第10章通用干燥设备.ppt

,上一内容,下一内容,回主目录,返回,第十章 通用干燥设备,目 录,第一节 固体物料干燥过程,第二节 干燥过程物料衡算,第三节 通用干燥设备,全国高等学校高职高专药品类专业卫生部“十一五”规划教材生物制药设备,学习目标,【学习目的】,学习干燥知识，掌握干燥器操作规程，为进入干燥岗位奠定技术基础。,【知识要求】,1.了解物料中水分存在的状态和性质，了解物料的干燥过程；,2.熟悉物料通用干燥器的工作原理；,3.掌握各种干燥器的结构。,【能力要求】,1.学会干燥器的操作技术；,2.熟练应用喷雾干燥技术进行天然产物干燥。,干燥：除去固体、半固体及糊状物料中湿分的过程称为干燥。,加热干燥,压力,常压干燥,将物料置放在常压下进行的干燥,真空干燥,将物料置放在真空环境中进行的干燥,干燥,方法,机械干燥,在机械设备挤压等操作下进行的干燥,热能干燥,冷冻干燥,热能干燥是使物料中,湿分,汽化,移除的过程,第一节 固体物料干燥过程,1.结合水分,一、物料中的水分,（一）结合水分与非结合水分,水分与物料间借助化学或物理化学力结合的水分。,结晶水分：,水分与物料分子间以化学力结合，有,定量的组成，不能用干燥的方法去除。,吸附结合水分：,水分与物料分子之间以范德华力结合，,无定量组成关系，采用一般干燥法去除。,毛细管结构水分：,水分被吸附在固体物料毛细管中，可,用机 械干燥法除去。,结合水分,2.非结合水分,机械地附着于物料固体表面、存积于大空隙内和颗粒堆积层中的水分称为非结合水分。,特点,结合力弱，与同温度下纯水的蒸汽压相同，用一般的干燥法即可除去。,3.溶胀水分,以溶液形式存在于固,体物料或细胞内的水分,（二）自由水分与平衡水分,用一定湿度的空气做干燥介质，在恒定的干燥条件下，根据物料中的水分能否被蒸发除去，可分为自由水分和平衡水分。,自由水分,在恒定干燥条件下，能被蒸发除去的水分。,平衡水分,在恒定干燥条件下，物料中的水分与环境中的水分交,换达到平衡时，物料中保留存在的水分叫平衡水分。,水分,平衡水分一般不能被普通的干燥方法去除,3.第一降速干燥阶段,当物料表面非结合水分数量减少，局部非结合水分被去除，内部水分不能及时扩散到表面，表面不是全部润湿的状态，由此开始第一降速干燥阶段。,实际生产中，物料中总含水量降低到一定的范围就终止了干燥过程，此时物料总含水量高于平衡含水量。,注意：,当进物料表面温度开始升高，汽化过程从表面逐渐转移到内部，汽化量降低，总含水量降至为平衡含水量，湿物料的干燥过程完结。,4.第二降速干燥阶段,（二）恒速阶段的干燥速度,单位时间内单位面积上所能汽化的水分量叫,干燥速度。,干燥速度，单位为 。,热空气与物料间的对流传热系数，单位 kw/(m,2,)。,湿球温度，；,为水在湿球温度 下的汽化热，单位 。,（三）固体物料的干燥时间,固体物料在干燥器中的停留时间称为干燥时间。固体物料的干燥时间是四个阶段所耗时间之和。,预热时间短，并入恒速干燥阶段计算，第一降速干燥阶段和第二降速干燥阶段合并为降速干燥阶段计算。,1.恒速干燥时间的计算,绝对干物质质量；,进口干基湿含水；,临界干基含水量,干球温度,2.降速干燥时间的计算,计算方法有图解积分法和解析法。,解析法：,为恒定干燥速度曲线的斜率；,为物料干基平衡含水量，单位 。,3.物料干燥时间,物料干燥所需总时间 为：,第二节 干燥过程物料衡算,一、湿物料中含水量的表示方法,（一）湿基含水量W,水分在湿物料中的质量分数或质量百分数称为湿基含水量。,（二）干基含水量X,湿物料中的水分与湿物料中绝干物料的质量比，称为干基含水量。,（三）湿基含水量与干基含水量的关系,二、干燥过程物料衡算,在干燥过程所采用的干燥介质常为热空气，其内含有少量的水分。