第十一章生物工程设备课件.ppt

1、2023-1-10第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备第十一章生物工程设备课件课件第十一章生物工程设备课件l利用热能除去固体物料中湿份的单元操作l产品生产最后工序l常用方法：对流干燥、冷冻干燥、真空干燥、微波干燥等l主要内容：干燥设备和计算 第十一章生物工程设备课件l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 l操作方式：连续操作和间歇操作 第十一章生物工程设备课件l热空气与物料直接接触，物料干燥所需的热量主要依靠物料与热空气的对流传热。l包括：表面干燥、气流干燥、喷雾干燥、振动干燥及沸腾造粒干燥 l热空气温度较高，干燥速度大，设备投资少，但热效率低l应用最广泛 第十一章

2、生物工程设备课件l物料干燥所需要的热量通过金属等材料直接传递l干燥速度慢，设备造价高，但热效率高l间接干燥设备有：真空干燥、冷冻干燥、辐射干燥 第十一章生物工程设备课件l高频高燥和微波干燥等 第十一章生物工程设备课件l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 l设备简单，操作中故障少，投资和操作费用少；l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 第十一章生物工程设备课件l热效率比间歇干燥高，容易实现自动化，操作人员少l大量处理及热敏性物质的干燥 第十一章生物工程设备课件

3、l数百家干燥设备制造企业，干燥设备行业协会 l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l接近或达到90年代国际水平 l仍有差距 第十一章生物工程设备课件一、气流干燥流程与设备一、气流干燥流程与设备 二、气流干燥器的型式二、气流干燥器的型式三、气流干燥的特点和适用范围三、气流干燥的特点和适用范围 四、气流干燥的计算四、气流干燥的计算第十一章生物工程设备课件l概念：把含有水的块状或粉粒状物料，通过适当的方法使它们分散到热空气中，在与热气流并流输送的同时进行干燥而获得粉状干燥制品的过程。l流程：湿物料 加料斗 加料器 气流干燥管 分离器 固体产品 锁气管 出口9卸出，风机排走废气经

4、第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件（一）按照加料方式分类l直接加料型l带分散机型 l带粉碎机型 第十一章生物工程设备课件（二）按干燥管形状分类l直管式 适用于比较容易干燥的物 l变径管式 将颗粒等速运动段的直径扩大，使物料与气流的相对速度加大，有利于颗粒表面气膜更新 第十一章生物工程设备课件l可获得高度干燥的成品 l适用于热敏性物料的干燥 l热效率高l热损失少 l设备简单，操作容易，投资少 l操作稳定，便于自动化。l整个过程都是连续的，便于与前后工序衔接l可以有很大的装置规模。第十一章生物工程设备课件（1）通过基尔比切夫准数求出物料的悬浮速度和干燥过程终空气与物料的给热系数：微粒

5、平均直径，m，可用筛子分级，根据筛孔平均直径计算；微粒的平均密度，kg/m3；空气在干燥管内平均温度时的密度，kg/m3；空气在干燥管内平均温度时的运动粘度，m2/s。第十一章生物工程设备课件l求得准数Ki后，可根据图11-5所示的关系求出颗粒悬浮雷诺准数 ，这样便可以求出颗粒的悬浮速度。第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件可以从雷诺准数 来查出努塞尔特准数 ，这样就能确定空气与物料颗粒之间的给热系数 。式中 在平均温度时，空气的导热系数，kJ/（m2h）。第十一章生物工程设备课件（2）微粒总表面积的计算 设微粒为规则的球形，表面积为：式中 每小时进入干燥管的微粒个数 式中 干燥器

6、的生产能力，kg/h 所以 ，m2/h 第十一章生物工程设备课件（3）干燥时间的计算 物料与空气之间的平均温差为：，进入和离开干燥器的热空气的温度，；干燥时的微粒的温度，即湿球温度。空气传给物料的热量可用下列公式计算：空气加热器的热损失，kJ/h，；干燥器的热损失，kJ/h；当初始空气湿含量为，离开干燥器的温度为时的热焓量。初始空气的热焓量，kJ/h；通过物料平衡计算得到的空气量，kg干空气/h。干燥过程所需要的时间：第十一章生物工程设备课件（4）干燥管的长度与直径 干燥管长度，m；空气在干燥管内流速，根据物料性质选用，一般为1020m/s；颗粒悬浮速度，m/s；式中 D干燥管的直径，m。第十

