第十一章干燥設(shè)備

發(fā)酵機(jī)械與設(shè)備徐明芳博士教授暨南大學(xué)生科院2015-12-17目錄緒論第一篇生物質(zhì)原料處理設(shè)備第二篇生物反應(yīng)設(shè)備第三篇產(chǎn)物分離設(shè)備第四篇其他設(shè)備第一篇生物質(zhì)原料處理設(shè)備第一章生物質(zhì)原料預(yù)處理設(shè)備第二章生物細(xì)胞培養(yǎng)基制備設(shè)備第三章生物培養(yǎng)基滅菌設(shè)備第四章原料（物料）輸送設(shè)備第二篇生物反應(yīng)設(shè)備第七章生物反應(yīng)器—細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器第八章生物反應(yīng)器的檢測及控制第六章厭氧（嫌氣）發(fā)酵設(shè)備第五章生物反應(yīng)器—通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐第三篇產(chǎn)物分離與制備設(shè)備第九章固液分離設(shè)備

第十章膜分離技術(shù)與設(shè)備

第十一章干燥機(jī)械與設(shè)備底物生物反應(yīng)器檢測控制儀表培養(yǎng)基（滅菌）經(jīng)加工原料酶細(xì)胞生物催化劑（游離或固定化）機(jī)械能除菌空氣產(chǎn)品提取純化副產(chǎn)品產(chǎn)品廢物熱能原材料營養(yǎng)物典型工業(yè)生物技術(shù)過程核心技術(shù)？下游加工概述下游加工過程(Downstreamprocessing)發(fā)酵液預(yù)處理細(xì)胞分離細(xì)胞破碎細(xì)胞碎片分離初步純化高度純化成品加工第十一章干燥機(jī)械與設(shè)備干燥機(jī)理及生物工業(yè)產(chǎn)品干燥的特點(diǎn)絕熱干燥設(shè)備非絕熱干燥設(shè)備冷凍干燥及其其他干燥設(shè)備思考題1、生物工業(yè)常用的干燥設(shè)備有哪些？2、氣流干燥設(shè)備流程、工作原理及特點(diǎn)？3、按照過濾推動(dòng)力的差別，過濾機(jī)分為哪幾類？4、板框式壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理？5、真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理？6、離心分離因數(shù)如何計(jì)算？根據(jù)離心分離因數(shù)可以將離心機(jī)劃分為哪幾類？7、如何選擇離心設(shè)備第一節(jié)概論固體產(chǎn)品；利用熱能除去固體物料中濕份的單元操作產(chǎn)品生產(chǎn)最后工序常用方法：對流干燥、冷凍干燥、真空干燥、微波干燥等1.固體物料干燥機(jī)理干燥機(jī)理濕物料的干燥操作有2個(gè)基本過程同時(shí)進(jìn)行：1.熱量由氣體傳遞給濕物料，使其溫度升高；2.物料內(nèi)部的水分向表面擴(kuò)散，并在表面汽化被氣流帶走。2.加熱方式分類熱能傳遞給濕物料的方式：直接干燥、間接干燥、介電加熱干燥

操作方式：連續(xù)操作和間歇操作

熱能傳遞給濕物料的方式-直接干燥熱空氣與物料直接接觸，物料干燥所需的熱量主要依靠物料與熱空氣的對流傳熱。包括：表面干燥、氣流干燥、噴霧干燥、振動(dòng)干燥及沸騰造粒干燥熱空氣溫度較高，干燥速度大，設(shè)備投資少，但熱效率低。應(yīng)用最廣泛

物料干燥所需要的熱量通過金屬等材料直接傳遞干燥速度慢，設(shè)備造價(jià)高，但熱效率高間接干燥設(shè)備有：

真空干燥、冷凍干燥、輻射干燥

熱能傳遞給濕物料的方式-間接干燥熱能傳遞給濕物料的方式-

介電加熱干燥高頻高燥和微波干燥等

4、操作方式--間歇操作小批量生產(chǎn)，處理量少或多品種生產(chǎn)；與干燥銜接的前后工段生產(chǎn)不連續(xù)；物料的供給、成品的排出和物料在干燥器內(nèi)連續(xù)輸送有困難；干燥時(shí)間極長的物料

