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第十一章第十一章 干燥干燥DryingDrying中药制剂工艺设备与应用目录目录(contents)(contents)&第一节概述第一节概述 IntroductionIntroduction&第二节第二节 湿空气的性质和湿度图湿空气的性质和湿度图 Properties of humid air and humidityProperties of humid air and humidity chart chart&第三节第三节 湿物料的性质湿物料的性质 Properties of wet materialsProperties of wet materials&第四节第四节 干燥过程的计算干燥过程的计算 Calculation of drying processCalculation of drying process&第五节第五节 干燥速率和干燥时间干燥速率和干燥时间 Drying rate and drying timeDrying rate and drying time&第六节第六节 干燥设备干燥设备 Drying equipmentDrying equipment2中药制剂工艺设备与应用一、一、去湿方法：去湿方法：1.机械法：沉降、过滤、离心分离低能耗3.干燥法(传热去湿）：加热湿分汽化蒸汽排出能耗较大注：干燥介质是指带走湿分的外加气相注：干燥介质是指带走湿分的外加气相2.化学法：使用吸附剂或干燥剂成本甚高第一节 概述3中药制剂工艺设备与应用二、二、干燥分类干燥分类按操作压强常压干燥真空干燥按操作方式连续干燥按传热方式对流干燥传导干燥间歇干燥辐射干燥介电加热干燥（）（）（）4中药制剂工艺设备与应用三、三、对流干燥对流干燥(convective drying)：热能以对流方式传递给物料；产生的蒸汽被干燥介质带走。干燥介质与物料相接触；干燥介质温度渐降，湿含量渐增。.干燥过程干燥过程5中药制剂工艺设备与应用传热推动力传质推动力返潮现象？返潮现象？2.2.干燥机理干燥机理6中药制剂工艺设备与应用大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点7中药制剂工艺设备与应用1.湿度H(湿含量或绝对湿度humidity)：视为理想气体：饱和湿度：若具有吸湿能力一、一、湿空气的性质：湿空气的性质：第二节 湿空气的性质和湿度图Properties of humid air and humidity chart8中药制剂工艺设备与应用2.2.相对湿度相对湿度 (percentage humidity)：9中药制剂工艺设备与应用3.3.比容比容 (湿容积湿容积humid volume)：注：湿空气的密度10中药制剂工艺设备与应用4.4.比热比热 (湿比热湿比热humid heat)：只是湿度的函数只是湿度的函数11中药制剂工艺设备与应用5.5.焓焓 (total enthalpy)：0时1kg绝干气t时1kg绝干气t时(1+H)kg湿空气0时H kg液态水0时H kg的水气t时H kg的水气12中药制剂工艺设备与应用例:常压下湿空气温度20、湿度0.014673/绝干气,试求:湿空气的相对湿度;湿空气的比容;湿空气的比热;湿空气的焓。若将上述空气加热到50,再分别求上述各项。解：解：(1)20(1)20时：时：相对湿度：相对湿度：由附录查出20时水蒸汽饱和蒸汽压 (不可用作干燥介质)13中药制剂工艺设备与应用比容比容比热比热14中药制剂工艺设备与应用 焓焓(2)50(2)50时：时：不变不变18.92%88.420.93515中药制剂工艺设备与应用空气湿度 湿棉布表面的湿度水分由湿棉布气化至空气中放湿棉布温度下降，温度差变大吸6.6.湿球温度湿球温度(wet-bulb temperature):湿球温度计(wet-bulb thermometer)16中药制剂工艺设备与应用17中药制剂工艺设备与应用7.7.