第六章干燥设备
生物发酵设备 · 课程讲义
第六章

干燥设备

75 页幻灯片逐页精读,图文对照整理。开启记忆模式可将关键词与数字挖空、点击自检,配合页末的关键数字速记表自测闪卡巩固记忆。

封面
封面 · P01

本章目录

总览
第一节 固体物料干燥机理及特点
第二节 非绝热干燥设备
第三节 气流干燥
第四节 喷雾干燥
第五节 沸腾干燥
01
总览

干燥概述与发酵产品干燥特点

口诀干燥是固体产品的最后一道工序,直接关系最终质量。发酵产品干燥按工作原理分三类:气流干燥、沸腾干燥、喷雾干燥(麦芽干燥也属空气干燥)。
P2
原片 · P02
P02
干燥的地位与意义

工业发酵产品中,凡固体(如味精、酶制剂、柠檬酸、酵母等)都需干燥。

干燥通常是完成产品工艺过程的最后工序,往往与最终产品质量有密切关系。

P3
原片 · P03
P03
不同产品的干燥要求

与酶有关的产品(如酶制剂)对干燥有特殊要求——干燥过程会影响酶活力,从而影响产品质量,宜采用低温、快速干燥(喷雾干燥、沸腾干燥、冷冻干燥较合适)。

味精、柠檬酸等结晶产品应避免结晶受到磨损,同时含水量不宜过高,可用低温短时干燥。

麦芽干燥时利用焙烘过程中麦芽产生生化变化,使其成为有特色色香味、有溶解度的粉质麦芽。

P4
原片 · P04
P04
干燥方法与设备选择 / 三大空气干燥

干燥方法和设备的选择应根据发酵产品的特点、产量、经济性综合考虑。

发酵产品的干燥较广泛采用空气干燥法。发酵产品的空气干燥设备按工作原理分为:气流干燥、沸腾干燥、喷雾干燥;麦芽干燥也属于空气干燥。

02
第一节 固体物料干燥机理及特点

一、干燥机理 / 二、干燥速率 / 三、选型原则

记忆水分两种:游离水(恒速段排)+结合水(降速段排)。两控制:表面汽化控制(恒速)内部扩散控制(降速)。选型四看:质量、纯度、特性、产量
P5
原片 · P05
P05
第一节·固体物料干燥机理及特点(目录)

一、固体物料干燥机理

  • (一)物料中水分的性质:游离水结合水
  • (二)干燥机理:表面汽化控制内部扩散控制
  • (三)恒速干燥降速干燥
P6
原片 · P06
P06
干燥速率曲线(图2-5-1)

以干燥速率 dω/(A·dt) 对物料含水量 c 作图。

A→B 预热段;B→C 恒速段(速率最大、水平段);C 为临界含水量 c₀C→D 降速段,最终趋于平衡含水量 c*

部件/曲线:纵轴 dω/Adt(干燥速率),横轴 c(含水量);标注点 A、B、C、D、c₀、c*。

P7
原片 · P07
P07
恒速干燥与降速干燥

恒速干燥阶段的速度取决于物料表面水分的汽化速率,即取决于物料外部的干燥条件(空气湿度、温度、流速等),故又称表面汽化控制阶段,主要排除游离水分

降速干燥阶段的速度主要取决于物料本身的结构、形状、大小等特性,其次是干燥温度,故又称内部扩散控制阶段,主要排除结合水分

P8
原片 · P08
P08
三、选型原则——1.质量 / 2.纯度

1. 产品质量:许多生物制品要保持一定生物活性,避免高温分解和严重失活,故选型首先应考虑产品的质量要求。如高活性且价格昂贵的生物制品(如乙肝疫苗等)须选真空干燥冷冻干燥

2. 产品的纯度:生物产品多要求一定纯度、无杂质杂菌,干燥设备应能在无菌或密闭条件下操作,以保证产品微生物指标和纯度要求。

P9
原片 · P09
P09
三、选型原则——3.物料特性

3. 物料的特性:不同物料特性(颗粒状、滤饼状、浆状、水分性质等)选不同设备。

  • 颗粒状物料 → 沸腾干燥或气流干燥
  • 结晶状 → 固定床干燥
  • 浆状 → 滚筒干燥喷雾干燥
P10
原片 · P10
P10
三、选型原则——4.产量及劳动条件

4. 产量及劳动条件:依产量大小选设备。

  • 浆状物料、产量大且料浆均匀 → 喷雾干燥
  • 粘稠较难雾化 → 离心喷雾或气流干燥
  • 产量小、时间可用 → 滚筒干燥

另外应考虑劳动强度小、连续化自动化程度高、投资费用少、便于维修操作等。

03
第二节 非绝热干燥设备

一、麦芽干燥塔 / 二、真空干燥设备

记忆麦芽干燥塔:水平/垂直烘床,趋势是单层高效取代多层。真空干燥三优点:温度低、少氧化、护活性;三型式:箱式、带式、耙式
P11
原片 · P11
P11
第二节 非绝热干燥设备·一、麦芽干燥塔

