1、1冷冻干燥及其其他干燥设备v2 湿物料的干燥操作有2个基本过程同时进行：1.1.热量由气体传递给湿物料，使其温度升高；热量由气体传递给湿物料，使其温度升高；2.2.物料内部的水分吸收能量不断向表面扩散，物料内部的水分吸收能量不断向表面扩散，并在表面汽化被气流带走。并在表面汽化被气流带走。31.要求快速高效，并且加热温度不宜过高；2.产品与干燥介质的接触时间不能太长；3.干燥产品应保持一定的纯度，在干燥过程中不得有杂质混入。发酵工业产品干燥通常采用喷雾干燥、气流干燥、沸腾干燥和冷冻干燥。4产品的质量要求产品的质量要求物料的特性物料的特性产量及劳动条件产量及劳动条件瞬时快速干燥设备：滚筒干燥设备、
2、喷雾干燥设瞬时快速干燥设备：滚筒干燥设备、喷雾干燥设备、气流干燥设备、沸腾干燥设备备、气流干燥设备、沸腾干燥设备低温干燥设备：真空干燥设备、冷冻干燥设备低温干燥设备：真空干燥设备、冷冻干燥设备56设备类型干燥物料固定床干燥固定床干燥啤酒酿造用绿麦芽啤酒酿造用绿麦芽卧式沸腾干燥卧式沸腾干燥柠檬酸晶体、酵母、抗生素柠檬酸晶体、酵母、抗生素沸腾造粒干燥沸腾造粒干燥葡萄糖、味精、酶制剂葡萄糖、味精、酶制剂气流干燥气流干燥味精、抗生素、葡萄糖味精、抗生素、葡萄糖旋风式气流干燥旋风式气流干燥四环素类四环素类气流式喷雾干燥气流式喷雾干燥蛋白酶、核酸、抗生素蛋白酶、核酸、抗生素压力式喷雾干燥压力式喷雾干燥酵母
3、酵母离心式喷雾干燥离心式喷雾干燥酶制剂、酵母酶制剂、酵母喷雾干燥与振动流化干燥喷雾干燥与振动流化干燥酶制剂酶制剂滚筒干燥滚筒干燥酵母、单细胞蛋白酵母、单细胞蛋白真空干燥真空干燥青霉素钾盐、土霉素等青霉素钾盐、土霉素等冷冻干燥冷冻干燥抗肿瘤抗生素、乙肝疫苗抗肿瘤抗生素、乙肝疫苗生物工业常用的干燥设备7第二节 非绝热(传导型)干燥设备l传导型干燥机的热能供给主要靠导热，要求被干燥物料与加热面间应有尽可能紧密的接触。故传导干燥机较适用于溶液、悬浮液和膏糊状固-液混合物的干燥。l主要优点：首先在于热能利用的经济性，因这种干燥机不需要加热大量的空气，热能单位耗用量远较热风干燥机为少；其次传导干燥可在真空
4、下进行，特别适用于易氧化生物制品的干燥。l分类：连续式和间歇式；常压和真空。一、滚筒干燥机二、真空干燥箱三、带式真空干燥机8一、滚筒干燥机l主体是称为滚筒的中空金属圆筒。l分类：单滚筒双滚筒式；两者均有常压和真空式。l常压单滚筒和双滚筒干燥机：圆筒随水平轴转动，其内部可由蒸汽、热水或其它载热体加热，圆筒壁即为传热面。物料的加入方式有浸没式和喷洒式。浸没式加料时，料液可能会因热滚筒长时间浸没而过热，为避免这一缺点，可采用洒溅式。l真空滚筒干燥机9l单滚筒干燥机n采用浸没式加料方式，滚筒部分浸没在稠厚的悬浮液物料中，因滚筒的缓慢转动使物料成薄膜状附着于滚筒的外表面而进行干燥。n当滚筒回转3/47/
5、8转时，物料已干燥到预期的程度，即被刮刀刮下，由螺旋输送器送走。n滚筒的转速因物料性质及转筒的大小而异，一般为28r/min。滚筒上的薄膜厚度为0.11.0mm。干燥产生的水汽被壳内流过滚筒面的空气带走，流动方向与滚筒的旋转方向相反。10l双滚筒干燥机 采用的是由上面加入湿物料的方法，干物料层的厚度可用调节两滚筒间隙的方法来控制。11将滚筒密闭在真空室内，便可成为如图9.33所示的真空滚筒干燥机。由于干燥过程在真空下进行，真空滚筒干燥机的进料、卸料刮刀等的调节必须在真空干燥室外部来操纵，所以这类干燥机通常成本较高，一般只用来干燥极为热敏的物料。l真空滚筒干燥机12二、真空干燥箱l主体是一真空密
6、封的干燥室，是一种间歇式干燥设备，适用于固体或热敏性、氧敏性液体生物制品。l真空干燥箱结构l真空干燥箱的壳体l这种干燥机中，初期干燥速度很快，但当物料脱水收缩后，则由于物料与干燥盘的接触逐渐变差，传热速率也逐渐下降。操作过程中，加热面温度需要严格控制，以免与干燥盘接触的物料局部过热。13l真空干燥箱结构n如图9.34所示，室内装有通加热剂的加热管、加热板、夹套或蛇管等，其间壁则形成盘架。n被干燥的物料均匀地散放于由钢板或铝板制成的活动托盘中，托盘置于盘架上。n蒸汽等加热剂进入加热元件后，热量以传导方式经加热元件壁和托盘传给物料。n盘架和干燥盘应尽可能做成表面平滑，以保证有良好的热接触。干燥过程
