第十一章--干燥设备.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,生物工程设备,第十一章,干燥设备,干 燥 设 备,11.1,固体物料干燥机理及生物工业 产品干燥的特点,11.2,非绝热干燥设备,11.3,绝热干燥设备,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,11.5,干燥辅助设备,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,11.1.1,固体物料干燥机理,（一）湿物料中的水分,1,水分和物料的结合方式,在湿物料中，按照与固体的结合方式存在四种水分：化学结合水分，指以分子或者离子方式与固体物料分子结合并形成结晶体的水分。这类水分的除去一般不属于干燥的范畴；吸附水分，指吸附在物料表面的水分，它的性质和纯态水相同，非常容易用干燥的方法除去。毛细管水分，指多孔性物料细小孔隙中所含有的水分，这类水分除去的难度取决于水分所在的孔隙的大小。溶胀水分，指渗透到生物细胞壁内的水分，这类水分也比较难于除去。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,2,平衡水分和自由水分,湿物料每单位重量中所含水分的总量称为总水分，或者湿含量。在一定的干燥条件下，无法将总水分全部除去，总有一部分存在于物料中，这部分不能除去的水分称为平衡水分。平衡水分的大小与干燥条件有关，比如物料的性质，空气的相对湿度和温度等。总水分和平衡水分之差称为自由水分，自由水分可以在一定的干燥条件下除去。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,3,、结合水分和非结合水分,结合水分指存在于物料内部与物料呈吸附状态的水分，他和物料间存在一定的结合力，因此较难除去。非结合水分指存在于物料表面或物料中较大空隙中的水分，它与物料间没有任何作用，只作机械混合，是容易除去的水分。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,（二）干燥机理,干燥由两个基本过程构成，一是传热过程，即热由外部传给湿物料，使其温度升高；二是传质过程，即物料内部的水分向表面扩散并在表面汽化离开。这两个过程同时进行，方向相反。可见干燥过程是一个传质和传热相结合的过程。,干燥的传质又由两个过程组成，一是湿物料内部的水分向固体表面的扩散过程，另一个是水分在表面汽化的过程，当前者小于后者时，干燥的速率取决于水分向固体表面扩散的速率，称为内部扩散控制干燥过程。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,对于一个具体的干燥过程，如果干燥条件恒定，在开始阶段，由于物料湿含量比较高，表面全部为游离水分，干燥过程为表面汽化控制，此时，干燥速度取决于表面汽化速度并保持不变，因此，这一阶段常称为恒速干燥阶段。随着干燥的进行，物体的湿含量逐渐降低，当湿含量降低到某一点时，物料表面游离水分已经很少，剩下的主要是结合水分，干燥转入内部扩散控制阶段，水分除去越来越难，干燥速率越来越低，这一阶段称为降速干燥阶段。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,图,11-1,恒定干燥条件下干燥速度,-,时间曲线,图,11-1,为恒定干燥条件下干燥速率随时间的变化情况，其中,D-C,为干燥的预热阶段，干燥速率在短时间内升高。,C-B,为恒速干燥阶段，干燥速率基本保持不变。,B-A,为降速干燥阶段,干燥速率急速下降，,C0,为干燥最终湿含量。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,（三）影响干燥速率的因素,1,物料的性质,物料性质是影响干燥速率的主要因素。有些物料在干燥的降速阶段，表面水分迅速汽化形成结块或龟裂现象，因此需要采取一定的措施防止，尤其是对生物产品。