第十章干燥设备课件.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,*,生物加工过程与设备,第十章 干燥过程与设备,概论,固体产品；,利用热能除去固体物料中湿份的单元操作,产品生产最后工序,常用方法：对流干燥、冷冻干燥、真空干燥、微波干燥等,主要内容：干燥设备和计算,分类方式,热能传递给湿物料的方式：直接干燥、间接干燥、介电加热干燥,操作方式,：,连续操作和间歇操作,热空气温度较高，干燥速度大，设备投资少，但热效率低。,应用最广泛,2,间接干燥,物料干燥所需要的热量通过金属等材料直接传递,干燥速度慢，设备造价高，但热效率高,间接干燥设备有：真空干燥、冷冻干燥、辐射干燥,3,介电加热干燥,高频高燥和微波干燥等,间歇操作,小批量生产，处理量少或多品种生产；与干燥衔接的前后工段生产不连续；物料的供给、成品的排出和物料在干燥器内连续输送有困难；干燥时间极长的物料,设备简单，操作中故障少，投资和操作费用少；,其缺点是物料受热时间长，不适用热敏物料；劳动强度大；自动控制比较麻烦,我国干燥设备现状,数百家干燥设备制造企业,，,干燥设备行业协会,基本上已经满足国内市场的需求，某些型号的设备还出口到国外,接近或达到90年代国际水平,仍有差距,一、固体物料干燥机理,（一）物料中水分的性质,（二）干燥机理,（三）恒速干燥和降速干燥,（二）干燥机理,传热传质同时进行，空气为载热体和载湿体,传质速率：内部向表面的扩散（湿度差）；汽化并被带走（表面气膜内与气流主体中水分蒸汽分压差）,汽化控制（表面汽化速率小于内部扩散速率）和内部扩散控制（内部扩散速率小于表面汽化速率），可通过改善内、外部传递因素而强化,（三）恒速干燥和降速干燥,1.干燥速度（v）,2.恒速干燥阶段,3.降速干燥阶段,1.干燥速度（v）,v干燥速度；m,1,汽化水分量,m,2,湿物料量；A干燥面积,湿物料的湿含量（干基）,t干燥时间,2.恒速干燥,湿物料表面温度等于空气湿球温度，温差不变，传热速率恒定，传质速率恒定；,速度取决于表面汽化速率（外部干燥条件），表面汽化控制阶段,游离水分为主,3.降速干燥阶段,低于临界点，,升温下进行,干燥速度取决于物料本身性质和干燥温度,内部扩散控制阶段,结合水为主,失活方程,p,p0起始时刻及t时产物的活性,E产物失活时的活化能,Z频率因子,Tt时刻的温度,R常数,三、干燥设备的选型原则,处理物料的理化性质、生物化学性能及其生产工艺，热敏性而言的类型：瞬时快速干燥设备、低温干燥设备及其他,原则：产品质量要求（活性）、产品纯度（无菌、密闭、灭菌设施）、物料的特性、产量及劳动条件,干燥设备类型见表2-5-1，教材299面,一、常压干燥设备麦芽干燥塔,（一）单层高效麦芽干燥塔结构与操作,优点：生产能力大，机械化操作，自动控制；技术经济和热力指标良好；结构简单，造价低,（二）设计计算,1.生产能力：,2.空气耗量（含水量大于10%）,水分蒸发速率：,3.热量计算：干燥初期热量消耗,二、真空干燥设备,真空下，接触式干燥过程，热敏性、易氧化物料；,设备：密闭干燥室、冷凝器和真空泵组成,真空箱式干燥器：干燥室，中空盘架,带式真空干燥器：液状浆状，,耙式真空干燥器,机械真空泵和蒸汽喷射泵,SZG系列双锥干燥机,SZG系列双锥干燥机示意图,YZJ真空干燥机,圆通真空干燥机,一、气流干燥原理及设备,（一）气流干燥原理,热气流将物料在流态下干燥,潮湿分散状态颗粒湿物料，悬浮在热气流中，,特点：干燥强度大；干燥时间短；适用性广；结构简单等。,（二）气流干燥设备,长管式气流干燥器：空气过滤器、空气加热器、干燥管,旋风式气流干燥器,计算：,PG正负两级气流干燥机,流程示意图,QG系列气流干燥机,计算,1.