麦芽干燥塔类型有水平式烘床垂直烘床,水平式烘床应用较多,外观一般为矩形。

有一到三层;由于两层、三层水平烘床干燥麦芽的热潜力不足,不允许强化烘焙过程及增大烘床上的麦芽层厚度,且结构复杂、造价高、生产能力低,近年国内外已用单层高效麦芽干燥塔取代。

P12
原片 · P12
P12
单层高效麦芽干燥装置(图2-5-2)

麦芽处于流化状态,能强化干燥过程,干燥迅速、生产能力大;缺点是能耗高、空气压头不足、易干燥不充分不均匀。

部件(标注1–18):1塔体 2刮板机 3进风口 4支撑柱 5空气混合室 6进料口 7烘床 8排风口 9废气出口 10进风口 11回风口 12进风口 13冷却风出口 14余热回收器 15空气加热器 16风机 17传动装置 18空气混合室等。

P13
原片 · P13
P13
单层高效麦芽干燥塔技术指标

每烘焙周期 1m² 烘床的麦芽产量:225–300 kg

烘焙周期:16–22 h

绿麦层高度:0.8–1.5 m

烘焙 100kg 麦芽的好热量:(2.7–42)×10⁴ kJ

P14
原片 · P14
P14
单层高效干燥炉浅色麦芽干燥曲线(图2-5-3)

横轴时间(6h→次日5h),左纵轴温度/℃,右纵轴相对湿度/%。

三条曲线:排风的相对湿度(先升到约120%维持后陡降)、绿麦芽层下面温度(由60℃缓升至约80℃)、绿麦芽层上面温度(由约25℃后期快速升高);末段温度同时陡升表示干燥结束(焙焦)。

P15
原片 · P15
P15
单层水平式流化层干燥塔(图2-5-4)

除固定床干燥外,还有流化床干燥。麦芽处于流化状态,能强化干燥过程,故干燥迅速、生产能力大。

缺点:能耗大、空气压头不足时麦芽流化不完全、干燥不均匀

立式塔体,物料层在多孔板上被下方热风托起呈流化态(图标注1–13)。

P16
原片 · P16
P16
二、真空干燥设备(原理与组成)

真空干燥是在真空条件下操作的接触式干燥过程。与常压相比:温度低、水分可在较低温度下汽化蒸发,不需空气作为干燥介质,减少氧与物料的接触机会,故适于热敏性、易氧化物料。

缺点:生产能力低,需专门的抽真空系统。

组成:密闭干燥室、冷凝器、真空泵

P17
原片 · P17
P17
1. 真空箱式干燥器

主要为一真空密封干燥室,室内装有供加热介质通入的中空盘架(由加热管、加热板、夹套或蛇管等间壁组成)。

被干燥物料均匀散放于活动托盘中,托盘置于盘架上。

P18
原片 · P18
P18
2. 带式真空干燥器(图2-5-5)

不锈钢带连续输送物料,经辐射加热器加热,在真空室内干燥。

部件:1加热滚筒 2真空室 3冷却滚筒 4制品出口 5原料进口 6不锈钢带 7辐射加热器 8至真空系统。

P19
原片 · P19
P19
3. 耙式真空干燥器(图2-5-6)

卧式带蒸汽夹套的圆筒,内有水平搅拌器(耙)翻动物料,靠夹套间壁加热、在真空下干燥。

部件:1外壳 2蒸汽夹套 3水平搅拌器。

04
第三节 气流干燥

一、原理特点型式 / 二、流程与设备

口诀气流干燥=颗粒悬浮在热气流中边走边干,时间极短(1–5s)。五优点:强度大、护质好、适应广、紧凑、可联合工序;缺点:磨损大、热利用率低(约30%)
P20
原片 · P20
P20
第三节 气流干燥(概述)

随干燥技术发展,古老的箱式干燥设备已逐步被气流干燥沸腾干燥取代;气流干燥发展迅速,已广泛用于发酵、食品、制药工业。

目前我国常用气流干燥器类型多为长管气流干燥器(长度 10–20m),短管气流干燥器长度约 4m,总称管式干燥器;此外还有旋风气流干燥器等,构造原理流程相似。

P21
原片 · P21
P21
一、气流干燥原理、特点及型式

对潮湿状态仍能在气体中自由流动的颗粒物料(味精、柠檬酸和葡萄糖等),可采用气流干燥。

原理:用热空气与粉状或颗粒状湿物料充分接触,气体与固体物料之间进行传热和传质,使湿物料达到干燥目的。干燥时间极短,一般 1–5s

P22
原片 · P22
P22
气流干燥特点——1.干燥强度大

1. 干燥强度大:物料在热风中呈悬浮状态,每个颗粒周围都被热空气包围,最大限度地与热空气接触;改善了气固接触条件。

气流速度较大(一般 10–20 m/s),固体物料与空气之间剧烈相对运动,使气化表面的气膜不断更新,大大降低传热传质的气膜阻力,故干燥强度和容积传热系数比较大、干燥时间很短。

