1、成品干燥,一、概述干燥的应用范围很广，所处理的物料种类多，物料的性质差异大。它几乎是生产所有固态产品的最后一道工序。因此，相应的干燥方法、干燥器种类和型式好比较多。按照热能供给湿物料的方式不同，干燥可分为以下几类：1. 导热干燥热能通过传热壁面以传导的方式传给湿物料，使其中的水分汽化，然后，所产生的蒸汽被干燥介质带走，或用真空泵抽走的干燥操作过程，称为导热干燥。由于该过程中湿物料与加热介质不直接接触，故又称为间接加热干燥，该法热能利用较高，但与传热壁面接触的物料在干燥时易局部过热而变质。,2. 辐射干燥热能以电磁波的形式由辐射器发射至湿物料表面，被物料所吸收转化为热能，而将水分加热汽化，达到干
2、燥的目的。有电能辐射器（如专供发射红我此致的灯泡）和热能辐射器。红外线辐射比热导干燥和对流干燥的生产强度大几十倍，且设备紧凑，干燥时间短，产品干燥均匀而洁净，但难耗大，适用于干燥表面积大而薄的物料。,3. 介电加热干燥介电加热干燥是将需要干燥的物料置于高频电场内，利用高频电场的交变作用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。 电场的频率低于3000MHz时，称为高频加热；频率为33900GHz时为超高频加热。,工业上微波加热所用的频率为9、15和24.5GHz。微波干燥时，湿物料在高频电场中很快被均匀加热。由于水分的介电常数比固体物料的介电常数要大得多。当干燥到一定程度，物料内部的水分比表面多时，
3、物料内部所吸收的电能或热能比表面多，致使物料内部的温度高于表面温度，温度梯度与水分扩散的浓度梯度方向一致，即传热和传质的方向一致。,传热过程将促使物料内部水分的扩散，使干燥时间大大缩短，得到的干燥产品均匀而洁净。而辐射干燥以及下述的对流干燥，热能都是从物料表面传至物料内部，水分则是由物料内部扩散到物料的表面，传热和传质和方向相反，物料表面温度比内部高。,在干燥过程中，物料表面先变成干燥的固体，形成绝热层，致使传热以及内务部水分的汽化和扩散至表面的阻力增加，干燥时间长。因此，对于干燥过程中表面易结壳或皱皮（收缩），或内部水分难以去除的物料（如皮革等），采用微波加热干燥效果很好，但该法费用大，使用
4、上也受到一定的限制。由于干燥时物料内部温度较高，因此，这种方法一般不用于热敏性物料的干燥。,4. 对流干燥热能以对流给热的方式由干燥介质（通常是热空气）传给湿物料，使物料中的水分汽化，物料内部的水分以气态或液态形式扩散至物料表面，然后汽化的蒸汽从表面扩散至干燥介质主体，再由介质带走的干燥过程称为对流干燥。,对流干燥过程中，传热和传质同时发生。热能由干燥介质的主体，以对流方式传给固体物料的表面，然后再由物料表面传至固体的内部；而水分却由固体内部向固体表面扩散，被汽化后由固体表面扩散至气相介质的主体。传热的推动力是温度差，传质的推动力是水的浓度差，或水蒸气的分压差，传热和传质的方向相反，但密切相关
5、。干燥介质既是湿载体，干燥过程对于干燥介质是降温增湿的过程。,5. 干燥速率 干燥速率是干燥时单位干燥面积，单位时间内汽化的水量，受以下几方面因素的影响： 物料在性质、结构和形状：物料的性质和结构不同，物料与水分的结合方式以及结合水与非结合水的界线也不同，因此其干燥速率也不同。物料的形状、大小以及堆置方式不仅影响干燥面积，而且也影响干燥速率。干燥介质的温度和湿度：干燥介质的温度越高，湿度越低，干燥速度越大。但干燥介质的温度过高，最初干燥速率过快不仅会损坏物料，还会造成临界含水量和增加，反而会使后期的干燥速率降低。干燥操作条件：干燥操作条件主要是干燥介质与物料的接触方式，以及干燥介质与物料的相对