颗粒悬浮速度：,基尔比切夫准数与雷诺准数的关系（图2-5-10）：,悬浮速度：,空气与物料对流传热系数,Nu可以按Re与Nu（努塞尔特准数）关系查出，图2-5-11，教材310,为空气在干燥管内平均温度下的导热系数,（2）物料的总表面积和（3）干燥时间,（2）物料的总表面积；,（3）干燥时间：,（4）干燥管长度和直径,长度：,直径：,二、喷雾干燥原理及设备,（一）原理和特点,喷雾器将原料喷成雾状，与热空气发生热量和质量传递的干燥过程,特点：干燥速度快、干燥温度较低、产品分散性和溶解性良好,流程见图2-5-12，313面,（二）喷雾干燥设备,关键：喷雾器；,压力式喷雾器（压力喷雾干燥塔）,气流式喷雾器（气流喷雾干燥塔）,离心式喷雾器（离心喷雾干燥塔）,高速离心喷雾干燥机,压力喷雾式干燥机,1.气流式喷雾器（气流喷雾干燥塔）,结构见2-5-13,以高速气流通过喷嘴（孔径1-4mm）时将料液吸入、雾化，,内部混合式和外部混合式,2.离心喷雾干燥塔,酶制剂；,高速旋转圆盘产生离心力将料液甩出，与空气摩擦等作用而成细雾状被干燥的过程,热风盘和离心喷雾机,计算,1.喷雾干燥室直径：,A.根据喷距半径：,或,B.根据干燥强度,（三）附属设备,1.空气加热器：传热面积,2.粉尘分离器：扩散式旋风分离器,三、流化床干燥原理及设备,（一）,流化床干燥原理及,特点,原理：利用热空气使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态的干燥过程（空气流速与物料自由沉降速度相等）,特点：传质速率大；干燥温度均匀，易控制；利于连续化、自动化操作，能耗小等。,适用颗粒直径：30微米-6毫米,（二）设备,单层（单室和多室）和多层流化床干燥器、沸腾造粒干燥器,干燥流程,1.单层卧式多室流化床干燥器,2.沸腾造粒干燥器,倒圆锥形，锥角30度,造粒过程：料液水分完全蒸发，本身形成颗粒；附着在晶核后水分蒸发，种子表面形成薄膜；种子之间的碰撞粘连；,影响因素：停留时间、摩擦作用、干燥温度,沸腾制粒干燥机,3.计算,（1）临界流化速度,方法2,（2）操作流化速度,大于临界流化速度而小于带出速度,（3）流化床几何尺寸,Hs0.05-0.30米,f,0.55-0.75,已知流化速度时,设计时，H=2H,f,扩大段高度和直径：以最小粉尘不被带出的速度计算,干燥室直径：,（4）物料停留时间,第四节 冷冻干燥及其他设备,一、冷冻干燥原理及设备,二、微波干燥原理及设备,一、冷冻干燥原理及设备,（一）冷冻干燥原理及特点,原理：升华干燥，将物料低温冷冻成固态，高度真空下，将固态水分直接升华为气态的过程,水的三相点的压力为,610.5Pa,，温度为,0.0098,。三相点以下的水只有固态和气态，相变只在这两相间发生,固态的水可通过吸收外部提供的热能，无需经过液态直接升华为水蒸汽从物料中逸出，实现脱水。因此，真空冷冻干燥又被称为升华干燥。从理论上说，真空冷冻干燥的操作区域只需在水的三相点以下即可,冷却干燥过程,特点,温度低，高度热敏性物料，有效物质损失少,挥发性成分损失少；,限制微生物生长和酶的作用，保持原物料外观形状；,体积结构不变；,速溶性和快速复水性良好,脱水彻底（95-99%,以上,），可以长期储存,真空下进行，氧气极少，易氧化的物质得到了保护。,成本高，周期长等缺点,（二）流程及设备,两个阶段：直接升华（温度低于溶点）；逐渐升温使水汽化除去。,系统由冷冻装置、真空装置、水气去除装置和加热部分,流程见图2-5-23，教材323面,冷冻部分,蒸汽压缩式制冷,、蒸汽喷射式制冷和吸收式制冷,蒸汽压缩式制冷：,压缩、冷凝、膨胀、蒸发,制冷剂：氟里昂、氨、二氧化碳等,载冷剂：空气、乙醇、氯化钙溶液,2.真空部分,压力应为冻结物料饱和蒸汽压的25%-50%,干燥箱的绝对压力约为,131.3Pa,，质量较好的机械泵可达到的最高真空极限约为,0.1Pa,510,分钟内从大气压降至,130Pa,以下,3.水气去除部分和加热室,冷凝法除去水气,加热室：提供升华热,计算：干燥时间，,二、微波干燥原理和设备,原理：介质加热干燥，水分子随电场改变而改变其运动方式，加之自身运动等原因，分子间产生摩擦而升温，内部加热干燥,特点：加热时间短；干燥均匀；便于控制；,设备,微波炉,功率计算：,思考题,1.生物工程产品干燥要注意的事项有哪些？,2.流化床干燥的气流速度的条件？,3.干燥的两个阶段。,4.常用的干燥设备有哪些？,