,2,压力,干燥器内压力的大小与物料的汽化速度成反比，真空干燥器的应用就是为了使物料的水分在较低的温度下就能够很快汽化，因此，适合热敏物质的干燥。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,3,干燥介质的性质和流速,干燥介质的流速越大，湿物料表面汽化阻力越小，因此干燥速率越大。干燥介质的温度越高，干燥速率越高。但是，温度不能过高，要考虑干燥物料的热稳定性，否则将导致固体物料升华或分解。,4,干燥介质与物料的接触情况,物料堆放在干燥器内静止不动将大大延长干燥所需要的时间。若使物料悬浮在干燥介质中，促使物料颗粒彼此分开并不停跳动，可大大改善干燥速度，提高干燥效率。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,11.1.2,生物工业产品干燥的特点,1,多数生物产品对热的稳定性较差，比如一般蛋白酶在,45,50,左右就开始失活，因此生物产品的干燥一般在较低的温度下进行。比如冷冻干燥，减压干燥等。,2,生物产品的干燥时间不能太长，否则也容易变质失活。因此，很多生物产品使用气流和喷雾干燥等方式进行。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,3,生物产品要求十分纯净，尤其是生物制药产品，要求不能混入任何异物，因此，生物产品的干燥很多都是在密封的环境中进行，很多生物产品在无菌室内干燥，与产品接触的任何干燥介质，如热空气，都要进行严格的过滤。,4,很多生物产品在干燥时容易结团，因此干燥时需要采取一些措施，比如经常翻动等。,5,生物产品很多比较贵重，因此需要尽量减少干燥过程中物料的损失。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,11.1.3,干燥设备的选型原则,不同的干燥设备有不同的适应性和局限性。选择时需要考虑下列因素。,1,被干燥物料的性质及形态，如粉状、颗粒状、溶液状、浆状、膏糊状、块状、片状、纤维状等。,2,能量消耗，要求设备热效率和干燥效率高，同时与之配套的输送机械动力消耗低。,3,干燥速度快，效率高，这样可以减少设备尺寸，缩短干燥时间。,4,操作控制方便，劳动条件好。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,5,产品产量，干燥器的处理能力需要满足生产要求。,6,产品质量，对产品质量方面的要求包括四个方面：产品的含湿量，即干燥后能达到规定的含湿程度；产品的晶形要求，比如有的产品要求干燥后保持结晶光泽和晶形不变；产品的热敏性，即产品所能承受的最高温度；对产品干净程度的要求，尤其对生物医药产品，需要干燥器不能污染产品。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,以上各项实际上反映了经济上既要减少设备投资又要降低燃料、动力等经常性费用的要求。实际选择时，应当首先根据湿物料的形态、特性、处理量以及工艺要求进行选择，然后再结合热源、载热体种类的限制以及安装设备的场地等问题选出几种可用的干燥器，并考虑所选干燥器是否适合生物产品的特点，最后，通过对所选干燥器的基建费用和操作费用进行经济衡算，将参选的干燥器进行比较，确定一种最适用的类型。下表,11-1,是干燥设备选型参考表，供干燥设备选型时参考。,11.1,固体物料干燥机理及生物工业产品干燥的特点,表,11-1,干燥设备选型参考表,加热方式,干,燥,器,物 料,溶液,泥浆,膏糊状,粒径,100,目以下,粒径,100,目以上,特殊性状,薄膜状,片状,萃取液、无机盐,碱、,洗涤剂,沉淀物、滤饼,离心机滤饼,结晶体、纤维,填料、,陶瓷,薄膜、,玻璃,薄片,对流,气流,5,3,3,4,1,5,5,5,流化床,5,3,3,4,1,5,5,5,喷雾,1,1,4,5,5,5,5,5,转筒,5,5,3,1,1,5,5,5,箱式,5,4,1,1,1,1,5,1,传导,耙式真空,4,1,1,1,1,5,5,5,滚筒,1,1,4,4,5,5,4,5,冷冻,2,2,2,2,2,5,5,5,辐射,红外线,2,2,2,2,2,1,1,1,介电,微波,2,2,2,2,1,2,2,3,上表中数字意义如下：,1,适合,2,经费许可时适合,3,特定条件下适合,4,适当条件下适合,5,不适合,返回,11.2,非绝热干燥设备,干燥过程根据系统进出口焓的变化通常分为绝热干燥过程（等焓干燥过程）和非绝热干燥过程（非等焓干燥过程）。