第十一章干燥設(shè)備

1、發(fā)酵機(jī)械與設(shè)備發(fā)酵機(jī)械與設(shè)備徐徐 明明 芳芳 博博 士士教教 授授暨暨 南南 大大 學(xué)學(xué) 生生 科科 院院2015-12-17目錄緒論緒論第一篇第一篇 生物質(zhì)原料處理設(shè)備生物質(zhì)原料處理設(shè)備第二篇第二篇 生物反應(yīng)設(shè)備生物反應(yīng)設(shè)備第四篇第四篇 其他設(shè)備其他設(shè)備 第一章第一章 生物質(zhì)原料預(yù)處理設(shè)備生物質(zhì)原料預(yù)處理設(shè)備 第二章第二章 生物細(xì)胞培養(yǎng)基制備設(shè)備生物細(xì)胞培養(yǎng)基制備設(shè)備 第三章第三章 生物培養(yǎng)基滅菌設(shè)備生物培養(yǎng)基滅菌設(shè)備 第四章第四章 原料（物料）輸送設(shè)備原料（物料）輸送設(shè)備第二篇第二篇 生物反應(yīng)設(shè)備生物反應(yīng)設(shè)備第八章第八章 生物反應(yīng)器的檢測及控制生物反應(yīng)器的檢測及控制底物底物生物反應(yīng)器生物反

2、應(yīng)器檢測控檢測控制儀表制儀表培養(yǎng)基培養(yǎng)基（滅菌）（滅菌）經(jīng)加工經(jīng)加工原料原料酶酶細(xì)胞細(xì)胞生物催化劑生物催化劑（游離或固定化）（游離或固定化）機(jī)械能機(jī)械能除除菌菌空氣空氣產(chǎn)品提取產(chǎn)品提取純化純化副產(chǎn)品副產(chǎn)品產(chǎn)品產(chǎn)品廢物廢物熱能熱能原材料原材料營養(yǎng)物營養(yǎng)物典型工業(yè)生物技術(shù)過程典型工業(yè)生物技術(shù)過程下游加工概述下游加工概述下游加工過程下游加工過程(Down stream processing)發(fā)酵液發(fā)酵液預(yù)處理預(yù)處理細(xì)胞分離細(xì)胞分離細(xì)胞破碎細(xì)胞破碎細(xì)胞碎片分離細(xì)胞碎片分離初步純化初步純化高度純化高度純化成品加工成品加工 1、 3、按照過濾推動力的差別，過濾機(jī)分為哪幾、按照過濾推動力的差別，過濾機(jī)分為哪

3、幾類？類？ 4、 5、真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī) 6、為哪幾類？為哪幾類？ 7、如何選擇離心設(shè)備、如何選擇離心設(shè)備； 利用熱能除去的單元操作： 濕物料的干燥操作有2個基本過程同時進(jìn)行：。 包括：，但。有： 1.快速高效，；2.產(chǎn)品與干燥介質(zhì)的；3.干燥產(chǎn)品應(yīng)保持一定的純度，在干燥過程中不在干燥過程中不得有雜質(zhì)混入得有雜質(zhì)混入。 生物工業(yè)產(chǎn)品干燥通常采用生物工業(yè)產(chǎn)品干燥通常采用、。設(shè)備類型干燥物料固定床干燥固定床干燥啤酒釀造用綠麥芽啤酒釀造用綠麥芽臥式沸騰干燥臥式沸騰干燥檸檬酸晶體、酵母、抗生素檸檬酸晶體、酵母、抗生素沸騰造粒干燥沸騰造粒干燥葡萄糖、味精、酶制劑葡萄糖、味精、酶制劑氣流干燥氣

