因此曲線出現(xiàn)折點(diǎn)。 如檸檬酸其折點(diǎn)溫度為36.

9、6 ，在超過(guò)36.6時(shí)結(jié)晶的擰檬酸不帶結(jié)晶水，而在36 6以下結(jié)晶的擰檬酸帶一個(gè)結(jié)晶水。如圖II：檸檬酸的飽和溶液曲線（1）曲線下方為不飽和溶液區(qū)間，曲線上的點(diǎn)為飽和點(diǎn)。（2）在曲線上方的區(qū)間里，溶液濃度超過(guò)了它們的飽和濃度。(有晶體存在的溶液此區(qū)間是不會(huì)出現(xiàn)的, 或只是暫時(shí)的，它應(yīng)結(jié)晶析出，回到飽和濃度的位置）（沒(méi)有晶體存在的溶液，實(shí)驗(yàn)證明過(guò)飽和溶液是存在的）。所以上面的為過(guò)飽和曲線 （3） 介于過(guò)飽和曲線與飽和曲線之間，這個(gè)區(qū)域稱為介穩(wěn)定區(qū)。 （4）過(guò)飽和溶液曲線以上濃度的溶液很快自然起晶析出，故這區(qū)域?yàn)椴环€(wěn)定區(qū)。 （5）介穩(wěn)區(qū)劃分為兩個(gè)部分的：接近過(guò)飽和曲線部分區(qū)域稱為刺激起晶區(qū)；接近飽

10、和曲線部分稱為育晶區(qū)。 （1）飽和曲線是通過(guò)溶解直到飽和的方法測(cè)定 而過(guò)飽和曲線是通過(guò)測(cè)定自然起晶所對(duì)應(yīng)濃度， 而確定的 （1） 晶體的形成與長(zhǎng)大是比較復(fù)雜的過(guò)程，受溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)（或它們的水合物質(zhì)點(diǎn)）在溶質(zhì)點(diǎn)（或它們的水合物質(zhì)點(diǎn)）在溶液中的碰撞、吸引、擴(kuò)散排列等因素液中的碰撞、吸引、擴(kuò)散排列等因素的影響。 （2）隨著溶質(zhì)濃度增加溶質(zhì)間引力增大。飽和狀態(tài)時(shí)，溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間的吸引力與溶劑對(duì)溶質(zhì)的吸引力平衡。（3） 在過(guò)飽和溶液中，溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間的引力大于溶劑對(duì)溶質(zhì)的吸引力，不穩(wěn)定高能質(zhì)點(diǎn)互相碰撞，即會(huì)放出能量而聚合結(jié)晶；4. 晶核的形成與晶體的長(zhǎng)大 過(guò)飽和溶液能穩(wěn)定存在的原因：過(guò)飽和溶液能穩(wěn)定存在的原因：過(guò)飽

11、和度較小時(shí)，不穩(wěn)定的高能質(zhì)點(diǎn)不多，且是均勻分布于溶液中，聚合受到大量穩(wěn)定的低能溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的障礙低能溶質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的障礙。 當(dāng)溶液的過(guò)飽和度超出過(guò)飽和曲線時(shí)，也就是溶液中不穩(wěn)定的高能質(zhì)點(diǎn)很高能質(zhì)點(diǎn)很多多，多到足以不受穩(wěn)定的低能質(zhì)點(diǎn)影響多到足以不受穩(wěn)定的低能質(zhì)點(diǎn)影響，就能自然起晶自然起晶。二二. 結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶設(shè)備1. 類(lèi)型（1）濃縮結(jié)晶設(shè)備（2）冷卻結(jié)晶設(shè)備（3）其它結(jié)晶設(shè)備（等電點(diǎn)結(jié)晶設(shè)備）2.設(shè)計(jì)結(jié)晶設(shè)備應(yīng)注意的條件：（1）保證結(jié)晶良好，結(jié)晶速度快。 （2）通常結(jié)晶設(shè)備應(yīng)有攪拌裝置: 使結(jié)晶顆粒保持懸浮于溶液中; 同溶液有一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以同溶液有一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以減薄晶減薄晶體外部境界膜的厚度體外部境界