符合下列条件的干燥过程称为绝热干燥过程：,在物料进出干燥器期间，不向干燥器补充热量。,干燥器的热损失可以忽略不计。,物料进出干燥器时的焓相等。,11.2,非绝热干燥设备,绝热性能良好，又不向干燥器中补充热量，且物料进出干燥器温度十分接近的情况下，可以近似地认为是绝热干燥过程，按照绝热干燥过程处理。非绝热干燥过程可以分为以下几种情况：,不向干燥器补充热量，物料进出干燥器的焓差发生了明显的改变。,向干燥器补充的热量比热损失及物料带走的热量之和还要大。,向干燥器中补充的热量足够大，能够使干燥过程在等温下进行，但进出干燥器物料的焓发生了明显的改变。,11.2,非绝热干燥设备,11.2.1,真空箱式干燥器,真空箱式干燥器又称真空干燥箱，实际上是一个密封的空间，里面有支架可以放置各种托盘，干燥物料均匀地铺放在托盘里。真空干燥箱内部有加热装置，一般是电加热器，或以热水、蒸汽为介质的蛇管、夹套等。有时，加热蛇管也可作为托盘支架使用。可以使用的真空泵有多种，包括水力喷射器、蒸汽喷射器和水环式真空泵等。干燥箱和真空泵之间装有冷凝器，冷凝干燥出的水分，以降低真空泵负荷。,11.2,非绝热干燥设备,11.2.2,带式真空干燥器,真空箱式干燥器的缺点是物料在干燥过程中处于静止状态，无法翻动或移动，因此干燥时间长，尤其是在干燥后期。带式真空干燥器在这方面进行了改善，如图,11-2,所示，在一个密封的真空干燥室内，有两个滚筒带动不锈钢料带。加热时物料置于不锈钢料带上，在滚筒的带动下缓慢移动，两个滚筒一个用来加热，另一个用来冷却，在不锈钢料带上下的辐射加热器也可以同时加热。,11.2,非绝热干燥设备,图,11-2,带式真空干燥器,1,加热滚筒；,2,真空室；,3-,冷却滚筒；,4,产品出口；,5,原料进口；,6,不锈钢带；,7,辐射加热器,8,至真空系统,11.2,非绝热干燥设备,11.2.3,耙式真空干燥器,耙式真空干燥器相当于在一个卧式筒状真空干燥箱内增加了一个水平搅拌装置，这个搅拌装置带有很多叶片，在干燥过程中像一个耙子不断翻动物料，因此，称为耙式真空干燥器。如图,11-3,所示，湿物料经上部装入后密封，打开真空装置，向夹套内通入蒸汽或者热水加热，在耙式搅拌的不停搅拌下，物料中的湿份不断挥发并通过真空系统排出。,11.2,非绝热干燥设备,图,11-3,耙式真空干燥器,1,外壳,2,夹套,3,耙式搅拌,返回,11.3,绝热干燥设备,11.3.1,气流干燥原理及设备,气流干燥是指将颗粒状的湿物料加入到流动的热空气中进行迅速干燥的一种方法，其基本原理是：固体湿物料在高温快速流动的热空气作用下，均匀分散成悬浮状态，从而增大了物料与热空气的接触面积，强化了热交换作用，使得物料仅在几秒钟内（,1-5,秒）达到干燥要求。四环素类抗生素大多采用气流干燥方法。,11.3,绝热干燥设备,长管式气流干燥器如图,11-4,所示，它的主要部分是一根长为几米至十几米的垂直管，物料和热空气在管的下端进入。热空气在进入前分别经过过滤器和预热器，物料则经加料漏斗由螺旋加料器加入。完成干燥的物料在旋风分离器中与热空气和挥发的湿份分离，经过锁气器由出料口卸出。在长管式气流干燥器中，热空气既是干燥介质，又起固体输送作用，其上升速度应大于物料颗粒的自由沉降速度，这样，物料才能够以空气流速和自由沉降速度的差速上升。,11.3,绝热干燥设备,图,11-4,长管式气流干燥器,1,空气过滤器；,2,预热器；,3,干燥管；,4-,加料斗；,5,螺旋加料器,6,旋风分离器；,7,风机；,8,锁气器；,9,产品出口,11.3,绝热干燥设备,长管式气流干燥器的干燥管较长，对房屋建筑、操作运行和设备检修等都带来不便，因此，很多生物工厂采用旋风式气流干燥器。