第七章干燥設(shè)備

1、第七章 干燥設(shè)備為了減少的體積，便于運(yùn)輸，防止成品在保存過程中變性、變質(zhì)，保持生物產(chǎn)品的性能，生物產(chǎn)品加工需要經(jīng)過干燥過程，將物料的濕分降低到適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。干燥是將濕物料的濕分（水分或其他溶劑）除去的加工過程，往往是整個(gè)生物加工過程中在包裝之前的最后一道工序，與最終產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān)，干燥方法的選擇對于保證產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。第一節(jié) 固體物料干燥機(jī)理及生物工業(yè)產(chǎn)品干燥的特點(diǎn)為了滿足貯存、運(yùn)輸、加工和使用等方面的不同需要，對化工生產(chǎn)中涉及的固體物料，一般對其濕分（水分或化學(xué)溶劑）含量都有一定的要求。除濕的方法一般有:（1）機(jī)械除濕，如離心分離；（2）物理除濕，如實(shí)驗(yàn)室使用干燥劑（如無水氯化鈣，硅

2、膠等）來吸附濕物料中的水分；（3）干燥，即利用熱能來除去濕物料中濕分的方法?；ぶ幸赃B續(xù)操作的對流干燥應(yīng)用最為普遍，干燥介質(zhì)可以是不飽和熱空氣、惰性氣體及煙道氣，需要除去的濕分為水分或其它化學(xué)溶劑。一、固體物料干燥機(jī)理1.濕物料中的水分（1）水分和物料的結(jié)合方式（2）平衡水和自由水（3）結(jié)合水和非結(jié)合水2.干燥機(jī)理濕物料的干燥操作中。有2個(gè)基本過程同時(shí)進(jìn)行：（1）熱量由氣體傳遞給濕物料，使其溫度升高，（2）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。因此，干燥操作屬傳熱傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的過程，且二者的傳遞方向相反。干燥過程中，空氣既是載熱體，又是載濕體，干燥速率既與傳質(zhì)速率有關(guān)，也與傳熱速率

3、有關(guān)。3.影響干燥速率的因素（1）物料的性質(zhì)（2）干燥介質(zhì)的性質(zhì)和流速（3）干燥介質(zhì)與物料的接觸情況（4）壓力二、生物工業(yè)產(chǎn)品干燥的特點(diǎn)三、干燥設(shè)備的選型原則主要應(yīng)根據(jù)物料的形態(tài)、性質(zhì)、干燥產(chǎn)品的要求、產(chǎn)品的大小、處理方式以及所采用的熱源等為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合干燥器的分類進(jìn)行對比，確定所適合的干燥器的類型。至于選用何種干燥器，一方面可借鑒目前生產(chǎn)采用的設(shè)備，另一方面可利用干燥設(shè)備的最新發(fā)展，選擇適合該任務(wù)的新設(shè)備。如這兩方面都無資料，就應(yīng)在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算后作出結(jié)論，才能保證選用的干燥器在技術(shù)上可行，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，且經(jīng)濟(jì)合理。第二節(jié) 非絕熱干燥一、干燥設(shè)備分類1按干燥器操作壓力分：常壓

4、式和真空式干燥器。2按干燥器操作方式分間歇操作和連續(xù)操作干燥器。3按被干燥物料的形態(tài)分：塊狀物料、帶狀物料、粒狀物料、膏狀物料、溶液或漿狀物料干燥器等。4按干燥器供給物料熱量的方法分：傳導(dǎo)加熱、對流加熱、輻射加熱等。常用干燥器的分類 類型干燥器對流干燥器廂式干燥器，氣流干燥器，沸騰干燥器，轉(zhuǎn)筒干燥器，噴霧干燥器傳導(dǎo)干燥器滾筒干燥器，真空盤架式干燥器輻射干燥器紅外線干燥器介電加熱干燥器微波干燥器傳導(dǎo)干燥又稱間接加熱干燥。加熱，水分汽化。對流干燥又稱為直接加熱干燥。輻射干燥介電加熱干燥是將需要干燥的物料置于高頻電場內(nèi)，由于高頻電場的交變作用，使物料加熱而達(dá)到干燥的目的。在上述四種干燥過程中，目前在

5、工業(yè)上最普遍的是對流干燥。通常使用的干燥介質(zhì)是空氣，被除去的濕分是水分。5按干燥器使用干燥介質(zhì)的種類分：空氣、煙道氣、過熱水蒸氣、惰性氣體干燥介質(zhì)的干燥器。6按干燥器的結(jié)構(gòu)分：噴霧干燥器、流化床干燥器、氣流干燥器、回轉(zhuǎn)圓筒干燥器、滾筒干燥器、真空耙式干燥器、各種箱式和帶式干燥器等。7按干燥器的干燥過程分：絕熱干燥過程和非絕熱干燥過程，前者又可分為小顆粒物料干燥器和塊狀物料干燥器；后者也可分為真空干燥器、傳導(dǎo)傳熱干燥器以及輻射傳熱干燥器。二、非絕熱干燥設(shè)備（一）箱式干燥器（盤架式干燥器）1.原理：主要是以熱風(fēng)通過濕物料的表面，達(dá)到干燥的目的。2.分類： （1）水平氣流箱式干燥器其結(jié)構(gòu)為

6、多層長方形淺盤疊置在框架上，濕物料在淺盤中的厚度由實(shí)驗(yàn)確定，通常為10-100mm，視物料的干燥條件而定。一般淺盤的面積約為0.3-1，新鮮空氣由風(fēng)機(jī)抽入，經(jīng)加熱后沿檔板均勻地進(jìn)入各層之間，平行流過濕物料表面?？諝獾牧魉賾?yīng)使物料不被氣流帶走，常用的流速范圍為1-10m/s， 箱式干燥器的加熱方式有兩種（電加熱器或蛇管、夾套加熱）。   穿流氣流箱式干燥器（熱風(fēng)垂直穿過物料）物料鋪在多孔的淺盤（或網(wǎng)）上，氣流垂直地穿過物料層，兩層物料之間設(shè)置傾斜的擋板，以防從一層物料中吹出的濕空氣再吹入另一層?？諝馔ㄟ^小孔的速度約為0.31.2m/s。穿流式干燥器適用于通氣性好的顆