12、膜的厚度，提高溶質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)，提高溶質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散速度，以加速晶體長(zhǎng)大。散速度，以加速晶體長(zhǎng)大。 (3) (3) 攪拌速度和攪拌器的形式應(yīng)選擇得當(dāng)攪拌速度和攪拌器的形式應(yīng)選擇得當(dāng): : 若速度太快，則會(huì)因刺激過(guò)劇烈而自若速度太快，則會(huì)因刺激過(guò)劇烈而自然起晶，也可能使已長(zhǎng)大了的然起晶，也可能使已長(zhǎng)大了的晶體破碎晶體破碎，功率消耗也增大；功率消耗也增大； 太慢則太慢則晶核會(huì)沉積晶核會(huì)沉積。 (3)攪拌器的形式很多，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)溶液流動(dòng)的需要和功率消耗情況來(lái)選擇。 對(duì)于一般煮晶鍋多采用錨式攪拌錨式攪拌，配合溶液在沸騰時(shí)的自然循環(huán)，可使晶體懸浮; 煮晶鍋采用的錨式攪拌臥式結(jié)晶箱多采用螺旋式攪拌器。 (4) 當(dāng)

13、晶體顆粒比較小，容易沉積時(shí)，為了防止堵塞，排料閥要采用流線形直通排料閥要采用流線形直通式，同時(shí)加大出口，以減少阻力，必要式，同時(shí)加大出口，以減少阻力，必要時(shí)安裝保溫夾層，防止突然冷卻而結(jié)塊。時(shí)安裝保溫夾層，防止突然冷卻而結(jié)塊。 煮晶鍋采用的流線形直通式排料閥 (5)為防止攪拌軸的斷裂，應(yīng)安裝保險(xiǎn)裝置，如保險(xiǎn)連軸鞘險(xiǎn)連軸鞘等。遇結(jié)塊堵塞，阻力增大時(shí)，保險(xiǎn)鞘即折斷，防止斷軸，燒壞馬達(dá)或減速裝置等嚴(yán)重事故。其他如排氣裝置、管道等應(yīng)適當(dāng)加大或嚴(yán)格保溫，以防止結(jié)晶的堵塞。 3. 攪拌結(jié)晶箱的結(jié)構(gòu) 冷卻攪拌結(jié)晶設(shè)備比較簡(jiǎn)單（1）對(duì)于產(chǎn)量較小結(jié)晶周期較短的，多采用立式結(jié)晶箱。（2）對(duì)于產(chǎn)量較大，周期比較長(zhǎng)的

14、，多采用臥式結(jié)晶箱。設(shè)備應(yīng)具有：冷卻裝置，使結(jié)晶均勻的攪拌裝置。(1)立式結(jié)晶箱立式結(jié)晶箱對(duì)于產(chǎn)量較小，結(jié)晶周期較短的，多采用立式結(jié)晶箱對(duì)于產(chǎn)量較小，結(jié)晶周期較短的，多采用立式結(jié)晶箱 1.馬達(dá)2.減速器3.攪拌軸4.進(jìn)料口5.冷卻蛇管6. 框式攪拌器7.出料口立式攪拌結(jié)晶箱和等電點(diǎn)結(jié)晶罐的結(jié)構(gòu)立式攪拌結(jié)晶箱和等電點(diǎn)結(jié)晶罐的結(jié)構(gòu)立式攪拌夾套冷卻結(jié)晶器 （2）等電點(diǎn)結(jié)晶罐結(jié)構(gòu)與立式結(jié)晶箱類(lèi)似有pH調(diào)節(jié)接口（3）臥式結(jié)晶箱1.馬達(dá) 2.減速器 3.軸封 4. 軸 5.左旋攪拌槳葉 6.右旋攪拌葉槳 7. 夾套 8.支腳 9.排料閥 產(chǎn)量較大，周期比較長(zhǎng)的，多采用臥式結(jié)晶箱 臥式結(jié)晶箱的特點(diǎn)是：臥式結(jié)

