中藥制劑工藝-第11章干燥

課程目錄目錄(contents)第一節(jié)概述

Introduction第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)和濕度圖

Propertiesofhumidairandhumiditychart第三節(jié)濕物料的性質(zhì)

Propertiesofwetmaterials第四節(jié)干燥過(guò)程的計(jì)算

Calculationofdryingprocess第五節(jié)干燥速率和干燥時(shí)間

Dryingrateanddryingtime第六節(jié)干燥設(shè)備

Dryingequipment課程目錄一、去濕方法：1.機(jī)械法：沉降、過(guò)濾、離心分離——低能耗3.干燥法(傳熱去濕）：加熱→濕分汽化→蒸汽排出——能耗較大注：干燥介質(zhì)是指帶走濕分的外加氣相2.化學(xué)法：使用吸附劑或干燥劑——成本甚高第一節(jié)概述二、干燥分類(lèi)按操作壓強(qiáng)常壓干燥真空干燥按操作方式連續(xù)干燥按傳熱方式對(duì)流干燥傳導(dǎo)干燥間歇干燥輻射干燥介電加熱干燥（√）（√）（√）三、對(duì)流干燥(convectivedrying)：熱能以對(duì)流方式傳遞給物料；產(chǎn)生的蒸汽被干燥介質(zhì)帶走。干燥介質(zhì)與物料相接觸；干燥介質(zhì)溫度漸降，濕含量漸增。１.干燥過(guò)程傳熱推動(dòng)力傳質(zhì)推動(dòng)力返潮現(xiàn)象？？2.干燥機(jī)理1.濕度H(濕含量或絕對(duì)濕度humidity)

：視為理想氣體：飽和濕度：若——具有吸濕能力一、濕空氣的性質(zhì)：第二節(jié)濕空氣的性質(zhì)和濕度圖

Propertiesofhumidairandhumiditychart2.相對(duì)濕度

(percentagehumidity)：3.比容

(濕容積humidvolume)：注：濕空氣的密度4.比熱

(濕比熱humidheat)：——只是濕度的函數(shù)5.焓

(total

enthalpy)：0℃時(shí)1kg絕干氣t℃時(shí)1kg絕干氣t℃時(shí)(1+H)kg濕空氣0℃時(shí)Hkg液態(tài)水0℃時(shí)Hkg的水氣t℃時(shí)Hkg的水氣例:常壓下濕空氣溫度20℃、濕度0.014673㎏/㎏絕干氣,試求:⑴濕空氣的相對(duì)濕度;⑵濕空氣的比容;⑶濕空氣的比熱;⑷濕空氣的焓。若將上述空氣加熱到50℃,再分別求上述各項(xiàng)。解：(1)20℃時(shí)：①相對(duì)濕度：由附錄查出20℃時(shí)水蒸汽飽和蒸汽壓

(不可用作干燥介質(zhì))

②比容③比熱④焓(2)50℃時(shí)：H20℃0.014673100%0.8481.03857.2950℃不變不變18.92%88.420.935空氣濕度<濕棉布表面的濕度水分由濕棉布?xì)饣量諝庵蟹艥衩薏紲囟认陆担瑴囟炔钭兇笪?.濕球溫度(wet-bulbtemperature):——濕球溫度計(jì)(wet-bulbthermometer)7.絕熱飽和溫度(adiabaticsaturatedtemperature):①絕熱飽和過(guò)程*大量水與少量空氣接觸；*無(wú)熱供給和損失；*空氣放出的顯熱用于水分氣化；*汽化后的水分進(jìn)入空氣?？諝馑畾饣@熱空氣溫度濕度絕熱增濕過(guò)程絕熱飽和過(guò)程等焓過(guò)程說(shuō)明：*

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8.露點(diǎn)(dewpointtemperature):例:常壓下,濕空氣的溫度為30℃、濕度為0.02403㎏/㎏絕干氣,試求濕空氣的各種性質(zhì):⑴分壓;⑵露點(diǎn);解：(1)分壓(2)露點(diǎn)

將濕空氣等濕冷卻到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度為露點(diǎn)，相應(yīng)的蒸汽壓為水的飽和蒸氣壓，由附錄查出對(duì)應(yīng)的溫度為27.5℃，此溫度即為露點(diǎn)。