7、产生的水蒸气由连接管导入混合冷凝器。14l真空干燥箱的壳体可以为方形，也可以为圆筒形，两种形式真空干燥机的外形如图9.35所示。15三、带式真空干燥机l为连续式真空干燥设备，主要用于液状与浆状物料的干燥。l干燥室一般为卧式封闭圆筒，内装钢带式输送机械。带式真空干燥机有单层和多层两种形式。l单层带式真空干燥机l多层带式真空干燥机l特点16l特点 干燥时间短，约525min，能形成多孔状制品，物料在干燥过程中能避免混入异物，防止污染，可以直接干燥高浓度、高黏度的物料，并可简化工序，节约热量。17n由一连续的不锈钢带、加热滚筒、冷却滚筒、辐射元件、真空系统和加料装置等组成。供料口位于钢带下方，由一供
8、料滚筒不断将浆料涂布在钢带的表面。涂在钢带上的浆料随钢带前移进入干燥器下方的红外线加热区。l单层带式真空干燥机n受热的料层因内部产生的水蒸气而膨松成多孔状态，与加热滚筒接触前已具有膨松骨架。料层随后经过滚筒加热，再进入干燥上方的红外线区进行干燥。干燥至符合水分含量要求的物料在绕过冷却滚筒时受到骤冷作用，料层变脆，再由刮刀刮下排出。18三层输送带，沿输送方向采用夹套式换热板，设置了两个加热区和一个冷却区域，分别用蒸汽、热水、冷水进行加热和冷却。根据原料性质和干燥工艺要求，各段的加热温度可以调节。原料在输送带上边移动边蒸发水分，干燥成为泡沫片状物品，冷却后，经粉碎机粉碎成为颗粒状制品，最后由排出装
9、置卸出。干燥产生的二次蒸汽和不凝性气体通过排气口，由冷凝和真空系统排出。l多层带式真空干燥机19第三节 绝热(对流型)干燥设备一、厢式干燥器二、洞道式干燥机三、网带式干燥设备四、流化床干燥设备五、气流干燥设备六、喷雾干燥机l这是一类以对流方式对物料干燥的设备。l干燥介质：流体(热空气，过热蒸汽等)，使物料升温脱水，并将物料脱除的水分带出干燥室外。自身状态从高温低湿变为低温高湿。l主要设备型式：厢式干燥器、洞道式干燥机、流化床干燥机、喷动床干燥机和气流式干燥机和喷雾干燥机等。l按物流气流接触方式：并流、逆流、混流和横流式干燥器等。20一、厢式干燥器l厢式干燥器是一种常压间歇式干燥器，小型的称为烘
10、箱，大型的称为烘房。l典型厢式干燥器n横流式n中间加热式n穿流式l厢式干燥器特点21l如图9.1（1）所示的横流式中，热空气在物料上方掠过，与物料进行湿交换和热交换。22l若框架层数较多，可分成若干组，空气每流经一组料盘之后，就流过加热器再次提高温度，如图9.1（2）所示，即为具有中间加热装置的横流式干燥器。23l穿流式如图9.1（3）所示,粒状、纤维状等物料在框架的网板上铺成一薄层，空气以0.31.2m/s的速度垂直流过物料层，可获得较大的干燥速率。24l厢式干燥器特点n优点：制造和维修方便，使用灵活性大。发酵工业上常用于需长时间干燥的物料、数量不多的物料以及需要特殊干燥条件的物料。n缺点：
11、主要是干燥不均匀，不易抑制微生物活动，装卸劳动强度大，热能利用不经济(每汽化1kg水分，约需2.5kg以上的蒸汽)。25n结构如图9.1所示。n为减少热损失，厢式干燥器的四壁用绝热材料构成。n厢内有多层框架，物料盘置于其上，也可将物料放在框架小车上推入厢内，故又称为盘架式干燥器。n厢式干燥器内设有加热器，有多种型式和布置方式，加热方法可采用蒸汽、煤气或电加热。n干燥器内的风机强制引入新鲜空气与器内废气混合，并驱使混合气流循环流过加热器，再流经物料。空气流过物料的方式有横流和穿流两种。26二、洞道式干燥机l有一段长度为2040m的洞道。l结构l料盘-小车及进出l干燥介质空气l物料与空气流向l洞道
12、干燥机特点27l料盘-小车及进出n湿物料在料盘中散布成均匀料层。料盘堆放在小车上，料盘与料盘之间留有间隙供热风通过。n洞道式干燥机的进料和卸料为半连续式，即当一车湿料从洞道的一端进入时，从另一端同时卸出另一车干料。n洞道中的轨道通常带有1/200的斜度，可以由人工或绞车等机械装置来操纵小车的移动。n洞道的门只有在进、卸料时才开启，其余时间都是密闭的。28l干燥介质空气空气由风机推动流经预热器，然后依次在各小车的料盘之间掠过，同时伴随轻微的穿流现象。空气的流速为2.56.0m/s，不小于1.0m/s。29l物料与热风流向n热风可沿物流纵向流动，分为并流、逆流和混流三种。n热风也可以与物流呈横向3
13、0l混流方式n混流综合了并流、逆流的优点，在整个干燥周期的不同阶段可以更灵活地控制干燥条件。n通常将洞道分成两段，第一段为并流，干燥速率大，对应于物料的第一干燥阶段；第二阶段为逆流，可满足物料的最终干燥要求，对应于物料的第二干燥阶段。因为第二阶段的干燥时间较长，一般洞道的第二段也比第一段长。31l洞道干燥机特点n优点：具有非常灵活的控制条件，可使物料处于几乎所要求的温度-湿度-速度条件的气流之下，因此特别适用于实验工作；料车每前进一步，气流的方向就转换一次，制品的水分含量更均匀。n缺点：结构复杂，密封要求高，需要特殊的装置；压力损失大，能量消耗多。3233n如图9.3所示，干燥机的每一段由活动