4、流干燥味精、抗生素、葡萄糖味精、抗生素、葡萄糖旋風(fēng)式氣流干燥旋風(fēng)式氣流干燥四環(huán)素類四環(huán)素類氣流式噴霧干燥氣流式噴霧干燥蛋白酶、核酸、抗生素蛋白酶、核酸、抗生素壓力式噴霧干燥壓力式噴霧干燥酵母酵母離心式噴霧干燥離心式噴霧干燥酶制劑、酵母酶制劑、酵母噴霧干燥與振動流噴霧干燥與振動流化干燥化干燥酶制劑酶制劑滾筒干燥滾筒干燥酵母、單細(xì)胞蛋白酵母、單細(xì)胞蛋白真空干燥真空干燥青霉素鉀鹽、土霉素等青霉素鉀鹽、土霉素等冷凍干燥冷凍干燥抗腫瘤抗生素、乙肝疫苗抗腫瘤抗生素、乙肝疫苗產(chǎn)品的質(zhì)量要求產(chǎn)品的質(zhì)量要求產(chǎn)品的純度產(chǎn)品的純度物料的特性物料的特性產(chǎn)量及勞動條件產(chǎn)量及勞動條件：滾筒干燥設(shè)備、噴霧干燥設(shè)：滾筒干燥設(shè)

5、備、噴霧干燥設(shè)備、氣流干燥設(shè)備、沸騰干燥設(shè)備備、氣流干燥設(shè)備、沸騰干燥設(shè)備：真空干燥設(shè)備、冷凍干燥設(shè)備：真空干燥設(shè)備、冷凍干燥設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 絕熱干燥設(shè)備絕熱干燥設(shè)備 利用利用與與或或在流動過程中在流動過程中，氣體與固體物料之間進(jìn)行傳熱與傳質(zhì)，氣體與固體物料之間進(jìn)行傳熱與傳質(zhì)，從而使從而使。 目前使用的氣流干燥器形式：長管氣流干燥器、目前使用的氣流干燥器形式：長管氣流干燥器、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)中生物工業(yè)中味精、檸檬酸、四環(huán)類抗生味精、檸檬酸、四環(huán)類抗生素等的干燥。素等的干燥。圖1 3 - 1 氣流干燥流程1 - 空氣過濾

6、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 流程示意圖長管氣流干燥味精流程長管氣流干燥味精流程旋風(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1.1.干燥強(qiáng)度大；干燥強(qiáng)度大； 2.2.干燥時間短，對熱敏性物料可選較高溫介質(zhì)；干燥時間短，對熱敏性物料可選較高溫介質(zhì)； 3.3.可把可把; ;4.4.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，生產(chǎn)能力小，能連設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，生產(chǎn)能力小，能連續(xù)操作，續(xù)操作，；5.5.適用性廣，適用性廣，可使用于各種粉粒狀、碎塊狀物料可使用于各

7、種粉粒狀、碎塊狀物料；6.6.對晶形磨損厲害；對晶形磨損厲害；7.7.熱能利用率低。熱能利用率低。 ：噴霧干燥是利用不同的噴噴霧干燥是利用不同的噴霧器，霧器，將懸浮液和粘滯的液體噴成霧狀將懸浮液和粘滯的液體噴成霧狀，形成具，形成具有較大表面積的分散微粒同熱空氣發(fā)生強(qiáng)烈的熱有較大表面積的分散微粒同熱空氣發(fā)生強(qiáng)烈的熱質(zhì)交換，迅速排除本身的水分，在幾秒至幾十秒質(zhì)交換，迅速排除本身的水分，在幾秒至幾十秒內(nèi)獲得干燥。內(nèi)獲得干燥。248765成品熱空氣廢氣料空氣圖 13-9 氣流噴霧干燥流程 1.6-過濾器 2-空氣分配盤 3-袋濾器 4-回風(fēng)管 5-電加熱器 7-瓷環(huán) 8-棉蘭3 1.干燥速率快、時間短

8、；干燥速率快、時間短； 2.干燥溫度低；干燥溫度低； 3.制品具有良好的分散性和溶解性，成品純度高。制品具有良好的分散性和溶解性，成品純度高。 特別適用于不能借結(jié)晶方法得到固體產(chǎn)品的生物特別適用于不能借結(jié)晶方法得到固體產(chǎn)品的生物制品生產(chǎn)中制品生產(chǎn)中，如酵母、核苷酸和某些抗生素藥物的，如酵母、核苷酸和某些抗生素藥物的干燥。干燥。連續(xù)噴霧干燥流程連續(xù)噴霧干燥流程噴霧干燥設(shè)備 關(guān)鍵：噴霧器； 壓力式噴霧器（壓力噴霧干燥塔） 氣流式噴霧器（氣流噴霧干燥塔） 離心式噴霧器（離心噴霧干燥塔） 采用壓力式噴嘴借助高壓泵的壓力將溶液、懸采用壓力式噴嘴借助高壓泵的壓力將溶液、懸浮液、乳濁液、膏糊狀物料霧化成細(xì)小