旋风式气流干燥器干燥原理与长管式基本相同，如图,11-5,所示，它用一个略带锥度的圆筒形筒身,（），称为旋风式干燥器，代替长管式气流干燥器中的长管。干燥时，气体经空气预热器进入，固体由加料器加入与热空气混合，在此处，热空气夹带着湿物料以切线方向进入干燥器，沿干燥器的内壁以螺旋线的方式向下至底部后再折向中央排气管口，然后进入旋风分离器。,11.3,绝热干燥设备,图,11-5,旋风式气流干燥装置,1,空气预热器；,2,加料器；,3,旋风式干燥器；,4,旋风除尘器；,5,贮料斗；,6,鼓风机；,7,带式除尘器,11.3,绝热干燥设备,旋风式干燥器筒体结构如图,11-6,所示，在中央，有一根管道插入到圆筒的底部作为出口，称为中央排气管。物料在进入干燥器后受到三个力：气流对物料的携带力，物料旋转引起的离心力和物料自身重力。在这三个力的作用下，物料作螺旋下降运动，物料粒子周围的气体呈高度湍流状态，提高了传热效果。另外，旋转运动使物料粒子碰撞粉碎，增大了传热面积，强化了干燥过程，缩短了干燥时间。物料在干燥器内停留时间一般是,1,1.5,秒左右，压力降为,490-687,（,Pa,）。,11.3,绝热干燥设备,图,11-6,旋风式气流干燥器,11.3,绝热干燥设备,11.3.2,喷雾干燥原理及设备,喷雾干燥的原理：用雾化器将溶液、乳浊液、悬浊液（含水量,50%,以上）喷成微小雾滴分散于热气流中，在液滴下降过程中水份迅速蒸发，从而完成干燥过程。由于大量雾状液滴形成的蒸发面积非常大，约,100,600,平方米,/,千克，物料干燥时间很短，一般在数秒至数十秒之间。因此非常适用于热敏物料的干燥，尤其是生物产品的干燥。,11.3,绝热干燥设备,喷雾干燥器的结构如图,11-7,所示，为塔型结构，上部是圆筒形，下部为圆锥形，筒径一般在,1,10,米之间，圆筒部分高径比在,1.3,1.6,左右。筒身材料用不锈钢制作，内壁要求十分光滑，以减少粉末粘壁。喷雾干燥器的顶部有一个热空气分布盘，又称导向盘，由几十片以一定角度倾斜的叶片组成（如图,11-7,下部），它的作用是使进入的热空气以一定的方向旋转，旋转的方向与雾滴旋转方向相反，从而降低喷雾直径避免粘壁现象。,11.3,绝热干燥设备,图,11-7,喷雾干燥器,11.3,绝热干燥设备,常用的雾化器有三种形式：离心式，压力式（机械式），气流式。如图,11-8,所示，离心式雾化器（,A,）的原理是将料液送入一高速旋转的离心盘中央，到达周边后被高速甩出，拉成液膜并获得雾化。在压力式雾化器中（,B,），泵将料浆高压打入喷嘴，当旋转的液体从喷出口喷出时，因压强急速下降，速度相应大增，结果使料液形成空心锥形液膜，液膜伸长形成细丝，细丝断裂形成雾滴。气流式雾化器（,C,）是利用高速气流对液膜产生摩擦分裂作用把液滴拉成细雾。高速气流一般采用,0.15,0.5MPa(,表压,),的压缩空气，当它以很高的速度从喷嘴喷出时，液体的流速并不大,.,11.3,绝热干燥设备,图,11-8,常用喷雾器基本形式,A,离心式喷雾器,B,压力式喷雾器,C,气流式喷雾器,1,外套；,2,圆板；,3,螺旋室；,4,小孔；,5,喷出口,11.3,绝热干燥设备,使用喷雾干燥器干燥时，热空气从顶部进入，经导向盘后呈旋转状向下，液固混合物从上部进入雾化器变成雾状向下降落。在降落的过程中液滴与热空气接触，湿份迅速蒸发，至底部含湿量达到要求，被收集在贮粉器中。,喷雾干燥器的优点是：干燥速度快，时间短，特别适合热敏性物料的干燥。干燥后所得产品多为松脆的空心颗粒或粉末，溶解性能好。操作稳定，能实现连续自动化生产，改善了劳动条件。可由低浓度料液直接获得干燥产品，因而省去了蒸发、结晶分离等操作。,11.3,绝热干燥设备,11.3.3,流化床干燥原理及设备,1,单层圆筒式沸腾床干燥器,该干燥器的结构如图,11-9,所示，在圆筒体底部有一个气体分布板，分布板以上构成了沸腾室。物料从侧面上部加料口加入，空气由风机鼓入，通过加热器进入干燥器，再通过气体分布板向上托起物料颗粒形成沸腾床，最后，气体从顶部经过旋风分离器排出。