7、粒狀物料，其干燥速率通常為并流時(shí)的810倍。   真空箱式干燥器。干燥廂是密封的，盛有濕物料的托盤放置在空心加熱板4上，空心加熱板中通蒸汽進(jìn)行間接加熱（加熱板則是傳導(dǎo)方式），蒸發(fā)的蒸汽由真空接口5排出，真空接口連接真空系統(tǒng)使箱內(nèi)保持一定的真空度。加熱面的平均干燥強(qiáng)度為14公斤水/米2·小時(shí)。3.特點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單，設(shè)備投資少，適應(yīng)性強(qiáng)，物料損失小，盤易清洗。因此對于需要經(jīng)常更換產(chǎn)品、小批量物料，廂式干燥器的優(yōu)點(diǎn)十分顯著。盡管新型干燥設(shè)備不斷出現(xiàn)，廂式干燥器在干燥工業(yè)生產(chǎn)中仍占有一席之地。（2）缺點(diǎn)：物料得不到分散，干燥時(shí)間長；若物料量大，所需的設(shè)備容積也大；

8、工人勞動強(qiáng)度大，如需要定時(shí)將物料裝卸或翻動時(shí)，粉塵飛揚(yáng)，環(huán)境污染嚴(yán)重；熱利用率低。此外，產(chǎn)品質(zhì)量不均勻。4.應(yīng)用：廂式干燥器多應(yīng)用在小規(guī)模、多品種、干燥條件變動大，干燥時(shí)間長的場合。（二）帶式真空干燥器1.結(jié)構(gòu)：帶式干燥器如圖所示，干燥室內(nèi)部有2個(gè)滾筒帶動不銹鋼帶，2個(gè)滾筒一個(gè)加熱，另一個(gè)冷卻。加熱時(shí)物料在不銹鋼帶被干燥。 2.特點(diǎn)：適用于粘稠漿狀物料干燥。但這種干燥器的生產(chǎn)能力及熱效率均較低，熱效率約在40%以下。（三）耙式真空干燥箱1結(jié)構(gòu)：干燥物料從真空耙式干燥機(jī)的殼體上方正中間加入，在不斷轉(zhuǎn)動的耙齒的攪拌下，物料與殼體壁接觸時(shí)，表面不斷更新，被干燥物料受到熱載體（或熱水、導(dǎo)熱油）間接加熱

9、，使物料中的水分汽化，汽化的水分由真空泵及時(shí)排出，達(dá)到干燥的目的。2特點(diǎn)：干燥速率高，對物料適應(yīng)能力強(qiáng)。3.應(yīng)用：適用于熱敏性、在高溫下易氧化的物料或干燥時(shí)易板結(jié)的物料，以及干燥中排出的蒸汽須回收的物料。（四）洞道式干燥器  1結(jié)構(gòu) ： 干燥器為一較長的通道，被干燥物料放置在小車內(nèi)、運(yùn)輸帶上、架子上或自由地堆置在運(yùn)輸設(shè)備上，沿通道向前移動，并一次通過通道。被干燥物料的加料和卸料在干燥室兩端進(jìn)行?？諝膺B續(xù)地在洞道內(nèi)被加熱并強(qiáng)制地流過物料，流程可安排成并流、逆流或空氣從兩端進(jìn)中間出。 2特點(diǎn)：洞道式干燥器可進(jìn)行連續(xù)或半連續(xù)操作。其制造和操作都比較簡單，能量的

10、消耗也不大，適用于具有一定形狀的比較大的物料，如皮革、木材、陶瓷等的干燥。（五）轉(zhuǎn)筒式干燥器（回轉(zhuǎn)式干燥器）  1.結(jié)構(gòu): 用熱空氣直接加熱的逆流操作轉(zhuǎn)筒干燥器，其主體為一略微傾斜的旋轉(zhuǎn)圓筒。濕物料從轉(zhuǎn)筒較高的一端送入，熱空氣由另一端進(jìn)入，氣固在轉(zhuǎn)筒內(nèi)逆流接觸，隨著轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)，物料在重力作用下流向較低的一端。通常轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁上裝有若干塊抄板，其作用是將物料抄起后再灑下，以增大干燥表面積，提高干燥速率，同時(shí)還促使物料向前運(yùn)行。2.特點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大，操作穩(wěn)定可靠，對不同物料的適應(yīng)性強(qiáng)，操作彈性大，機(jī)械化程度較高。（2）缺點(diǎn)：設(shè)備笨重，一次性投資大；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳動部分需經(jīng)常

11、維修；安裝、拆卸困難；物料在干燥器內(nèi)停留時(shí)間長，且物料顆粒之間的停留時(shí)間差異較大，故不適合于對溫度有嚴(yán)格要求的物料。3.應(yīng)用：主要用于處理散粒狀物料，但如返混適當(dāng)數(shù)量的干料亦可處理含水量很高的物料或膏糊狀物料，也可以在用干料做底料的情況下干燥液態(tài)物料，即將液料噴灑在拋灑起來的干料上面。（六）滾筒（刮板）干燥機(jī)1結(jié)構(gòu)：通過轉(zhuǎn)動的圓筒，以熱傳導(dǎo)的方式，將附在筒體外壁的液相物料或帶狀物料，進(jìn)行干燥的一種連續(xù)操作設(shè)備。需干燥處理的料液由高位槽流入滾筒干燥器的受料槽內(nèi)。干燥滾筒在傳動裝置驅(qū)動下，按規(guī)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。物料由布膜裝置，在滾筒壁面上形成料膜。筒內(nèi)連續(xù)通入供熱介質(zhì)，加熱筒體，由筒壁傳熱使料膜的濕分