P23
原片 · P23
P23
气流干燥特点——2.保留短 / 3.适应广 / 4.紧凑

2. 干燥时间短、停留 1–5s,对热敏性物料可选较高介质温度,物料不会变化。如用 140℃ 热空气干燥赤霉素130℃ 干燥四环素均能获优质产品。

3. 适用性广:粉粒状、碎块状物料,0.1–10mm

4. 干燥强度大,整套设备比较紧凑、生产能力大、结构简单,节省钢材占地、投资费用少、加工方便。

P24
原片 · P24
P24
气流干燥特点——5.可联合工序 / 6.缺点

5. 可有机地把干燥、粉碎、输送、包装等组成一道工序,密闭进行,减少飞场、防杂菌污染,既改善产品质量又提高收得率。

6. 缺点:对晶形磨损严重,对物料有一定要求即物料必须是大小接近的颗粒,对粘性物料不宜采用。由于干燥时间短,热利用率较低——目前国内多用间接蒸汽加热空气系统,热利用率仅约 30%

P25
原片 · P25
P25
二、气流干燥流程与设备·长管气流干燥味精流程(图2-5-7)

空气过滤→空气加热器→鼓风机→加料器→料斗→干燥管→缓冲管→分离器→振动筛得粗味精;细味精经二次分离、湿式收集,废气由排风机排出。

部件:1空气过滤器 2空气加热器 3鼓风机 4加料器 5料斗 6干燥管 7缓冲管 8分离器 9振动筛 10二次分离器 11湿式收集器 12排风机;产品:粉末、味精产品。

P26
原片 · P26
P26
干燥管(脉冲式干燥管,图2-5-8)

干燥管一般多采用圆形,其次方形;还有不同直径交替的所谓脉冲管

脉冲管利用气流干燥中颗粒加速运动阶段具有很高的传热传质性,强化干燥过程,采用径向交替缩小与扩大的脉冲气流干燥管来实现。

部件:脉冲干燥管、物料、压缩空气(两侧)、热空气(底进)。

P27
原片 · P27
P27
空气过滤器/加热器与螺旋加料器(图9-11)

空气过滤器:过滤介质为铁丝网,中间夹用豆油煮过的丝瓜囊或铁丝等,使灰尘容易粘在上面。

空气加热器:可用螺旋翅片式,也可用列管式换热器;加热蒸汽压力一般 0.2–0.3 MPa,加热后空气温度 80–90℃

加料器:有螺旋加料器、文丘里管加料器等,一般多用螺旋加料器,两段螺旋中间有物料造成料封,防止热风外流造成物料飞扬损失,不易堵塞。

图9-11 螺旋加料器:转速 60转/分,葡萄糖入气筒经粉碎机。

05
第四节 喷雾干燥

一、原理特点 / 二、喷雾方法 / 三、气流喷雾设备 / 四、离心喷雾设备 / 塔径计算

记忆喷雾=把料液雾化成20–60μm雾滴,几秒至几十秒干燥成粉。三种雾化法记法:压力(高压泵)、气流(压缩空气)、离心(高速转盘)
P28
原片 · P28
P28
第四节 喷雾干燥·一、原理与特点

喷雾干燥是利用不同的喷雾器,将悬浮液或粘滞液体喷成雾状,形成具有大表面积的分散微粒,同时与热空气发生强烈热风交换,迅速排除本身水分,在几秒至几十秒内获得干燥。

成品以粉末状态沉降于干燥室底部,连续或间断地从卸料器排出。

P29
原片 · P29
P29
喷雾干燥特点——1.速度快 / 2.温度低

1. 干燥速度快、时间短,一般 3–30s。料液雾化成 20–60μm 雾滴,表面积相应高达 200–5000 m²/m³,物料水分极易气化而干燥。

2. 干燥温度较低:虽采用较高温度热空气,但雾滴含大量水分,其表面温度不会超过热空气湿球温度,一般 50–60℃;加之物料在干燥器内停留时间短,最终温度不太高,适于热敏性物料

P30
原片 · P30
P30
喷雾干燥特点——3.成品纯度高 / 热耗

3. 制品具有良好的分散性和溶解性,成品纯度高。

但喷雾干燥的容积干燥强度小,故干燥室体积大、热量消耗多——一般蒸发 1kg 水分需约 6000 kJ 热量,相当于消耗 2.5–3.5 kg 蒸汽。

P31
原片 · P31
P31
连续喷雾干燥流程(图2-5-12)

供料罐→供料泵→供料管→喷雾器,热空气经过滤、加热、送风入塔;废气经旋风分离、湿式收集后由排风机排出。

部件:1供料罐 2供料泵 3供料管 4喷雾器 5水罐 6三通阀门 7空气过滤器 8送风机 9空气加热器 10保温罐 11气力输送风机 12旋转闸门 13气力输送管 14出电导管 15进电导管 16振动分离器 17排风机 18旋风分离器 19贮罐 20旋转闸门 21气力输送风机 22仪表盘 23旋风分离器 24冷却喷雾器风机。