設(shè)備簡單，操作中故障少，投資和操作費(fèi)用少；其缺點(diǎn)是物料受熱時(shí)間長，不適用熱敏物料；勞動(dòng)強(qiáng)度大；自動(dòng)控制比較麻煩

4、操作方式--連續(xù)操作

大量處理及熱敏性物質(zhì)的干燥熱效率比間歇干燥高容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，操作人員少，

5、我國干燥設(shè)備現(xiàn)狀數(shù)百家干燥設(shè)備制造企業(yè)，干燥設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)

基本上已經(jīng)滿足國內(nèi)市場的需求，某些型號的設(shè)備還出口到國外接近或未達(dá)到國際水平仍有差距

6.生物工業(yè)產(chǎn)品干燥的特點(diǎn)特點(diǎn)（三不原則）1.快速高效，加熱溫度不宜過高；2.產(chǎn)品與干燥介質(zhì)的接觸時(shí)間不能太長；3.干燥產(chǎn)品應(yīng)保持一定的純度，在干燥過程中不得有雜質(zhì)混入。

生物工業(yè)產(chǎn)品干燥通常采用噴霧干燥、氣流干燥、沸騰干燥和冷凍干燥。設(shè)備類型干燥物料沸騰流化床固定床干燥啤酒釀造用綠麥芽臥式沸騰干燥檸檬酸晶體、酵母、抗生素沸騰造粒干燥葡萄糖、味精、酶制劑氣流氣流干燥味精、抗生素、葡萄糖旋風(fēng)式氣流干燥四環(huán)素類噴霧氣流式噴霧干燥蛋白酶、核酸、抗生素壓力式噴霧干燥酵母離心式噴霧干燥酶制劑、酵母噴霧干燥與振動(dòng)流化干燥酶制劑滾筒干燥酵母、單細(xì)胞蛋白真空真空干燥青霉素鉀鹽、土霉素等冷凍干燥抗腫瘤抗生素、乙肝疫苗生物工業(yè)常用的干燥設(shè)備干燥設(shè)備的選型原則選型原則產(chǎn)品的質(zhì)量要求產(chǎn)品的純度物料的特性產(chǎn)量及勞動(dòng)條件生物工業(yè)制品的干燥設(shè)備類型瞬時(shí)快速干燥設(shè)備：滾筒干燥設(shè)備、噴霧干燥設(shè)備、氣流干燥設(shè)備、沸騰干燥設(shè)備低溫干燥設(shè)備：真空干燥設(shè)備、冷凍干燥設(shè)備第二節(jié)絕熱干燥設(shè)備1、氣流干燥原理及設(shè)備2、噴霧干燥原理及設(shè)備3、沸騰流化床干燥原理及設(shè)備氣流干燥原理及特點(diǎn)

工作原理：利用熱空氣與粉狀或顆粒狀濕物料在流動(dòng)過程中充分接觸，氣體與固體物料之間進(jìn)行傳熱與傳質(zhì)，從而使?jié)裎锪线_(dá)到干燥的目的。1.氣流干燥設(shè)備氣流干燥設(shè)備目前使用的氣流干燥器形式：長管氣流干燥器、短管氣流干燥器和旋風(fēng)氣流干燥器等。應(yīng)用：