9、液滴，然浮液、乳濁液、膏糊狀物料霧化成細(xì)小液滴，然后與高溫?zé)峥諝膺M(jìn)行快速熱交換，在極短時間內(nèi)后與高溫?zé)峥諝膺M(jìn)行快速熱交換，在極短時間內(nèi)以簡單的工藝迅速連續(xù)干燥成細(xì)顆粒狀物料的設(shè)以簡單的工藝迅速連續(xù)干燥成細(xì)顆粒狀物料的設(shè)備。備。：壓力式噴霧器、氣流式噴霧器和離心式壓力式噴霧器、氣流式噴霧器和離心式噴霧器。噴霧器。1.氣流式噴霧器（氣流噴霧干燥塔） 結(jié)構(gòu)見2-5-13 以高速氣流通過噴嘴（孔徑1-4mm）時將料液吸入、霧化， 內(nèi)部混合式和外部混合式 壓力噴霧式干燥機(jī) 潔凈空氣加熱后進(jìn)入干燥塔，在塔內(nèi)熱風(fēng)中用潔凈空氣加熱后進(jìn)入干燥塔，在塔內(nèi)熱風(fēng)中用二流體（或三流體）噴嘴將各種料液霧化成微小二流體（或

10、三流體）噴嘴將各種料液霧化成微小液滴，與熱風(fēng)進(jìn)行快速熱交換，蒸發(fā)掉液料的水液滴，與熱風(fēng)進(jìn)行快速熱交換，蒸發(fā)掉液料的水份（或溶劑），并隨熱風(fēng)排出，得到粉狀產(chǎn)品。份（或溶劑），并隨熱風(fēng)排出，得到粉狀產(chǎn)品。1.適用于一般溶液的高、低溫干燥，特別對粘性、膏狀、適用于一般溶液的高、低溫干燥，特別對粘性、膏狀、稀漿狀物料的干燥效果更佳。稀漿狀物料的干燥效果更佳。2.噴霧設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，維修方便，運行費用低，適用于噴霧設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，維修方便，運行費用低，適用于自動化流水作業(yè)。自動化流水作業(yè)。3.產(chǎn)品為粉狀、粒狀，可根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)粒產(chǎn)品為粉狀、粒狀，可根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)粒4.所得產(chǎn)品粉狀流動性好、顆粒產(chǎn)品真密度

11、高，基本為所得產(chǎn)品粉狀流動性好、顆粒產(chǎn)品真密度高，基本為球形顆粒。球形顆粒。1.液料槽液料槽 2.液料泵液料泵 3.壓縮空氣壓縮空氣 4.氣流噴嘴氣流噴嘴 5.干燥塔干燥塔 6.旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器 7.布袋除塵器布袋除塵器 8.加熱器加熱器 氣流噴霧器：內(nèi)部混合式和外部混合式，常用的是內(nèi)內(nèi)部混合式和外部混合式，常用的是內(nèi)部混合式。部混合式。雙流式噴嘴三流式噴嘴氣流噴霧干燥塔氣流噴霧干燥塔高速離心噴霧干燥機(jī) 空氣經(jīng)過濾和加熱，進(jìn)入干燥器頂部空氣分空氣經(jīng)過濾和加熱，進(jìn)入干燥器頂部空氣分配器，熱空氣呈螺旋狀均勻地進(jìn)入干燥室。料配器，熱空氣呈螺旋狀均勻地進(jìn)入干燥室。料液經(jīng)塔體頂部的高速離心霧化器，（