绝热饱和温度绝热饱和温度 (adiabatic saturated temperature):绝热饱和过程*大量水与少量空气接触；*无热供给和损失；*空气放出的显热 用于水分气化；*汽化后的水分进入空气。18中药制剂工艺设备与应用空气空气水水气化气化显热显热空气温度空气温度 湿度湿度绝热增湿过程绝热增湿过程绝热饱和过程绝热饱和过程等焓过程等焓过程19中药制剂工艺设备与应用说明：说明：*20中药制剂工艺设备与应用8.8.露点露点 (dew point temperature):21中药制剂工艺设备与应用例例:常压下常压下,湿空气的温度为湿空气的温度为3030、湿度为、湿度为0.02403 0.02403 /绝干气绝干气,试求湿空气的各种性质试求湿空气的各种性质:分压分压 ;露点露点 ;解：解：(1)(1)分压分压 (2)(2)露点露点 将湿空气等湿冷却到饱和状态时的温度为露点，相将湿空气等湿冷却到饱和状态时的温度为露点，相应的蒸汽压为水的饱和蒸气压，由附录查出对应的温度应的蒸汽压为水的饱和蒸气压，由附录查出对应的温度为为27.5，此温度即为露点。，此温度即为露点。22中药制剂工艺设备与应用.类型类型.(I I-H H)图图等湿度等湿度(H H)线群线群(平行纵轴)等焓等焓(I I)线群线群(平行斜轴)等焓线上各点的等焓线上各点的tw,tastw,tas相等相等二、二、湿度图湿度图humidity chart标绘湿空气的性质参数标绘湿空气的性质参数 等湿线上各点的等湿线上各点的t td d,p,C,p,CH H相等相等23中药制剂工艺设备与应用等温线群等温线群*作法作法 *特点特点 24中药制剂工艺设备与应用等相对湿度等相对湿度()线群线群说明：说明：*25中药制剂工艺设备与应用水蒸汽分压水蒸汽分压()线线26中药制剂工艺设备与应用27中药制剂工艺设备与应用即湿空气状态可由两个独立参数确定。分析:空气-水气体系，由相律(phase rule)可知，当总压一定时，体系的自由度(degree of freedom)三三.(I I-H H)图的应用：图的应用：28中药制剂工艺设备与应用空气状态点的确定空气状态点的确定 *29中药制剂工艺设备与应用*30中药制剂工艺设备与应用已知状态点确定空气性质已知状态点确定空气性质 I IH H31中药制剂工艺设备与应用空气状态变化过程的图示空气状态变化过程的图示 *加热和冷却加热和冷却(等湿过程等湿过程)*绝热增湿绝热增湿(等焓过程等焓过程)32中药制剂工艺设备与应用1.湿基含水量()：(wet weight basis)2.干基含水量()：(dry weight basis)换算关系：换算关系：一、一、含水量的表示法：含水量的表示法：第三节 湿物料的性质Properties of wet materials33中药制剂工艺设备与应用1.1.水分的存在形式水分的存在形式二、二、湿物料水分性质：湿物料水分性质：吸附水分:物料表面水分毛细管水分：物料孔隙水分溶胀水分：物料细胞壁内水分化学结合水分：结晶水、氢键水分34中药制剂工艺设备与应用2.2.平衡水分和自由水分平衡水分和自由水分(equilibrium moisture and free moisture)：湿物料空气水分汽化恒定含水量状态一定平衡含水量是湿物料与一定状态的空气相接触可以达到的平衡含水量是湿物料与一定状态的空气相接触可以达到的极限干基含水量极限干基含水量35中药制剂工艺设备与应用说明：说明：*若要若要 则需空气 1 1新闻纸，新闻纸，2 2羊毛，羊毛，3 3硝化纤硝化纤维，维，4 4丝，丝，5 5皮革，皮革，6 6陶土，陶土，7 7烟叶，烟叶，8 8肥皂，肥皂，9 9牛皮胶，牛皮胶，1010木材，木材，1111玻璃丝，玻璃丝，1212棉花棉花36中药制剂工艺设备与应用3.3.结合水和非结合水结合水和非结合水(bound moisture and non-bound moisture)：易除去难除去平衡水不可除去平衡水不可除去;结合水可部分除去；结合水可部分除去；非结合水和自由水分可全部除去。非结合水和自由水分可全部除去。