15、晶箱的特點(diǎn)是：（1）體積大，晶體懸浮攪拌所消耗的動(dòng)力）體積大，晶體懸浮攪拌所消耗的動(dòng)力較??；較?。唬?）對(duì)于結(jié)晶速度較快的物料可串聯(lián)操作，）對(duì)于結(jié)晶速度較快的物料可串聯(lián)操作，進(jìn)行連續(xù)結(jié)晶。進(jìn)行連續(xù)結(jié)晶。 連續(xù)操作的連續(xù)操作的 最佳控制是使溶液在最佳控制是使溶液在進(jìn)口處即開(kāi)始生成晶核，進(jìn)入設(shè)備后很進(jìn)口處即開(kāi)始生成晶核，進(jìn)入設(shè)備后很快就生成足夠的晶核，這些晶核懸浮在快就生成足夠的晶核，這些晶核懸浮在溶液中，隨著溶液在槽中的慢慢移動(dòng)長(zhǎng)溶液中，隨著溶液在槽中的慢慢移動(dòng)長(zhǎng)大成晶體。最后從結(jié)晶槽的大成晶體。最后從結(jié)晶槽的 另一端排出。另一端排出。 （4）真空煮晶鍋）真空煮晶鍋 適于結(jié)晶速度比較快，容易自然

16、起晶，且要適于結(jié)晶速度比較快，容易自然起晶，且要求結(jié)晶晶體較大的產(chǎn)品；求結(jié)晶晶體較大的產(chǎn)品； 可控制溶液的蒸發(fā)速度和進(jìn)料速度，結(jié)構(gòu)較可控制溶液的蒸發(fā)速度和進(jìn)料速度，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單。1一電動(dòng)機(jī) 2一減速器 3一排料閥一排料閥 4一夾套 5一錨式攪拌器6一溫度計(jì)7一視鏡 8一氣液分離器 9一淋水管一淋水管 10一比重計(jì) 夾套式真空結(jié)晶罐技術(shù)參數(shù) 公稱容積VN(m3)直徑D(mm)圓筒高H1(mm)總高H(mm)換熱面積F(m2)攪拌轉(zhuǎn)速n(r/min)電機(jī)功率(KW)5.571600160026502950425046008.5/2段10/2段15123.04.04. 結(jié)晶設(shè)備的計(jì)算（1）物料衡

17、算m1=m2+m3+m4m1原料液的量m2結(jié)晶后母液的量m3結(jié)晶的量m4蒸發(fā)的量（2） 熱量衡算（熱量衡算確定加熱面積）進(jìn)入結(jié)晶設(shè)備的熱量原料液帶入的熱量Q1結(jié)晶時(shí)放出的熱量Q2加熱溶液的熱量Q3從結(jié)晶設(shè)備出去的熱量母液帶走的熱量Q4晶體帶走的熱量Q5蒸汽帶走的熱量Q6冷卻帶走的熱量Q7結(jié)晶設(shè)備散發(fā)到周?chē)h(huán)境的熱量Q8（3）結(jié)晶時(shí)間計(jì)算度差過(guò)飽和和飽和溶液濃總體的結(jié)晶常數(shù)晶核的表面積體表面上長(zhǎng)大的長(zhǎng)度開(kāi)始結(jié)晶時(shí)結(jié)晶在晶面上長(zhǎng)大的長(zhǎng)度最終晶體結(jié)晶在晶體表cKASScAKSSt012012實(shí)際生產(chǎn)中還有：溶液過(guò)渡到過(guò)飽和溶液的時(shí)間t1、起晶時(shí)間t2、輔助操作時(shí)間t3第三節(jié)干燥設(shè)備第三節(jié)干燥設(shè)備干燥

18、：干燥：是利用熱能除去固體物料中濕分是利用熱能除去固體物料中濕分（水分或其他溶劑）的操作。（水分或其他溶劑）的操作。干燥的好處：干燥的好處：物料易包裝，易運(yùn)輸。物料易包裝，易運(yùn)輸。1.提高生物的穩(wěn)定性。提高生物的穩(wěn)定性。一、固體物料干燥機(jī)理一、固體物料干燥機(jī)理 ( (一一) )物料中水分的性質(zhì)物料中水分的性質(zhì) 物料中所含水分物料中所含水分根據(jù)物料中水分除去的難易程度，根據(jù)物料中水分除去的難易程度，將其分為游離水分和結(jié)合水分。將其分為游離水分和結(jié)合水分。 游離水分游離水分多存在于生物產(chǎn)品的細(xì)胞外及多孔物料多存在于生物產(chǎn)品的細(xì)胞外及多孔物料的毛細(xì)管中，它與物料的結(jié)合力極弱，水分的活度近的毛細(xì)管中，

