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1、第二节 气流干燥器及其计算,一、气流干燥,定义：利用高速热气流将物料在流态化输送过程进行干燥的操作。特点：（1）气-固接触面积大，传热效果较好。（2）可用较高温度的空气作为干燥介质。（3）设备结构简单、制造方便，占地面积小、能连续操作，适合自动控制但干燥管一般较高，对厂房建筑有要求。,（4）适用性广，可适用于各种粉粒状、碎块状以至泥状物料的干燥。（5）对物料有一定的磨损，不适用于晶型要求严格的产品，也不适合黏性很大的物料。,缺点：必须有高效能的粉尘收集装置，否则尾气携带的粉尘将造成很大的浪费，也会对形成对环境的污染；对有毒物质，不易采用这种干燥方法。但如果必须使用时，可利用过热蒸汽作为干燥介质
2、；对结块、不易分散的物料，需要性能好的加料装置，有时还需附加粉碎过程；气流干燥系统的流动阻力降较大，动力消耗较大。,二、气流干燥流程与设备,附属设备有：空气过滤器、风机、加料斗、卸料器、分离器等。,三、气流干燥器的类型,1、按加料方式分类（1）直接加料型（2）带分散机型（3）带粉碎机型,2、按干燥管形状分类（1）直管式 适用于比较容易干燥的物料。（2）变径管式 适用于较难干燥的物料，以及成品含水率要求较 低（0.5%）的场合。变径管是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。加速传热，并使物料在干燥管内的停留时间增大。,四、气流干燥的计算,（一）颗粒在静
3、止空气中的运动规律颗粒在静止空气中的沉降 重力-浮力=阻力 Fp-Fb=Fs,阻力系数与沉降时的Ret有关,2.颗粒在流动气流中的运动,颗粒在静止空气中运动时的阻力或流动气流对颗粒的作用力都和空气与颗粒间的相对速度有关。,若上升空气的速度,颗粒随着气流以一定的加速度上升，当速度达到某一极限值时，颗粒以等速上升。,加速阶段,（颗粒上升的净力）=（气流作用于颗粒的力）-（颗粒的重力与浮力之差）,（二）颗粒在气流中运动时的传热和传质,反映传热效应的努塞尔特准数与反映流动状态的Ret的关系：,在加速阶段的加料处，气固相间具有最大的相对速度。,当30Reg400时，,当400Reg1300时，,（三）直
4、管式气流干燥器的计算,1.物料恒算及热量恒算,每小时处理的绝对干物料量,每小时湿物料处理量,湿物料原始含水量,每小时中除去水分量预热器所加入的热量,湿含量,干空气用量,2.干燥管的直径及高度计算,干燥管的直径：,空气体积流量,空气在干燥管中流速,加速阶段高度计算等速阶段高度计算,（四）旋风式气流干燥及其计算,物料在旋风干燥器中受三种力作用：（1）气流对物料的推力。（2）物料在干燥器内旋转，受到离心力。（3）物料自身的重力。,干燥器直径计算,干燥器的高度,第三节 喷雾干燥器及其计算,喷雾干燥,原理：在喷雾干燥器中，将液态物料通过喷雾器分散成细小的液滴，在热气流中自由沉降并迅速蒸发，最后被干燥为固
5、体颗粒与气流分离。,优点 在高温介质中，干燥过程极快，适宜于处理热敏性物料；处理物料种类广泛，如溶液、悬浮液、浆状物料等皆可；喷雾干燥可直接获得干燥产品，因而可省去蒸发、结晶、过滤、粉碎等工序；能得到速溶的粉末或空心细颗粒；过程易于连续化、自动化。,缺点：热效率低；设备占地面积大、设备成本费高；粉尘回收麻烦，回收设备投资大。,（一）气流喷雾干燥设备 1、气流喷雾干燥流程、特点 切线方向进入；喷头处有螺旋线；空气涡流形成低压区；吸引液体在内部或外部混合微粒化空气分配盘进入。,2、气流喷雾干燥塔的构造 圆柱圆锥形；顶部装有空气分配盘，分配盘的型式有旋风扩散式、叶片旋风式，其作用是使空气形成旋流与雾