6、运动方向和流动状况。干燥器的结构型式。,6.干燥的副作用物料的收缩：物料的收缩主要是由于水分子的除去造成的，有些物料在不同方向的收缩是不同的。因此，要注意干燥过程因物料收缩造成的物料体积缩小、形状变化和表面裂纹。 化学变化：结晶无机物在强烈干燥时会失去它们的结晶水，任何热敏性有机物在热空气中干燥时，容易发生某些氧化和热分解。这些都会影响干燥后物料的品质和收率。生化变化：在干燥过程中，由于物料温度的升高和结合水分的失去，所有具有生理活性和生化特性的物料都会发生不同程度的不可逆变化。全部或部分失去生理活性和生化特性，复水时不能完全恢复原来的性质。干燥干燥过程中的氧化也是常见的。,二、干燥器及干燥工
7、艺,1. 干燥器物料的干燥是由干燥系统来完成的。不同的干燥系统的设备组成是不同的，但其核心设备是干燥器。干燥器的种类繁多，现以干燥器分类表的形式作一简介绍（见下表）。,表15-3干燥器的分类,2. 干燥工艺1)干燥工艺的确定干燥操作分为单批间歇操作和连续操作，具体采用哪种操作形式要根据处理物料的数量和性质来决定。被干燥物料的状态和物料化学性质是决定干燥介质种类、干燥方法和干燥设备的重要因素，也是决定干燥工艺的重要因素。,根据物料的不同状态，可把物料分为：溶液及泥浆物料、短冻结物料、膏糊状物料、粉粒状物料、块状物料、棒状物料、短纤维状物料、不规则形状的物料（如陶瓷制品）、连续的薄片状物料（如纸张
8、）、零件及设备涂层等。决定干燥工艺需要了解的被干燥物料的理化性质主要有以下几方面： （1）物料的化学性质如组成，热敏性（软化点、熔炉点或分解点）、物料的毒性、可燃性、氧化性和酸碱性（度）、摩擦带电性、吸水性等。,（2）物料的热性质如物料含水率、假密度、真密度、比热容、导热系数及粒度和粒度分布。对于原料液还应知道，原液的浓度、粘度及表面张力等。（3）其他性质如膏糊状物料的粘附性、触变性（即膏糊状物料在振动场或在搅动条件下，物料可从塑性状态过渡到具有一定流动性的性质），这些性质在设计干燥器及加料器时可加以利用。,在充分了解被干燥物料性质的基础上，还应结合所选干燥器的型式，进一步了解在干燥过程中物料
9、及干燥介质的变化情况。对于在干燥过程中有热敏性的物料，还应找到物料变质最小的最适宜温度。总之，干燥过程是一个影响因素非常多的过程，在决定干燥设备和干燥工艺时，应充分注意这些因素对物料品质和收率的影响。当然，干燥过程的经济效益也是必须考虑的，以便干燥系统能在最为经济合理的条件下运行。,3. 干燥器的选型干燥器的选型是确定干燥工艺的一个重要步骤。干燥器选型是否恰当合理，是所确定的干燥工艺是否成功的关键。干燥器选型所要考虑的因素与决定干燥工艺基本相同。燥器选型可参考一些资料。,三、生物工业常用干燥技术,1.气流干燥技术气流干燥是一种连续式高效固体流态化干燥方法。它把呈泥状、粉粒状或块状的湿物料送入热
10、气流中，与之并流，从而得到分散成粒状的干燥产品。气流干燥的基本如图15-13所示。湿物料自螺旋加料器进入干燥管，空气由鼓风机鼓入，经加热后与物料汇合，在干燥管内达到干燥目的。干燥后的物料在旋风除尘器和袋式除尘器得到回收，废气经抽风机由气管排出。,气流干燥是对流干燥的一种。在气流干燥中，除一般使用干燥介质为不饱和热空气外，在高温干燥时可采用烟道气。为避免物料被污染功氧化，可采用过热水蒸气。对含有机溶剂的物料干燥，也可采用氮或溶剂的过热蒸气作干燥介质。,气流干燥有以下特点：（1）干燥强度大气流干燥由于气流速度高，粒子在气相中分散良好，可以把粒子的全部表面积作为干燥的有效面积，因此，干燥有效面积大大