14、隔板分隔，在料车进出时，隔板打开，而在干燥时则将洞道切断成为纵向通路，靠换向装置构成总体上曲折的气流通道。加热器设在马蹄形的换向处，可以独立控制该段气流的温度。34三、网带式干燥设备l网带式干燥机简介l网带式干燥机适用的物料形状可有片状、条状、颗粒、棒状、滤饼类等。l带网式干燥机因结构和干燥流程不同可分成单层、多层和多段等不同的类型。（一）单段带式干燥机（二）多段带式干燥机（三）多层带式干燥机35l网带式干燥机简介n网带式干燥机是一种将物料置于输送网带上，在随带运动通过隧道过程中与热风接触而干燥的设备。n网带式干燥机由干燥室、输送带、风机、加热器、提升机和卸料机等组成。n沿输送网方向，可分成若
15、干相对独立的单元段，每个单元段包括循环风机、加热装置、单独或公用的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统。每段内干燥介质的温度、湿度和循环量等操作参数可以独立控制，使物料干燥过程达到最优化。n输送带为不锈钢丝网或多孔板不锈钢链带，转速可调。36（一）单段带式干燥机l典型结构举例l工作过程l特点37l工作过程 物料在干燥器内均匀运动前移的网带上，气流经加热器加热，由循环风机进入热风分配器，成喷射状吹向网带上的物料，与物料接触，进行传热传质。大部分气体可以循环利用，一部分温度低，含湿量较大的气体作为废气由排湿风机排出。38l单层单段式网带式干燥机特点n优点：网带透气性能好，热空气易与物料接触，停留时间可任
16、意调节。物料无剧烈运动，不易破碎。每个单元可利用循环回路，控制蒸发强度。若采用红外加热，可一起干燥、杀菌，一机多用。n缺点：占地面积大，如果物料干燥的时间较长，则从设备的单位地面积生产能力上看不很经济，另外设备的进出料口密封不严，易产生漏气现象，热能损耗较大。39n全机分成两个干燥区和一个冷却区。每个干燥区段由空气加热器、循环风机、热风分布器及隔离板等组成加热风循环。n第一干燥区的空气自下而上经加热热器穿过物料层，第二干燥区的空气自上而下经加热器穿过物料层。最后一个是冷却区，没有空气加热器。40（二）多段带式干燥机l亦称复合型带式干燥机，是用多条循环输送带(多至4条)串联组成物料输送系统的带式
17、干燥机。l两段式带式干燥机举例(图9.5)l特点41l特点n优点：物料在带间转移时得以松动、翻转，物料的蒸发面积增大，改善了透气性和干燥均匀性。不同输送带的速度可独立控制，且多个干燥区的热风流量及温度和湿度均可单独控制，便于优化物料干燥工艺。n缺点:占地面积较大。42l整个干燥机也分成两个干燥区和一个吹风冷却区，第一干燥区又分成前、后两个温区，物料经第一、二区干燥后，从第一输送带的末端自动落入第二个输送带的首端，其间物料受到拨料器的作用而翻动，然后通过冷却区，最后由终端卸出产品。43n如图9.6所示。工作时湿物料从进料口进至输送带上，随输送带运动至末端，通过翻板落至下一输送带移动送料，依次自上
18、而下，最后由卸料口排出。外界空气经风机和加热器形成热风，通过分层进风柜调节风量送入干燥室，使物料干燥。排出的废气可对物料进行预热。44（三）多层带式干燥机l基本构成部件与单层式的类似。输送带为多层(输送带层数可达15层，但以35层最为常用)，上下相叠架设在上下相通的干燥室内。l层间有隔板控制干燥介质定向流动，使物料干燥均匀。各输送带的速度独立可调，一般最后一层或几层的速度较低而料层较厚，这样可使大部分干燥介质与不同干燥阶段的物料得到合理的接触分配。从而提高总的干燥速率。l三层带式干燥机l多层带式干燥机结构简单，常用于干燥速度低、干燥时间长的场合，广泛用于较大颗粒状物料的干燥，由于操作中多次翻料
19、，因此不适于黏性物料及易碎物料的干燥。45四、流化床干燥设备l流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。l典型流化床干燥系统l流化床干燥机特点l流化床干燥机适宜处理的物料l流化床干燥适用的干燥阶段l流化床干燥机的主要型式（一）单层圆筒型流化床干燥机（二）多层沸腾床干燥机（三）卧式多室流化床干燥机（四）其它型式的流化床干燥机 46l典型流化床干燥机系统系统构成如图9.7所示。风机驱使热空气以适当的速度通过床层，与颗粒状的湿物料接触，使物料颗粒保持悬浮状态。热空气既是流化介质，又是干燥介质。被干燥的物料颗粒在热气流中上下翻动，互相混合与碰撞，进行传热和传质，达到干燥的目的。当床层膨胀至一