19、它與物料的結(jié)合力極弱，水分的活度近似等于似等于1 1。 結(jié)合水分結(jié)合水分主要有滲透水分、結(jié)構(gòu)水分等，它與物主要有滲透水分、結(jié)構(gòu)水分等，它與物料的結(jié)合力較強(qiáng)，水分的活度小于料的結(jié)合力較強(qiáng)，水分的活度小于1 1。( (二二) )干燥機(jī)理干燥機(jī)理 濕物料的濕物料的干燥操作干燥操作有有2 2個(gè)基本過(guò)程同時(shí)進(jìn)行：個(gè)基本過(guò)程同時(shí)進(jìn)行：1 1、熱、熱量由氣體傳遞給濕物料，使其溫度升高；量由氣體傳遞給濕物料，使其溫度升高；2 2、物料內(nèi)部、物料內(nèi)部的水分向表面擴(kuò)散，并在表面汽化被氣流帶走。的水分向表面擴(kuò)散，并在表面汽化被氣流帶走。 質(zhì)量傳遞過(guò)程質(zhì)量傳遞過(guò)程由兩步構(gòu)成：由兩步構(gòu)成：1 1、水分內(nèi)物料內(nèi)部向、水分

20、內(nèi)物料內(nèi)部向表面擴(kuò)散；表面擴(kuò)散；2 2、水分在物料表面汽化并被氣流帶走。、水分在物料表面汽化并被氣流帶走。 物料在干燥過(guò)程按物料在干燥過(guò)程按干燥速率控制方式干燥速率控制方式可分為：表可分為：表面汽化控制和內(nèi)部擴(kuò)散控制。面汽化控制和內(nèi)部擴(kuò)散控制。二、生物工業(yè)產(chǎn)品干燥的特點(diǎn)二、生物工業(yè)產(chǎn)品干燥的特點(diǎn) 必須是快速高效的，加熱溫度不宜過(guò)高；必須是快速高效的，加熱溫度不宜過(guò)高； 產(chǎn)品與干燥介質(zhì)的接觸時(shí)間不能太長(zhǎng)；產(chǎn)品與干燥介質(zhì)的接觸時(shí)間不能太長(zhǎng)； 干燥產(chǎn)品應(yīng)保持一定的純度，在干燥過(guò)干燥產(chǎn)品應(yīng)保持一定的純度，在干燥過(guò)程中不得有雜質(zhì)混入。程中不得有雜質(zhì)混入。 生物工業(yè)產(chǎn)品干燥方式：采用噴霧干燥、生物工業(yè)產(chǎn)品

21、干燥方式：采用噴霧干燥、氣流干燥、沸騰干燥和冷凍干燥。氣流干燥、沸騰干燥和冷凍干燥。干燥機(jī)理：干燥機(jī)理：(1) 物料預(yù)熱階段，物料預(yù)熱階段， ：空氣傳給物料的熱量大：空氣傳給物料的熱量大于水分汽化所需熱量，物料表面溫度上升到空氣的濕于水分汽化所需熱量，物料表面溫度上升到空氣的濕球溫度，球溫度， 。(2) 恒速干燥階段，恒速干燥階段， ：空氣傳給物料的熱量等：空氣傳給物料的熱量等于水分汽化所需的熱量，物料表面溫度維持穩(wěn)定，干于水分汽化所需的熱量，物料表面溫度維持穩(wěn)定，干燥速率維持恒定，表面維持潤(rùn)濕。燥速率維持恒定，表面維持潤(rùn)濕。(3) 第一降速干燥階段，第一降速干燥階段， ：水分的內(nèi)部擴(kuò)散速率小

22、：水分的內(nèi)部擴(kuò)散速率小于水分的表面汽化速率，物料表面不能維持全潤(rùn)濕，于水分的表面汽化速率，物料表面不能維持全潤(rùn)濕，出現(xiàn)部分出現(xiàn)部分“干區(qū)干區(qū)”，在干區(qū)空氣傳給物料的熱量大于，在干區(qū)空氣傳給物料的熱量大于水分汽化所需的熱量，平均表面溫度緩慢上升。雖然水分汽化所需的熱量，平均表面溫度緩慢上升。雖然單位潤(rùn)濕表面上的干燥速率不變，但由于實(shí)際汽化面單位潤(rùn)濕表面上的干燥速率不變，但由于實(shí)際汽化面積減少，從而以物料全部外表面積計(jì)算的干燥速率下積減少，從而以物料全部外表面積計(jì)算的干燥速率下降。該階段可能是整個(gè)降速階段，或根本不存在。降。該階段可能是整個(gè)降速階段，或根本不存在。BA Upppww,)(,CB D