说明：37中药制剂工艺设备与应用一、一、物料衡算：物料衡算：(mass balance)1.1.产品流量产品流量()：第四节 干燥过程的计算Calculation of Drying Process38中药制剂工艺设备与应用2.2.水分蒸发量水分蒸发量()：湿物料中水分蒸发量湿物料中水分蒸发量39中药制剂工艺设备与应用3.3.绝干空气消耗量绝干空气消耗量()：单位空气消耗量，新鲜空气量：风机风量：40中药制剂工艺设备与应用例：连续操作干燥器例：连续操作干燥器,每一小时处理湿物料每一小时处理湿物料 ，干燥前后物料的含水量由干燥前后物料的含水量由20%20%降至降至3%(3%(均为湿基均为湿基),),干干燥介质为热空气，初始湿度为燥介质为热空气，初始湿度为 ，离开干燥器时湿度为离开干燥器时湿度为 ，试求，试求(1)(1)水水分蒸发量分蒸发量 ;（2 2）空气消耗量，）空气消耗量，;(3);(3)干干燥产品量，燥产品量，；(4)(4)新鲜空气消耗量。新鲜空气消耗量。解：解：41中药制剂工艺设备与应用(1)(1)(2)(2)42中药制剂工艺设备与应用(3)(3)或或 (4)(4)43中药制剂工艺设备与应用1.1.预热室：预热室：二、二、热量衡算：热量衡算：(energy balance)44中药制剂工艺设备与应用输入的热量输入的热量2.2.干燥室：干燥室：热空气热空气45中药制剂工艺设备与应用湿物料湿物料补加热量补加热量46中药制剂工艺设备与应用输出热量输出热量物料物料废气废气热损失热损失47中药制剂工艺设备与应用干燥室热衡式：干燥室热衡式：48中药制剂工艺设备与应用物理意义：热空气在干燥器内所放出的显热主要用于水分气化、产品升温及热损失三部分热量。49中药制剂工艺设备与应用(加热空气)(蒸发水分蒸发水分)(加热产品加热产品)(热损失热损失)3 3、系统耗热量：、系统耗热量：50中药制剂工艺设备与应用4.4.干燥热效率：干燥热效率：其中说明：说明：v废废气气 v 干燥系统的热效率是表征干燥操作性能的一个重要指干燥系统的热效率是表征干燥操作性能的一个重要指标，其值越大，热的利用就愈充分，操作费用就愈低。标，其值越大，热的利用就愈充分，操作费用就愈低。一般情况下，干燥系统的热效率为一般情况下，干燥系统的热效率为303070%70%。51中药制剂工艺设备与应用例：湿度H0=0.0166kg/kg绝干气的新鲜空气,预热到t1=95oC送至连续逆流干燥器内,离开干燥室时的温度t2=65oC。湿物料初始时:温度1=25oC、湿基含水量w1=1.5%；终了时:温度2=34.5oC、产品的湿基含水量w2=0.2%。每小时加入干燥室9200kg湿物料。绝干物料比热Cs=1.84kJ/(kg绝干料oC)。干燥室内无加热装置,热损失580kJ/kg气化水分。求(1)单位时间内获得的产品质量;(2)蒸发水分量;(3)单位时间内消耗的新鲜空气质量;(4)干燥系统的热效率。52中药制剂工艺设备与应用53中药制剂工艺设备与应用解解（1）（2）（3）54中药制剂工艺设备与应用（4）55中药制剂工艺设备与应用一、一、干燥速率干燥速率(drying rate)：第五节 干燥速率和干燥时间Drying rate and drying time56中药制剂工艺设备与应用二、二、恒定干燥条件下的干燥曲线与干燥速率曲线恒定干燥条件下的干燥曲线与干燥速率曲线：1.1.恒定干燥条件：恒定干燥条件：空气温度、湿度、流速及与物料的接触方式不变。2.2.干燥曲线干燥曲线(drying curve)3.3.干燥速率曲线干燥速率曲线57中药制剂工艺设备与应用58中药制剂工艺设备与应用59中药制剂工艺设备与应用三、三、干燥时间计算：干燥时间计算：利用干燥曲线利用干燥曲线直接读取直接读取1.1.恒速阶段时间恒速阶段时间 ：60中药制剂工艺设备与应用利用干燥速率曲线利用干燥速率曲线可知可知 61中药制剂工艺设备与应用2.2.降速阶段时间：降速阶段时间：若若U-XU-X呈非线性关系呈非线性关系-图解积分图解积分62中药制剂工艺设备与应用若若U-XU-X呈线性关系呈线性关系63中药制剂工艺设备与应用3.3.