,单层沸腾床干燥器优点是结构简单，生产能力大。缺点是干燥效果不很好，适用于间歇生产和处理量大而干燥要求不严格的场合。,11.3,绝热干燥设备,图,11-9,单层圆筒沸腾床干燥器,11.3,绝热干燥设备,2,多层沸腾床干燥器,为了解决单层干燥器存在的上述缺点，发展了多层沸腾床干燥器。结构如图,11-10,所示，热空气由底部鼓入，物料由上部加入上层沸腾床，首先在上层形成沸腾状态，然后经过上下层之间的溢流管进入下层。热空气则由底部向上依次通过各层在顶部排出。这样，气固在沸腾床内逆流运动，每层形成单独的沸腾床，因此物料在干燥器内停留时间均匀，热效率高，产品质量较稳定，适合于降速干燥段较长或者产品含水量较低的物料。,11.3,绝热干燥设备,图,11-10,多层沸腾床干燥器,11.3,绝热干燥设备,3,卧式多室沸腾床干燥器,该干燥器外形为矩形箱式，如图,11-11,所示，矩形箱内部用竖向隔板分成几个小室，隔板与多孔板之间有一定的距离，使小室下面相通。湿物料从进料口加入后依次通过各室，最后变为干料经排出堰排出。热空气从各室下面的进气孔进入，向上与物料形成流化床，最后从出气口排出，进入到外面的旋风分离器，从旋风分离器分离下来的固体回流到干燥器内继续干燥，气体经过粉尘收集装置后排空。,11.3,绝热干燥设备,图,11-11,卧式多室沸腾床干燥器,11.3,绝热干燥设备,4,沸腾床干燥器使用条件。,并不是所有物料都适合使用沸腾床干燥，选用沸腾床干燥物料需要考虑以下条件：,干燥物料的粒度最好介于,30,60,微米之间，粒度太小容易被气流带走，太大不易被流化。,若几种物料混合干燥，则要求物料的密度接近。,含水量过高且易粘结成团的物料一般不适用。,对产品外观要求严格的物料一般不适用。,11.3,绝热干燥设备,11.3.4,绝热干燥设备的操作和注意事项,一般情况下，在干燥开始时，应首先开通气体，然后开通热源预热，调节气体到要求的温度和速度并稳定后，再逐渐加入固体物料，尤其是对气流干燥器和沸腾床干燥器。这样做的好处是干燥系统能够比较顺利地由开始状态过渡到稳定状态。如果先加入固体物料，气体在开始通入时会遇到很大阻力，不能尽快进入稳定状态。,11.3,绝热干燥设备,绝热干燥设备的操作应注意以下事项：,注意观察风压和风温。绝热干燥中，热气流的起着关键作用，风压和风温的任何不正常变化都有可能导致干燥失败甚至出现事故。风温过高可能烤糊物料，尤其对热敏产品更应当注意。,固体物料加料要均匀。防止断断续续。这样做的目的是维持一个稳定的工作状态。如果固体物料加入不均匀，将导致干燥最终产品含水量不均匀，造成产品不合格。,11.3,绝热干燥设备,注意干燥过程中是否有严重的物料粘壁现象，如有，应及时使用设备自带的清除粘壁工具或者其他办法进行清除。,对沸腾床干燥器，要注意床层压力波动，正常范围一般在,+,30%,左右，超过这个范围应及时检查原因。,要经常用仪器或其他听音装置检查设备内气体和颗粒流动声音，注意干燥器内部情况。,各种设备有其特殊的操作要求，同一种设备干燥不同的物料操作也不尽相同。,返回,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,11.4.1,冷冻干燥原理及设备,冷冻干燥也称升华干燥，是将湿物料置于较低的温度下（,-10,至,-15,）冻成固态，然后将其环境抽为高度真空（,1,0.001mmHg,）,湿物料内的水分不经液态直接升华为气体被真空泵抽走，留下干燥的物体。冷冻干燥特别适合生物产品的干燥，如蛋白质类的热敏性物质等。,冷冻干燥设备大致由四部分组成，即，冷冻部分、真空部分、水汽去除部分和加热部分。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,1,、冷冻部分,压缩式制冷机的原理如图,11-12,所示，制冷剂一般是氨、氟利昂、二氧化碳等，在制冷温度下是汽态的，经压缩机（,3,）压缩为液态，温度升高，进入冷凝器（,4,），在这里与环境交换热量，温度降低，经膨胀阀（,1,）后，压力急速下降进入蒸发器（,2,）。