P32
原片 · P32
P32
二、喷雾方法——(一)压力喷雾法

又称机械喷雾法。利用往复运动的高压泵,以 5–20 MPa 压力将液体从直径 0.5–1.5mm 喷孔喷出,分散成 50–150μm 液滴。发酵工厂有用于酵母粉的喷雾干燥。

缺点:高压泵加工精度及材料强度要求比较高、喷咀易磨损堵塞、对粒度大的悬浮液不适用。

P33
原片 · P33
P33
二、喷雾方法——(二)气流喷雾法

依靠压力为 0.25–0.6 MPa压缩空气通过喷咀时产生的高速度,将液体吸出并被雾化。

喷咀孔径较大(一般 1–4mm),故能处理悬浮液和粘性较大的液体。制药工业中广泛使用,有的工厂用于核苷酸、农用细菌杀虫剂和蛋白酶的干燥。

P34
原片 · P34
P34
二、喷雾方法——(三)离心喷雾法

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,同时又受周围空气的摩擦、阻碍与撕裂等作用形成细雾。

目前酶制剂的大型生产大多采用此法,还可用于酵母粉的干燥。

P35
原片 · P35
P35
三、气流喷雾干燥设备·气流喷雾塔(图2-5-13)

由圆柱圆锥形构成,塔直径与高度之比约 1:2.4–3,直径与锥体高度之比约 1:1.3–1.6

空塔时的气流速度为 0.15–0.2 m/s,回风空气流速 10–12 m/s。干燥室内不锈钢衬里用 1mm 左右厚度的不锈钢焊接而成。

顶部装空气分配器,分配盘的型式有旋风式扩散式、叶片旋风式等,使空气形成旋转与雾滴接触提高干燥效果。

P36
原片 · P36
P36
气流喷雾器(图2-5-14)

(a) 双流式喷咀:溶液与空气两路进入混合喷出。

(b) 三流式喷咀:溶液、空气、空气三路。

部件:溶液入口、空气入口、喷咀混合段。

P37
原片 · P37
P37
气流喷雾对高粘度料液的影响

由于气流式喷雾是利用高速气流对料液产生摩擦分裂作用而把液滴分成细雾的,所以气流式喷雾某些高粘度溶液时所得到的产品往往不是粉状而是絮状

P38
原片 · P38
P38
四、离心喷雾干燥设备·1.离心喷雾流程(图9-12)

料液由顶部离心喷雾器雾化,热空气经过滤、加热后送入,废气经旋风分离、湿式收集排出。

部件:1空气过滤器 2离心通风机 3空气加热器 4保温罐 5干燥塔 6温度计 7粉尘回收器 8旋风分离器 9料斗 10离心喷盘。

P39
原片 · P39
P39
2. 离心喷雾干燥设备的构造——A.喷雾室

主要有喷雾室、喷雾机(含喷盘)、热风盘

喷雾室直径与离心喷盘转速快慢有关:转速快雾滴小,喷雾射程(塔径)随之增大,故塔径应随喷盘转速(或喷盘式)而增大。雾滴运动获足够干燥成固体颗粒下落需不再具水平速度,且不碰塔壁。一般情况下喷雾室内截面风速以 0.1–0.4 m/s 为宜。

P40
原片 · P40
P40
喷雾室内部设置与清扫

喷雾室中部位置有走道及扶梯,方便工人清扫塔壁;当干燥完毕、待室内通风降温后,在扶梯上取下离心喷盘清洗。

有的工厂在干燥塔顶部用电葫芦把整个离心喷雾机吊起,再卸下喷盘清洗,此法较前者好——因停机后虽通风降温,但塔内温度仍较高,尤其夏季,可避免人进塔内。

P41
原片 · P41
P41
喷雾室的塔门与保温

喷雾室应安装塔门(人孔)、灯孔、视孔、温度计、水银真空计等。塔门应装在走道一边,以便停机后进入塔内清理。

整个塔内壁要求光滑,尽量避免少挂粉尘。塔外壁用石棉、木屑或膨胀珍珠岩作保温层。

P42
原片 · P42
P42
B.喷雾机、喷盘的型式及构造

国内一些厂家有离心喷雾机的定型产品,生产能力 150 L/h、500 L/h、1000 L/h,离心喷盘转数 7275–7363 r/min

喷盘型式有平板型、皿型、碗型、多翼型、喷枪型、锥型和圆帽型等;目前用于酶制剂生产的有后三种(喷枪式、锥型、圆帽式)。

P43
原片 · P43
P43
喷嘴的形式(图2-5-16)