生物工業(yè)中味精、檸檬酸、四環(huán)類抗生素等的干燥。氣流干燥設(shè)備設(shè)備流程兩級氣流干燥機(jī)流程示意圖氣流干燥設(shè)備氣流干燥設(shè)備長管氣流干燥味精流程氣流干燥設(shè)備氣流干燥設(shè)備脈沖式干燥管氣流干燥設(shè)備氣流干燥設(shè)備旋風(fēng)式氣流干燥管旋風(fēng)式干燥器流程圖QG系列氣流干燥機(jī)氣流干燥的特點(diǎn)1.干燥強(qiáng)度大；2.干燥時(shí)間短，對熱敏性物料可選較高溫介質(zhì)；3.可把干燥、粉碎、輸送、包裝等組成一道工序;4.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，生產(chǎn)能力小，能連續(xù)操作，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；5.適用性廣，可使用于各種粉粒狀、碎塊狀物料；6.對晶形磨損厲害；7.熱能利用率低。氣流干燥設(shè)備噴霧干燥原理

噴霧干燥原理：噴霧干燥是利用不同的噴霧器，將懸浮液和粘滯的液體噴成霧狀，形成具有較大表面積的分散微粒同熱空氣發(fā)生強(qiáng)烈的熱質(zhì)交換，迅速排除本身的水分，在幾秒至幾十秒內(nèi)獲得干燥。2.噴霧干燥設(shè)備噴霧干燥特點(diǎn)

1.干燥速率快、時(shí)間短；

2.干燥溫度低；

3.制品具有良好的分散性和溶解性，成品純度高。應(yīng)用特別適用于不能借結(jié)晶方法得到固體產(chǎn)品的生物制品生產(chǎn)中，如酵母、核苷酸和某些抗生素藥物的干燥。噴霧干燥設(shè)備噴霧干燥設(shè)備連續(xù)噴霧干燥流程噴霧干燥流程噴霧干燥設(shè)備關(guān)鍵：噴霧器；壓力式噴霧器（壓力噴霧干燥塔）氣流式噴霧器（氣流噴霧干燥塔）離心式噴霧器（離心噴霧干燥塔）壓力式噴霧干燥設(shè)備工作原理采用壓力式噴嘴借助高壓泵的壓力將溶液、懸浮液、乳濁液、膏糊狀物料霧化成細(xì)小液滴，然后與高溫?zé)峥諝膺M(jìn)行快速熱交換，在極短時(shí)間內(nèi)以簡單的工藝迅速連續(xù)干燥成細(xì)顆粒狀物料的設(shè)備。噴霧干燥設(shè)備噴霧器：壓力式噴霧器、氣流式噴霧器和離心式噴霧器。1.氣流式噴霧器（氣流噴霧干燥塔）結(jié)構(gòu)見2-5-13以高速氣流通過噴嘴（孔徑1-4mm）時(shí)將料液吸入、霧化，內(nèi)部混合式和外部混合式壓力噴霧式干燥機(jī)壓力式噴霧干燥設(shè)備噴霧干燥設(shè)備氣流噴霧干燥設(shè)備工作原理潔凈空氣加熱后進(jìn)入干燥塔，在塔內(nèi)熱風(fēng)中用二流體（或三流體）噴嘴將各種料液霧化成微小液滴，與熱風(fēng)進(jìn)行快速熱交換，蒸發(fā)掉液料的水份（或溶劑），并隨熱風(fēng)排出，得到粉狀產(chǎn)品。噴霧干燥設(shè)備1.適用于一般溶液的高、低溫干燥，特別對粘性、膏狀、稀漿狀物料的干燥效果更佳。2.噴霧設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，維修方便，運(yùn)行費(fèi)用低，適用于自動(dòng)化流水作業(yè)。3.產(chǎn)品為粉狀、粒狀，可根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)粒4.所得產(chǎn)品粉狀流動(dòng)性好、顆粒產(chǎn)品真密度高，基本為球形顆粒。氣流噴霧干燥特點(diǎn)噴霧干燥設(shè)備氣流噴霧干燥流程噴霧干燥設(shè)備1.液料槽2.液料泵3.壓縮空氣4.氣流噴嘴5.干燥塔6.旋風(fēng)分離器7.布袋除塵器8.加熱器氣流噴霧干燥設(shè)備噴霧干燥設(shè)備