在蒸发器（,2,）内，由于压力下降，制冷剂迅速汽化，吸收大量热量，将冷冻室内温度降低，然后进入压缩机（,3,）进行下一个循环。就这样，制冷剂在蒸发器内取出热量，经过循环，在冷凝器内将热量交换给环境，达到制冷效果。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,图,11-12,冷冻部分原理图,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,2,、真空部分,冷冻干燥时干燥箱内的压力应为冻结物料饱和蒸汽压的,1/12,1/14,，一般情况下，干燥箱内的绝对压力约为,10-1,10-2mmHg,，质量较好的机械泵可达到最高真空约为,10-3mmHg,，国产,2X,型旋片式真空泵的极限真空可达,510-4mmHg,，可用于冷冻干燥。在实际操作中，可在高真空泵出口串联一组粗真空泵以提高真空度，也可以采用多级蒸汽喷射泵。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,3,、水汽去除部分,冷冻干燥时，从物料升华出来的水汽一般情况下不能直接进入真空泵，需要用冷凝器将其冷凝下来。冷凝器一般使用列管式、螺旋管式或夹套式换热器，冷却介质可使用低温空气或乙二醇。一般冷却介质在冷凝器的管程或夹套内流动，水汽则在管外或夹套外壁冻结成霜。除此之外，也可用甘油、无水氯化钙、活性氧化铝、硅胶等化学或物理吸水剂除去水汽，适用于小型装置。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,4,、加热部分和干燥室,水汽升华也需要热量，如果不提供热量，物料温度将降低，无法进一步升华。给升华提供热量的办法有夹层加热板加热、辐射加热、及微波加热等。加热板传导加热剂为热水或者油类，加热温度应以不使冻结物溶化为宜。,以上四部分结合在一起，构成冷冻干燥系统，如图,11-13,所示，待干物料放置在冷冻干燥箱内，其中的水分在低温下升华为气体进入冷冻器，在这里，水汽凝结为冰。干燥器内的真空则由两级真空泵保持。冷冻器和干燥器内的低温分别由两个冷冻机维持。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,图,11-13,冷冻干燥系统,1,干燥器；,2,冷冻器；,3,前置真空泵；,4,后置真空泵；,5,加热装置；,6,，,7,冷冻压缩机；,8,制冷剂贮罐,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,在实际应用中，商业厂家常将以上系统结合在一台机器里，制成冷冻干燥机（冻干机）出售。,冷冻干燥的优点是：整个干燥过程处于低温状态，蛋白质等生物物质不会发生变性，无氧化以及其他化学反应，因此，特别适合生物产品的干燥。冷干后产品疏松、易溶，含水量低，易长期保存。冷干后物料的天然组织和结构不会被破坏，适合菌种的保藏。,冷冻干燥的缺点是：设备投资大，动力消耗高。干燥时间较长。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,11.4.2,微波干燥原理及设备,微波加热与传统的加热方式不同，传统加热方法利用热传导的原理，将热量从被加热物外部传入内部，逐步使物体中心温度升高，要使中心部位达到所需的温度需要一定的时间，导热性较差的物体所需时间就更长。而微波加热利用微波穿透物体内部，里外同时加热，避免了传统加热时间长、加热不太均匀，需上下翻动以及劳动强度大的缺点，有其独特的优势。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,广义地说，一切利用微波作为加热源的干燥设备都是微波干燥设备。显然，微波干燥设备有很多种，但它们基本上是由直流电源、微波管、传输线或波导、微波炉及冷却系统等几个部分组成。如图,11-14,所示。