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)干燥過程的計算

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

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

Dryingequipment課程目錄一、去濕方法：1.機械法：沉降、過濾、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、干燥分類按操作壓強常壓干燥真空干燥按操作方式連續(xù)干燥按傳熱方式對流干燥傳導(dǎo)干燥間歇干燥輻射干燥介電加熱干燥（√）（√）（√）三、對流干燥(convectivedrying)：熱能以對流方式傳遞給物料；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.干燥過程傳熱推動力傳質(zhì)推動力返潮現(xiàn)象？？2.干燥機理1.濕度H(濕含量或絕對濕度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1kg絕干氣t℃時1kg絕干氣t℃時(1+H)kg濕空氣0℃時Hkg液態(tài)水0℃時Hkg的水氣t℃時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。解：(1)20℃時：①相對濕度：由附錄查出20℃時水蒸汽飽和蒸汽壓

(不可用作干燥介質(zhì))

②比容③比熱④焓(2)50℃時：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氣化至空氣中放濕棉布溫度下降，溫度差變大吸6.濕球溫度(wet-bulbtemperature):——濕球溫度計(wet-bulbthermometer)7.絕熱飽和溫度(adiabaticsaturatedtemperature):①絕熱飽和過程*大量水與少量空氣接觸；*無熱供給和損失；*空氣放出的顯熱用于水分氣化；*汽化后的水分進入空氣?？諝馑畾饣@熱空氣溫度濕度絕熱增濕過程絕熱飽和過程等焓過程說明：*

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8.露點(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;解：(1)分壓(2)露點

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

１.類型２.(I-H)圖①等濕度(H)線群(平行縱軸)②等焓(I)線群(平行斜軸)等焓線上各點的tw,tas相等二、濕度圖humiditychart——標(biāo)繪濕空氣的性質(zhì)參數(shù)等濕線上各點的td,p,CH相等③等溫線群*作法*特點④等相對濕度(

)線群說明：*

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⑤水蒸汽分壓(

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

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②已知狀態(tài)點確定空氣性質(zhì)IH空氣狀態(tài)變化過程的圖示*加熱和冷卻(等濕過程)*絕熱增濕(等焓過程)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:物料表面水分毛細管水分：物料孔隙水分溶脹水分：物料細胞壁內(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到的極限干基含水量說明：**若要則需空氣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。說明：一、物料衡算：(massbalance)1.產(chǎn)品流量(

)：第四節(jié)干燥過程的計算

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(

)：單位空氣消耗量，新鮮空氣量：風(fēng)機風(fēng)量：例：連續(xù)操作干燥器,每一小時處理濕物料，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，離開干燥器時濕度為，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：其中說明：廢氣

干燥系統(tǒng)的熱效率是表征干燥操作性能的一個重要指標(biāo)，其值越大，熱的利用就愈充分，操作費用就愈低。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),離開干燥室時的溫度t2=65oC。濕物料初始時:溫度θ1=25oC、濕基含水量w1=1.5%；終了時:溫度θ2=34.5oC、產(chǎn)品的濕基含水量w2=0.2%。每小時加入干燥室9200kg濕物料。絕干物料比熱Cs=1.84kJ/(kg絕干料oC)。干燥室內(nèi)無加熱裝置,熱損失580kJ/kg氣化水分。求(1)單位時間內(nèi)獲得的產(chǎn)品質(zhì)量;(2)蒸發(fā)水分量;(3)單位時間內(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)干燥速率和干燥時間

Dryingrateanddryingtime二、恒定干燥條件下的干燥曲線與干燥速率曲線：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(dryingcurve)3.干燥速率曲線三、干燥時間計算：①利用干燥曲線直接讀取1.恒速階段時間：②利用干燥速率曲線可知2.降速階段時間：①若U-X呈非線性關(guān)系---圖解積分②若U-X呈線性關(guān)系3.總干燥階段時間：當(dāng)缺乏時,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。恒速階段干燥時間為1h，降速階段的干燥曲線為直線。試求物料在干燥器中的停留時間至少為若干(h)。解：∴干燥過程包括恒速和降速兩干燥階段由一、基本要求：1.對物料的適應(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(盤式干燥器traydryer)1)分類：(熱風(fēng)沿物料表面通過)(熱風(fēng)垂直穿過物料)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：構(gòu)造簡單，投資少；適應(yīng)性強，物料損失小，盤易清洗；宜用于小批量或多品種產(chǎn)品生產(chǎn)。缺點：物料得不到分散，干燥時間長；勞動強度大，需定時裝卸或翻動物料，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,條件變動大,干燥時間長的場合。2.氣流式干燥器(pneumaticdryer)：1)結(jié)構(gòu)：2)工作原理：優(yōu)點：氣固接觸面積大,傳質(zhì)和傳熱速率大；接觸時間短,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；缺點：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，也會對形成對環(huán)境的污染；結(jié)構(gòu)簡單,占地面積小,運動部件少,易于維修,成本低。對結(jié)塊、不易分散物料,需要性能好的加料裝置,有時還需附加粉碎過程；氣流干燥系統(tǒng)的流動壓降較大,約為3000-4000Pa，

必須選用高壓或中壓通風(fēng)機,動力消耗較大。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?；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。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)其他類型流化床干燥器：優(yōu)點：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)備簡單,無運動部件,成本費用低；操作控制容易缺點：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,氣體通過分布板時易產(chǎn)生局部溝流,當(dāng)大于4~8mm時,則需較高氣速,增加流體阻力,磨損嚴(yán)重；對物料的流動性有要求(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,但有的卻過分干燥。應(yīng)用：單層沸騰床干燥器僅適于易干燥、處理量較大而對干燥產(chǎn)品的要求不太高的場合。若要求較高或所需干燥時間較長，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

2)工作原理：高速離心式噴霧干燥機優(yōu)點：干燥過程極快，適宜于處理熱敏性物料；處理物料種類廣泛,如溶液、懸浮液、漿狀物料等；缺點：熱效率低，操作彈性低；占地面積大、設(shè)備成本費高粉塵回收麻煩，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、過濾、等工序；能得到速溶粉末或空心細顆粒；過程易于連續(xù)化、自動化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：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。對抗生素、生物制劑等藥物的干燥，冷凍干燥幾乎是無可替代的干燥方法。缺點：冷凍干燥設(shè)備的投資較大，干燥時間較長,能量消耗較高。

1-排風(fēng)管；2-罩殼；3-遠紅外發(fā)生器；4-物料盤；5-傳送鏈；6-隧道；7-變速箱；8-電動機；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：紅外干燥器是一種輻射干燥器，工作時不需要干燥介質(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)簡單、造價較低、維修方便、干燥速度快、藥物質(zhì)量好，具有較高的殺菌、殺蟲及滅卵能力，節(jié)省能源，造價低，便于自動化生產(chǎn)，減輕勞動強度。控溫方便迅速、產(chǎn)品均勻清凈；