7、一章生物工程设备课件 喷雾干燥：利用喷雾器将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具 有较大表面积的分散微粒同热空气发生强烈的热交 换，迅速排除本身的水分，在短时间内获得干燥。压力喷雾法（又称机械喷雾法）：利用往复运动的高压泵 气流喷雾法：依靠的压缩空气通过喷嘴时产生的高速度，将液 体吸出并雾化 离心喷雾干燥法：利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液 离心力，使其高速甩出，形成薄膜、细丝或 液滴，同时又受到周围空气的摩擦、阻碍与 撕裂等作用形成细雾 第十一章生物工程设备课件气流喷雾干燥流程、特点 l组成：喷雾干燥塔、喷嘴外，还有空气加热器、压缩空气系统和空气过滤器等 l流程：压缩空气从切线方向进入喷

8、雾器外面的套管，形成空气涡流，并在喷嘴处形成低压区，吸引液体混合并使之微粒化。热风从干燥塔的上部经空气分配盘进入，与喷雾后的液体微粒相遇，使之干燥，干燥后的物料由塔底部排出，废气沿回风管导入袋滤器或旋风分离器，收集随废气带走的粉末状产品，然后经排风机排入大气中。l特点：结构简单，操作方便和可靠，获得的产品质量好第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件气流喷雾干燥塔的构造 l构成：干燥室、气流喷雾器、分配盘、螺旋排风管、回风 管、袋滤器。l各部件的功能：气流喷雾器：使料液雾化分配盘：使空气形成旋流与雾滴接触，提高干燥效果 螺旋排风管：使气固

9、两相分离 回风管：尾气排放袋滤器：尾气过滤第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件l物料含水性质：游离水和结合水l游离水：细胞外或毛细管中，结合力弱，可以流动，容易除去l结合水：渗透水、结构水分，结合力强，难以流动，难除去第十一章生物工程设备课件l传热传质同时进行，空气为载热体和载湿体l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

10、）l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第十一章生物工程设备课件l1.干燥速度（v）l2.恒速干燥阶段l3.降速干燥阶段第十一章生物工程设备课件 v干燥速度；m1汽化水分量 m2湿物料量；A干燥面积湿物料的湿含量（干基）t干燥时间第十一章生物工程设备课件l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；l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l游离水分为主第十一章生物工程设备课件l低于临界点，l升温下进行l干燥速度取决于物料本身性质和干燥温度l内部扩散控制阶段l结合水为主

11、第十一章生物工程设备课件l热敏性物质l快速高效，温度适宜，干燥时间要短，不应混入杂质l干燥失活或变质：干燥温度、维持时间、活化能有关l酶和蛋白质等的失活动力学：第十一章生物工程设备课件 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常数第十一章生物工程设备课件l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l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l干燥设备类型见表2-5-1，教材299面第十一章生物工程设备课件l一、常压干燥设备麦芽干燥塔l二、真空干燥设备第十

12、一章生物工程设备课件l（一）单层高效麦芽干燥塔结构与操作l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，造价低第十一章生物工程设备课件l1.生产能力：l2.空气耗量（含水量大于10%）l水分蒸发速率：l3.热量计算：干燥初期热量消耗第十一章生物工程设备课件l3.干燥初期热量消耗lQ1空气在加热器内吸收的热量lQ2空气在第一小时内带走的热量lQ3干燥塔热损失l4.压力损失计算：厚0.3-1.5米，气流速度为0.3-15米/秒时第十一章生物工程设备课件l真空下，接触式干燥过程，热敏性、易氧化物料；l设备：密闭干燥室、冷凝器和真空泵组成l真空箱式干燥器：干燥室，中空盘架l