20、定高度时，因床层空隙率的增大而使气流速度下降，颗粒回落而不致被气流带走。经干燥后的颗粒由床侧面的出料口卸出。废气由顶部排出，并经旋风分离器回收所夹带的粉尘。47l流化床干燥机特点n优点：u设备小、生产能力大、物料逗留时间可任意调节、装置结构简单、占地面积小、设备费用不高、物料易流动。u设备的机械部分简单，除一些附属部件如风机、加料器等外，无其它活动部分，因而维修费用低。u与气流干燥相比，因沸腾干燥的气流速度较低，所以物料颗粒的粉碎和设备的磨损也相对较小。n主要缺点是操作控制比较复杂。48l流化床干燥机适宜处理的物料n适宜于处理粉状且不易结块的物料，物料粒度通常为30m6mm。n物料颗粒直径小于
21、30m时，气流通过多孔分布板后极易产生局部沟流。n颗粒直径大于6mm时，需要较高的流化速度，动力消耗及物料磨损随之增大。49l流化床干燥适用的干燥阶段n适用于处于降速干燥阶段的粉状物料和颗粒物料。n适宜的含水范围分别在2%5%和1015之间。n气流干燥或喷雾干燥得到物料，若仍含有需要经过较长时间降速干燥方能去除的结合水分，则更适于采用流化床干燥。50l流化床干燥机的主要型式n主要型式：单层圆筒型、多层圆筒型、卧式多室型、振动型、脉冲型、惰性粒子型等。n此外，还可以集上述型式的特征结构为一体构成复合型的流化床干燥机，如可将振动型与惰性粒子型结合起来构成振动-惰性粒子型的流化床干燥机。51（一）单
22、层圆筒型流化床干燥机l结构如图9.8所示。l工作过程l气流分布板l气流预分布器l特点图9.8单层圆筒流化床干燥器52l工作过程n湿物料由胶带输送机送到加料斗，再经抛料机送入干燥机内。n空气经过滤器由鼓风机送入空气加热器加热，热空气进入流化床底后由分布板控制流向，对湿物料进行干燥。n物料在分布板上方形成流化床。干燥后的物料经溢流口由卸料管排出，夹带细粉的空气经旋风分离器分离后由抽风机排出。53l气流分布板n是流化床干燥机的主要部件之一。n作用是支持物料，均匀分配气体，以创造良好的流化条件。n多采用金属或陶瓷材料制作。n各种气流分布板如图9.8所示。54l气流预分布器n图9.10为两种结构形式的气
23、流预分布器。n作用：使气流能够较为均匀地到达分布板，并使得可在较低阻力下达到均匀布气。n有些设备，为使气流分布均匀，还直接将整个床体分隔成若干个室。55l特点n优点：结构简单。n缺点：(1)由于颗粒在床中与气流高度混合，自由度很大，为了限制颗粒过早从出料口出去，保证物料干燥均匀，必须有较高的流化床层才能使颗粒在床内停留足够的时间，从而造成气流压降增大。(2)由于湿物料与已干物料处于同一干燥室内，因此，从排料口出来的物料较难保证水分含量均一。n单层流化床干燥机操作方便，在物料工业上应用广泛，适用于床层颗粒静止高度低(300400mm)、容易干燥、处理量较大且对最终含水量要求不高的产品。56（二）
24、多层沸腾床干燥机l适用于要求干燥较均匀或干燥时间较长的产品。l干燥机整体为塔形结构，内设多层孔板，通常物料由干燥塔上部的一层加入，物料通过适当方式自上而下转移，干燥物料最后从底层或塔底排出。因此，湿物料与加热空气在流化床干燥机内总体呈逆流向。l物料从上一层进入下一层的方法有多种，如图9.11所示。l根据物料在层间转移方式可分为溢流式和穿流式(即直流式)两种形式。57l溢流式多层流化床干燥机图9.12(1)所示为溢流式多层流化床干燥机。湿物料颗粒由第一层加入，经初步干燥后由溢流管进入下一层，最后从最底层出料。由于颗粒在层与层之间没有混合，仅在每一层内流化时互相混合，且停留时间较长，所以产品能达到
25、很低的含水量且较为均匀，热量利用率也显著提高。58l穿流板式流化床干燥机n如图9.12(2)所示。n干燥时，物料直接从筛板孔自上而下分散流动，气体则通过筛孔自下而上流动，在每块板上形成流化床。n结构简单，生产能力强，但控制操作要求较高。适用物料颗粒的直径一般在0.85mm。n为使物料能通过筛板孔流下，筛板孔径应为物料粒径的530倍，筛板开孔率3040。n物料的流动主要依靠自重作用，气流还能阻止其下落速度过快，故所需气流速度较低，大多数情况下，气体的空塔气速与流化速度之比为1.22。5960（三）卧式多室流化床干燥机l目的：降低压强降，保证产品均匀干燥，降低床层高度。l如图9.13所示。横截面为