１.類(lèi)型２.(I-H)圖①等濕度(H)線(xiàn)群(平行縱軸)②等焓(I)線(xiàn)群(平行斜軸)等焓線(xiàn)上各點(diǎn)的tw,tas相等二、濕度圖humiditychart——標(biāo)繪濕空氣的性質(zhì)參數(shù)等濕線(xiàn)上各點(diǎn)的td,p,CH相等③等溫線(xiàn)群*作法*特點(diǎn)④等相對(duì)濕度(

)線(xiàn)群說(shuō)明：*

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⑤水蒸汽分壓(

)線(xiàn)即濕空氣狀態(tài)可由兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)確定。分析:空氣-水氣體系，由相律(phaserule)可知，當(dāng)總壓一定時(shí)，體系的自由度(degreeoffreedom)三.(I-H)圖的應(yīng)用：空氣狀態(tài)點(diǎn)的確定*

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②已知狀態(tài)點(diǎn)確定空氣性質(zhì)IH空氣狀態(tài)變化過(guò)程的圖示*加熱和冷卻(等濕過(guò)程)*絕熱增濕(等焓過(guò)程)1.濕基含水量(

)：(wetweightbasis)2.干基含水量(

)：(dryweightbasis)換算關(guān)系：一、含水量的表示法：第三節(jié)濕物料的性質(zhì)

Propertiesofwetmaterials1.水分的存在形式二、濕物料水分性質(zhì)：吸附水分:物料表面水分毛細(xì)管水分：物料孔隙水分溶脹水分：物料細(xì)胞壁內(nèi)水分化學(xué)結(jié)合水分：結(jié)晶水、氫鍵水分2.平衡水分和自由水分(equilibriummoistureandfreemoisture)：濕物料空氣水分汽化恒定含水量狀態(tài)一定平衡含水量是濕物料與一定狀態(tài)的空氣相接觸可以達(dá)到的極限干基含水量說(shuō)明：**若要?jiǎng)t需空氣1－新聞紙，2－羊毛，3－硝化纖維，4－絲，5－皮革，6－陶土，7－煙葉，8－肥皂，9－牛皮膠，10－木材，11－玻璃絲，12－棉花3.結(jié)合水和非結(jié)合水(boundmoistureandnon-boundmoisture)：：易除去難除去平衡水不可除去;結(jié)合水可部分除去；非結(jié)合水和自由水分可全部除去。說(shuō)明：一、物料衡算：(massbalance)1.產(chǎn)品流量(

)：第四節(jié)干燥過(guò)程的計(jì)算

CalculationofDryingProcess2.水分蒸發(fā)量(

)：濕物料中水分蒸發(fā)量3.絕干空氣消耗量(

)：?jiǎn)挝豢諝庀牧?，新鮮空氣量：風(fēng)機(jī)風(fēng)量：例：連續(xù)操作干燥器,每一小時(shí)處理濕物料，干燥前后物料的含水量由20%降至3%(均為濕基),干燥介質(zhì)為熱空氣，初始濕度為，離開(kāi)干燥器時(shí)濕度為，試求(1)水分蒸發(fā)量;（2）空氣消耗量，;(3)干燥產(chǎn)品量，；(4)新鮮空氣消耗量。解：(1)(2)(3)或(4)1.預(yù)熱室：二、熱量衡算：(energybalance)①輸入的熱量2.干燥室：熱空氣濕物料補(bǔ)加熱量②輸出熱量物料廢氣熱損失③干燥室熱衡式：物理意義：熱空氣在干燥器內(nèi)所放出的顯熱主要用于水分氣化、產(chǎn)品升溫及熱損失三部分熱量。(加熱空氣)(蒸發(fā)水分)(加熱產(chǎn)品)(熱損失)3、系統(tǒng)耗熱量：4.干燥熱效率：其中說(shuō)明：廢氣

干燥系統(tǒng)的熱效率是表征干燥操作性能的一個(gè)重要指標(biāo)，其值越大，熱的利用就愈充分，操作費(fèi)用就愈低。一般情況下，干燥系統(tǒng)的熱效率為30~70%。