氣流噴霧器：內(nèi)部混合式和外部混合式，常用的是內(nèi)部混合式。雙流式噴嘴三流式噴嘴氣流噴霧干燥設(shè)備噴霧干燥設(shè)備氣流噴霧干燥塔高速離心噴霧干燥機(jī)離心噴霧干燥設(shè)備工作原理噴霧干燥設(shè)備

空氣經(jīng)過濾和加熱，進(jìn)入干燥器頂部空氣分配器，熱空氣呈螺旋狀均勻地進(jìn)入干燥室。料液經(jīng)塔體頂部的高速離心霧化器，（旋轉(zhuǎn)）噴霧成極細(xì)微的霧狀液珠，與熱空氣并流接觸，在極短的時(shí)間內(nèi)可干燥為成品。成品連續(xù)地由干燥塔底部和旋風(fēng)分離器中輸出，廢氣由風(fēng)機(jī)排空。離心噴霧干燥流程噴霧干燥設(shè)備離心噴霧干燥設(shè)備噴霧干燥設(shè)備熱風(fēng)盤構(gòu)造離心噴霧干燥設(shè)備噴霧干燥設(shè)備1、空氣過濾器

2、加熱器

3、熱風(fēng)分配器

4、干燥室

5、過濾器

6、泵

7、噴頭

8、旋風(fēng)分離器

9、風(fēng)機(jī)

10、料液槽離心噴霧干燥設(shè)備噴霧干燥設(shè)備噴霧干燥附屬設(shè)備空氣加熱器粉塵分離器噴霧干燥設(shè)備擴(kuò)散式旋風(fēng)分離器流化床干燥(沸騰干燥)原理及特點(diǎn)原理：利用流態(tài)化技術(shù)，即利用熱空氣流使置于篩板上的顆粒狀濕物料呈沸騰狀態(tài)的干燥過程。特點(diǎn):1.傳熱傳質(zhì)速率高；2.干燥溫度均勻，控制容易；3.結(jié)構(gòu)簡單，可連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)。3.流化床干燥原理流化床干燥流程流化床干燥流程流化床干燥設(shè)備流化床干燥設(shè)備流化床干燥器有單層，多層。單層的分單室、多室和有干燥室冷卻室的二段沸騰干燥，其次還有沸騰造粒干燥。流化床干燥設(shè)備多層流化床干燥器單層多室流化床干燥器動(dòng)畫演示加料廢氣出料溢流管單層臥式多室流化床干燥器流化床干燥設(shè)備單層臥式多室流化床干燥器流化床干燥設(shè)備動(dòng)畫演示沸騰造粒干燥器流化床干燥設(shè)備葡萄糖濃縮液沸騰造粒干燥流程沸騰造粒干燥器流化床干燥設(shè)備1、測壓器

2、噴嘴

3、人孔

4、窺鏡

5、測溫口

6、出料口

7、燈孔

8、加料口

9、熱空氣入口沸騰造粒干燥塔構(gòu)造特點(diǎn)