11、增加。同时，由于干燥时的分散和搅动作用，使汽化表面不断更新，因此，干燥的传热、传质过程强度较大。例如，旋风式气流干燥器的干燥强度可达2.69kg水/（m2h）。,（2）干燥时间短气固两相的接触时间极短，干燥时间一般在0.52s，最长为5s。 物料的热变性一般是温度和时间的函数，因此，对于热敏性或低熔点物料不会造成过热分解而影响其质量。（3）热效率高气流干燥采用气固相并流操作，而且，在表面汽化阶段，物料始终处于与其接触的气体的湿球温度，一般不超过6065，在干燥末期、物料温度上升的阶段，气体温度已大大降低，产品温度不会超过7090，因此可以使用高温气体。在生产实践中，气温在2s内由700降为30
12、0，或在4s内由700降为180，而物料本身温度不超过40。,（4）处理量大 一根直径为0.7m、长为1015m的气流干燥管，每小时可处理25t煤或18t硫铵。（5）设备简单 气流干燥器设备简单，占地小，投资省。与回转干燥器相比，占地面积减少60%，投资约省80%。同时，可以把干燥、粉碎、筛分、输送等单元过程联合操作，不但流程简化，而且操作易于自动控制。,（6）应用范围广 气流干燥可适用于各种粒状物料。在气流干燥管直接加料情况下，粒径可达10mm，湿含量可在10%40%之间。由于气流速度较高，粒子有一定的磨损和粉碎，因此对于要求有一定形状的颗粒产品不宜采用。对于易于沾壁的、非常粘稠的物料以及需
13、干燥至临界湿含量以下的物料也不宜采用。在干燥时要产生的物料，以及所需的风量比较大和情况下也不宜采用气流干燥。,2. 喷雾干燥技术（1）喷雾干燥的原理将溶液、乳浊液、悬浊液或浆料在热风中喷雾成细小的液滴，在它下落过程中，水分被蒸发而成为粉未状或颗粒状的产品，称为喷雾干燥。喷雾干燥的原理如图15-14所示。,在干燥顶部导入热风，同时将料液泵送至塔顶，经过雾化喷器雾状为液滴。这些液滴群的表面积很大，与高温热风接触后水分迅速蒸发，在极短的时间内便成为干燥产品，从干燥塔底部排出。热风与液滴接触后，、温度显著降低，湿度增大，它作为废气由排风机抽出。废气中夹带的微粉用分离装置回收。物料干燥分等速阶段和减速阶
14、段两个部分进行。,（2）喷雾干燥的特点 喷雾干燥具有以下一些优点：干燥速度十分迅速。 料液经喷雾后，表面积极大，例如将1L料液雾化成50m的液滴，其表面可增大至120m2。在高温气流中，瞬间就可蒸发95%98的水分，完成干燥时间一般仅需540s。干燥过程中液滴的温度不高，产品质量较好。 喷雾干燥使用的温度范围非常广（80800），即使采用高温热风，其排风温度仍不会很高。在干燥初期，物料温度不超过周围热空气的湿球温度干燥产品质量较好。例如不容易发生蛋白质变化、维生素损失、氧化等缺陷。对热敏性物料、生物和药物的质量、基本上能接近于真空下干燥的标准。,产品具有良好的分散性、流动性和溶解性。 由于干燥