总干燥阶段时间：总干燥阶段时间：当缺乏当缺乏 时时,可取可取64中药制剂工艺设备与应用例：在常压干燥器中干燥某种湿物料。已知物料的临界含水量为0.10kg/kg绝干料,平衡含水量为0.01kg/kg绝干料。物料初始和最终干基含水量分别为0.25及0.0204。恒速阶段干燥时间为1h，降速阶段的干燥曲线为直线。试求物料在干燥器中的停留时间至少为若干(h)。解：解：65中药制剂工艺设备与应用干燥过程包括恒速和降速两干燥阶段 由66中药制剂工艺设备与应用一、一、基本要求：基本要求：1.对物料的适应性物料的多样性产品要求的多样性2.高生产能力缩短干燥时间降低临界含水量；提高降速段本身速度。3.能耗经济性 提高热利用率干燥器结构应利于气固接触；逆流可获得较大传热推动力；设置传热面。4.便于操作和控制。第六节 干燥设备Drying Equipment67中药制剂工艺设备与应用1.1.厢式干燥器厢式干燥器(盘式干燥器盘式干燥器tray dryer)1)1)分类：分类：(热风沿物料表面通过)(热风垂直穿过物料)水平气流式；穿流气流式；真空厢式二、二、典型干燥器：典型干燥器：68中药制剂工艺设备与应用2)2)工作原理：工作原理：69中药制剂工艺设备与应用70中药制剂工艺设备与应用J优点：优点：构造简单，投资少；适应性强，物料损失小，盘易清洗；宜用于小批量或多品种产品生产。L缺点：缺点：物料得不到分散，干燥时间长；劳动强度大，需定时装卸或翻动物料，粉尘污染严重，且热利用率低；产品质量不均匀。应用：应用：小规模,多品种,条件变动大,干燥时间长的场合。71中药制剂工艺设备与应用2.2.气流式干燥器气流式干燥器(pneumatic dryer)：1)结构：结构：72中药制剂工艺设备与应用2)工作原理：工作原理：73中药制剂工艺设备与应用J优点：优点：气固接触面积大,传质和传热速率大；接触时间短,热效率高,气、固并流操作,可以采用高 温介质,对热敏性物料的干燥尤为适宜；由于干燥伴随着气力输送，减少了产品的输送装置；L缺点：缺点：必须有高效能的粉尘收集装置，否则尾气携带的粉尘将造成很大的浪费，也会对形成对环境的污染；结构简单,占地面积小,运动部件少,易于维修,成本低。74中药制剂工艺设备与应用对结块、不易分散物料,需要性能好的加料装置,有 时还需附加粉碎过程；气流干燥系统的流动压降较大,约为3000-4000Pa，必须选用高压或中压通风机,动力消耗较大。应用：应用：气流干燥器适宜于处理含非结合水及结块不严重又不怕磨损的粒状物料，尤其适宜于干燥热敏性物料或临界含水量低的细粒或粉末物料。对粘性和膏状物料，采用干料返混方法和适宜的加料装置，如螺旋加料器等，也可正常操作。75中药制剂工艺设备与应用1)1)单筒流化床结构：单筒流化床结构：3.3.流化床流化床(沸腾床沸腾床)干燥器干燥器(fluidized bed dryer)：76中药制剂工艺设备与应用2)2)工作原理：工作原理：77中药制剂工艺设备与应用3)3)其他类型流化床干燥器：其他类型流化床干燥器：78中药制剂工艺设备与应用J优点：优点：传热、传质速率高,热效率高可采用较高的气体入口温度设备简单,无运动部件,成本费用低；操作控制容易L缺点：缺点：只宜用于处理粒径30um6mm的粉粒状物料,当粒径小于2040um时,气体通过分布板时易产生局部沟流,当大于48mm时,则需较高气速,增加流体阻力,磨损严重；对物料的流动性有要求(主要是含水量)；易产生物料的返混或短路,有的物料未充分干燥,但有的却过分干燥。79中药制剂工艺设备与应用应用：应用：单层沸腾床干燥器仅适于易干燥、处理量较大而对干燥产品的要求不太高的场合。若要求较高或所需干燥时间较长，则应采用多层（或多室）沸腾床干燥器。多层床的结构复杂，流阻大，且各层物料量不易控制；而卧式多室床则不然。80中药制剂工艺设备与应用4.4.