26、长方形，用垂直挡板分隔成多室，挡板下端与多孔板之间留有间隙，使物料能从一室进入另一室。l物料由第一室进入，从最后一室排出，在每一室与热空气接触，气、固两相总体上呈错流流动。l不同小室中的热空气流量可以分别控制，其中前段物料湿度大，可以通入较多热空气，而最后一室，必要时可通入冷空气对产品进行冷却。l特点与应用61l特点与应用n特点：结构简单、制造方便、容易操作、干燥速度快。n适用于各种难以干燥的颗粒状、片状和热敏性的生物发酵制品。但热效率较低，对于多品种小产量物料的适应性较差。62(四)其它型式的流化床干燥机 l传统流化床干燥机不足之处l因此，人们基于流态化干燥原理，研制开发了特殊型式的流化床干
27、燥，具有代表性的有：l振动流化床干燥机l脉冲流化床干燥机l惰性粒子流化床干燥机 63l传统流化床干燥机不足之处传统流化床干燥机虽然具有传热强度高，干燥速率快等优点，但并非适用于所有状态的物料。例如，对于细小结晶体、浆状、膏浆体就不能用普通的流化床干燥机干燥。另外，对于具有一定黏结性的物料，利用普通流化床也较难得到均匀的干燥效果。641.振动流化床干燥机l主要由振动喂料器、振动流化床、风机、空气加热器、空气过滤器和集尘器等组成。l物料干燥时，从喂料器进入流化床分配段。在平板振动和气流作用下，物料被均匀地供送到沸腾段，在沸腾段经过干燥后进分选段，分选段内装有不同规格的筛网，进行制品筛选及冷却，而后
28、卸出产品。带粉尘的气体经集尘器回收细粉后排出。l适合于干燥颗粒过粗或过细、易黏结、不易流化的物料及对产品质量有特殊要求的物料。如味精干燥要求晶形完整、晶体光亮、颗粒大小均匀等。采用振动流化床干燥时，含水量46的湿味精在流化床的沸腾段停留约十几秒就可干燥到含水率0.020.04%，并筛选出合格的产品。65振动流化床干燥机的主体结构如图9.14所示，它的机壳安装在弹簧上，由振动电机驱动，分配段和筛选段下面均热空气腔体。66672.脉冲流化床干燥机l结构如图9.15所示。l工作原理l阀门开闭与进风管l特点68l工作原理n在干燥机下部周向均布几根热风进管，每根管上装有快开阀门，按一定的频率（如416H
29、z）和次序启闭，使流化气体周期性脉冲输入。n气阀打开时，突然进入的气体会对物料床层产生脉冲，脉冲又很快在物料颗粒间传递能量，短时间内形成剧烈的局部流化沸腾状态，流化状态又在床内扩散和向上移动，从而使得气体和物料间有强烈的传热传质作用。当气体阀门关闭时，流化态在同一方向逐步消失，物料又回到堆积状态。如此，流化床内的脉冲式循环一直维持到物料被干燥为止。69l阀门开闭与进风管n阀门开启时间与床层的物料厚度和物料特性有关，一般为0.080.2s。n阀门的关闭时间应满足以下要求：供入气体完全通过整个床层，物料完全处于静止状态，以使下一次脉冲能在床层中有效传递。n进风管一般按圆周方向均匀排列5根，按1、3
30、、5、2、4顺序轮流开启，使每次进风点与上次的距离较远。70l特点与适用性n脉冲式流化床干燥器作用能量集中，适用于不易干燥或有特殊要求的物料，属间歇操作，适用于粒度为10m0.4mm的物料，床高0.10.4m。n与常规流化床干燥机相比，具有如下优点：(1)能够流化非球形大颗粒，如直径为2030mm、厚度为1.53.5mm的蔬菜也能获得良好的流化状态。(2)粒子间对流混合较充分，无沟流现象，改善了床层结构。(3)压降较低，节能效果明显，高达30。713.惰性粒子流化床干燥机粒子流化床干燥机l惰性粒子流化干燥是流态化干燥的特殊形式，适用于溶液、悬浮液、黏性浆状物料等液相物料的干燥，其技术关键是粒子
31、表面对物料的均匀吸附、流化效果和干燥物料的及时脱离。l图9.16惰性粒子的流化床干燥机l惰性粒子流化床干燥设备特点72l惰性粒子n惰性粒子是这种干燥设备的关键要素，在干燥过程中惰性粒子是热载体，具有干燥表面、碰撞研磨的作用。n惰性粒子的形状、大小、分布、密度及其流动性对流态化质量有较大影响。粒子形状以球形为佳，这有利于物料在其表面形成均匀的薄膜，减少操作时粒子本身的磨损。73l惰性粒子流化床干燥设备特点n除了具有一般流化床干燥的特点（热效率高、热容系数高、干燥速率大、操作简便）以外，还表现在：(1)适用于高水分的浆状物料；(2)干燥与粉碎同在一处完成，可减少物料损失。n这种干燥机可干燥膏糊状料