12、汽化，再通過刮刀將達(dá)到干燥要求的物料刮下，經(jīng)螺旋輸送至貯槽內(nèi)，進(jìn)行包裝。2分類：（1）根據(jù)數(shù)量分：單滾筒、雙滾筒、多滾筒（2）壓力：常壓、減壓（真空）滾筒真空干燥器的結(jié)構(gòu)見圖13-25。加熱器是一個(gè)臥式回轉(zhuǎn)空心筒1，滾筒內(nèi)用蒸汽加熱，滾筒裝在密閉的外殼內(nèi)，外殼下部設(shè)置斜槽，高速旋轉(zhuǎn)的甩料滾子4把溶液噴在滾筒壁上，形成一層薄薄的料層，滾筒約轉(zhuǎn)3/4周后已經(jīng)干燥的成品用刮刀9刮下，由螺旋出料器8送出。滾筒干燥器適宜處理不能經(jīng)受長期烘烤的溶液狀物料。3.特點(diǎn)操作彈性大，適應(yīng)性廣，能適應(yīng)多種物料和不同產(chǎn)量的要求。 熱效率高，其一般熱效率約為80%90%之間。 干燥時(shí)間短（滾筒外壁上

13、的被干燥物料在干燥開始時(shí)能形成的濕料膜一般為0.5  1.5mm，整個(gè)干燥周期 共為1015s，特別適用于熱敏性物料。） 干燥速率大。第三節(jié) 絕熱干燥 實(shí)際不存在完全絕熱干燥，只有近似的絕熱干燥。一、氣流干燥原理及設(shè)備1.原理：氣流干燥是利用熱氣流將物料在流態(tài)下進(jìn)行干燥的過程。干燥操作中，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)裎锪显诹鲃舆^程中最大限地與空氣充分接觸，氣體與固體之間進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，達(dá)到干燥的目的。氣流干燥適用潮濕分散狀態(tài)顆粒物料的干燥，如生物工業(yè)中味精、檸檬酸、四環(huán)類抗生素等的干燥。2結(jié)構(gòu)及流程（1）結(jié)構(gòu)：空氣加

14、熱器、加料器、干燥管、旋風(fēng)分離器和風(fēng)機(jī)等設(shè)備組成。 干燥管 ：一般采用直立圓筒形的干燥管，其長度一般為10-20m，其次有方形和不同直徑交替的脈沖管。 加料器（2）流程濕物料由加料斗4經(jīng)加料器5送入氣流干燥3?？諝馔ㄟ^空氣過濾器1濾取灰塵，經(jīng)加熱器2加熱到一定溫度后送入干燥管。由于熱氣流的高速流動，物料顆粒分散于氣流之中，氣固兩相之回發(fā)生傳熱和傳質(zhì)作用，使物料獲得干燥。已干燥的物料隨氣流帶出，經(jīng)分離器6分離氣體和固體，產(chǎn)品通過鎖氣器8從出口9卸出。廢氣經(jīng)風(fēng)機(jī)7排走。為了提高收率，可在旋風(fēng)分離器后再串聯(lián)一個(gè)袋濾器作為第二級分離。3特點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)：氣、固間傳遞表面積很大，體積傳質(zhì)系數(shù)很高，干燥速率

15、大。接觸時(shí)間短，熱效率高，氣、固并流操作，可以采用高溫介質(zhì)，對熱敏性物料的干燥尤為適宜；由于干燥伴隨著氣力輸送，減少了產(chǎn)品的輸送裝置；氣流干燥器的結(jié)構(gòu)相對簡單，占地面積小，運(yùn)動部件少，易于維修，成本費(fèi)用低。（2）缺點(diǎn)：必須有高效能的粉塵收集裝置，否則尾氣攜帶的粉塵將造成很大的浪費(fèi)，也會形成對環(huán)境的污染； 對有毒物質(zhì)，不易采用這種干燥方法。對結(jié)塊、不易分散的物料，需要性能好的加料裝置，有時(shí)還需附加粉碎過程。氣流干燥系統(tǒng)的流動阻力降較大，一般為3000-4000Pa，必須選用高壓或中壓通風(fēng)機(jī)，動力消耗較大。4.應(yīng)用：氣流干燥器適宜于處理含非結(jié)合水及結(jié)塊不嚴(yán)重又不怕磨損的粒狀物料，尤其適宜于干燥熱敏

16、性物料或臨界含水量低的細(xì)?；蚍勰┪锪稀φ承院透酄钗锪?，采用干料返混方法和適宜的加料裝置，如螺旋加料器等，也可正常操作5.其它：旋風(fēng)式氣流干燥器（書162）  二、噴霧干燥原理及設(shè)備1原理噴霧干燥是利用不同的噴霧器，將懸浮液和粘滯的液體噴成霧狀，形成具有較大表面積的分散微粒同熱空氣發(fā)生強(qiáng)烈的熱交換，迅速排除本身的水分，在幾秒至幾十秒內(nèi)獲得干燥。成品以粉末狀態(tài)沉降于干燥室底部，連續(xù)或間斷地從卸料器排出。2流程組成：空氣加熱器、空氣過濾器、噴霧器（噴頭）、干燥室、制品收集系統(tǒng)和壓力泵、鼓風(fēng)機(jī)等熱空氣與噴霧液滴都由干燥器頂部加入，氣流作螺旋形流動旋轉(zhuǎn)下降，液滴在接觸干燥室內(nèi)壁前已

17、完成干燥過程，大顆粒收集到干燥器底部后排出，細(xì)粉隨氣體進(jìn)入旋風(fēng)器分出。廢氣在排空前經(jīng)濕法洗滌塔（或其他除塵器）以提高回收率，并防止污染。3噴霧干燥器結(jié)構(gòu)（1）干燥室（塔）：上部為圓筒形，下部為圓錐形，頂部有一熱空氣分布盤和物料噴嘴（霧化器）。1-溫度計(jì) 2-擴(kuò)散盤 3-視鏡 4-人孔 5-成品收集器（2）熱空氣分配盤（導(dǎo)向盤）分配盤的型式有旋風(fēng)擴(kuò)散式、葉片旋風(fēng)式，其作用是使空氣形成旋流與霧滴接觸，提高干燥效果。圖13-11所示是葉片旋風(fēng)式。分配盤是由30片葉子均勻焊接于分配盤頂?shù)闹苓?，并與水平面成30°角，熱風(fēng)排出的方向依旋風(fēng)方向而定。（3）霧化器 壓力式（又稱機(jī)械噴霧法）：此法是利