喷雾干燥器喷雾干燥器(spray dryer)：1)结构：结构：1-1-热风炉；热风炉；2-2-喷雾干燥器；喷雾干燥器；3-3-喷嘴；喷嘴；4-4-一次旋风分离器；一次旋风分离器；5-5-二次旋风分离器；二次旋风分离器；6-6-袋滤器；袋滤器；7-7-引风机引风机 81中药制剂工艺设备与应用 2)工作原理：工作原理：82中药制剂工艺设备与应用高速离心式喷雾干燥机83中药制剂工艺设备与应用J优点：优点：干燥过程极快，适宜于处理热敏性物料；处理物料种类广泛,如溶液、悬浮液、浆状物料等；L缺点：缺点：热效率低，操作弹性低；占地面积大、设备成本费高粉尘回收麻烦，回收设备投资大。应用：应用：宜用于热敏性物料的干燥，广泛应用于食品、医药、染料、塑料及化肥等工业生产中。可直接获得干燥产品,省去蒸发、结晶、过滤、等工序；能得到速溶粉末或空心细颗粒；过程易于连续化、自动化 84中药制剂工艺设备与应用6 6、转筒干燥器、转筒干燥器(rotary drum dryer)85中药制剂工艺设备与应用86中药制剂工艺设备与应用6 6、冷冻干燥器、冷冻干燥器1-冷冻干燥器；2-导热隔板 1)1)结构结构87中药制剂工艺设备与应用L优优点点：冷冻干燥可保持物料原有的化学组成和物理性质(如多孔结构、胶体性质等)，特别适用于热敏性物料的干燥。对抗生素、生物制剂等药物的干燥，冷冻干燥几乎是无可替代的干燥方法。J缺缺点点：冷冻干燥设备的投资较大，干燥时间较长,能量消耗较高。88中药制剂工艺设备与应用1-1-排风管；排风管；2-2-罩壳；罩壳；3-3-远红外发生器；远红外发生器；4-4-物料盘；物料盘；5-5-传送链；传送链；6-6-隧道；隧道；7-7-变速箱；变速箱；8-8-电动机；电动机；9-9-煤气管；煤气管；10-10-调风板；调风板；11-11-喷射器；喷射器；12-12-煤气燃烧网煤气燃烧网 辐射源辐射源铁铬铝丝制铁铬铝丝制成的煤气燃烧网成的煤气燃烧网 7 7、红外干燥器、红外干燥器(infrared dryer)1)1)结构结构89中药制剂工艺设备与应用2)2)工作原理工作原理90中药制剂工艺设备与应用3)3)特点：特点：红外干燥器是一种辐射干燥器，工作时不需要干燥介质，从而可避免废气带走大量的热量，故热效率较高。红外干燥器具有结构简单、造价较低、维修方便、干燥速度快、药物质量好，具有较高的杀菌、杀虫及灭卵能力，节省能源，造价低，便于自动化生产，减轻劳动强度。控温方便迅速、产品均匀清净；但红外干燥器一般仅限于薄层物料的干燥。4)4)应用应用:近年来远红外干燥在原药、饮片等脱水干燥及消毒中都有广泛应用。还可用于中药粉末及芳香性药物的干燥灭菌，并能较好地保留中药挥发油。91中药制剂工艺设备与应用8 8、微波干燥器（介电干燥、微波干燥器（介电干燥microwave dryer）1-1-搅拌器搅拌器;2-;2-磁控管磁控管;3-;3-反射板反射板4-4-腔体腔体;5-;5-塑料盘塑料盘 1)1)结构结构92中药制剂工艺设备与应用2)2)工作原理工作原理:在高频电场的交变作用下，极性分子发生旋转振动，致使分子间互相摩擦而生热，从而达到干燥的目的。93中药制剂工艺设备与应用J优点：优点：属介电加热干燥器，干燥的速度很快。是一种内部加热方式，具有自动平衡性能，从而可避免物料表面硬化和内外干燥不均匀现象。微波干燥的热效率较高，并可避免操作环境的高温，劳动条件较好。微波干燥及不受燃料废气污染的影响,且能杀灭微生物及霉菌,具有消毒作用,可以防止发霉和杀虫L缺点：缺点：设备投资大，能耗高，若安全防护措施欠妥，泄漏的微波会对人体造成伤害。94中药制剂工艺设备与应用三、三、干燥器选型：干燥器选型：1.1.考察因素：考察因素：物料的形态和性质；物料的干燥特性：湿分的类型(结合水、非结合水或二者兼有)初始和最终湿含量 允许的最高干燥温度 产品的粒度分布 产品的形态等要求 95中药制剂工艺设备与应用处理量；2.2.选型步骤：选型步骤：回收问题：粉尘回收；溶剂回收。能源价格、安全操作和环境因素。湿物料的形态、干燥特性、产品的要求、处理量以及所采用的热源干燥实验确定干燥动力学和传递特性确定干燥设备的工艺尺寸选择出适宜的干燥器型式选定干燥器型号成本核算方案比较96