32、液；但不宜干燥会形成坚硬的高附着作用的膜层的物料。74图9.16一种惰粒子流化床干燥机原理：根据不同液相物料的特性在干燥机内加入一定量的惰性粒子，在床层气流的作用下，粒子随着热气流不断地沸腾、翻滚呈流态化。在此过程中，通过加料器将液相物料均匀地喷洒在粒子的表面，粒子内部储存的热量瞬时传递给物料，完成部分质热传递过程。表面附着物料的粒子在床层中随热气流一起流化，气流与物料之间产生热交换，水分转移，使物料得以干燥。当物料干燥到一定程度以后，在粒子翻滚碰撞外力的作用下，从粒子表而剥落，随气流离开流化床。当物料从粒子表面剥离，惰性粒子表而得以更新，准备再吸附新的物料，以此完成一个干燥周期。75五、气流
33、干燥设备l气流干燥机简介l气流干燥机的物料和形式（一）直管式气流干燥机（一）直管式气流干燥机（二）其它型式的气流干燥机（二）其它型式的气流干燥机76l气流干燥机简介n气流干燥机利用高速热气流，在并流输送潮湿粉粒状或块粒状物料的过程中，对其进行干燥。n气流干燥机适用于在潮湿状态仍能在气体中自由流动的颗粒物料的干燥，如葡萄糖、味精、柠檬酸及各种粒状物料等均可用采用气流干燥法干燥。77l气流干燥机的物料和形式n粒径在0.50.7mm以下的物料，不论其初始湿含量如何，一般都能干燥至0.30.5的含水量。因此，乳品和蛋加工工业中，有时也用气流干燥机对喷雾干燥机得到的粉末作进一步的干燥。如要获得更低的含水
34、量，则还可在气流干燥机之后再设置一流化床干燥机。n气流干燥机有多种形式，主要有直管式、多级式、脉冲式、套管式、旋风式、环管式等。78（一）直管式气流干燥机（一）直管式气流干燥机至今，直管式气流干燥机应用最普遍。如图9.17所示。被干燥物料经预热器加热后送入干燥管的底部，然后被从加热器送来的热空气吹起。气体与固体物料在流动过程中因剧烈的相对运动而充分接触，进行传热和传质，达到干燥的目的。干燥后的产品由干燥机顶部送出，废气由分离器回收夹带的粉末后，经排风机排入大气。79直管式气流干燥机的优点v干燥强度大。由于物料在热风中呈悬浮状态，能最大限度地与热空气接触，且由于气速较高(一般达2040m/s)，
35、空气涡流的高速搅动，使气-固边界层的气膜不断受冲刷，减小了传热和传质的阻力，容积传热系数可达23007000W/m3K，这比转筒干燥机大2030倍。v干燥时间短。对于大多数的物料只需0.52s，最长不超过5s，因为是并流操作，所以特别适宜于热敏性物料的干燥。v占地面积小。由于气流干燥机具有很大的容积传热系数，所以所需的干燥机体积可大为减小，即能实现小设备大生产的目标。v热效率高。由于干燥机散热面积小，所以热损失小，最多不超过5%，因而干燥非结合水时热效率可达60左右。干燥结合水时可达20左右。80v无专用的输送装置。气流干燥机的活动部件少，结构简单，易建造，易维修，成本低。v操作连续稳定。可以
36、一次性完成干燥、粉碎、输送、包装等工序，整个过程可在密闭条件下进行，减少物料飞扬，防止杂质污染，既改善了产品质量又提高了回收率。v适用性广，可应用于各种粉状物料，粒径最大可达100mm，湿含量可达1040%。81直管式气流干燥机的缺点v全部产品由气流带出，因而分离器的负荷大。v气速较高，对物料颗粒有一定的磨损，所以不适用于对晶形有一定要求的物料，也不适宜用于需要在临界湿含量以下干燥的物料以及对管壁黏附性强的物料。v由于气速大，全系统阻力大，因而动力消耗大。v干燥管较长，一般在10m或10m以上。8283（二）其它型式的气流干燥机（二）其它型式的气流干燥机为了降低气流干燥机的高度，国内外研究者通
37、过对气流干燥机中颗粒的运动和传热情况的研究了解，陆续研制出了如多级气流干燥机等新型的气流干燥设备。1多级气流干燥机2其它新型气流干燥机841多级气流干燥机目前国内较多采用的是二级或三级气流干燥机，多用于含水量较高的物料，如口服葡萄糖、硬脂酸盐等。图9.18所示即为两级气流干燥机，它既降低了干燥管的高度，第一段的扩张部分还可以起到对物料颗粒的分级作用。小颗粒物料随气流移动，大颗粒物料则由旁路通过星形加料器再进入第二段，以免沉积在底部转弯处将管道堵塞。852其它新型气流干燥机除了用多级代替单级外，对气流干燥进行强化和改进的还有如图9.19所示的几种新型方法和设备。脉冲式气流干燥机 套管式气流干燥机