15、过程是在空气中完成的，产品基本上能保持与液滴相近的球状，具有良好的分散性、流动性和溶解性。生产过程简化，操作方便。 喷雾干燥通常用于处理湿含量为40%60%的溶液，特殊物料即使湿含量高达90%，也可不经浓缩，同样能一次干燥成粉状产品。大部分产品干燥后不需要再进行粉碎和筛选，从而减少了生产工序简化发生产工艺流程。产品的粒径、密度、水分，在一定范围内，可用通过改变操作条件进行调整，控制和管理都很方便。适宜于连续化大规模生产。 喷雾干燥能适应工业大规模生产的要求，干燥产品经连续排料，在后处理可结合冷却器和风力输送，组成连续生产作业线。,喷雾干燥的缺点有：当热风温度低于150时，热容量系数低h=231
16、20J/(m3)，蒸发强度小，干燥塔的体积比较宠大。废气中回收微粒的分离装置要求较高。在生产粒径小的产品时，废气中约夹带有20%左右的微粒，需选用高效的分离装置，结构比较复杂，费用较贵。而对于有毒气、臭乞物料，由必须采用封闭循环系统的生产流程，将毒气、臭气焚烧，经防止大气污染，改善生产环境。与气流干燥器相同，喷雾干燥器的型式也较多，详细情况请参阅有关资料。,3. 冷冻干燥技术（1）冷冻干燥机理、冻干曲线及其控制在冷冻干燥过程中，被干燥的产品首先要进行预冻，然后在真空状态进行升华，使水分直接由冰变成汽而获得干燥。在整个升华阶段，产品必须保持在冻结状态，不然就不能得到性良好的产品。在产品预冻阶段，
17、还要掌握合适的预冻温度，如果预冻不够低，则产品可能没有完全冻结实，在抽空升华的时候，会膨胀起泡；如果预冻的温度太低，这不仅增加不必要的能量消耗，而且对于某些产品会减低干后的成活率。,在冻干产品干燥的升华阶段，由于产品升华时要吸收热量（每1g冰完全升华成水蒸气大约需要吸收2800J左右的热量），因此，如果不对产品进行加热或加热不够，那么在升华的将吸收产品本身的热量而使产品的温度降低，相应的产品的蒸汽压也降低。于是引起升华速率的降低，整个干燥的时间会延长，生产率就会下降。如果对产品加热过多，产品的升华速率固然会提高，但在抵消了产品升华所吸收的热量之后，多余的热量会使冻结产品本身的温度上升，使产品可
18、能出现局部熔化甚至全部熔化，引起产品的干缩起泡现象，整个干燥就会失败。,为了获得良好的冻干产品，一般在冻干时都根据每种冷冻干燥机的性能和产品的特点，在经过试验的基础上制订出一条冻干曲线，然后控制机器，使冻干过程各阶段的温度变化符合预先制订的冻干曲线。也可以通过一个程序控制器，让机器自动地按照预先设定的冻干曲线来工作，从而得到合乎希望的产品。,（2）冷冻干燥器的一般特点因物料处于冷冻状态下干燥，水分以冰的状态直接升华成水蒸气，故物料的物理结构和分子结构变化极小。由于物料在低温真空条件下进行干燥操作，故对热敏感的物料，也能在不丧失其酶活力或生物试样原来性质的条件下长期保存，故干燥产品十分稳定。因为
19、干燥后的物料在被除去水分后，其原组织的多孔性能不变，故若添加或汤，即可在短时间内基本上完全恢复干燥前的原来状态。因干燥后物料的残存水分很低，故若防湿包装优良，可在常温条件下长期贮存。,四、干燥技术的应用,由于生物技术产品多是热敏性物料，某些产品还具有生物活性，因此，在干燥过程中控制干燥温度和干燥时间特别重要。物料停留时间短、温度较低的干燥技术在生物技术中特别适用，因此，气流干燥和喷雾干燥目前在生物技术领域得到广泛应用。例如在酶制剂工业、氨在酸工业、抗生素工业等中已得到广泛应用。而对于某些特殊的生物制品，只有采用冷冻干燥才能保证制品的品质，如某些酶制剂等等。目前，各种针对生物技术制品的干燥器相继问世，实际应用应收集有关干燥器发展的最新资料，以便使用适合的干燥器。,
