第十六章干燥设备

1第十六章干燥设备干燥机理及生物工业产品干燥的特点非绝热干燥设备绝热干燥设备冷冻干燥及其其他干燥设备2第一节固体物料干燥机理干燥机理湿物料的干燥操作有2个基本过程同时进行：1.热量由气体传递给湿物料，使其温度升高；2.物料内部的水分吸收能量不断向表面扩散，并在表面汽化被气流带走。3发酵工业产品干燥的特点特点1.要求快速高效，并且加热温度不宜过高；2.产品与干燥介质的接触时间不能太长；3.干燥产品应保持一定的纯度，在干燥过程中不得有杂质混入。发酵工业产品干燥通常采用喷雾干燥、气流干燥、沸腾干燥和冷冻干燥。4干燥设备的选型原则设备选型的原则•产品的质量要求•物料的特性•产量及劳动条件生物工业制品的干燥设备类型•瞬时快速干燥设备：滚筒干燥设备、喷雾干燥设备、气流干燥设备、沸腾干燥设备•低温干燥设备：真空干燥设备、冷冻干燥设备56设备类型干燥物料固定床干燥啤酒酿造用绿麦芽卧式沸腾干燥柠檬酸晶体、酵母、抗生素沸腾造粒干燥葡萄糖、味精、酶制剂气流干燥味精、抗生素、葡萄糖旋风式气流干燥四环素类气流式喷雾干燥蛋白酶、核酸、抗生素压力式喷雾干燥酵母离心式喷雾干燥酶制剂、酵母喷雾干燥与振动流化干燥酶制剂滚筒干燥酵母、单细胞蛋白真空干燥青霉素钾盐、土霉素等冷冻干燥抗肿瘤抗生素、乙肝疫苗生物工业常用的干燥设备7第二节非绝热(传导型)干燥设备传导型干燥机的热能供给主要靠导热，要求被干燥物料与加热面间应有尽可能紧密的接触。故传导干燥机较适用于溶液、悬浮液和膏糊状固-液混合物的干燥。主要优点：首先在于热能利用的经济性，因这种干燥机不需要加热大量的空气，热能单位耗用量远较热风干燥机为少；其次传导干燥可在真空下进行，特别适用于易氧化生物制品的干燥。分类：连续式和间歇式；常压和真空。一、滚筒干燥机二、真空干燥箱三、带式真空干燥机8一、滚筒干燥机主体是称为滚筒的中空金属圆筒。分类：单滚筒双滚筒式；两者均有常压和真空式。常压单滚筒和双滚筒干燥机：圆筒随水平轴转动，其内部可由蒸汽、热水或其它载热体加热，圆筒壁即为传热面。物料的加入方式有浸没式和喷洒式。浸没式加料时，料液可能会因热滚筒长时间浸没而过热，为避免这一缺点，可采用洒溅式。真空滚筒干燥机9单滚筒干燥机采用浸没式加料方式，滚筒部分浸没在稠厚的悬浮液物料中，因滚筒的缓慢转动使物料成薄膜状附着于滚筒的外表面而进行干燥。当滚筒回转3/4~7/8转时，物料已干燥到预期的程度，即被刮刀刮下，由螺旋输送器送走。滚筒的转速因物料性质及转筒的大小而异，一般为2~8r/min。滚筒上的薄膜厚度为0.1~1.0mm。干燥产生的水汽被壳内流过滚筒面的空气带走，流动方向与滚筒的旋转方向相反。10双滚筒干燥机采用的是由上面加入湿物料的方法，干物料层的厚度可用调节两滚筒间隙的方法来控制。11将滚筒密闭在真空室内，便可成为如图9.33所示的真空滚筒干燥机。由于干燥过程在真空下进行，真空滚筒干燥机的进料、卸料刮刀等的调节必须在真空干燥室外部来操纵，所以这类干燥机通常成本较高，一般只用来干燥极为热敏的物料。真空滚筒干燥机12二、真空干燥箱主体是一真空密封的干燥室，是一种间歇式干燥设备，适用于固体或热敏性、氧敏性液体生物制品。真空干燥箱结构真空干燥箱的壳体这种干燥机中，初期干燥速度很快，但当物料脱水收缩后，则由于物料与干燥盘的接触逐渐变差，传热速率也逐渐下降。操作过程中，加热面温度需要严格控制，以免与干燥盘接触的物料局部过热。13真空干燥箱结构如图9.34所示，室内装有通加热剂的加热管、加热板、夹套或蛇管等，其间壁则形成盘架。被干燥的物料均匀地散放于由钢板或铝板制成的活动托盘中，托盘置于盘架上。蒸汽等加热剂进入加热元件后，热量以传导方式经加热元件壁和托盘传给物料。盘架和干燥盘应尽可能做成表面平滑，以保证有良好的热接触。干燥过程产生的水蒸气由连接管导入混合冷凝器。14真空干燥箱的壳体可以为方形，也可以为圆筒形，两种形式真空干燥机的外形如图9.35所示。