,干燥过程中，物料与干燥介质的流动状态可看成是逆流，已知的参数有湿空气进出干燥器的湿度和温度，干燥前物料的含水量和干燥后物料的含水量。,（一）水分蒸发量D,以湿基含水量表示，湿物料的水分蒸发量为：,湿物料的水分蒸发量，单位 。,分别为进料速度和出料速度，单位 。,进料湿基含水量；单位 。,出料湿基含水量，单位 。,（二）绝干空气用量,热空气在进出干燥器的过程中，绝干空气没有损失，质量保持不变。但湿物料蒸发出的水分进入了热空气，所以，热空气总质量增大。增加的质量就是湿物料的水分蒸发量。,蒸发 1kg 水分所消耗的绝干空气的质量；,热空气进口湿度；,热空气出口湿度。,（三）干燥产品流量,例题1：,常压下用连续干燥器干燥某物料，物料含水量为15%，进料速度为每小时 1200kg,物料出口含水量2.5%。热空气的进口湿度为 0.0085,经预热后进入干燥器，出干燥器的湿度为 0.0058,试求：,（1）水分蒸发量；,（2）空气消耗量；,（3）干燥产品流量。,解：已知,（1）水分蒸发量,（2）空气消耗量,（3）干燥产品流量,第三节 通用干燥设备,在制药工业中通用的干燥设备有厢式干燥器、洞道式干燥器、流化床干燥器、喷雾干燥器、冷冻干燥器等。,一、厢式干燥器,厢式干燥器又称为盘式干燥器或室式干燥器，是典型的间歇式干燥设备。,（一）厢式干燥器的一般结构,厢式干燥器由箱体、加热器和温度控制系统三部分组成。,1.箱体的一般结构,箱体由箱壁、填料、干燥室、箱门、进排气孔、侧室等部件组成。侧室设计有温度控制系统。夹套中装填有绝热料，常用绝热材料为,玻璃纤维或石棉板,。,2.加热器,加热器是一组电炉箱或管式蒸汽加热器，起着提高冷空气温度的作用。,3.温度控制器,控制器灵敏度多为1,（1）差动棒式温度控制器,感温器是一根直径为3毫米的铟钢丝，其右端通过顶棒顶至动接点臂的突尖上，弹簧使得两接点臂总有一个向右的作用力。通电前，只要调温旋钮没有旋至零位，两接点是闭合的。通电后，电热丝电,源相接，箱内温度升高。由于铜管的膨胀系数远比铟钢丝的大，虽然同样受热，但铜管相对伸长，带动铟钢丝向左移动，在弹簧的弹力和臂的杠杆作用下，顶棒亦跟着向左移动，接点则向右移动而断开，切断加热电路。箱内温度下降时，铜管冷却而收缩，推动顶棒向右移动，使接点闭合，加热电路再次接通。如此反复，即可使箱内恒温。,箱内温度的高低，可通过调节杆来调节。调节杆上的螺纹是反向螺纹，当反时针方向旋转时，接点断开。当调节杆按顺时针方向旋转时，接点连通。,（2）螺旋管式温度控制器,螺旋管由双金属片制成。管内有一根轴杆，轴杆的左端固定在螺旋管末端，它的转动受螺旋管控制。右端固定在动臂接点上，带动接点转动。,结构,加热时，由于双金属片上两种金属的膨胀系数不同，螺旋管将产生反时针方向的转动力矩，通过轴杆的传动，使接点6按反时针方向转动，使接点断开，切断加热电路。待箱内温度下降，双金属片冷却而收缩，螺旋管将产生顺时针方向的转动力矩，使接点闭合，加热电路重复接通。如此反复，即可恒温。,箱内温度的高低可通过调节杆调节。当调节杆按顺时针旋转时，需要较高的温度才能使动接点断开，处于高温状态。反时针旋转时，两接点间的压力放松，温度上升，即可使动接点断开，处于低温状态。,温度控制,（3）温度控制电路,温度控制电路通常由温度设定装置、温度传感器、放大器、继电器及显示器等组成。温度设定电路用来设置需要加热的温度。温度传感器用来感测电热箱中的温度。,当,温度传感器感测到的温度低于设定温度时，放大器饱和导通，继电器线圈带电，其接点Jx吸合，给电热箱加热。反之，当传感器感测的温度和设置的温度相同时，放大器截止，继电器线圈中无电流通过，其接点断开，停止加热。,放大电路的另一个作用是与显示器配合，将设置的温度及加热箱内的温度实时地显示出来。