18、用往復(fù)運(yùn)動的高壓泵，以520MPa的壓力將液體從51.5噴孔噴出。分散成50100m的液滴。 氣流式：依靠壓力為0.250.6MPa的壓縮空氣通過噴嘴時(shí)產(chǎn)生的高速度，將液體吸出并被霧化。 離心式：利用在水平方向作高速旋轉(zhuǎn)的圓盤給予溶液以離心力，使其高速甩出，形成薄膜、細(xì)絲或液滴，同時(shí)又受到周圍空氣的摩擦。阻礙與撕裂等作用形成細(xì)霧。4噴霧裝置的形式按氣流與霧滴的運(yùn)動方向不同，分為三種型式：（1）并流干燥這種裝置的特點(diǎn)是霧滴運(yùn)動的方向與氣流運(yùn)動方向一致。溫度較高的熱空氣首先與剛剛甩出的霧滴接觸。表面水分迅速蒸發(fā)，因此產(chǎn)品不會形成過熱的現(xiàn)象，這種型式的裝置使用較廣。（2）逆流干燥這種裝置的特點(diǎn)是霧滴

19、的運(yùn)動與氣流方向相反。由于產(chǎn)品與高熱氣流接觸，故干燥時(shí)氣流溫度不能過高，否則會使干燥的產(chǎn)品形成過熱現(xiàn)象。（3）混合流干燥這種裝置的特點(diǎn)是氣流有兩個(gè)方向（即先旋轉(zhuǎn)向下，然后再垂直向上），而霧滴只有一個(gè)方向（從上向下），如圖13-19（1）所示。這種裝置是氣流與霧滴的運(yùn)動方向成垂直，或者氣流有一個(gè)方向（從上向下），而霧滴有兩個(gè)方向（即從下向上，然后從上向下）。如圖13-19（2）所示。無論哪種方式，氣流與產(chǎn)品較充分接觸，并起騷動，脫水效率較高，耗熱量較少，但產(chǎn)品有時(shí)與濕的熱空氣流接觸，故干燥不均勻。5.特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）干燥速率高、時(shí)間短。（2）物料溫度低，產(chǎn)品質(zhì)量好。（3）可縮短生產(chǎn)工藝流程，且連

20、續(xù)化、自動化程度高。（4）通過改變操作條件可控制調(diào)節(jié)產(chǎn)品的指標(biāo)。（5）能改善生活環(huán)境和勞動條件。缺點(diǎn)：（1）干燥中霧滴易粘附于器壁上，影響產(chǎn)品質(zhì)量。（2）體積給熱系數(shù)小，對于不能用高溫介質(zhì)干燥的物料，所需設(shè)備龐大。（3）對氣體的分離要求高，故干燥后續(xù)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。（4）能耗大，熱效率低。盡管如此，由于噴霧干燥具有其它干燥無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此在生物、食品、醫(yī)藥等工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。三、流化床干燥（沸騰床干燥）1沸騰干燥原理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等，當(dāng)壓力降與流動層單位面積

21、的重量達(dá)到平衡時(shí)（此時(shí)壓力損失變成恒定），粒子就在氣體中呈懸浮狀態(tài)，并在流動層中自由地轉(zhuǎn)動，流動層猶如正在沸騰，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。沸騰造粒干燥是利用流化介質(zhì)（空氣）與料液間很高的相對氣速，使溶液帶進(jìn)流化床就迅速霧化，這時(shí)液滴與原來在沸騰床內(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燥的結(jié)合。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，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，這樣需要的床層體積就大大減少，無論在傳熱、傳質(zhì)、容積干燥強(qiáng)度、熱效率等方面都較

22、氣流干燥優(yōu)良。干燥溫度均勻，控制容易。干燥、冷卻可連續(xù)進(jìn)行，干燥與分級可同時(shí)進(jìn)行，有利于連續(xù)化和自動化。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)簡單，設(shè)備生產(chǎn)能力高，而動力消耗少。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，對結(jié)晶物料有磨損作用。沸騰干燥器有單層和多層兩種。單層的沸騰干燥器又分單室、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等，現(xiàn)著重介紹單層臥式多室的沸騰干燥器和沸騰造粒干燥器。二、單層臥式多室的沸騰干燥設(shè)備構(gòu)造和操作單層臥式多室與單層臥式單室的沸騰干燥器的構(gòu)造相似，其不同處是前者將沸騰床分為若干部分，并單獨(dú)設(shè)有風(fēng)門，可根據(jù)干燥的要求調(diào)

23、節(jié)風(fēng)量，而后者只有一個(gè)沸騰床。這種設(shè)備廣泛應(yīng)用于顆粒狀物料的干燥，構(gòu)造如圖13-20所示。干燥箱內(nèi)平放有一塊多孔金屬網(wǎng)板，開孔率一般在413，在板上面的加料口不斷加入被干燥的物料，金屬網(wǎng)板下方有熱空氣通道，不斷送入熱空氣，每個(gè)通道均有閥門控制，送入的熱空氣通過網(wǎng)板上的小孔使固體顆懸浮起來，并激烈地形成均勻的混合狀態(tài)，猶如沸騰一樣。控制的干燥溫度一般比室溫高34，熱空氣與固體顆粒均勻地接觸，進(jìn)行傳熱，使固體顆粒所含的水分得到蒸發(fā)，吸濕后的廢氣從干燥箱上部經(jīng)旋風(fēng)分離器排出，廢氣中所夾帶的微小顆粒在旋風(fēng)分離器底部收集，被干燥的物料在箱內(nèi)沿水平方向移動。在金屬網(wǎng)板上垂直地安裝數(shù)塊分隔扳，使干燥箱分為多