23、C (4）第二降速干燥階段，）第二降速干燥階段， ：表面水分完全汽：表面水分完全汽化后，水分的汽化面由表面向內(nèi)部移動(dòng)，空氣化后，水分的汽化面由表面向內(nèi)部移動(dòng)，空氣傳給物料的熱量大于水分汽化所需的熱量，表傳給物料的熱量大于水分汽化所需的熱量，表面溫度加速上升，直至空氣的溫度，干燥速率面溫度加速上升，直至空氣的溫度，干燥速率加速下降，直至為零。此時(shí)物料含水量降到平加速下降，直至為零。此時(shí)物料含水量降到平衡水分。衡水分。 顯然，預(yù)熱、恒速階段為表面汽化控制階段；顯然，預(yù)熱、恒速階段為表面汽化控制階段； 降速階段為內(nèi)部遷移控制階段降速階段為內(nèi)部遷移控制階段3臨界含水量臨界含水量 可通過(guò)減低物料層的厚度

24、，來(lái)減小可通過(guò)減低物料層的厚度，來(lái)減小Xc。 ED ),(干燥速率厚度物性fXc絕熱干燥設(shè)備絕熱干燥設(shè)備 一、氣流干燥原理及設(shè)備一、氣流干燥原理及設(shè)備(一一)氣流干燥原理及特點(diǎn)氣流干燥原理及特點(diǎn) 氣流干燥氣流干燥：是指利用熱氣流將物料在流態(tài)下進(jìn)行是指利用熱氣流將物料在流態(tài)下進(jìn)行干燥的過(guò)程。干燥的過(guò)程。 干燥操作原理干燥操作原理：濕物料在熱氣流中呈懸浮狀態(tài)，：濕物料在熱氣流中呈懸浮狀態(tài)，每個(gè)物料顆粒都被熱空氣所包圍，因而使?jié)裎锪显诿總€(gè)物料顆粒都被熱空氣所包圍，因而使?jié)裎锪显诹鲃?dòng)過(guò)程中最大限度地與空氣充分接觸，氣體與固流動(dòng)過(guò)程中最大限度地與空氣充分接觸，氣體與固體之間進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，達(dá)到干燥的目的

25、。體之間進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，達(dá)到干燥的目的。 (二二)氣流干燥設(shè)備氣流干燥設(shè)備 目前使用的氣流干燥器形式：長(zhǎng)管氣流干燥器、目前使用的氣流干燥器形式：長(zhǎng)管氣流干燥器、 短管氣流干燥器和旋風(fēng)氣流干燥器等。短管氣流干燥器和旋風(fēng)氣流干燥器等。 應(yīng)用：應(yīng)用： 生物工業(yè)中味精、檸檬酸、四環(huán)類(lèi)抗生生物工業(yè)中味精、檸檬酸、四環(huán)類(lèi)抗生素等的干燥。素等的干燥。長(zhǎng)管氣流干燥流程長(zhǎng)管氣流干燥流程 圖13-1 氣流干燥流程1-空氣過(guò)濾器 2-預(yù)熱器 3-干燥管 4-加料斗 5-螺旋加料器 6-旋風(fēng)分離器 7-風(fēng)機(jī) 8-鎖氣管 9-產(chǎn)品出口712345986旋風(fēng)式氣流干燥管旋風(fēng)式氣流干燥管旋風(fēng)式干燥器流程圖旋風(fēng)式干燥器流程圖