15三、带式真空干燥机为连续式真空干燥设备，主要用于液状与浆状物料的干燥。干燥室一般为卧式封闭圆筒，内装钢带式输送机械。带式真空干燥机有单层和多层两种形式。单层带式真空干燥机多层带式真空干燥机特点16特点干燥时间短，约5~25min，能形成多孔状制品，物料在干燥过程中能避免混入异物，防止污染，可以直接干燥高浓度、高黏度的物料，并可简化工序，节约热量。17由一连续的不锈钢带、加热滚筒、冷却滚筒、辐射元件、真空系统和加料装置等组成。供料口位于钢带下方，由一供料滚筒不断将浆料涂布在钢带的表面。涂在钢带上的浆料随钢带前移进入干燥器下方的红外线加热区。单层带式真空干燥机受热的料层因内部产生的水蒸气而膨松成多孔状态，与加热滚筒接触前已具有膨松骨架。料层随后经过滚筒加热，再进入干燥上方的红外线区进行干燥。干燥至符合水分含量要求的物料在绕过冷却滚筒时受到骤冷作用，料层变脆，再由刮刀刮下排出。18三层输送带，沿输送方向采用夹套式换热板，设置了两个加热区和一个冷却区域，分别用蒸汽、热水、冷水进行加热和冷却。根据原料性质和干燥工艺要求，各段的加热温度可以调节。原料在输送带上边移动边蒸发水分，干燥成为泡沫片状物品，冷却后，经粉碎机粉碎成为颗粒状制品，最后由排出装置卸出。干燥产生的二次蒸汽和不凝性气体通过排气口，由冷凝和真空系统排出。多层带式真空干燥机19第三节绝热(对流型)干燥设备一、厢式干燥器二、洞道式干燥机三、网带式干燥设备四、流化床干燥设备五、气流干燥设备六、喷雾干燥机这是一类以对流方式对物料干燥的设备。干燥介质：流体(热空气，过热蒸汽等)，使物料升温脱水，并将物料脱除的水分带出干燥室外。自身状态从高温低湿变为低温高湿。主要设备型式：厢式干燥器、洞道式干燥机、流化床干燥机、喷动床干燥机和气流式干燥机和喷雾干燥机等。按物流气流接触方式：并流、逆流、混流和横流式干燥器等。20一、厢式干燥器厢式干燥器是一种常压间歇式干燥器，小型的称为烘箱，大型的称为烘房。典型厢式干燥器横流式中间加热式穿流式厢式干燥器特点21如图9.1（1）所示的横流式中，热空气在物料上方掠过，与物料进行湿交换和热交换。22若框架层数较多，可分成若干组，空气每流经一组料盘之后，就流过加热器再次提高温度，如图9.1（2）所示，即为具有中间加热装置的横流式干燥器。23穿流式如图9.1（3）所示,粒状、纤维状等物料在框架的网板上铺成一薄层，空气以0.3~1.2m/s的速度垂直流过物料层，可获得较大的干燥速率。24厢式干燥器特点优点：制造和维修方便，使用灵活性大。发酵工业上常用于需长时间干燥的物料、数量不多的物料以及需要特殊干燥条件的物料。缺点：主要是干燥不均匀，不易抑制微生物活动，装卸劳动强度大，热能利用不经济(每汽化1kg水分，约需2.5kg以上的蒸汽)。25结构如图9.1所示。为减少热损失，厢式干燥器的四壁用绝热材料构成。厢内有多层框架，物料盘置于其上，也可将物料放在框架小车上推入厢内，故又称为盘架式干燥器。厢式干燥器内设有加热器，有多种型式和布置方式，加热方法可采用蒸汽、煤气或电加热。干燥器内的风机强制引入新鲜空气与器内废气混合，并驱使混合气流循环流过加热器，再流经物料。空气流过物料的方式有横流和穿流两种。26二、洞道式干燥机有一段长度为20~40m的洞道。结构料盘-小车及进出干燥介质空气物料与空气流向洞道干燥机特点27料盘-小车及进出湿物料在料盘中散布成均匀料层。料盘堆放在小车上，料盘与料盘之间留有间隙供热风通过。洞道式干燥机的进料和卸料为半连续式，即当一车湿料从洞道的一端进入时，从另一端同时卸出另一车干料。洞道中的轨道通常带有1/200的斜度，可以由人工或绞车等机械装置来操纵小车的移动。洞道的门只有在进、卸料时才开启，其余时间都是密闭的。28干燥介质空气空气由风机推动流经预热器，然后依次在各小车的料盘之间掠过，同时伴随轻微的穿流现象。空气的流速为2.5~6.0m/s，不小于1.0m/s。