傳熱面積大、干燥均勻可連續(xù)進(jìn)行、設(shè)備體積小。影響產(chǎn)品顆粒大小的因素

1.停留時(shí)間

2.摩擦作用3.干燥溫度4.返料量和晶核大小沸騰制粒干燥機(jī)沸騰造粒干燥器倒圓錐形，錐角30度造粒過程：料液水分完全蒸發(fā)，本身形成顆粒；附著在晶核后水分蒸發(fā)，種子表面形成薄膜；種子之間的碰撞粘連；影響因素：停留時(shí)間、摩擦作用、干燥溫度二次干燥法－噴霧和流化相結(jié)合的干燥法流化床干燥設(shè)備四.冷凍干燥及其他設(shè)備1、冷凍干燥原理及設(shè)備2、微波干燥原理及設(shè)備冷凍干燥原理及其特點(diǎn)原理：將濕物料（或溶液）在較低溫度下（-10～-50℃）凍結(jié)成固態(tài)，然后在高度真空下，將其中固態(tài)水分直接升華為氣態(tài)而除去的干燥過程。特點(diǎn)：1.干燥溫度低，特別適合于高熱敏性物料的干燥；2.能保持原物料的外觀形狀；3.凍干制品具有多孔結(jié)構(gòu)，有理想的速溶性和快速復(fù)水性；4.冷凍干燥脫水徹底，質(zhì)量輕，產(chǎn)品保存期長。1.冷凍干燥設(shè)備流程及設(shè)備兩個(gè)階段：直接升華（溫度低于溶點(diǎn)）；逐漸升溫使水汽化除去。系統(tǒng)由冷凍裝置、真空裝置、水氣去除裝置和加熱部分冷凍干燥流程及設(shè)備冷凍干燥設(shè)備LGJ-ⅡA型冷凍干燥機(jī)流程圖連續(xù)冷凍干燥機(jī)冷凍干燥設(shè)備動(dòng)畫演示冷凍干燥流程及設(shè)備冷凍干燥設(shè)備冷凍部分冷凍干燥設(shè)備蒸汽壓縮制冷流程圖雙級壓縮制冷系統(tǒng)冷凍部分蒸汽壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷和吸收式制冷蒸汽壓縮式制冷：壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā)制冷劑：氟里昂、氨、二氧化碳等載冷劑：空氣、乙醇、氯化鈣溶液2.真空部分壓力應(yīng)為凍結(jié)物料飽和蒸汽壓的25%-50%干燥箱的絕對壓力約為13~1.3Pa，質(zhì)量較好的機(jī)械泵可達(dá)到的最高真空極限約為0.1Pa5~10分鐘內(nèi)從大氣壓降至130Pa以下

3.水氣去除部分和加熱室冷凝法除去水氣加熱室：提供升華熱微波干燥原理原理：當(dāng)待干燥的濕物料置于高頻電場時(shí)，由于濕物料中水分子具有極性，則分子沿著外電場方向取向排列，隨著外電場高頻率變換方向，則水分子會(huì)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)或快速擺動(dòng)。又由于分子原有的熱運(yùn)動(dòng)和相鄰分子間的相互作用，使分子隨著外電場變化而擺動(dòng)的規(guī)則運(yùn)動(dòng)受到干擾和阻礙，從而引起分子間的摩擦而產(chǎn)生熱量，使其溫度升高。2.微波干燥設(shè)備二、微波干燥原理和設(shè)備原理：介質(zhì)加熱干燥，水分子隨電場改變而改變其運(yùn)動(dòng)方式，加之自身運(yùn)動(dòng)等原因，分子間產(chǎn)生摩擦而升溫，內(nèi)部加熱干燥特點(diǎn)：加熱時(shí)間短；干燥均勻；便于控制；微波干燥設(shè)備微波干燥設(shè)備小結(jié)干燥設(shè)備的選型原則麥芽干燥塔真空干燥設(shè)備氣流干燥設(shè)備噴霧干燥設(shè)備流化床干燥設(shè)備冷凍干燥設(shè)備微波干燥設(shè)備思考題1.生物工程產(chǎn)品干燥要注意的事項(xiàng)有哪些？2.流化床干燥的氣流速度的條件？3.干燥的兩個(gè)階段。4.常用的干燥設(shè)備有哪些？一、常壓干燥設(shè)備——麥芽干燥塔（一）單層高效麥芽干燥塔結(jié)構(gòu)與操作優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)能力大，機(jī)械化操作，自動(dòng)控制；技術(shù)經(jīng)濟(jì)和熱力指標(biāo)良好；結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低非絕熱干燥設(shè)備單層高效麥芽干燥塔單層水平式流化層麥芽干燥塔非絕熱干燥設(shè)備二、真空干燥設(shè)備真