6、滴接触，提高干燥效果。设备的下部有螺旋排风管，是在回风管的下部外侧焊上螺旋形的导风板，使气流沿螺旋导风板旋转向下，增大了气流阻力，使密度较大的产品向下沉降，密度较小的粉末状产品随废气沿回风管导入袋滤器，螺旋排风管的作用是使气固两相分离。气流喷雾器有两种型式，内部混合式为外部混合式。,（二）离心喷雾干燥设备 1、离心喷雾干燥流程（1）间歇卸料的离心喷雾干燥流程 小罐加温至50再进塔；液体通过六个喷嘴甩成雾状，与从顶部进风口以旋转方式进入至喷雾盘四周的热空气进行充分接触，造成强烈的传热和水分蒸发，空气温度随之降低，微粒在气流和自身重力作用下旋转而下，当达到出口时已干燥完毕，间歇通过双闸门的卸料阀，
7、定期卸料。,（2）连续卸料的离心喷雾干燥流程,2、离心喷雾干燥设备的构造（1）喷雾室 喷雾室的直径与离心喷盘的转速快慢有关；液滴直径与转速成反比，液滴射程与液滴直径成正比，喷盘转速越小喷雾室直径就越大。在喷矩为半径的圆周内，9095%液滴微粒下落，即不再具有水平速度，这个距离叫喷矩。只要干燥塔直径大于喷矩时，绝大部分液滴就不会碰壁,（2）喷雾机、喷盘的类型及构造,（3）热风盘 热风进塔后分配不均匀是造成塔内局部贴壁的主要原。大部分的热风是从热风盘通过风向调节板进入塔内。为了使热风在热风盘进入塔内的速度相等，热风盘一般为蜗壳形。热风分配盘应与喷雾机配合安装，一定要使热风进口与喷盘位置尽量靠近，热
8、风分配盘应使热风均匀分配进入喷雾室，因此要求进入塔内的速度相等，尽量避免与减少涡流形成，否则容易发生物料焦化现象。,3、喷雾装置的型式 按气流与雾滴的运动方向不同，分为三种型式：（1）并流干燥（2）逆流干燥（3）混合流干燥,(三）气流式喷雾干燥器的计算,内部混合气流式喷雾器液滴直径外部混合气流式喷雾器液滴直径气体喷嘴流速液体喷嘴的孔径,第四节 沸腾干燥与沸腾造粒干燥,沸腾干燥与沸腾造粒干燥(一)沸腾干燥原理、特点和型式 沸腾干燥是利用流态化技术使水分迅速汽化干燥。故又称流化床干燥。沸腾造粒干燥可看作是喷雾干燥与沸腾干燥的结合。沸腾干燥的特点是传热传质速率高。沸腾干燥器有单层和多层两种。单层的沸
9、腾干燥器又分单室、多室和有干燥室冷却室的两段沸腾干燥器，另外还有沸腾造粒干燥器。,浓相段和稀相段当流体通过固体床层的空塔速度值高于初始流化速度但低于逸出速度，颗粒在气流作用下悬浮于床层中，所形成的流固混合物称为浓相段。在浓相段上升的气泡在界面上破裂，气泡内颗粒以及受气泡挟带的乳化相中颗粒将被抛向浓相段上方空间。这段空间称为稀相段或称分离段。,流态化的不正常现象,沟流：由于流体分布板设计或安装上存在问题，使流体通过分布板进入浓相段形成的不是气泡而是气流，称沟流。沟流造成气体与乳化相之间接触减少，传质与反应效果明显变差。节流（腾涌）,(二)单层卧式多室的沸腾干燥设备构造和操作 适用于颗粒状物料的干
10、燥。单室干燥原理：干燥箱内平放有一块多孔金属网板，下方有热空气通道，不断送入热空气，在一定流速下使板上的物料处于沸腾状态而干燥。多室干燥原理和单室相似。不同的室由多个隔板分开。操作注意事项：1、防止沟流现象。2、防止层析现象,（三）沸腾造粒干燥设备的原理、流程和设备构造 沸腾造粒干燥操作是由压缩空气通过喷嘴，把液体雾化同时喷入沸腾床进行干燥。1、操作易出现的三种现象：（1）自我成粒。（2）涂布成粒；（3）黏结成粒。2、影响产品颗粒大小的因素：（1）停留时间的影响（2）摩擦的影响（3）干燥过程温度的影响,3、返料 沸腾造粒干燥操作是在沸腾床中一边雾化，一边加入晶核，加入晶核的颗粒大小与产品粒度成