,微波加热器可以采用多种形式，图,11-15,是箱式微波加热器，由矩形谐振腔（,6,）、输入波导（,5,）、反射板（,8,）、搅拌器（,7,）等组成。被干燥的物料放在谐振腔内的支撑底板上，汽化的湿份通过风机由排湿孔（,3,）排出。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,图,11-14,微波加热干燥系统,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,图,11-15,微波箱干燥器结构示意图,1,门；,2,观察窗；,3,排湿孔；,4,搅拌电机；,5,波导（传输线）；,6,腔体；,7,搅拌叶；,8,反射板,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,微波干燥的优点是：,干燥速度快，一般只需传统干燥方法的,10%,1%,的时间。,干燥均匀，产品质量好。由于微波干燥从物料内部加热，所以，即便物料的颗粒形状很复杂，也不会引起,“,外焦内生,”,现象。,有一定的选择性。微波加热干燥与物料的性质密切相关，介电常数高的物料，容易被微波干燥。,热效率高，一般可高达,80%,。,缺点是：耗电量大，干燥费用高，设备也比较贵。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,11.4.3,红外干燥原理及设备,红外线也是一种电磁波，它的波长介于可见光和微波之间，为,0.77,1000,微米。在红外波长段内，一般把,0.77,3.0,微米称作近红外区，,3.0,30.00,微米称为中红外区，,30.00,1000,微米称作远红外区。,当红外线照射到被干燥的物料时，若红外线的发射频率与被干燥物料中分子的运动频率相匹配，将使物料分子强烈振动，引起温度升高，进而汽化水分子达到干燥目的。红外线越强，物料吸收红外线的能力越大，物料和红外光源之间的距离越短，干燥的速度越快。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,旁热式辐射器根据外形又可分为灯式、管式、板式等几种。如图,11-16,所示。,灯式远红外辐射器（图,11-16 B,）由辐射元件和反射罩组成，辐射元件置于反射罩的焦点上，发射出的红外线大部分经反射罩汇聚成平行线向外射出。这种红外辐射器装配简单，布置容易。,管式远红外辐射器（图,11-16A,）是一根无缝钢管，在其内部有一根旋绕的电阻线（发热体），在电阻线与管壁间的空隙中填满压实具有良好导热性和绝缘性的结晶体氧化镁粉末，管外面用等离子喷涂一层远红外涂料。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,板式远红外发射器（图,11-16C,）类似一个薄箱体，内部有电阻线铺在石棉板上，在电阻线与电阻线之间有石英砂或碳化硅板相隔。在石棉板的下面填满绝缘性能良好的填料，以使热量集中到加热面。在辐射面涂有一层远红外涂料。这种远红外辐射器的特点是热传导好、省电、温度分布均匀，不需反射板，维修简单、易安装，能耐高温。,直热辐射器不使用中间传热介质，而是将远红外涂层直接覆盖在发热元件上，因此加热速度快、热效率高、省电、安装容易、元件简单、坚固耐用。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,图,11-16,各种远红外辐射器,图,A,管式远红外辐射器 图,B,灯式辐射器 图,C,碳化硅板远红外辐射器,1,远红外辐射层；,2,绝热填料层；,3,碳化硅板或石英砂板；,4,电阻线；,5,石棉板；,6,外壳；,7,安装孔,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,11.4.4,冷冻、微波和红外干燥操作注意事项,冷冻干燥的操作过程一般比微波和远红外干燥复杂。在进行冷冻干燥时，物料应先冷至,0,，再放入干燥箱内，否则开始冷冻负荷将过大。然后，关闭干燥箱，打开制冷剂阀门，使物料急速冷却。冷却速度越快，水的结晶就越小，干燥后的产品就越疏松易溶。