12、旋轉(zhuǎn)）噴液經(jīng)塔體頂部的高速離心霧化器，（旋轉(zhuǎn)）噴霧成極細(xì)微的霧狀液珠，與熱空氣并流接觸，霧成極細(xì)微的霧狀液珠，與熱空氣并流接觸，在極短的時間內(nèi)可干燥為成品。成品連續(xù)地由在極短的時間內(nèi)可干燥為成品。成品連續(xù)地由干燥塔底部和旋風(fēng)分離器中輸出，廢氣由風(fēng)機(jī)干燥塔底部和旋風(fēng)分離器中輸出，廢氣由風(fēng)機(jī)排空。排空。熱風(fēng)盤構(gòu)造熱風(fēng)盤構(gòu)造1、空氣過濾器、空氣過濾器2、加熱器、加熱器3、熱風(fēng)分配器、熱風(fēng)分配器4、干燥室、干燥室5、過濾器、過濾器6、泵、泵7、噴頭、噴頭8、旋風(fēng)分離器、旋風(fēng)分離器9、風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)10、料液槽、料液槽 擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器原理：利用流態(tài)化技術(shù)，即利用熱空氣流使置于利用流態(tài)化技術(shù)

13、，即利用熱空氣流使置于篩板上的篩板上的顆粒狀濕物料呈沸騰狀態(tài)的干燥過程顆粒狀濕物料呈沸騰狀態(tài)的干燥過程。特點特點:1.傳熱傳質(zhì)速率高；傳熱傳質(zhì)速率高；2.2.干燥溫度均勻，控制容易；干燥溫度均勻，控制容易；3.3.結(jié)構(gòu)簡單，可連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)簡單，可連續(xù)化、自動化生產(chǎn)。 流化床干燥流程流化床干燥流程 流化床干燥器有單層，多層。單層的分單室、流化床干燥器有單層，多層。單層的分單室、多室和有干燥室冷卻室的二段沸騰干燥，其次還多室和有干燥室冷卻室的二段沸騰干燥，其次還有沸騰造粒干燥。有沸騰造粒干燥。 多層流化床干燥器多層流化床干燥器單層多室流化床干燥器單層多室流化床干燥器動畫演示動畫演示加料

14、加料廢氣廢氣出料出料溢流管溢流管動畫演示動畫演示葡萄糖濃縮液沸騰造粒干燥流程葡萄糖濃縮液沸騰造粒干燥流程1、測壓器、測壓器2、噴嘴、噴嘴3、人孔、人孔4、窺鏡、窺鏡5、測溫口、測溫口6、出料口、出料口7、燈孔、燈孔8、加料口、加料口9、熱空氣入口、熱空氣入口沸騰造粒干燥塔構(gòu)造特點沸騰造粒干燥塔構(gòu)造特點 傳熱面積大、干燥均勻可傳熱面積大、干燥均勻可連續(xù)進(jìn)行、設(shè)備體積小。連續(xù)進(jìn)行、設(shè)備體積小。影響產(chǎn)品顆粒大小的因素影響產(chǎn)品顆粒大小的因素 1.1.停留時間停留時間 2.2.摩擦作用摩擦作用3.3.干燥溫度干燥溫度4.4.返料量和晶核大小返料量和晶核大小沸騰制粒干燥機(jī)沸騰造粒干燥器 倒圓錐形，錐角30

15、度 造粒過程：料液水分完全蒸發(fā)，本身形成顆粒；附著在晶核后水分蒸發(fā)，種子表面形成薄膜；種子之間的碰撞粘連； 影響因素：停留時間、摩擦作用、干燥溫度四. 冷凍干燥及其他設(shè)備 1、冷凍干燥原理及設(shè)備 2、微波干燥原理及設(shè)備原理：將濕物料（或溶液）在較低溫度下（將濕物料（或溶液）在較低溫度下（- -1010-50-50）凍結(jié)成固態(tài)，然后在高度真空下，）凍結(jié)成固態(tài)，然后在高度真空下，將其中固態(tài)水分直接升華為氣態(tài)而除去的干燥過將其中固態(tài)水分直接升華為氣態(tài)而除去的干燥過程。程。特點：1.1.干燥溫度低，特別適合于高熱敏性物料的干燥；干燥溫度低，特別適合于高熱敏性物料的干燥；2.2.能保持原物料的外觀形狀；