29物料与热风流向热风可沿物流纵向流动，分为并流、逆流和混流三种。热风也可以与物流呈横向30混流方式混流综合了并流、逆流的优点，在整个干燥周期的不同阶段可以更灵活地控制干燥条件。通常将洞道分成两段，第一段为并流，干燥速率大，对应于物料的第一干燥阶段；第二阶段为逆流，可满足物料的最终干燥要求，对应于物料的第二干燥阶段。因为第二阶段的干燥时间较长，一般洞道的第二段也比第一段长。31洞道干燥机特点优点：①具有非常灵活的控制条件，可使物料处于几乎所要求的温度-湿度-速度条件的气流之下，因此特别适用于实验工作；②料车每前进一步，气流的方向就转换一次，制品的水分含量更均匀。缺点：①结构复杂，密封要求高，需要特殊的装置；②压力损失大，能量消耗多。3233如图9.3所示，干燥机的每一段由活动隔板分隔，在料车进出时，隔板打开，而在干燥时则将洞道切断成为纵向通路，靠换向装置构成总体上曲折的气流通道。加热器设在马蹄形的换向处，可以独立控制该段气流的温度。34三、网带式干燥设备网带式干燥机简介网带式干燥机适用的物料形状可有片状、条状、颗粒、棒状、滤饼类等。带网式干燥机因结构和干燥流程不同可分成单层、多层和多段等不同的类型。（一）单段带式干燥机（二）多段带式干燥机（三）多层带式干燥机35网带式干燥机简介网带式干燥机是一种将物料置于输送网带上，在随带运动通过隧道过程中与热风接触而干燥的设备。网带式干燥机由干燥室、输送带、风机、加热器、提升机和卸料机等组成。沿输送网方向，可分成若干相对独立的单元段，每个单元段包括循环风机、加热装置、单独或公用的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统。每段内干燥介质的温度、湿度和循环量等操作参数可以独立控制，使物料干燥过程达到最优化。输送带为不锈钢丝网或多孔板不锈钢链带，转速可调。36（一）单段带式干燥机典型结构举例工作过程特点37工作过程物料在干燥器内均匀运动前移的网带上，气流经加热器加热，由循环风机进入热风分配器，成喷射状吹向网带上的物料，与物料接触，进行传热传质。大部分气体可以循环利用，一部分温度低，含湿量较大的气体作为废气由排湿风机排出。38单层单段式网带式干燥机特点优点：网带透气性能好，热空气易与物料接触，停留时间可任意调节。物料无剧烈运动，不易破碎。每个单元可利用循环回路，控制蒸发强度。若采用红外加热，可一起干燥、杀菌，一机多用。缺点：占地面积大，如果物料干燥的时间较长，则从设备的单位地面积生产能力上看不很经济，另外设备的进出料口密封不严，易产生漏气现象，热能损耗较大。39全机分成两个干燥区和一个冷却区。每个干燥区段由空气加热器、循环风机、热风分布器及隔离板等组成加热风循环。第一干燥区的空气自下而上经加热热器穿过物料层，第二干燥区的空气自上而下经加热器穿过物料层。最后一个是冷却区，没有空气加热器。40（二）多段带式干燥机亦称复合型带式干燥机，是用多条循环输送带(多至4条)串联组成物料输送系统的带式干燥机。两段式带式干燥机举例(图9.5)特点41特点优点：①物料在带间转移时得以松动、翻转，物料的蒸发面积增大，改善了透气性和干燥均匀性。②不同输送带的速度可独立控制，且多个干燥区的热风流量及温度和湿度均可单独控制，便于优化物料干燥工艺。缺点:占地面积较大。42整个干燥机也分成两个干燥区和一个吹风冷却区，第一干燥区又分成前、后两个温区，物料经第一、二区干燥后，从第一输送带的末端自动落入第二个输送带的首端，其间物料受到拨料器的作用而翻动，然后通过冷却区，最后由终端卸出产品。43如图9.6所示。工作时湿物料从进料口进至输送带上，随输送带运动至末端，通过翻板落至下一输送带移动送料，依次自上而下，最后由卸料口排出。外界空气经风机和加热器形成热风，通过分层进风柜调节风量送入干燥室，使物料干燥。排出的废气可对物料进行预热。44（三）多层带式干燥机基本构成