接着开启真空泵，小心控制真空阀慢慢降低干燥箱内的压力，当压力降至,0.05,0.3mmHg,时，冻结物料中的水分将迅速升华。,11.4,冷冻干燥及其他干燥设备,微波和红外线对人体都有一定程度的影响，尤其是微波可对人体造成伤害。因此，进行微波和红外干燥操作时，需要注意不要将身体任何部位暴露在微波或红外线之下。为此，在打开微波电源之前，应先将需要干燥的物料放到干燥器内。在进行干燥时，尽量不要靠近干燥箱以防微波泄漏伤害身体。当干燥完成后，应首先关掉微波电源，确认关闭后再将干燥物料取出。,返回,11.5,干燥辅助设备,11.5.1,空气加热器,空气加热器常用在绝热干燥设备中，空气加热器一般有电加热和蒸汽间接加热两种，电加热较简单且不常用本章不再介绍。蒸汽间接加热器应用较为广泛，它们实际是排管散热器，排管上带有叶片或螺旋形翅片，排管的材质为钢或铜，在装置中往往由数组串联而成。,这种排管散热器已经标准化，可根据需要的温度、加热量和空气流速计算出换热面积，然后选用标准型号。表,11-2,列出了部分标准的排管散热器型号、结构特点和适用范围。,11.5,干燥辅助设备,表,11-2,部分标准排管散热器型号、结构特点和适用范围,散热器型号,结构特点,适用范围,SRZ,型,钢管带螺旋钢翅片,蒸汽或热水加热,SRL,型,钢管带铝翅片,蒸汽或热水加热,S,型,紫绕螺,蒸汽系统,B,型,紫旋翅,蒸汽或热水系统,11.5,干燥辅助设备,S,型散热管呈,S,型，能补偿膨胀应力，适用于较高温度的空气加热。例如，,SRZ,型用于空气加热，使用蒸汽压力一般为,2.9410,58.910,4,帕斯卡，传热性能良好，空气通过阻力小。,B,型为小型加热器，加热面积为,1.5,13.13,平方米，适用于加热量较小的场合。,11.5,干燥辅助设备,11.5.2,定量加料器,1,旋转加料器旋转加料器也称星形加料器，主要部件是一个星形叶轮，如图,11-17A,所示，壳体内星形叶轮不断旋转，物料进入叶片与叶片之间的空间，借助叶轮的转动，使物料由上方进入，下方排出。旋转加料器的加料量可用带动星轮转动的变速马达来调节。为了防止物料在入口处卡住，有些加料器在入口上方设有防卡舌板，舌板做成可拆卸的，用螺栓固定，可以调节。,11.5,干燥辅助设备,旋转加料器常用于与外界有压差的干燥设备，不仅能用于加料，也可用于排料，同时达到锁气作用。在喷雾干燥中，常用于锥形塔底部成品物料排出、旋风除尘器出口排料、风送系统的加料等。优点是：能达到连续的排料和供料。结构简单，运转维修方便。基本上能定量供料。供料的定量可用调节叶轮的转速实现，供料量与转速成正比。具有一定的气密性，适用于进出料有压差的设备进出料。出料或加料时不易引起物料破碎。缺点是不能用于粘附物料。,11.5,干燥辅助设备,2,螺旋加料器,螺旋加料器的结构原理如图,11-17B,所示，电机带动螺旋旋转，将物料由进口推到干燥器内。螺旋加料器能够处理带有一定粘度的物料，气密性也比较好，能够用于有一定压差的系统中。它的定量是靠电机的转速来实现，有一定的定量精度，在一定范围内，加料量与转速成正比，能够实现连续供料。缺点是容易引起物料破损。,11.5,干燥辅助设备,图,11-17,两种形式的定量加料器,A,旋转加料器,B,螺旋加料器,11.5,干燥辅助设备,11.5.3,粉末捕集装置,脉冲袋滤器一般作为粉尘收集的最后一级，可以将旋风分离器无法捕集下来的细小粉尘颗粒收集下来。它的结构如图,11-18,所示。在一个圆筒状罐中，吊装有很多滤袋（,6,），这些滤袋套在支撑网架上，滤袋的出口与净化气体出口相连。带尘气体从底部进入袋滤器，向上通过滤袋后气体和粉尘分开，粉尘附着在滤袋外面，气体通过净化气体出口排出。滤袋上端的吹管喷嘴（,3,）在电磁阀（,4,）的控制下周期性地向滤袋吹入压缩空气，将滤袋外面附着的粉尘抖落。粉尘向下通过星形出料阀（,8,）卸出。,11.5,干燥辅助设备,图,11-18,粉末捕集装置,1,电器配线；,2,电磁阀；,3,吹管喷嘴；,4,定时器；,5,吹气口；,6,滤袋；,7,测压计；,8,星形出料阀,