26、旋風(fēng)式氣流干燥器旋風(fēng)式氣流干燥器 加料器和卸料器對(duì)保證穩(wěn)定的連續(xù)生產(chǎn)和成品質(zhì)加料器和卸料器對(duì)保證穩(wěn)定的連續(xù)生產(chǎn)和成品質(zhì)量很重要，下圖所示的物種型式加料器適用于散量很重要，下圖所示的物種型式加料器適用于散狀物料。為了防止在加料過(guò)程中物料結(jié)塊，可采狀物料。為了防止在加料過(guò)程中物料結(jié)塊，可采用震動(dòng)加料器。用震動(dòng)加料器。閘板式(b)星型回轉(zhuǎn)式(c)平板旋轉(zhuǎn)式（d）螺旋輸送式（e）閘閥式圖 13-3 加料器型式第三節(jié)第三節(jié) 沸騰干燥器及其計(jì)算沸騰干燥器及其計(jì)算 沸騰干燥是利用流態(tài)化技術(shù)，即利用熱的空沸騰干燥是利用流態(tài)化技術(shù)，即利用熱的空氣使孔板上的粒狀物料呈流化沸騰狀態(tài)，使水分氣使孔板上的粒狀物料呈流化

27、沸騰狀態(tài)，使水分迅速汽化達(dá)到干燥目的。迅速汽化達(dá)到干燥目的。 在干燥時(shí)，使氣流速度與顆粒的沉降速度相在干燥時(shí)，使氣流速度與顆粒的沉降速度相等，當(dāng)壓力降與流動(dòng)層單位面積的重量達(dá)到平衡等，當(dāng)壓力降與流動(dòng)層單位面積的重量達(dá)到平衡時(shí)（此時(shí)壓力損失變成恒定），粒子就在氣體中時(shí)（此時(shí)壓力損失變成恒定），粒子就在氣體中呈懸浮狀態(tài)，并在流動(dòng)層中自由地轉(zhuǎn)動(dòng)，流動(dòng)層呈懸浮狀態(tài)，并在流動(dòng)層中自由地轉(zhuǎn)動(dòng)，流動(dòng)層猶如正在沸騰，這種狀態(tài)是比較穩(wěn)定的流態(tài)化。猶如正在沸騰，這種狀態(tài)是比較穩(wěn)定的流態(tài)化。沸騰干燥也稱為流化床干燥。沸騰干燥也稱為流化床干燥。 沸騰造粒干燥是利用流化介質(zhì)（空沸騰造粒干燥是利用流化介質(zhì)（空氣）與料液間

28、很高的相對(duì)氣速，使溶液氣）與料液間很高的相對(duì)氣速，使溶液帶進(jìn)流化床就迅速霧化，這時(shí)液滴與原帶進(jìn)流化床就迅速霧化，這時(shí)液滴與原來(lái)在沸騰床內(nèi)的晶體結(jié)合，就進(jìn)行沸騰來(lái)在沸騰床內(nèi)的晶體結(jié)合，就進(jìn)行沸騰干燥，故也可看作是噴霧干燥與沸騰干干燥，故也可看作是噴霧干燥與沸騰干燥的結(jié)合。燥的結(jié)合。 沸騰干燥的特點(diǎn)是，傳熱傳質(zhì)速率高。沸騰干燥的特點(diǎn)是，傳熱傳質(zhì)速率高。 由于是利用流態(tài)化技術(shù)，使氣體與固體兩相密切接觸，由于是利用流態(tài)化技術(shù)，使氣體與固體兩相密切接觸，雖然氣固兩相傳熱系數(shù)不大，但由于顆粒度較小，接觸表面雖然氣固兩相傳熱系數(shù)不大，但由于顆粒度較小，接觸表面積大，故容積干燥強(qiáng)度為所有干燥器中最大的一種，這

29、樣需積大，故容積干燥強(qiáng)度為所有干燥器中最大的一種，這樣需要的床層體積就大大減少，無(wú)論在傳熱、傳質(zhì)、容積干燥強(qiáng)要的床層體積就大大減少，無(wú)論在傳熱、傳質(zhì)、容積干燥強(qiáng)度、熱效率等方面都較氣流干燥優(yōu)良。度、熱效率等方面都較氣流干燥優(yōu)良。 干燥溫度均勻，控制容易。干燥溫度均勻，控制容易。 干燥、冷卻可連續(xù)進(jìn)行，干燥與分級(jí)可同時(shí)進(jìn)行，有利干燥、冷卻可連續(xù)進(jìn)行，干燥與分級(jí)可同時(shí)進(jìn)行，有利于連續(xù)化和自動(dòng)化。于連續(xù)化和自動(dòng)化。 由于容積干燥強(qiáng)度較大，所以設(shè)備緊湊，占地面積小，由于容積干燥強(qiáng)度較大，所以設(shè)備緊湊，占地面積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備生產(chǎn)能力高，而動(dòng)力消耗少。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備生產(chǎn)能力高，而動(dòng)力消耗少。 但是當(dāng)連