例：濕度H0=0.0166kg/kg絕干氣的新鮮空氣,預(yù)熱到t1=95oC送至連續(xù)逆流干燥器內(nèi),離開(kāi)干燥室時(shí)的溫度t2=65oC。濕物料初始時(shí):溫度θ1=25oC、濕基含水量w1=1.5%；終了時(shí):溫度θ2=34.5oC、產(chǎn)品的濕基含水量w2=0.2%。每小時(shí)加入干燥室9200kg濕物料。絕干物料比熱Cs=1.84kJ/(kg絕干料oC)。干燥室內(nèi)無(wú)加熱裝置,熱損失580kJ/kg氣化水分。求(1)單位時(shí)間內(nèi)獲得的產(chǎn)品質(zhì)量;(2)蒸發(fā)水分量;(3)單位時(shí)間內(nèi)消耗的新鮮空氣質(zhì)量;(4)干燥系統(tǒng)的熱效率。解（1）（2）（3）（4）一、干燥速率(dryingrate)：第五節(jié)干燥速率和干燥時(shí)間

Dryingrateanddryingtime二、恒定干燥條件下的干燥曲線(xiàn)與干燥速率曲線(xiàn)：1.恒定干燥條件：空氣溫度、濕度、流速及與物料的接 觸方式不變。2.干燥曲線(xiàn)(dryingcurve)3.干燥速率曲線(xiàn)三、干燥時(shí)間計(jì)算：①利用干燥曲線(xiàn)直接讀取1.恒速階段時(shí)間：②利用干燥速率曲線(xiàn)可知2.降速階段時(shí)間：①若U-X呈非線(xiàn)性關(guān)系---圖解積分②若U-X呈線(xiàn)性關(guān)系3.總干燥階段時(shí)間：當(dāng)缺乏時(shí),可取例：在常壓干燥器中干燥某種濕物料。已知物料的臨界含水量為0.10kg/kg絕干料,平衡含水量為0.01kg/kg絕干料。物料初始和最終干基含水量分別為0.25及0.0204。恒速階段干燥時(shí)間為1h，降速階段的干燥曲線(xiàn)為直線(xiàn)。試求物料在干燥器中的停留時(shí)間至少為若干(h)。解：∴干燥過(guò)程包括恒速和降速兩干燥階段由一、基本要求：1.對(duì)物料的適應(yīng)性①物料的多樣性②產(chǎn)品要求的多樣性2.高生產(chǎn)能力——縮短干燥時(shí)間①降低臨界含水量；②提高降速段本身速度。3.能耗經(jīng)濟(jì)性——提高熱利用率①干燥器結(jié)構(gòu)應(yīng)利于氣固接觸；②逆流可獲得較大傳熱推動(dòng)力；③設(shè)置傳熱面。4.便于操作和控制。第六節(jié)干燥設(shè)備

DryingEquipment1.廂式干燥器(盤(pán)式干燥器traydryer)1)分類(lèi)：(熱風(fēng)沿物料表面通過(guò))(熱風(fēng)垂直穿過(guò)物料)水平氣流式；穿流氣流式；真空廂式二、典型干燥器：2)工作原理：優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，投資少；適應(yīng)性強(qiáng)，物料損失小，盤(pán)易清洗；宜用于小批量或多品種產(chǎn)品生產(chǎn)。缺點(diǎn)：物料得不到分散，干燥時(shí)間長(zhǎng)；勞動(dòng)強(qiáng)度大，需定時(shí)裝卸或翻動(dòng)物料，粉塵污染嚴(yán)重，且熱利用率低；產(chǎn)品質(zhì)量不均勻。應(yīng)用：小規(guī)模,多品種,條件變動(dòng)大,干燥時(shí)間長(zhǎng)的場(chǎng)合。2.氣流式干燥器(pneumaticdryer)：1)結(jié)構(gòu)：2)工作原理：優(yōu)點(diǎn)：氣固接觸面積大,傳質(zhì)和傳熱速率大；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(duì)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；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(huì)對(duì)形成對(duì)環(huán)境的污染；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占地面積小,運(yùn)動(dòng)部件少,易于維修,成本低。對(duì)結(jié)塊、不易分散物料,需要性能好的加料裝置,有時(shí)還需附加粉碎過(guò)程；氣流干燥系統(tǒng)的流動(dòng)壓降較大,約為3000-4000Pa，