38、 旋风式气流干燥机 环形气流干燥机86脉冲式气流干燥机原有的直管被直径交替缩小与扩大的脉冲管代替，如图9.19(1)所示。物料首先进入管径较小的干燥管内，此处气体以较高的速度流过，使颗粒产生加速运动。当颗粒的加速运动终了时，干燥管直径突然扩大。由于颗粒运动的惯性，在该段内颗粒的速度大于气流的速度，颗粒在运动过程中因气流阻力而不断减速。在减速终了时，干燥管直径再度突然缩小，颗粒又被加速。管径重复交替的缩小与扩大，使颗粒的运动速度也在加速和减速之间不断地变化，没有等速运动阶段，从而强化了传热和传质速率。87套管式气流干燥机这种干燥机的结构如图9.19(2)所示。气流干燥管由内管和外管组成，物料和气
39、流同时由内管的下部进入。颗粒在管内加速运动至终了时，由顶部导入内外管间的环隙内，以较小的速度下降并排出。这种形式可以节约热量。88旋风式气流干燥机如图9.19(3)所示，物料与热空气一起以切线方向进入干燥机内，在内管和外管间作螺旋运动。颗粒处于悬浮旋转运动的状态，所产生的离心加速作用使物料在很短的时间内(几秒)达到干燥的目的。特点：体积小，结构简单，适用于干燥那些允许磨损的热敏性物料；但不适用于干燥含水量高、黏性大、熔点低、易升华爆炸、易产生静电效应的物料。89环形气流干燥机n一般的气流干燥机存在着不宜处理结晶物料及停留时间短的缺点。n近年来，国外根据气流干燥机内混相流动中传热、传质机理，对设
40、备进行了很多改进，出现了形状复杂的气流干燥机，如图9.19(4)所示的环形管气流干燥机。n将干燥管设计成环状(或螺旋状)的主要目的是延长颗粒在干燥管内的停留时间。90六、喷雾干燥机喷雾干燥机是一种将液状物料通过雾化方式干燥成粉体的设备。许多粉状制品，如微生物发酵物、低聚糖粉、蛋白质水解物粉、动植物组织培养液等都用喷雾干燥机生产。喷雾干燥机也是主要的微胶囊造粒设备之一。（一）喷雾干燥过程与特点(优点、缺点)（二）基本构成与类型（三）雾化器（四）干燥室（五）喷雾干燥装置系统举例9192l喷雾干燥的主要优点（1）干燥速度快。（2）产品质量好。松脆空心颗粒产品具有良好的流动性、分散性和溶解性，并能很好
41、地保持物料原有的色、香、味。（3）营养损失少。快速干燥大大减少了营养物质的损失，如牛乳粉加工中热敏性维生素C只损失5左右。因此，特别适合于易分解、变性的热敏性物料加工。（4）产品纯度高。喷雾干燥是在封闭的干燥室中进行，既保证了卫生条件，又避免了粉尘飞扬，从而提高了产品纯度。（5）工艺较简单。料液经喷雾干燥后，可直接获得粉末状或微细的颗粒状产品。（6）生产率高。便于实现机械化、自动化生产，操作控制方便，适于连续化大规模生产，且操作人员少，劳动强度低。93l喷雾干燥的主要缺点（1）投资大。由于一般干燥室的水分蒸发强度仅能达到2.54.0kg(m3h)，故设备体积庞大，且雾化器、粉尘回收以及清洗装置
42、等较复杂。（2）能耗大，热效率不高。一般情况下，热效率为3040%，若要提高热效率，可在不影响产品质量的前提下，尽量提高进风温度以及利用排风的余热来预热进风。另外，因废气中湿含量较高，为降低产品中的水分含量，需耗用较多的空气量，从而增加了鼓风机的电能消耗与粉尘回收装置的负担。94l工作原理如图9.20所示。雾化器出来的范围10100 m的料液雾滴，有巨大表面积，这些雾滴与进入干燥室的热气流接触，可在瞬间(0.010.04s)发生强烈的热交换和质交换，使其中绝大部分水分迅速蒸发气化并被干燥介质带走。由于水分蒸发会从液滴吸收气化潜热，因而液滴的表面温度一般为空气的湿球温度。包括雾滴预热、恒速干燥和
43、降速干燥等三个阶段的整个过程，只需1030s便可得到符合要求的干燥产品。产品干燥后由于重力作用，大部分沉降于底部，少量微细粉末随废气进入粉尘回收装置得以回收。95连续喷雾干燥流程连续喷雾干燥流程96l基本构成v系统基本构成如图9.21所示，主要由雾化器、干燥室、粉尘分离器、进风机、空气加热器、排风机等构成。97干燥室是喷雾干燥机的核心，在此经雾化器雾化的料液滴与由进风机吸送来并经加热器加热的空气接触，迅速受热使水分气化而成为固体粒子，一部分大的落入器底、另一部分则随湿热空气一道进入粉尘回收装置分离成湿空气与粉尘。离开分离器的湿空气或者由排风机直接排入大气，或者部分进行余热回收，以提高干燥机的热
44、效率。干燥机底和分离器分离得到的干燥产品可以直接出料进行包装，也可经过一个粉体冷却器进一步冷却后再出料。l干燥室98l喷雾干燥机的形式 形式较多，大体分类如表9-2所示。不同形式喷雾干燥机的主要区别在于雾化器、干燥室和加热介质回收利用程度等方面。99v喷雾干燥机对加热介质利用的三种情形如图9.22所示。开放式是指从干燥室机分离器出来的废气直接排向环境的干燥系统，物料工业用的喷雾干燥系统一般采用这种方式；封闭式是指从分离器出来的废气不直接排向环境而是经去湿处理后循环使用的干燥系统，用于湿料中含有不可排向环境的溶剂成分的物料的干燥，或者热风采用惰性气体的情况。半封闭式是指部分利用湿热空气进行循环的