24、窒，使物料在箱內(nèi)平均停留時(shí)間延長，同時(shí)借助物料與分隔板的撞擊作用，使它獲得在垂直方向的運(yùn)動，從而改善物料與熱空氣的混合效果，熱空氣是通過散熱器用蒸汽加熱的。為了便于控制卸料速度以及避免卸科不均勻而產(chǎn)生的結(jié)疤現(xiàn)象，可在沸騰床上裝有往復(fù)運(yùn)動的推料機(jī)構(gòu)，不過這只能用在單層臥式單室的沸騰床。操作過程中可能出現(xiàn)溝流和層析現(xiàn)象，其主要原因是：（1）溝流沸騰干燥出現(xiàn)溝流，致使空氣走短路，使干燥過程無法進(jìn)行。由于床層密度不均勻性，使床內(nèi)出現(xiàn)溝流，大量氣體從此溝內(nèi)通過，在溝內(nèi)及旁邊的顆粒，由于氣流速度較高而先行流化，而具他部分仍處于固定狀態(tài)。溝流可能是局部溝流，也可能是整體溝流。產(chǎn)生原因是氣體分布不良，使氣體在

25、床層中走短路，更多的氣體隨著通過這低阻力的通道，導(dǎo)致越多越大的溝流。除床層深度和流化速度影響氣體分布外，金屬網(wǎng)板孔徑的大小也是主要因素，大的孔徑產(chǎn)生大氣泡，結(jié)果造成床層密度的不均勻性，床層越淺，而孔徑越大時(shí)，則不均勻性越大，因此金屬網(wǎng)板的孔徑不宜太大。孔徑的選擇與物料的特性有關(guān)，以不堵塞和不漏料為原則，對較細(xì)物料孔徑用0.51.5mm，對較大顆粒的物料可用5mm。物料的粘性也是尋致溝流的原因，高粘性床層的特征是產(chǎn)生大氣泡，使床層大大失去均勻性，故對粘性物料不宜采用沸騰干燥。（2）層析現(xiàn)象在氣固系統(tǒng)中，往往因?yàn)楣腆w顆粒大小相差較大或密度不同，在操作過程中會產(chǎn)生層析現(xiàn)象。如臥式沸騰干燥箱的操作過程

26、中，細(xì)顆?；蚍勰畹奈锪媳粴怏w帶出，般中等顆粒的物料能逐漸向卸料口接近而卸出，而大顆粒的物料由于層析現(xiàn)象沉降于床層底部，造成無法流化或結(jié)疤現(xiàn)象。三、沸騰造粒干燥設(shè)備的原理、流程和設(shè)備構(gòu)造由壓縮空氣通過噴嘴，把液體霧化同時(shí)噴入沸騰床進(jìn)行干燥。在沸騰床中由于高速的氣流與顆粒的湍動，使懸浮在床中的液滴與顆粒具有很大的蒸發(fā)表面積，增加了水分由物料表面擴(kuò)散到氣流中的速度，并增加物料內(nèi)部水分由中央擴(kuò)散到表面的速度。因此，當(dāng)液滴噴入沸騰床后，在接觸種子之前，水分已完全蒸發(fā)，自己形成一個(gè)較小的固體顆粒，即“自我成?！?，或者附在種子的表面，然后水分才完全蒸發(fā)，在種子表面形成一層薄膜，而使種子顆粒長大，猶如滾雪球

27、一樣，即“涂布成?！薄Ｈ绻F滴附著在種子表面，還未完全干燥，即與其他種子碰撞時(shí)，有一部分可能與其他種子粘在一起而成為大顆粒，即“粘結(jié)成?！薄Ｉa(chǎn)上要求第二種情況占主要組分為好。影響產(chǎn)晶顆粒大小的因素有下列幾種：（1）停留時(shí)間的影響物料在床內(nèi)停留時(shí)間越長，則顆粒的增長也越大，如欲得到顆粒狀的產(chǎn)品，必須設(shè)法增加其停留時(shí)間。（2）摩擦的影響顆粒在沸騰床內(nèi)劇烈運(yùn)動，它們之間由于摩擦作用，造成產(chǎn)品粒度減少。摩擦的影響隨著氣流速度和噴嘴中分散液體用的壓縮空氣量的增大而增加。（3）干燥過程溫度的影響在操作過程中供料溫度與沸騰床溫度存在一定差值，如溫度差較大，則當(dāng)液體還沒有與固體顆粒接觸前，液滴中的水已經(jīng)完全

28、蒸發(fā)，因而形成一個(gè)干的新質(zhì)點(diǎn)。反之，當(dāng)溫度差較小時(shí)，則液滴還未與床層中固體顆粒接觸前，水分不能全部蒸發(fā)，因此液滴就可能粘附在固體顆粒表面，吸收固體顆粒的顯熱，使水分繼續(xù)蒸發(fā)，這樣就在固體粒子外表面結(jié)膜，使粒度增大。但如果液滴所需的水分蒸發(fā)熱大于固體顆粒濕熱時(shí)，則形成一個(gè)濕的質(zhì)點(diǎn)，而使其他小顆粒粘結(jié)聚合而成為較大的顆粒，甚至結(jié)塊。葡萄糖造粒干燥見圖13-21。糖液在蒸發(fā)器內(nèi)預(yù)先濃縮到70%左右的濃度，為了避免糖液在管道中由于冷卻后凝固而造成堵塞，在進(jìn)入噴嘴前經(jīng)過加熱槽，糖液保持在60左右，與壓縮空氣一起經(jīng)噴嘴噴入錐形沸騰床。噴嘴的位置一般多采用側(cè)噴，直徑較大的錐形沸騰床可用36個(gè)噴嘴，同時(shí)沿器壁