30、續(xù)操作時(shí)物料在干燥器內(nèi)停留時(shí)間不一，干燥但是當(dāng)連續(xù)操作時(shí)物料在干燥器內(nèi)停留時(shí)間不一，干燥度不夠均勻，對(duì)結(jié)晶物料有磨損作用。度不夠均勻，對(duì)結(jié)晶物料有磨損作用。單層沸騰干燥器及其附屬設(shè)備單層沸騰干燥器及其附屬設(shè)備加料 單層圓筒沸騰床干燥器 至分離器出料熱空氣分布盤(pán)物料2348765910圖 13-20 臥式多室沸騰干燥器空氣加熱器 2-料斗 3-風(fēng)道 4-風(fēng)口 5-成品出口 6-視鏡 7-干燥室 8-旋風(fēng)分離器 9-細(xì)粉回收器 10-離心通風(fēng)機(jī) 廢氣單層氣體出口加料出料床內(nèi)分離器第一層第二層熱空氣 多層流化床干燥器 2356784910圖13-21 葡萄糖濃縮液沸騰造粒干燥流程 1-抽風(fēng)機(jī) 2-旋

31、風(fēng)分離器 3-收集器 4-分級(jí)篩 5-燈孔 6-干燥器 7-噴嘴 8-空氣加熱器 9-離心通風(fēng)機(jī) 10-過(guò)濾器 11-保溫槽空氣壓縮空氣蒸汽返料225671534449圖 13-22 沸 騰 造 粒 干 燥 塔 構(gòu) 造測(cè) 壓 器 2-料 液 噴 入 口 3-人 孔 4-窺 鏡 5-測(cè) 溫 口 6-出 料 口 7-燈 孔 8-加 料 口 9-熱 空 氣 入 口 （1）臨界流化速度）臨界流化速度 臨界流化速度是指床層開(kāi)始膨脹，達(dá)到初始流態(tài)化臨界流化速度是指床層開(kāi)始膨脹，達(dá)到初始流態(tài)化時(shí)的氣體速度。由下式計(jì)算：時(shí)的氣體速度。由下式計(jì)算：1.820.9430.060.88()9.3 10ssmfdv1

32、400 5.22mfArReArgpgmfmfdgw(Re)ggdAgppr23 （2）操作流化速度）操作流化速度 操作流化速度應(yīng)大于臨界流化速度而小于帶出速度，操作流化速度應(yīng)大于臨界流化速度而小于帶出速度，可由下式求取：可由下式求?。簍mfwwwwKw)8 . 02 . 0(或者gpgttdgwRe180.6tArReArggdAgppr23 （3）流化床幾何尺寸）流化床幾何尺寸 流化床層高度與操作時(shí)的床層空隙率有關(guān)，與原始流化床層高度與操作時(shí)的床層空隙率有關(guān)，與原始床層高度及空隙率有關(guān)，由下列公式計(jì)算：床層高度及空隙率有關(guān)，由下列公式計(jì)算：11sfsfHH20 .2 11 80 .3 6(

33、)fR eR eA r 設(shè)計(jì)時(shí)可取設(shè)計(jì)時(shí)可取 H=2Hf 干燥室直徑干燥室直徑D由下式計(jì)算由下式計(jì)算 43600VDv （4）物料在干燥器內(nèi)停留時(shí)間：）物料在干燥器內(nèi)停留時(shí)間：22003600(1)900(1)4ssssssHDHDGG 噴霧干燥塔（器）一、噴霧干燥原理及特點(diǎn)一、噴霧干燥原理及特點(diǎn) 噴霧干燥原理噴霧干燥原理：將料液分散成極細(xì)的霧滴，：將料液分散成極細(xì)的霧滴，因此料液能形成很大的比表面積，使霧滴同熱空因此料液能形成很大的比表面積，使霧滴同熱空氣產(chǎn)生劇烈的熱質(zhì)交換，在幾秒至幾十秒內(nèi)迅速氣產(chǎn)生劇烈的熱質(zhì)交換，在幾秒至幾十秒內(nèi)迅速排除物料水分而獲得干燥。成品以粉末狀態(tài)沉降排除物料水分而