,（二）典型的厢式干燥器,干燥介质：热空气,穿流式、平流式、真空式,气流状态：,1.穿流厢式干燥器,在穿流厢式干燥器中，盛装物料的浅盘具有微小的气孔，热空气从气孔向上穿过物料层，与物料直接基础传热，使水分蒸发，并带走。,2.水平气流厢式干燥器,干燥室中设计有若干层搁物架搁置浅盘，干燥时，将物料按10mm,100mm的厚度铺置在浅盘中，加热空气由空气整流板均匀进入干燥室各层之间，从物料的上方流过。物料中的水分蒸发成蒸汽，随空气排出。,水平气流厢式干燥器的进气速度取决于物料的粒度，其大小使物料不被气流带走为宜，一般为 。,3.厢式真空干燥器,厢式真空干燥器具有良好的密封效果，放置浅盘的盘架由空心管制作而成，加热气体从空心管的管程中通过，不与物料直接基础，借对流和传导方式对物料进行加热。,厢式真空干燥器的结构,厢式真空干燥器的干燥室与真空管路相通，物料蒸发出的水气或其他蒸气沿真空管路流动，在干燥室外冷井中冷凝成液体。在进行真空干燥时需开启真空泵以维持一定的真空度。,厢式真空干燥器适用于热敏性、易氧化及易燃烧物料的干燥。,厢式干燥器构造简单，设备投资少，适应性较强，但劳动强度大，设备利用率低，热利用率也低，产品质量不均匀。,厢式干燥器适用于小规模多品种、要求干燥条件变动大及干燥时间长等干燥操作。,二、洞道式干燥器,（一）通用洞道式干燥器,洞道式干燥器由箱体、温度控制器、加热器、载物小车等设备组成。,1.箱体,洞道式干燥器的干燥室是一个深远狭长的隧道，在隧道内铺设了两根铁轨，载物小车在铁轨上运行。,洞道式干燥器,洁净区,非洁净区,进料端,出料端,2.加热器,有电热式和蒸汽式两种，一般设计安装在洞道的顶层，与进风口紧密相连。,3.温度控制器,洞道式干燥器的温度控制器已经采用微电脑控制技术，自动转化灵敏，控制精度高，自动化程度高。,4.洞道式干燥器的空气流,加热空气并流、逆流或两端进中间出等方式。,进风口和排风口都设计在进料端，与物料形成逆流流程。出风口热风回流通道，通过阀门操作可调节排风量和回风量之间的比例。,空气被预热器加热并强制地连续流过物料表面，通过热交换将物料中的水分蒸发带走，从而达到干燥物料的目的。,洞道式干燥器,洞道式干燥器的结构,在制药生产中主要用于各种玻璃瓶器皿的干燥灭菌。所使用的干燥介质为热空气，气流速度一般为2 3 或更高。,（二）洞道式灭菌干燥器,在生产口服液、大输液、冻干粉针剂等药品过程中，常常要将包装容器洗涤并灭菌除热源，所用的设备是洞道式灭菌干燥器。,洞道式灭菌干燥器设计安装有空气过滤器和层流罩，加热段和冷却段都采用100级洁净空气作热载体，采用平板传输系统代替小车轨道传输系统，并且整个装置的密封程度高，以防非洁净空气对包装容器产生污染。,结构特点,新鲜空气经过加,热器加热后被送,入可耐高温的高,效空气过滤器过,滤，然后在加热,风机作用下经过,层流罩形成单向,流进入干燥室，,与物料接触并吸,收水分后经排气,通道排出。,红外线洞道式灭菌干燥器,连续层流洞道灭菌干燥器,间歇层流洞道式干燥器,三、流化床干燥器,流化态,加热空气从下部通入向上流动，穿过干燥室底部的气体分布板，将分布板上的湿物料吹松并悬浮在空气中，物料所处的状态。,流化床,进行流化态操作的设备,制药行业所使用的流化床干燥装置可分为单层流化床、多层流化床、卧式多室流化床、塞流式流化床、振动流化床、机械搅拌流化床等。,（一）单层流化床干燥器,单层流化床干燥器由鼓风机、加热器、螺旋加料器、流化干燥室、旋风分离器、袋滤器、气体分布板组成。,（二）操作注意事项,1.沟流和死床,加热空气流速大于流化所需要的临界流速而床层不流化，湿物料层被空气吹成了若干条沟槽，这种现象叫沟流,产生沟流后沸腾式干燥不能进行叫死床。,消除沟流和死床的办法有加大气流流速；对物料进行预干燥；通过实验选择空气分布板等方法。