29、周圍噴入，噴嘴結(jié)構(gòu)有二流式和三流式的。中心管走壓縮空氣，內(nèi)環(huán)隙走糖液，外管走壓縮空氣，內(nèi)管與外管間的環(huán)隙有螺旋線，即空氣導(dǎo)向裝置，壓縮空氣從此處噴出，此種噴嘴霧化較好。干燥塔的構(gòu)造如圖13-22所示。干燥塔的幾何形狀為倒圓錐形，錐角為30度，由于是錐形沸騰床，沿床氣速有不斷起變化的特點(diǎn)，致使不同大小的顆粒能在不同的截面上達(dá)到均勻良好的沸騰和使顆粒在沸騰床中發(fā)生分級，使較大的顆粒先從下部排出，以免繼續(xù)長大，而較細(xì)的顆粒在上面繼續(xù)長大，小顆粒繼續(xù)留在床層內(nèi)以保持一定的粒度分布。熱風(fēng)從干燥器底部的風(fēng)帽上升，與霧化的料液相遇，進(jìn)風(fēng)溫度為80，床層溫度約50左右，廢氣從上部由排風(fēng)機(jī)經(jīng)旋風(fēng)分離器排入大氣，

30、細(xì)粉末從分離器下部收集。在沸騰床中一邊霧化，一邊加入晶核，加入晶核的顆粒大小與產(chǎn)品粒度成正比。加入晶核，在操作上稱返料。在葡萄糖生產(chǎn)中返料比高達(dá)50%物以上，返料比也影響產(chǎn)品的粒度，返料比小時(shí)，則產(chǎn)品顆粒大，因此可用調(diào)節(jié)返料量來控制床層的粒度大小。此外進(jìn)料液的濃度、溫度、干燥速率也影響產(chǎn)品的粒度。在開始生產(chǎn)時(shí)必須預(yù)先在干燥器內(nèi)加入一定量的晶核（稱底料）才能噴入糖液，防止噴入的糖液貼壁。這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是使葡萄糖溶液的蒸發(fā)、結(jié)晶合并為一個(gè)操作過程，不會剩下母液，簡化了工藝操作，因而縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)約了勞動力和降低勞動強(qiáng)度，縮小了占地面積。若用于蛋白酶的生產(chǎn)，與噴霧法比較，則解決了勞動保護(hù)的問題和

31、產(chǎn)品的吸潮問題。但還存在下列問題有待于解決：（1）因返料比太大，設(shè)備生產(chǎn)能力較低。（2）由于在葡萄糖生產(chǎn)中熱風(fēng)溫度不能高，與料液溫度接近，故需要的空氣量大，同時(shí)干燥塔的壓力降也較大。（3）維持連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)是采用返料的方法解決的，因此要增加輔助設(shè)備，如粉碎機(jī)等，生產(chǎn)過程復(fù)雜。今后應(yīng)探索不返料的方法，采用自身達(dá)到乎衡的方法。第四節(jié) 真空干燥和真空冷凍干燥一 、真空干燥凡是不能經(jīng)受高溫，在空氣中易氧化、易燃、易爆等危險(xiǎn)性物料，或在干燥過程中會揮發(fā)有毒有害氣體以及在被除去的濕分蒸汽需要回收等場合，可采用真空干燥。真空干燥所要求的真空度不高，真空裝置可采用機(jī)械真空泵和蒸汽噴射泵等，其情況大致與真空蒸發(fā)相

32、同。（一）真空干燥器的類型1 2攪拌真空干燥器攪拌真空干燥器的結(jié)構(gòu)見圖13-24，外殼帶有蒸汽加熱夾套，內(nèi)部裝有水平攪拌器，攪拌葉圓周線速度為20m/min左右。蒸發(fā)蒸汽由接真空系統(tǒng)的排氣口排出。加熱面的干燥強(qiáng)度為1520kg/m2·h.。3滾筒真空干燥器滾筒真空干燥器的結(jié)構(gòu)見圖13-25。加熱器是一個(gè)臥式回轉(zhuǎn)空心筒1，滾筒內(nèi)用蒸汽加熱，滾筒裝在密閉的外殼內(nèi)，外殼下部設(shè)置斜槽，高速旋轉(zhuǎn)的甩料滾子4把溶液噴在滾筒壁上，形成一層薄薄的料層，滾筒約轉(zhuǎn)3/4周后已經(jīng)干燥的成品用刮刀9刮下，由螺旋出料器8送出。滾筒干燥器適宜處理不能經(jīng)受長期烘烤的溶液狀物料。二、真空冷凍干燥（一）、真空冷凍干燥

33、的原理及特點(diǎn)真空冷凍干燥就是把含有大量水分物質(zhì)，預(yù)先進(jìn)行降溫凍結(jié)成固體，然后在真空的條件下使水蒸汽直接升華出來，而物質(zhì)本身剩留在凍結(jié)時(shí)的冰架中，因此它干燥后體積不變，疏松多孔，在升華時(shí)要吸收熱量，引起產(chǎn)品本身溫度的下降而減慢升華速度，為了增加升華速度，縮短干燥時(shí)間，必須要對產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)加熱。整個(gè)干燥是在較低的溫度下進(jìn)行的。水的三相變化溫度是與壓力直接有關(guān)的，隨著壓力的降低，水的冰點(diǎn)變化不大，而沸點(diǎn)則迅速降低。當(dāng)壓力低到某一值時(shí)，水的沸點(diǎn)與冰點(diǎn)相重合，即達(dá)到水的三相平衡點(diǎn)，這時(shí)的壓力稱為三相點(diǎn)壓力(P0) ，相應(yīng)的溫度稱為三相點(diǎn)溫度(T0)。見水的三相圖13-26。圖13-26 水的三相圖真空冷