34、獲得干燥。成品以粉末狀態(tài)沉降于干燥宰底部，連續(xù)或間斷地從卸料器排出。于干燥宰底部，連續(xù)或間斷地從卸料器排出。噴霧干燥的特點(diǎn)是：噴霧干燥的特點(diǎn)是： (1)干燥速度快、時(shí)間短，一般為干燥速度快、時(shí)間短，一般為330s。 (2)干燥溫度較低。一般為干燥溫度較低。一般為5060。 (3)制品具有良好的分散性和溶解性，成品制品具有良好的分散性和溶解性，成品純度高。純度高。248765成品熱空氣廢氣料空氣圖 13-9 氣流噴霧干燥流程 1.6-過(guò)濾器 2-空氣分配盤(pán) 3-袋濾器 4-回風(fēng)管 5-電加熱器 7-瓷環(huán) 8-棉蘭3二二 霧化器的結(jié)構(gòu)霧化器的結(jié)構(gòu) 1.氣流式噴霧器氣流式噴霧器2345熱 風(fēng)廢 氣圖

35、 13-10 氣 流 式 噴 霧 干 燥 塔溫 度 計(jì) 2-擴(kuò) 散 盤(pán) 3-示 鏡 4-人 孔 5-成 品 收 集 器物 料空 氣圖 13-12 氣流噴舞干燥噴咀空氣管 2-壓緊螺帽 3-噴咀座 4-壓緊螺帽 5-噴咀 6-進(jìn)液管 7-噴咀口1234562.機(jī)械式噴霧器機(jī)械式噴霧器空氣蒸汽31液料56698710廢氣圖 13-13 離心式噴霧干燥流程空氣過(guò)濾器 2-離心通風(fēng)機(jī) 3-空氣加熱器 4-保溫爐 5-干燥塔 6-溫度計(jì) 7-粉塵回收器 8-旋風(fēng)分離器 9-料斗 10-離心通風(fēng)機(jī)54321圖 13-16 熱 風(fēng) 盤(pán) 構(gòu) 造熱 風(fēng) 盤(pán) 2-保 溫 層 3-風(fēng) 向 調(diào) 節(jié) 板 4-塔 頂 壁

36、 5-噴 霧 機(jī) 座 噴盤(pán)的型式有平板型、皿型、碗型、多翼型、噴槍噴盤(pán)的型式有平板型、皿型、碗型、多翼型、噴槍型、錐型和圓帽型等，型式繁多，但目前用于酶制劑型、錐型和圓帽型等，型式繁多，但目前用于酶制劑生產(chǎn)的有后三種，構(gòu)造如下圖。生產(chǎn)的有后三種，構(gòu)造如下圖。 噴槍式是由一組噴嘴（一般為噴槍式是由一組噴嘴（一般為6個(gè)）伸在離心盤(pán)外，個(gè)）伸在離心盤(pán)外，如同翼輪一樣，中心形成負(fù)壓，被噴物料容易卷起，如同翼輪一樣，中心形成負(fù)壓，被噴物料容易卷起，粘在頂壁上，錐型和圓帽型可避免此問(wèn)題，通過(guò)生產(chǎn)粘在頂壁上，錐型和圓帽型可避免此問(wèn)題，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明，后兩種型式較好，圓帽式的噴孔出口向下實(shí)踐證明，后兩種型式較好，圓帽式的噴孔出口向下傾斜傾斜45，避免被噴物料向上翻。錐型噴盤(pán)是一組噴，避免被噴物料向上翻。錐型噴盤(pán)是一組噴嘴裝在離心盤(pán)內(nèi)，避免中心形成負(fù)壓，導(dǎo)致物料易粘嘴裝在離心盤(pán)內(nèi)，避免中心形成負(fù)壓，導(dǎo)致物料易粘頂壁。噴盤(pán)和噴嘴的材料均用不銹鋼制造。頂壁。噴盤(pán)和噴嘴的材料均用不銹鋼制造。沿圓周24孔均布部詳圖圖 13-15 噴咀的型式圓帽式噴盤(pán)錐型噴盤(pán)噴槍式噴盤(pán)物料熱風(fēng)廢氣成品廢氣和成品熱風(fēng)熱風(fēng)物料物料熱風(fēng)廢氣成品.2.3圖13-17 并流干燥向下旋轉(zhuǎn) 2-向下并流 3-向上并流3. 噴