(a) 喷枪式喷盘 (b) 锥型喷盘 (c) 圆帽式喷盘

圆帽式:沿圆周 24孔 均布,I 部详图喷出口向下倾斜 45°

P44
原片 · P44
P44
三种喷盘的比较

喷枪式:由一组喷嘴(一般 6个)伸在离心盘外,如同翼轮,中心形成负压,使喷物料容易卷起,粘在顶壁;锥型和圆帽型可避免此弊病。

圆帽式:喷孔出口向下倾斜 45°,避免被喷物料向上翻,经生产实践证明此种好。

锥型喷盘:一组喷嘴装在离心盘内,避免中心负压导致油料粘顶壁。

P45
原片 · P45
P45
喷盘喷嘴的材料与加工要求

喷盘和喷嘴的材料均用不锈钢制造,轴和离心盘加工要求精度为二级,加工及安装时要求作动量平衡试验

否则如果重量不平衡,则产生振动较大,轴承容易损坏。

P46
原片 · P46
P46
3. 热风盘(蜗壳形)

热风盘进塔后分配不均匀是造成塔内局部贴壁的主要原因。

除部分热风从塔顶外风道固定均布的方形进风口进塔外,大部分风是从热风盘(即内风道)通过风向调节板进塔。风向调节板向下倾斜角度可调节,进塔的热风风向与喷盘甩出的料液方向可相同或相反。

为使热风在塔内接近进塔速度相等,热风盘一般为蜗壳形

P47
原片 · P47
P47
热风盘构造(图2-5-17)

蜗壳形热风盘把热风均匀分配进塔。

部件:1热风盘 2保温层 3风向调节板 4塔顶壁 5喷雾机座。

P48
原片 · P48
P48
干燥塔直径与高度的选取

喷雾干燥室的直径和高度、干燥塔直径和高度的选取应能保证塔内热空气与料液间的热质交换顺利进行。

塔径的确定不仅与料液中的含水量有关,而且与喷雾塔形式有关。塔径大小须保证料液在尚未干燥之前不致碰上塔壁。干燥塔直径可用下列两种方法确定。

P49
原片 · P49
P49
A.根据喷矩半径确定塔径(公式)
D = 2.25\,r_{\max}

D:干燥塔直径;rmax:最大喷矩半径(即 99% 雾滴降落至离心喷雾器下方 7.62cm 处的雾矩截面半径)。

r_{\max} = \dfrac{3.3\,(D_0^{0.21}\,G^{0.2})}{n^{0.16}}

D₀:离心喷雾盘直径;G:进料量;n:喷盘转速。

P50
原片 · P50
P50
确定喷矩的另一计算式
r = \dfrac{4}{3}\cdot\dfrac{d}{\zeta}\cdot\dfrac{\rho_m}{\rho}\cdot\ln\dfrac{v_1}{v_0}

d:液滴平均直径;ρm:料液密度;ρ:热空气密度;v₁:液滴离开喷嘴盘时的速度;v₀:液滴运动的沉降速度;ζ:沉降阻力系数(与液滴运动的雷诺准数有关)。

P51
原片 · P51
P51
B.根据干燥强度确定塔径(公式)
D = 1.05\left(\dfrac{Q}{A_v}\right)^{1/3}

Q:喷雾干燥室蒸发量;Av容积干燥强度

06
第五节 沸腾干燥

一、原理特点型式 / 二、单层多室 / 三、沸腾造粒干燥

口诀沸腾干燥=热空气穿多孔板托起颗粒成流化态翻腾干燥。两故障:沟流、层析。沸腾造粒=喷雾+沸腾结合,三种成粒:自我、涂布、粘结
P52
原片 · P52
P52
第五节 沸腾干燥·一、原理、特点和型式

沸腾干燥又称流化床干燥,利用流态化技术——将加热的空气使孔板上的粒状物料流化沸腾,使水分迅速气化达到干燥目的。

干燥时,使气流速度与颗粒的沉降速度相等,当压力损失与流动层单位面积的重量达到平衡时(压力损失变成恒定),粒子就在气体中呈悬浮状态、在层内自由地转动,形成稳定的流化层

P53
原片 · P53
P53
沸腾造粒干燥(喷雾+沸腾的结合)

沸腾造粒干燥是利用流化介质(空气)与料液间很高的相对气速,使溶液带进流化床就迅速雾化,这时液滴与原来在沸腾床内的晶体结合,进行沸腾干燥。

故也可看作是喷雾干燥与沸腾干燥的结合

P54
原片 · P54
P54
沸腾干燥的特点
  1. 传热传质速率高。利用流态化技术,气固密切接触、传热系数大、容积干燥强度为各干燥器中最大之一,需要的床层体积大大减小;无论传热、传质,容积干燥强度、热效率等方面都较优良
  2. 干燥温度均匀、控制容易,干燥、冷却可连续进行,干燥与分级可同时进行,有利于连续化和自动化。
  3. 因溶解干燥强度较大,设备占地面积小、结构简单、生产能力大、动力消耗少。
P55
原片 · P55
P55
沸腾干燥器的分类

沸腾干燥器有单层多层两种。

单层的沸腾干燥室又分单室、多室和有干燥室冷却室的二段沸腾干燥

P56
原片 · P56
P56
二、单层卧式多室沸腾干燥设备构造和操作

单层卧式多室与单层卧式单室的沸腾干燥器构造相似,不同者是前者将沸腾床分为若干部分,并单独设有风门,可根据干燥的要求调节风量。

这种设备广泛应用于颗粒状物料的干燥,在发酵工业中可用于柠檬酸晶体的干燥和活性干酵母的干燥。

P57
原片 · P57
P57
卧式多室沸腾干燥器(图9-15)