,2.腾涌,上升的气流穿过气流分布板后，形成气泡，且相互汇集成更大的气泡，直径接近床层直径，并将湿物料如活塞般抛起，到达一定的高度后崩裂，碎裂颗粒被向上抛送后纷纷落下，这种现象叫腾涌。,干燥过程中出现了腾涌，将产生干燥不均匀的现象，有时会使干燥无法正常进行。消除腾涌现象的方法有调节进料量、选用床高与床径之比相对较小的床层、对物料进行预处理等。,3.操作参数,物料的粒度,湿物料含水量不超过5%,颗粒状物料含水量不超过15%,由于增大了空气与湿物料的接触面积，传热速率加快，所以流化床干燥器生产效率高，热利用效果好。,优点,四、喷雾干燥器,雾干燥是将原料液分散成雾滴，以热空气与雾滴接触使物料干燥的过程。,（一）喷雾干燥器的组成,喷雾干燥装置由空气预热器、气体分布板、雾化器、喷雾干燥室、高压液泵、无菌过滤器、贮液罐、抽风机、旋风分离器等部件组成。,喷雾干燥器的组成及工艺流程,原料由料液贮槽经无菌过滤器过滤后用高压泵送至雾化器喷成雾滴。空气经过滤器过滤后用风机送至加热器加热，通过气体分布板进入喷雾干燥室。在干燥室中，热空气与雾滴接触而被干燥。完成加热后的空气经旋风分离器除去其中夹带的干燥物料后，用抽风机排空。干燥产品收集在干燥器和旋风分离器底部的接料桶中。,在喷雾干燥器过程中，雾滴的大小与均匀程度对产品质量影响很大。若雾滴不均匀，就会出现大颗粒还未干燥到规定指标、小颗粒已干燥过度而变质的现象。,注意：,（二）雾化器,1.离心雾化器,离心雾化器是一个圆盘，盘上有放射形叶片，由电动机传动，圆盘转速为 。,将料液送入高速旋转的圆盘中部，液体受离心力的作用而被径向甩出，到达周边时呈雾状喷洒到干燥室中。,性能及应用,离心雾化器具有操作简便、适用范围广、料液通道大不堵塞、动力消耗少等优点。但需要有传动装置、液体分布装置和雾化轮，对加工制造精度要求高，检修不便。,2.压力式雾化器,压力雾化器由高压泵、喷嘴、旋转室组成。喷嘴安装在雾化室上部，与旋转室内壁成切线关系。,液体压力升高到2MPa20MPa后，经喷嘴从切线进人旋转室中，并沿旋转室内壁作高速旋转运动，然后从出口小孔处呈雾状喷出。,压力雾化器结构简单、操作及检修方便，需要有高压泵配合使用，喷嘴孔径较小，易堵塞且磨损大，压力雾化器适用于低粘度的液体，不适用于高粘度液体及悬浮液。,性能及应用,3.气流式雾化器,用压强为 的空气从环形喷嘴高速喷出，因高速气流产生了负压，从而将中心喷嘴处的料液以膜状吸出，液膜与高速气体在环形喷嘴内侧混合，并分散成雾滴。,气流式雾化器构造简单、磨损小，适用于各种粘度的料液。操作弹性大，可利用气、液比控制雾滴尺寸，但压缩空气用量大，消耗的动力多。,（三）物料与干燥介质的接触方式,在干燥室内雾滴与干燥介质接触方式有并流、逆流和混流三种。,并流：,空气和料液都从干燥器顶部进入，雾化器也装在顶部，两者向下作并流流动。,逆流：,若空气改从干燥器的底部送入，雾化器仍装在顶部则为逆流接触。,混流：,若雾化器装在干燥室底部，空气由顶部向下吹，则二者先作逆流流动，后转为并流，属于混流接触。,喷雾干燥器的特点,物料的干燥时间短，通常为15s30s，甚至更少；产品可制成粉末状、空心球状或疏松圆粒状，工艺流程简单，原料进入干燥室后即可获得产品。,流化床干燥器,通用干燥设备,厢式干燥器,洞道式干燥器,厢式干燥器的一般结构,洞道式灭菌干燥器,通用干燥设备,固体物料干燥过,程,物料中的水分,固体物料干燥过程,结合水分与非结合水分,恒速阶段的干燥速率,干燥物料衡算,物料中含水量的表示方法,干燥过程物料衡算,水分蒸发量,自由水分与平衡水分,固体物料的干燥过程,固体物料的干燥时间,绝干空气用量,干燥产品流量,喷雾干燥器,典型的厢式干燥器,通用洞道式干燥器,本章学习内容,