16、能保持原物料的外觀形狀；3.3.凍干制品具有多孔結(jié)構(gòu)，有理想的速溶性和快速復(fù)水凍干制品具有多孔結(jié)構(gòu)，有理想的速溶性和快速復(fù)水性；性；4.4.冷凍干燥脫水徹底，質(zhì)量輕，產(chǎn)品保存期長。冷凍干燥脫水徹底，質(zhì)量輕，產(chǎn)品保存期長。流程及設(shè)備 兩個階段： 直接升華（溫度低于溶點）； 逐漸升溫使水汽化除去。 系統(tǒng)由冷凍裝置、真空裝置、水氣去除冷凍裝置、真空裝置、水氣去除裝置和加熱部分裝置和加熱部分LGJ-A型冷凍干燥機(jī)流程圖型冷凍干燥機(jī)流程圖動畫演示動畫演示蒸汽壓縮制冷流程圖蒸汽壓縮制冷流程圖雙級壓縮制冷系統(tǒng)雙級壓縮制冷系統(tǒng)冷凍部分 蒸汽壓縮式制冷蒸汽壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷和吸收式制冷 蒸汽壓縮式制冷：

17、蒸汽壓縮式制冷：壓縮、冷凝、膨脹、壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā)蒸發(fā) 制冷劑：氟里昂、氨、二氧化碳等制冷劑：氟里昂、氨、二氧化碳等 載冷劑：空氣、乙醇、氯化鈣溶液載冷劑：空氣、乙醇、氯化鈣溶液2.真空部分 壓力應(yīng)為凍結(jié)物料飽和蒸汽壓的25%-50% 干燥箱的絕對壓力約為131.3Pa，質(zhì)量較好的機(jī)械泵可達(dá)到的最高真空極限約為0.1Pa 510分鐘內(nèi)從大氣壓降至130Pa以下 3. 水氣去除部分和加熱室 冷凝法除去水氣 加熱室：提供升華熱原理：當(dāng)待干燥的濕物料置于高頻電場時，由于當(dāng)待干燥的濕物料置于高頻電場時，由于濕物料中水分子具有極性，則分子沿著外電場方濕物料中水分子具有極性，則分子沿著外電場方向取向

18、排列，隨著外電場高頻率變換方向，則水向取向排列，隨著外電場高頻率變換方向，則水分子會迅速轉(zhuǎn)動或快速擺動。又由于分子原有的分子會迅速轉(zhuǎn)動或快速擺動。又由于分子原有的熱運動和相鄰分子間的相互作用，使分子隨著外熱運動和相鄰分子間的相互作用，使分子隨著外電場變化而擺動的規(guī)則運動受到干擾和阻礙，從電場變化而擺動的規(guī)則運動受到干擾和阻礙，從而引起分子間的摩擦而產(chǎn)生熱量，使其溫度升高。而引起分子間的摩擦而產(chǎn)生熱量，使其溫度升高。二、微波干燥原理和設(shè)備 原理：介質(zhì)加熱干燥，水分子隨電場改變而改變其運動方式，加之自身運動等原因，分子間產(chǎn)生摩擦而升溫，內(nèi)部加熱干燥 特點：加熱時間短；干燥均勻；便于控制；思考題 1. 生物工程產(chǎn)品干燥要注意的事項有哪些？ 2. 流化床干燥的氣流速度的條件？ 3. 干燥的兩個階段。 4. 常用的干燥設(shè)備有哪些？一、常壓干燥設(shè)備麥芽干燥塔 （一）單層高效麥芽干燥塔結(jié)構(gòu)與操作 優(yōu)點：生產(chǎn)能力大，機(jī)械化操作，自動控制；技術(shù)經(jīng)濟(jì)和熱力指標(biāo)良好；結(jié)構(gòu)簡單，造價低二、真空干燥設(shè)備 真空下，接觸式干燥過程，熱敏性、易氧化物料； 設(shè)備：密閉干燥室、冷凝器和真空泵組密閉干燥室、冷凝器和真空泵組成成 真空箱式干燥器