物料经加料斗入多室沸腾床,热空气经加热器送入,废气经旋风分离、细粉回收后排出,成品由出口排出。

部件:1空气加热器 2料斗 3风泵 4风门 5成品出口 6视镜 7干燥室 8旋风分离器 9细粉回收器 10离心通风机。

P58
原片 · P58
P58
干燥箱内多孔金属网板与沸腾原理

干燥箱内平放一块多孔金属网板,开孔率一般 4–13%。板上面热空气不断加入被干燥物料,金属网板下方为热空气通道,不断送入热空气,每个通道均有阀门控制,送入的热空气通过网板上小孔使固体颗粒悬浮起来,并使颗粒成沸腾状,犹如沸腾一样。

控制干燥温度一般比室温高 3–4倍。热空气与固体颗粒充分接触,使传热传质迅速,被干燥物料水分得到蒸发,吸湿后的废气从干燥箱上部经旋风分离器排出,废气中夹带的微小颗粒在旋风分离器底部收集,被干燥物料在箱内沿水平方向移动。

P59
原片 · P59
P59
分隔板与卸料结构

在金属网板上垂直地安装数块分隔板,使干燥箱分为多室,使物料在箱内平均停留时间延长,同时借助物料与分隔板的撞击作用,使它获得在垂直方向的运动,从而改善物料与热空气的混合效果,热空气是通过散热器用蒸汽加热的。

为便于控制卸料速度以及避免卸料不均匀产生的结疤现象,可在沸腾床上装有往复运动的推料机构,不过这只能用在单层卧式单室的沸腾床。

P60
原片 · P60
P60
操作故障——(1)沟流

操作中可能出现沟流和层析现象。

(1) 沟流:沸腾干燥出现沟流,致使空气走短路,干燥过程无法进行。由于床层密度不均匀性,使床内出现沟流,大量气体从此沟内通过,在沟内及旁边的颗粒,由于气流速度较高而先行流化,而其他部分仍处于固定状态。沟流可能是局部沟流,也可能是整体沟流。产生原因是气体分布不良,使气体在床层中走短路,更多的气体随着通过这低阻力的通道,导致越多越大的沟流。

P61
原片 · P61
P61
沟流的影响因素

除床层深度和流化速度影响气体分布外,金属网板孔径的大小也是主要因素:大的孔径产生大气泡,结果造成床层密度的不均匀性;床层越浅、孔径越大时,应以孔径越不漏粉为原则,对较细物料孔径可用 5mm

物料的粘性也是导致沟流的原因,高粘性床层的特征是产生大气泡,使床层大大失去均匀性,故对粘性物料不宜采用沸腾干燥。

P62
原片 · P62
P62
操作故障——(2)层析现象

(2) 层析现象:在气固系统中,往往因为固体颗粒大小相差较大或密度不同,在操作过程中会产生层析现象。

如卧式沸腾干燥箱的操作过程中,细颗粒或粉末状的物料被气体带出,一般中等颗粒的物料能逐渐向卸料口接近而卸出,而大颗粒的物料由于层析现象沉降于床层底部,造成无法流化或结疤现象。

P63
原片 · P63
P63
三、沸腾造粒干燥设备原理、流程和构造(原理)

沸腾干燥时由压缩空气通过喷咀,把液体雾化同时喷入沸腾床进行干燥。

在沸腾床中由于高速的气流与颗粒的湍动,使悬浮在床中的液滴与颗粒具有很大的蒸发表面积,增加了水分由物料表面扩散到气流中的速度,并增加物料内部水分由中央扩散到表面的速度。

P64
原片 · P64
P64
三种成粒方式:自我/涂布/粘结

当液滴喷入沸腾床后,在接触种子之前水分已完全蒸发,自己形成一较小的固体颗粒,即自我成粒;或者附在种子表面然后水分才完全蒸发,在种子表面形成一层薄膜,而使种子颗粒长大,犹如滚雪球一样,即涂布成粒

如果雾滴附在种子表面、还未完全干燥时种子碰撞,有一部分可能与其他种子粘在一起而成大颗粒,即粘结成粒。生产上要求第二种(涂布成粒)占主要组分为好。

P65
原片 · P65
P65
影响产品颗粒大小的因素——停留/摩擦

(1)停留时间的影响:物料在床内停留时间越长,则颗粒的增长也越大;如欲得到颗粒状的产品,必须设法增加其停留时间。

(2)摩擦的影响:颗粒在沸腾床内剧烈运动,它们之间由于摩擦作用,造成产品粒度减小;摩擦的影响随着气流速度和喷咀中分散液体用的压缩空气量的增大而增加。

P66
原片 · P66
P66
影响产品颗粒大小的因素——(3)温度的影响

(3)干燥过程温度的影响:操作中供料温度与沸腾床温度存在一定差值。

当温度差较大时,则液滴在与固体颗粒接触前,液滴中的水分已完全蒸发,形成新质点;反之当温度差较小时,则液滴在未与床层中固体颗粒接触前水分不能全部蒸发,由此液滴就可能粘附在固体颗粒表面,吸收固体颗粒的显热使水分继续蒸发,在固体粒子外表面结膜使粒度增大。