必須選用高壓或中壓通風(fēng)機(jī),動(dòng)力消耗較大。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性物料或臨界含水量低的細(xì)粒或粉末物料。對(duì)粘性和膏狀物料，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。1)單筒流化床結(jié)構(gòu)：3.流化床(沸騰床)干燥器(fluidizedbeddryer)：2)工作原理：3)其他類(lèi)型流化床干燥器：優(yōu)點(diǎn)：傳熱、傳質(zhì)速率高,熱效率高可采用較高的氣體入口溫度設(shè)備簡(jiǎn)單,無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,成本費(fèi)用低；操作控制容易缺點(diǎn)：只宜用于處理粒徑30um~6mm的粉粒狀物料,當(dāng)粒徑小于20~40um時(shí),氣體通過(guò)分布板時(shí)易產(chǎn)生局部溝流,當(dāng)大于4~8mm時(shí),則需較高氣速,增加流體阻力,磨損嚴(yán)重；對(duì)物料的流動(dòng)性有要求(主要是含水量)；易產(chǎn)生物料的返混或短路,有的物料未充分干燥,但有的卻過(guò)分干燥。應(yīng)用：?jiǎn)螌臃序v床干燥器僅適于易干燥、處理量較大而對(duì)干燥產(chǎn)品的要求不太高的場(chǎng)合。若要求較高或所需干燥時(shí)間較長(zhǎng)，則應(yīng)采用多層（或多室）沸騰床干燥器。多層床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流阻大，且各層物料量不易控制；而臥式多室床則不然。4.噴霧干燥器(spraydryer)：

1)結(jié)構(gòu)：1-熱風(fēng)爐；2-噴霧干燥器；3-噴嘴；4-一次旋風(fēng)分離器；5-二次旋風(fēng)分離器；6-袋濾器；7-引風(fēng)機(jī)

2)工作原理：高速離心式噴霧干燥機(jī)優(yōu)點(diǎn)：干燥過(guò)程極快，適宜于處理熱敏性物料；處理物料種類(lèi)廣泛,如溶液、懸浮液、漿狀物料等；缺點(diǎn)：熱效率低，操作彈性低；占地面積大、設(shè)備成本費(fèi)高粉塵回收麻煩，回收設(shè)備投資大。應(yīng)用：宜用于熱敏性物料的干燥，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、染料、塑料及化肥等工業(yè)生產(chǎn)中?？芍苯荧@得干燥產(chǎn)品,省去蒸發(fā)、結(jié)晶、過(guò)濾、等工序；能得到速溶粉末或空心細(xì)顆粒；過(guò)程易于連續(xù)化、自動(dòng)化6、轉(zhuǎn)筒干燥器(rotarydrumdryer)6、冷凍干燥器1-冷凍干燥器；2-導(dǎo)熱隔板1)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：冷凍干燥可保持物料原有的化學(xué)組成和物理性質(zhì)(如多孔結(jié)構(gòu)、膠體性質(zhì)等)，特別適用于熱敏性物料的干燥。對(duì)抗生素、生物制劑等藥物的干燥，冷凍干燥幾乎是無(wú)可替代的干燥方法。缺點(diǎn)：冷凍干燥設(shè)備的投資較大，干燥時(shí)間較長(zhǎng),能量消耗較高。

1-排風(fēng)管；2-罩殼；3-遠(yuǎn)紅外發(fā)生器；4-物料盤(pán)；5-傳送鏈；6-隧道；7-變速箱；8-電動(dòng)機(jī)；9-煤氣管；10-調(diào)風(fēng)板；11-噴射器；12-煤氣燃燒網(wǎng)輻射源——鐵鉻鋁絲制成的煤氣燃燒網(wǎng)

7、紅外干燥器(infrareddryer)1)結(jié)構(gòu)2)工作原理3)特點(diǎn)：紅外干燥器是一種輻射干燥器，工作時(shí)不需要干燥介質(zhì)，從而可避免廢氣帶走大量的熱量，故熱效率較高。紅外干燥器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、維修方便、干燥速度快、藥物質(zhì)量好，具有較高的殺菌、殺蟲(chóng)及滅卵能力，節(jié)省能源，造價(jià)低，便于自動(dòng)化生產(chǎn)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。控溫方便迅速、產(chǎn)品均勻清凈；