34、凍干燥技術(shù)涉及的理論內(nèi)容非常豐富，但其最基本的原理卻可以簡單地概括為：將待干燥的含水物料凍結(jié)后，置入密閉容器并維持系統(tǒng)的高真空，同時(shí)向系統(tǒng)供熱，使水分直接從固態(tài)升華為氣態(tài)，實(shí)現(xiàn)脫水。從水的相圖上看，水的三相點(diǎn)的壓力為610.5Pa，溫度為0.0098。三相點(diǎn)以下的水只有固態(tài)和氣態(tài)，相變只在這兩相間發(fā)生。固態(tài)的水可通過吸收外部提供的熱能，無需經(jīng)過液態(tài)直接升華為水蒸汽從物料中逸出，實(shí)現(xiàn)脫水。因此，真空冷凍干燥又被稱為升華干燥。從理論上說，真空冷凍干燥的操作區(qū)域只需在水的三相點(diǎn)以下即可。但實(shí)際的操作條件要苛刻得多，通常在0.51托的真空度和-25左右溫度下，才能保證冷凍干燥的順利進(jìn)行。冷凍干燥的過程

35、見圖13-27，需要干燥的物料應(yīng)先經(jīng)凍結(jié)階段，使水分結(jié)成冰，然后置于真空干燥箱中升華蒸發(fā)。冷凍干燥有下列優(yōu)點(diǎn)：1、冷凍干燥在低溫下進(jìn)行，因此對于許多熱敏性的物質(zhì)特別適用。如蛋白質(zhì)、微生物之類不會發(fā)生變性或失去生物活力。因此在醫(yī)藥上得到廣泛地應(yīng)用。2、在低溫下干燥時(shí)，物質(zhì)中的一些揮發(fā)性成分損失很小，適合一些化學(xué)產(chǎn)品，藥品和食品干燥。3、在冷凍干燥過程中，微生物的生長和酶的作用無法進(jìn)行，因此能保持原來的形狀 。4、由于在凍結(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行干燥，因此體積幾乎不變，保持了原來的結(jié)構(gòu)，不會發(fā)生濃縮現(xiàn)象。5、干燥后的物質(zhì)疏松多孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而完全，幾乎立即恢復(fù)原來的性狀。6、由于干燥在真空下進(jìn)

36、行，氧氣極少，因此一些易氧化的物質(zhì)得到了保護(hù)。7、干燥能排除95-99%以上的水份，使干燥后產(chǎn)品能長期保存而不致變質(zhì)。因此，冷凍干燥目前在生物制品、醫(yī)藥工業(yè)，食品工業(yè)，科研和其他部門得到廣泛的應(yīng)用。（二）真空冷凍干燥過程設(shè)備真空冷凍干燥過程分為2個(gè)階段，第一階段，在低于溶點(diǎn)的溫度下，使物料中的固態(tài)水分直接升華，大約有9899%的水分在這一階段除去。第二階段中，將物料溫度逐漸升高甚至高于室溫，使水分汽化除去，此時(shí)水分可減少到0.5%。冷凍干燥系統(tǒng)主要由4部分組成，即冷凍裝置、真空裝置、水氣去除裝置和加熱部分（干燥室），用于生物制品的冷凍干燥流程如圖13-28所示。預(yù)冷凍和干燥均在一個(gè)箱內(nèi)完成。待

37、干燥的物料放入干燥室內(nèi)，開動預(yù)冷用冷凍機(jī)10對物料進(jìn)行冷凍，隨之冷凝器2和真空裝置5、6、7，實(shí)現(xiàn)升華干燥操作。加熱器8以冷凝器內(nèi)化霜之用。第一階段升華干燥結(jié)束后，開啟油加熱循環(huán)泵11對干燥室加熱升溫，使之汽化排除剩余水分。這種冷凍干燥系統(tǒng)為間歇式操作，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，投資少，但是效率不高，適用于50m2以下的設(shè)備。另一種為連續(xù)式冷凍干燥系統(tǒng)，即冷凍部分在速凍間完成，升華除水則在干燥室內(nèi)進(jìn)行。這類系統(tǒng)效率高，產(chǎn)量大，但設(shè)備復(fù)雜，投資較大。1冷凍部分真空冷凍干燥中冷凍及水汽的冷凝都離不開冷凍的過程。常用的制冷方式有蒸汽壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸收式制冷3種方式。最常用的式蒸汽壓縮制冷。流程圖如

38、圖13-29所示。整個(gè)過程分為壓縮、冷凝、膨脹和蒸發(fā)4個(gè)階段。液態(tài)的冷凍劑經(jīng)過膨脹閥后，壓力急聚下降，因此進(jìn)入蒸發(fā)器后急聚吸熱汽化，使蒸發(fā)器周圍空間溫度降低，蒸發(fā)后的冷凍劑氣體被壓縮機(jī)壓縮，使之壓力增大，溫度升高，被壓縮后的冷凍劑氣體經(jīng)過冷凝后又重新變?yōu)橐簯B(tài)冷凍劑，在此過程中釋放熱量，由冷凝器中的水或空氣帶走。這樣，冷凍劑便在系統(tǒng)中完成一個(gè)冷凍循環(huán)。常用的冷凍劑有氨、氟里昂、二氧化碳等。若蒸發(fā)溫度高于-40，可用單級制冷壓縮機(jī)，以F-22為冷凍劑。若要達(dá)到更低溫度應(yīng)采用雙級制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)，流程見圖13-30。雙級系統(tǒng)以氨為冷凍劑時(shí)，最低蒸發(fā)溫度可達(dá)-50，以F-22為冷凍劑時(shí)，則可達(dá)到-70。

39、在此指出的是，為了確保人類生存的地球環(huán)境不再惡化，氟里昂要被新型的環(huán)保制冷劑所取代。在冷凍系統(tǒng)中，一般都要通過載冷劑作為介質(zhì)常用的載冷劑有空氣，氯化鈣溶液（冰點(diǎn)-55）、乙醇（冰點(diǎn)-112）等。2真空部分真空冷凍干燥時(shí)干燥箱中的壓力應(yīng)為凍結(jié)物料飽和蒸汽壓的1/21/4，一般情況下，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，完全可以用于冷凍干燥。多級蒸汽噴射泵也可以達(dá)到較高的真空，如四級噴射泵可達(dá)70Pa，五級可達(dá)到7Pa。但蒸汽噴射泵不太穩(wěn)定，且需大量1Mpa以上的蒸汽，其優(yōu)點(diǎn)是可直接抽出水汽而不需要冷凝。擴(kuò)散泵是可以達(dá)到更高真空度的設(shè)備。在實(shí)際操