P67
原片 · P67
P67
温度差过大导致结块

但如果液滴所需的水分蒸发热大于固体颗粒显热时,则形成一个湿的质点,而使其他小颗粒粘结聚合而成为较大的颗粒,甚至结块

P68
原片 · P68
P68
葡萄糖浓缩液沸腾造粒干燥流程(图9-16)

糖液经蒸发器浓缩后由顶部喷咀雾化喷入沸腾床,热空气经加热送入,废气经旋风分离、收集器回收排出。

部件:1抽风机 2旋风分离器 3收集器 4分离器 5灯孔 6干燥器 7喷雾器 8空气加热器 9离心通风机 10过滤器 11保温槽;压缩空气、蒸汽、返料。

P69
原片 · P69
P69
糖液浓度与喷咀位置

糖液在蒸发器内预先浓缩到 70% 左右浓度;为避免糖液在管道中因冷却后凝固而造成堵塞,在进入喷咀前经过加热槽,糖液保持在 60℃ 左右,与压缩空气一起经喷咀喷入沸腾床。

喷咀位置一般多采用锥形沸腾床,可用 3–6个 喷咀,同时沿器壁周围布置,喷咀结构有二流式和三流式。中心管走压缩空气,内环窜走糖液,外管走料液;或外管走料液、内管走压缩空气。即空气与导管成螺旋线,即空气导向装置,使此种喷咀雾化较好。

P70
原片 · P70
P70
沸腾造粒干燥塔(图2-5-21)

倒圆锥形塔体,顶部喷嘴雾化、底部出料、热空气底部入塔。

部件:1测压器 2喷嘴 3人孔 4窥镜 5测温口 6出料口 7灯孔 8加料口 9热空气入口。

P71
原片 · P71
P71
干燥塔几何形状与颗粒分级

干燥塔几何形状为倒圆锥形,锥角约 30度。由于是锥形沸腾床,沿床气速有不断变化的特点,致使不同大小的颗粒能在不同截面上达到均匀良好的沸腾,并使颗粒在沸腾床中发生分级:使较大的颗粒先从下部排出,以免继续长大;而较细的颗粒在上面继续长大,小颗粒继续留在床层内以保持一定的粒度分布。

P72
原片 · P72
P72
热风进风温度与床层温度

热风从干燥器底部的风帽上升,与雾化的料液相遇,进风温度为 80℃,床层温度约 50℃ 左右。

废气从上部由排风机经旋风分离器排入大气,细粉末从分离器下部收集。

P73
原片 · P73
P73
返料(晶核)的作用

在沸腾床中一边雾化、一边加入晶核,加入晶核的大小与产品粒度成正比。加入晶核在操作上称返料。在葡萄糖生产中返料比高达 50% 以上,返料也影响产品的粒度,返料比小时产品粒度大;因此可用调节量来控制床层的粒度大小。

此外进料液的浓度、温度、干燥速率也影响产品的粒度。在开始生产时,必须预先于干燥器内加入一定量的晶核(称底料)才能喷入糖液,防止喷入的糖液贴壁。

P74
原片 · P74
P74
沸腾造粒干燥设备的优点

这种设备的优点是使葡萄糖溶液的蒸发、结晶合并为一道操作过程,不会剩下母液,简化了工艺操作,因而缩短了生产周期,节约了劳动力和降低劳动强度,缩小了占地面积。

若用于蛋白质的生产,与喷雾法比较,则解决了劳动保护问题和产品的吸潮问题。但还存在一些待解决的问题。

P75
原片 · P75
P75
沸腾造粒干燥存在的问题
  1. 返料比太大,设备生产能力较低。
  2. 由于葡萄糖生产中热风温度不能高,与料液温度接近,故需要的空气量大,同时干燥塔的压力降也较大。
  3. 维持连续稳定生产是采用返料的方法解决的,因此要增加辅助设备(如粉碎机等),生产过程复杂。今后应探索不返料的方法,采用自身达到平衡的方法。
REVIEW

