2第五章干燥设备

第五章干燥设备第一节物料干燥过程及生物制品干燥的特点第二节非绝热干燥设备第三节绝热干燥设备第四节冷冻干燥及其他干燥设备第一节物料干燥过程及生物制品干燥的特点一、固体物料干燥机理（一）物料中水分的性质根据物料中水分除去的难易程度，将其分为：游离水分：与普通水有相同蒸汽压，易除去。结合水分：比游离水饱和蒸汽压低，难除去。干燥是传热传质同时进行的过程,空气既是载热体，又是载湿体。传质过程：•水分由物料内部向表面扩散。•水分在物料表面汽化。两个概念•表面汽化控制：水分表面汽化速率小于内部扩散速率。•内部扩散控制：水分表面汽化速率大于内部扩散速率。（二）干燥机理（三）恒速干操和降速干燥干燥速度：单位时间、单位面积上所汽化的水分量。恒速干燥阶段：表面汽化控制阶段，主要排除游离水分。降速干燥阶段：内部扩散控制阶段，主要排除结合水分。（图2-5-1）二、生物工业产品干燥的特点（1）热敏性，易失活。失活表示法：动力学方程式2-5-3讨论：干燥温度T↑、维持时间τ↑、活化能E↓，则产物失活大。（R、Z为常数）结论：短时、适温干燥（2）洁净干燥三、干燥设备的选型原则4项原则：产品的质量要求（生物活性）产品的纯度（杂质或杂菌污染）物料的特性（粒、饼、粉、浆状等）产量及劳动条件表2-5-1第二节非绝热干燥设备一、常压干燥设备——麦芽干燥塔用途：麦芽干燥专用功能：干燥、烘烤（增香色）降水过程：45%→8～10%→1.5～3.5%(恒速、降速两段)（－）单层高效麦芽干燥塔的结构与操作结构：图2-5-2P300（固定床）组成：干燥室（6×φ13m）、刮板机、撒麦机、风道操作（间歇）：装料→干燥（两阶段）→卸料参数：P301注：图2-5-3为沸腾床形式，优点高效，缺点能耗大。（二）单层高效麦芽干燥塔的设计计算1.生产能力：式2-5-4（简化2-5-5）P3022.空气耗量•特点：干燥不同阶段汽化水分量不同，空气耗量不同。初期量大，以此为准计算。•公式：式2-5-6P3023.热量计算式2-5-10P3044.压力损失式2-5-13例2-5-2：P349查B点值二、真空干燥设备特点：•不需空气作干燥介质；•适于热敏性和在空气中易氧化的物料；•生产能力低。设备：1.真空箱式干燥器（间歇操作）干燥室、中空盘架（加热）、托盘、真空泵2.带式真空干燥器图2-5-5（用于液状和浆状物料）3.耙式真空干燥器图2-5-6（间歇操作、间壁传热）第三节绝热干燥设备一、气流干燥原理及设备（重点计算）（一）气流干燥原理及特点原理：利用热气流使物料在流态下进行干燥。特点：P345（二）气流干燥设备（复述类型）1.长管气流干燥器：干燥管长几米至十几米图2-5-72.脉冲式气流干燥器：变管径增加速差图2-5-83.旋风式气流干燥器：变向惯性增加速差图2-5-9（三）气流干燥计算（如书P347）内容：干燥管长度L、直径D、干燥时间τ步骤：（1）求物料悬浮速度Va、对流传热系数K①求Ki（基尔比切夫数）②据Ki由图2-5-10查Re③计算Va④据Re由图2-5-11查Ne⑤计算K（2）物料总表面积（3）干燥时间（4）干燥管长度、直径式2-5-162-5-17例2-5-2：P349二、喷雾干燥原理及设备（－）喷雾干燥原理及特点原理：将浆料喷成雾状于热气流中完成干燥。特点：P350（二）喷雾干燥设备分类：据喷雾器形式1.压力喷雾干燥塔少用2.气流喷雾干燥塔多用3.离心喷雾干燥塔多用1.气流喷雾干燥设备喷雾干燥流程：图2-5-12P351（各型通用）设备：图2-5-13（塔直径与高度之比为1:2.4～3）气流喷雾器：图2-5-142.离心喷雾干燥设备喷雾原理：水平方向高速旋转的圆盘将料液高速甩出，借空气的摩擦作用将料液拉丝成雾滴。喷盘：图2-5-16•喷枪式：6喷嘴，中心负压，卷料•锥型、圆帽式：避免负压卷料现象，好用3.压力喷雾干燥设备喷雾原理：借空气的摩擦作用将料液拉丝成雾滴。喷嘴：图2-5-18•特点：p354计算1）干燥塔直径a)根据喷距半径计算式2-5-18P354b)根据干燥强度计算式2-3-21P3162）干燥塔高度a)圆柱部分高度：H=（0.5-1.0）Db)圆锥部分高度：离心塔，根据休止角计算或h≈D。压力塔，H=（3-5）D（三）喷雾干燥的附属设备（了解）1.空气加热器中心部件：由带翅片的钢管组装成蒸汽加热排管。定型产品：SRZ型（表2-5-8，P355）2.粉尘分离器用途：收集废气带走的部分粉状产品设备：新型扩散式旋风分离器图2-5-19特点：避免普通旋风分离器底部的返回气流把已经分离下来的粉尘重新卷起的缺点，更适合微细颗粒（5～10μm）三、流化床干燥原理及设备（－）流化床干燥原理及特点原理：利用热空气流使物料呈沸腾状态进行干燥。特点：如书P319应用：颗粒直径30μm～6mm物料的干燥（二）流化床干燥设备分类：•多层：（少用）•单层：单室（少用）、多室（常用）•造粒流程：2-5-20图2-5-20图2-5-211.单层卧式多室流化床干燥器结构：图2-5-21特点：防止物料返混造成干燥不均。2.沸腾造粒干燥器造粒原理：将雾化的料液喷洒到流态化的晶种上，使晶种不断长大并干燥。设备：图2-5-22（不同截面处风速不同）流程示例：图2-5-23图2-5-22图2-5-233.流化床干燥器的计算（1）临界流化速度概念：床层开始膨胀时的速度公式一：2-5-23公式二：2-5-24（2）操作流化速度概念：大于临界流化速度，小于带走速度。公式一：2-5-27公式二：2-5-28（3）流化床几何尺寸流化床床层高度Hf2-5-31（实际为计算值二倍，防止气带走料）干燥器直径D：2-5-33干燥时间τ2-5-34第四节冷冻干燥及其他干燥设备（了解）一、冷冻干燥原理及设备（－）冷冻干燥原理及特点原理：先将物料中水份冻结成固态冰，再在高真空状态下将冰升华为气体。（二）冷冻干燥流程及设备流程：图2-5-25干燥分两个阶段：冷冻升华（除98%水）、加热汽化（可降水至0.5%）系统组成：•冷冻：用于冻料、结霜（3、4、10）•真空：用于升华（5、6、7）•除水：用于化霜（8、9）•加热：升华、汽化用热（11、12）二、微波干燥原理及设备（－）微波干燥原理1.微波：波长0.001～lm的高频电磁波。2.原理：具有极性的水分子在高频电场中频繁取向，引起分子间摩擦而产生热量，实现干燥。3.材料导体：反射微波--结构材料绝缘体：穿透和部分反射微波--承载用件介质：吸收、穿透、反射微波，吸收的变为热量--物料。4.特点：内外同时加热（普通传热为由表及里）（二）微波干燥设备举例：图2-5-31图2-5-32图2-5-32