40、作中，為了提高真空泵的性能，可在高真空泵排出口再串聯(lián)一個(gè)粗真空泵等。真空泵的容量大致要求使系統(tǒng)在510分鐘內(nèi)從大氣壓降至130Pa以下。3.水汽去除部分冷凍干燥中凍結(jié)物料升華的水汽，主要是用冷凝法去除。所采用的冷凝器有列管式、螺旋管式或內(nèi)有旋轉(zhuǎn)刮刀的夾套冷凝器，冷卻介質(zhì)可以是低溫的空氣或乙醇，最好是用冷凍劑直接膨脹制冷，其溫度應(yīng)該低于升華溫度（一般應(yīng)比升華溫度低20），否則水汽不能被冷卻。冷卻介質(zhì)應(yīng)在冷凝器的管程或夾套內(nèi)流動，水氣則在管外或或夾套內(nèi)壁凍結(jié)為霜。帶有刮刀的夾套冷凝器可連續(xù)把霜除去。一般冷凝器則不能，故在操作過程中霜的厚度不斷增加，最后使水氣的去除困難。因此，冷凍干燥設(shè)備的最大生產(chǎn)

41、能力往往由冷凝器的最大負(fù)霜量來決定，一般要求霜的厚度不超過6mm，冷凝器還常附有熱風(fēng)裝置，以作干燥完畢后化霜之用。如不用冷凝器，也可以用大容量的真空泵直接將升華后的水氣抽走，但此法很不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樵谡婵障拢畾獾谋热莺艽蟆?加熱部分干燥室加熱的目的是為了提供升華過程中的升華熱（溶解熱+汽化熱）。加熱的方法有借夾層加熱板的傳導(dǎo)加熱、熱輻射面的輻射加熱及微波加熱等三種，傳導(dǎo)加熱的加熱介質(zhì)一般為熱水或油類，其溫度應(yīng)不使凍結(jié)物料溶化，在干燥后期，允許使用較高溫度的加熱劑干燥室一般為箱式，也有鐘罩式、隧道式等，箱體用不銹鋼制作，干燥室的門及視鏡要求十分嚴(yán)密可靠，否則不能達(dá)到預(yù)期的真空度，對于兼作預(yù)凍室的干

42、燥室，夾層擱板中除有加熱循環(huán)管路外，還應(yīng)有制冷循環(huán)管路，箱內(nèi)有感溫電阻，頂部有真空管，箱底有真空隔膜閥，為了提高設(shè)備利用率，增加生產(chǎn)能力，出現(xiàn)了多箱間歇式、半連續(xù)隧道式及冷凍干燥器。圖13-31為一隧道式冷凍干燥器。升華干燥過程是在大型隧道式真空箱內(nèi)進(jìn)行，料盤以間歇方式通過隧道一端的大型真空密閉門再進(jìn)入箱內(nèi)，以同樣方式從另一端御出，提高設(shè)備利用率。圖13-32所示為一種連續(xù)式冷凍干燥器，采用輻射加熱，輻射熱由水平的加熱板產(chǎn)生，加熱板可分為不同溫度的若干區(qū)段，每一料盤在每一溫度區(qū)停留一定時(shí)間，這樣可以縮短干燥總時(shí)間。操作中，預(yù)凍制品利用輸送帶從預(yù)凍間送到干燥室入口真空密閉門前1處，由這里提升到2

43、處，接著料盤被推入密封門3處，關(guān)閉密封門抽氣，當(dāng)密閉室達(dá)到干燥箱內(nèi)的真空度時(shí)密閉室干燥箱的門打開，料盤進(jìn)入干燥箱，同時(shí)料盤提升到4處，密閉門關(guān)閉。破壞密閉室的真空度，準(zhǔn)備接受下一個(gè)物料盤的進(jìn)入。如此，每一次開閉密封門就一只新料盤送入干燥室，干燥結(jié)束后，料盤被推到出口升降器6上，再輸送到密閉室7，于是出口密封門關(guān)閉，密封室內(nèi)真空度破壞，通空氣的出口門打開，料盤被推到外面的運(yùn)輸系統(tǒng)，全部料盤的進(jìn)出和輸送的動作，完全實(shí)現(xiàn)自動化操作。圖13-33為另一種連續(xù)式冷凍干燥器，不用料盤來進(jìn)行顆粒制品的干燥，經(jīng)預(yù)凍的顆粒制品，從頂部兩個(gè)入口密封門之一輪流地加到頂部的圓形加熱板上。干燥器的中央立軸上裝有帶鏟的攪

44、拌臂。旋轉(zhuǎn)時(shí)，鏟子攪動物料，不斷地使物料向加熱板外方移動，直至從加熱板邊緣落下到直徑較大的下一加熱板上這是鏟子又迫使物料向中心方向移動，一直移到加熱板內(nèi)緣而落入第三快加熱板上，直到從最低一快加熱板掉落，并從兩個(gè)出口密閉門之一御出。這種干燥器加熱板的溫度可固定于不同的數(shù)值，使冷凍干燥按照一種適當(dāng)?shù)臏囟瘸绦騺磉M(jìn)行。設(shè)備側(cè)方有兩個(gè)獨(dú)立的冷阱，通過大型的開關(guān)閥與干燥室連通。（四）真空冷凍干燥技術(shù)的發(fā)展歷程19世紀(jì)初即提出的真空冷凍干燥原理直到1890年才被首次運(yùn)用于干燥生物器官和組織以制作標(biāo)本。在之后的數(shù)十年內(nèi)，凍干裝置都只是實(shí)驗(yàn)室的小型玻璃裝置。1935年，第一臺商業(yè)凍干機(jī)的問世標(biāo)志著凍干技術(shù)實(shí)用階段的開始。二戰(zhàn)期間對凍干人血漿和青毒素的大量需求推動了冷凍干燥技