关键数字速记表

项目数值备注
单层麦芽塔 1m² 烘床产量225–300 kg每烘焙周期
麦芽塔烘焙周期16–22 h
绿麦层高度0.8–1.5 m
烘焙100kg麦芽好热量(2.7–42)×10⁴ kJ
气流干燥时间1–5 s干燥时间极短
气流干燥气速10–20 m/s固体悬浮
气流干燥赤霉素温度140℃热敏也可用高温
气流干燥四环素温度130℃
气流干燥适用粒度0.1–10 mm粉粒/碎块状
气流干燥热利用率≈ 30%间接蒸汽加热
空气加热蒸汽压力0.2–0.3 MPa加热后空气80–90℃
螺旋加料器转速60 转/分
喷雾干燥时间3–30 s
喷雾雾滴直径20–60 μm表面积200–5000 m²/m³
喷雾雾滴表面温度50–60℃近湿球温度
喷雾蒸发1kg水耗热≈ 6000 kJ≈2.5–3.5 kg蒸汽
压力喷雾压力5–20 MPa机械喷雾法
压力喷孔/液滴孔0.5–1.5mm / 滴50–150μm
气流喷雾空气压力0.25–0.6 MPa压缩空气
气流喷雾喷孔径1–4 mm可处理粘性料
气流喷雾塔径高比1 : 2.4–3直径:高度
喷雾室截面风速0.1–0.4 m/s
离心喷盘转速7275–7363 r/min
圆帽式喷盘24孔均布 / 下倾45°
塔径(喷矩法)D = 2.25·rmax
塔径(干燥强度法)D = 1.05·(Q/Av)^(1/3)
沸腾干燥网板开孔率4–13%
沸腾床温度比室温高3–4倍控制干燥温度
沸腾造粒返料比≥ 50%葡萄糖生产
沸腾造粒进风温度80℃床层约50℃
沸腾造粒糖液浓度/温度70% / 60℃喷入前加热保温
?
SELF-TEST

自测闪卡(点击翻牌)

发酵产品空气干燥按工作原理分哪三类?
气流干燥、沸腾干燥、喷雾干燥(麦芽干燥也属空气干燥)。
物料中水分分哪两类?分别在哪个阶段排除?
游离水(恒速段排除)和结合水(降速段排除)。
干燥的两种机理(控制阶段)是什么?
表面汽化控制(恒速段)、内部扩散控制(降速段)。
恒速干燥速度取决于什么?
物料表面水分的汽化速率,即外部干燥条件(空气湿度、温度、流速)。
降速干燥速度主要取决于什么?
物料本身的结构、形状、大小等特性,其次是干燥温度。
干燥设备选型考虑哪四方面?
产品质量、产品纯度、物料特性、产量及劳动条件。
高活性昂贵生物制品(如乙肝疫苗)宜用什么干燥?
真空干燥或冷冻干燥。
麦芽干燥塔有哪两类烘床?发展趋势?
水平式烘床和垂直烘床;趋势是用单层高效麦芽干燥塔取代多层。
真空干燥的优缺点?
优点:温度低、减少氧化、保护热敏/易氧化物料;缺点:生产能力低、需专门抽真空系统。
真空干燥设备由哪三部分组成?三种型式?
密闭干燥室、冷凝器、真空泵;型式有箱式、带式、耙式。
气流干燥的原理和干燥时间?
用热空气与粉粒状湿物料充分接触进行传热传质;时间极短,一般1–5s。
气流干燥强度为什么大?
物料在热风中悬浮、被热空气包围、最大限度接触;气速10–20m/s使气膜不断更新,降低传热传质气膜阻力。
气流干燥的主要缺点?
对晶形磨损严重、不宜用于粘性物料、热利用率低(约30%)。
喷雾干燥的原理?
用喷雾器把料液雾化成大表面积微粒,与热空气强烈热交换,几秒至几十秒干燥成粉。
喷雾雾滴直径与干燥时间?
雾滴20–60μm,干燥时间3–30s。
喷雾干燥为什么适于热敏性物料?
雾滴含大量水分,表面温度不超过热空气湿球温度(约50–60℃),停留时间短,最终温度不高。
三种雾化方法及其动力?
压力喷雾(高压泵5–20MPa)、气流喷雾(压缩空气0.25–0.6MPa)、离心喷雾(高速旋转圆盘)。
气流喷雾高粘度料液会得到什么产品?
往往不是粉状而是絮状。
离心喷雾塔径的两种确定方法?
A.根据喷矩半径 D=2.25·rmax;B.根据干燥强度 D=1.05·(Q/Av)^(1/3)。
圆帽式喷盘的特点?
沿圆周24孔均布、喷孔出口下倾45°,避免被喷物料上翻,实践证明最好。
沸腾干燥的原理?
利用流态化技术,加热空气使孔板上粒状物料流化沸腾,水分迅速气化干燥。
沸腾干燥操作中的两种故障现象?
沟流(气体走短路)和层析(大小/密度不同的颗粒分层)。
沸腾造粒干燥是哪两种干燥的结合?
喷雾干燥与沸腾干燥的结合。
沸腾造粒的三种成粒方式?生产希望哪种为主?
自我成粒、涂布成粒、粘结成粒;希望涂布成粒占主要组分。
沸腾造粒干燥塔为何做成倒圆锥形(锥角约30°)?
沿床气速不断变化,使不同大小颗粒在不同截面良好沸腾并分级,大颗粒先排出、小颗粒留床内长大。
返料(晶核)在沸腾造粒中的作用?
加入晶核控制产品粒度(晶核大小与产品粒度成正比),开车前先加底料防糖液贴壁;葡萄糖生产返料比可达50%以上。

Tweaks调节

记忆模式(挖空自检)
挖空词块
正文字号
纸张纹理