11、正比。加入晶核，在操作上称返料。返料比也影响产品的粒度，返料比小时，则产品颗粒大，因此可用调节返料量来控制床层的粒度大小。沸腾造粒干燥设备存在问题：（1）因返料比太大，设备生产能力较低。（2）需要的空气量大。（3）需增加辅助设备。,（四）沸腾干燥的计算 1、临界流化速度 2、操作流化速度 3、流化床几何尺寸 4、物料在干燥器内停留时间,临界流化速度的求取 实验测定法：图8-14 临界流化速度的计算式,第五节 真空干燥与冷冻干燥设备,一、真空干燥,真空干燥,冷冻干燥,真空干燥和冷冻干燥都是使物料处于真空状态下进行干燥。,真空干燥器的类型及结构：（1）箱式真空干燥器（2）搅拌真空干燥器（3）双锥回
12、转式真空干燥器,优点：干燥的成品外观质量好缺点：劳动强度大,（1）箱式真空干燥器,（2）搅拌真空干燥器,（3）双锥回转式真空干燥器,左边旋转轴通过轴封装置与真空系统连接，右边旋转轴通过轴封装置与加热蒸汽管或者热水管连接。,双锥回转式真空干燥器与箱干燥器技术性能指标的比较,表 8-4,二、真空冷冻干燥 1、真空冷冻干燥的原理及特点 原理：被干燥物先降温冻结成固体，然后在真空的条件下，适当加热使水蒸汽直接升华出来，而物质本身留在冻结时的冰架中。其操作区域在水的三相点以下。,冷冻干燥的优点（1）低温，适于热敏性物质；（2）挥发性成分损失很小；（3）微生物的生长和酶的作用无法进行；（4）体积几乎不变，
13、保持了原来的结构，不会发生浓缩现象。（5）疏松多孔，呈海绵状，复水性好。（6）适于易氧化的物质；（7）产品能长期保存。,2、真空冷冻干燥过程设备,过程分为两个阶段：升华和汽化。冷冻干燥系统主要由四部分组成：（1）冷冻部分（2）真空部分（3）水汽去除部分（4）加热部分-干燥室,（1）冷冻部分,真空冷冻干燥中冷冻及水汽的冷凝都离不开冷冻的过程。常用的制冷方式有蒸汽压缩式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸收式制冷3种方式。,压缩、冷凝、膨胀和蒸发4个阶段。液态的冷冻剂经过膨胀阀后，压力急聚下降，因此进入蒸发器后急聚吸热汽化，使蒸发器周围空间温度降低，蒸发后的冷冻剂气体被压缩机压缩，使之压力增大，温度升高，被压
14、缩后的冷冻剂气体经过冷凝后又重新变为液态冷冻剂，在此过程中释放热量，由冷凝器中的水或空气带走。这样，冷冻剂便在系统中完成一个冷冻循环。,常用的冷冻剂有氨、氟里昂、二氧化碳等。若蒸发温度高于-40，可用单级制冷压缩机，以F-22为冷冻剂。若要达到更低温度应采用双级制冷压缩机系统,（2）真空部分,真空冷冻干燥时干燥箱中的压力应为冻结物料饱和蒸汽压的1/2-1/4，一般情况下，干燥箱的绝对压力约为13-1.3Pa，质量较好的机械泵可达到的最高真空极限约为0.1Pa，完全可以用于冷冻干燥。多级蒸汽喷射泵也可以达到较高的真空，如四级喷射泵可达70Pa，五级可达到7Pa。但蒸汽喷射泵不太稳定，且需大量1M
15、pa以上的蒸汽，其优点是可直接抽出水汽而不需要冷凝。扩散泵是可以达到更高真空度的设备。在实际操作中，为了提高真空泵的性能，可在高真空泵排出口再串联一个粗真空泵等。,（3）水汽去除部分,冷冻干燥中冻结物料升华的水汽，主要是用冷凝法去除。所采用的冷凝器有列管式、螺旋管式或内有旋转刮刀的夹套冷凝器，冷却介质可以是低温的空气或乙醇，最好是用冷冻剂直接膨胀制冷，其温度应该低于升华温度（一般应比升华温度低20），否则水汽不能被冷却。如不用冷凝器，也可以用大容量的真空泵直接将升华后的水气抽走，但此法很不经济，因为在真空下，水气的比容很大。,（4）加热部分-干燥室,加热的目的是为了提供升华过程中的升华热（溶解热+汽化热）。加热的方法有借夹层加热板的传导加热、热辐射面的辐射加热及微波加热等三种，传导加热的加热介质一般为热水或油类，其温度应不使冻结物料溶化，在干燥后期，允许使用较高温度的加热剂。,干燥室一般为箱式，也有钟罩式、隧道式等，箱体用不锈钢制作，干燥室的门及视镜要求十分严密可靠，否则不能达到预期的真空度。,3、冷冻干燥的计算,（1）在纯水（冰）表面上水分蒸发强度计算,(2)干燥时间计算,