13、带式真空干燥器：液状浆状，l耙式真空干燥器l机械真空泵和蒸汽喷射泵 第十一章生物工程设备课件lSZG系列双锥干燥机示意图第十一章生物工程设备课件l圆通真空干燥机第十一章生物工程设备课件l（一）气流干燥原理l热气流将物料在流态下干燥l潮湿分散状态颗粒湿物料，悬浮在热气流中，l特点：干燥强度大；干燥时间短；适用性广；结构简单等。第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件l长管式气流干燥器：空气过滤器、空气加热器、干燥管l旋风式气流干燥器l计算：第十一章生物工程设备课件l流程示意图第十一章生物工程设备课件lQG系列气流干燥机第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课

14、件l1.颗粒悬浮速度：l基尔比切夫准数与雷诺准数的关系（图2-5-10）：l悬浮速度：第十一章生物工程设备课件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第十一章生物工程设备课件l（2）物料的总表面积；l（3）干燥时间：第十一章生物工程设备课件l长度：l直径：第十一章生物工程设备课件l（一）原理和特点l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l特点：干燥速度快、干燥温度较低、产品分散性和溶解性良好l流程见图2-5-12，313面第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件l关键：喷雾器；l压力式喷雾器（压力喷

15、雾干燥塔）l气流式喷雾器（气流喷雾干燥塔）l离心式喷雾器（离心喷雾干燥塔）第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件l压力喷雾式干燥机第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件l结构见2-5-13l以高速气流通过喷嘴（孔径1-4mm）时将料液吸入、雾化，l内部混合式和外部混合式第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件l酶制剂；l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l热风盘和离心喷雾机第十一章生物工

16、程设备课件l1.喷雾干燥室直径：lA.根据喷距半径：l或第十一章生物工程设备课件lB.根据干燥强度第十一章生物工程设备课件l1.空气加热器：传热面积l2.粉尘分离器：扩散式旋风分离器第十一章生物工程设备课件l（一）流化床干燥原理及特点l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）l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。l适用颗粒直径：30微米-6毫米第十一章生物工程设备课件l单层（单室和多室）和多层流化床干燥器、沸腾造粒干燥器l干燥流程第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件

17、第十一章生物工程设备课件l倒圆锥形，锥角30度l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；l影响因素：停留时间、摩擦作用、干燥温度第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件l（1）临界流化速度l方法2第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件l大于临界流化速度而小于带出速度第十一章生物工程设备课件Hs0.05-0.30米f0.55-0.75第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件l设计时，H=2Hfl扩大段高度和直径：以最小粉尘不被带出的速度计算l干燥室直径：第十一章生物工程设备课件第十一章

18、生物工程设备课件l一、冷冻干燥原理及设备l二、微波干燥原理及设备第十一章生物工程设备课件l（一）冷冻干燥原理及特点l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l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第十一章生物工程设备课件l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第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件l温度低，高度热敏性

19、物料，有效物质损失少l挥发性成分损失少；l限制微生物生长和酶的作用，保持原物料外观形状；l体积结构不变；第十一章生物工程设备课件l速溶性和快速复水性良好l脱水彻底（95-99%以上），可以长期储存l真空下进行，氧气极少，易氧化的物质得到了保护。l成本高，周期长等缺点第十一章生物工程设备课件l两个阶段：直接升华（温度低于溶点）；逐渐升温使水汽化除去。l系统由冷冻装置、真空装置、水气去除装置和加热部分l流程见图2-5-23，教材323面第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件l蒸汽压缩式制冷蒸汽压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷和吸收式制冷l蒸汽压缩式制冷：蒸汽压缩式制冷：压缩、冷凝、膨胀、压缩、

20、冷凝、膨胀、蒸发蒸发l制冷剂：氟里昂、氨、二氧化碳等制冷剂：氟里昂、氨、二氧化碳等l载冷剂：空气、乙醇、氯化钙溶液载冷剂：空气、乙醇、氯化钙溶液第十一章生物工程设备课件l压力应为冻结物料饱和蒸汽压的25%-50%l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 l510分钟内从大气压降至130Pa以下 第十一章生物工程设备课件l冷凝法除去水气l加热室：提供升华热l计算：干燥时间，第十一章生物工程设备课件l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l特点：加热时间短；干燥均匀；便于控制；第十一章生物工程设备课件l微波炉l功率计算：第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件第十一章生物工程设备课件2023-1-10第十一章生物工程设备课件