45、干燥系统。这种系统可以提高热能效率，但同时增加了设备投资和操作的复杂性。此外还有对干燥介质进行灭菌处理的无菌喷雾干燥系统。100101（三）雾化器雾化器也称喷雾器。常见的雾化器形式有三种，即压力式、离心式和气流式雾化器。1压力式雾化器2.离心式雾化器3气流式雾化器4三类雾化器比较1021压力式雾化器l压力式雾化器实际上是一种喷雾头，装在一段直管上以后便构成所谓的喷枪。l喷雾头(喷枪)需要与高压泵配合才能工作。一般使用的高压泵为三柱塞泵。l压力式雾化器的工作原理l压力式雾化器的结构形式l由于单个压力式喷雾头的流量(生产能力)有限，因此，大型压力式喷雾干燥机通常由多支喷枪一起并联工作。103l压力
46、式雾化器的工作原理压力式雾化器的工作原理是高压泵使料液获得高压(720MPa)，从喷雾头出来时，由于压力大，喷孔小(0.51.5mm)，很快雾化成雾滴。料液的雾化分散度取决于喷嘴的结构、料液的流出速度和压力、料液的物理性质(表面张力、黏度、密度等)。104l压力式雾化器的结构形式有多种，常见的有如图9.23所示的M型、S型等，M型喷头的结构如(1)所示，其中喷嘴是易磨件，它的材料可由不锈钢也可用耐磨性的材料(如红宝石)制成，两者的使用期分别为1周和1年左右。1052.离心式雾化器l离心式雾化器由机械驱动或气流驱动装置与喷雾转盘结合而成。l机械式离心雾化器的外形及结构l离心式雾化的机理106l离
47、心式雾化的机理离心式雾化的机理是借助高速转盘产生离心力，将料液高速甩出成薄膜、细丝，并受到腔体空气的摩擦和撕裂作用而雾化，图9.25所示为离心雾化的情形。107108转盘是离心雾化器的关键部件，形式有多种，图9.26所示为一些离心喷雾转盘的实物。3气流式雾化器1091103气流式雾化器v气流式雾化器是依靠高速气流工作的雾化器。雾化原理是利用料液在喷嘴出口处与高速运动(一般为200300m/s)的空气相遇，由于料液速度小，而气流速度大，两者存在相当大速度差，从而液膜被拉成丝状，然后分裂成细小的雾滴。雾滴大小取决于两相速度差和料液黏度，相对速度差越大，料液黏度越小，则雾滴越细。料液的分散度取决于气
48、体的喷射速度、料液和气体的物理性质、雾化器的几何尺寸以及气料流量之比。图9.27所示为气流式雾化的实际情形。v气流式雾化器的结构有多种，常见的有二流式、三流式、四流式和旋转式，其结构如图9.28所示。111气流喷雾干燥塔气流喷雾干燥塔1121131144三类雾化器比较l三类雾化器各有特点，见表9-3。l在选型时，需考虑生产要求、待处理物料的性质及工厂等诸方面具体情况。l国内外物料工业大规模生产时都采用压力喷雾和离心喷雾。l目前国内以压力喷雾占多数，如在乳粉和蛋粉生产中，压力喷雾占76%，离心喷雾占24%。l国外在欧洲以离心喷雾为主，而在美国、新西兰、澳大利亚、日本等国则以压力喷雾为主。气流式由
49、于动力消耗大，适用于小型设备，而在物料工业中，很少在大规模生产中应用。115116（四）干燥室l干燥室结构l结构形式厢式干燥室塔式干燥室热气流与雾滴流向117l结构形式喷雾干燥室分为厢式和塔式两大类，每类干燥室由于处理物料、受热温度、热风进入和出料方式等的不同，结构形式又有多种。118l干燥室结构n干燥室是喷雾干燥的主体设备，雾化后的液滴在干燥室内与干燥介质相互接触进行传热传质而达到干制品的水分要求。n其内部装有雾化器、热风分配器及出料装置等，并开有进、排气口、出料口及人孔、视孔、灯孔等。n为了节能和防止(带有雾滴和粉末的)热湿空气在器壁结露和出于节能考虑，喷雾干燥室壁均由双层结构夹保温层构成
50、，并且内层一般为不锈钢板制成。n另外，为了尽量避免粉末黏附于器壁，一般干燥室的壳体上还安装有使黏粉抖落的振动装置。1191厢式干燥室l又称卧式干燥室，用于水平方向的压力喷雾干燥。l这种干燥室有平底和斜底两种型式。前者在处理量不大时，可在干燥结束后由人工打开干燥室侧门对器底进行清扫排粉，规模较大的也可安装扫粉器。后者底部安装有一个供出粉用的螺旋输送器。l厢式干燥室用于物料干燥时应内衬不锈钢板，室底一般采用瓷砖或不锈钢板。干燥室的室底应有良好的保温层，以免干粉积露回潮。干燥室壳壁也必须用绝热材料来保温。通常厢式干燥室的后段有净化尾气用的布袋过滤器，并将引风机安装在袋滤器的上方。l由于气流方向与重力
