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1、Chapter 11干 燥Drying,本章主要知識點,干燥的概念干燥的基本流程物料中所含水分的種類有哪些？除去的難易程度如何？平衡水分和自由水分的概念了解干燥曲線，并結(jié)合干燥速率曲線說明什么是恒速干燥階段？什么是降速干燥階段？干燥設(shè)備選型的原則是什么？常用的干燥設(shè)備有哪些？,干燥的基本概念,用熱能加熱物料，使物料中水分蒸發(fā)而干燥或者用冷凍法使水分結(jié)冰后升華而除去的單元操作；通常是生物產(chǎn)品分離的最后一步；,干燥過程的基本流程,新鮮空氣 過濾器 鼓風(fēng)機(jī) 加熱器 排放 引風(fēng)機(jī) 二次除塵 一次除塵 干燥器 產(chǎn)品,濕料,物料內(nèi)水分的種類,化學(xué)結(jié)合水水分與物料的離子型結(jié)合和結(jié)晶型分子結(jié)合（結(jié)晶水），結(jié)晶

2、水的脫除必將引起晶體的崩潰；物化結(jié)合水包括吸附、滲透和結(jié)構(gòu)水分，其中吸附水分結(jié)合力最強(qiáng)；機(jī)械結(jié)合水毛細(xì)管水、濕潤水分、孔隙水份,其中，結(jié)合水（包括細(xì)胞含水、纖維束含水以及毛細(xì)管水）較難以除去；而非結(jié)合水（物料表面的濕潤水分和孔隙水份）較容易除去,平衡水分和自由水分,平衡水分：當(dāng)一種物料與一定溫度及濕度的空氣接觸時，物料勢必會放出或吸收一定量的水分，物料的含水量會趨于一定值。此時，物料的含水量稱為該空氣狀態(tài)下的平衡水分。平衡水分代表物料在一定空氣狀態(tài)下的干燥極限，即用熱空氣干燥法，平衡水分是不能去除的,自由水分在干燥過程中能夠除去的水分，是物料中超出平衡水分的部分,干燥過程分析,干燥曲線在一恒定

3、的干燥條件下（保持干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流動速度不變、干燥介質(zhì)大大過量），進(jìn)行物料的干燥實驗，將所的數(shù)據(jù)作圖，以干燥時間為橫坐標(biāo)，物料濕含量和物料溫度為縱坐標(biāo)，可得干燥曲線。,干燥曲線,干燥速率曲線,單位時間內(nèi)，單位干燥面積蒸發(fā)的水分質(zhì)量,干燥速率，Kg/h.m2G絕干物料量，KgA干燥面積，m2dx/d干燥曲線斜率,干燥速率曲線,恒速干燥階段,濕物料表面為非結(jié)合水所濕潤，物料表面溫度是該空氣狀態(tài)下的濕球溫度；此時，傳熱推動力（溫度差）以及傳質(zhì)推動力（飽和蒸汽壓差）是一個定值；因此，干燥速率也是一個定值；實際上，該階段的干燥速率決定于物料表面水分汽化的速率、決定于水蒸氣通過干燥表面擴(kuò)散到氣相主

4、體的速率。因此，又稱為表面汽化控制階段。此時的干燥速率幾乎等于純水的汽化速度，和物料濕含量、物料類別無關(guān)；影響因子主要有：空氣流速、空氣濕度、空氣溫度等外部條件。,降速干燥階段,物料濕含量降至臨界點以后，便進(jìn)入降速干燥階段。在降速干燥階段，非結(jié)合水以及被蒸發(fā)，繼續(xù)進(jìn)行干燥，只能蒸發(fā)結(jié)合水。結(jié)合水的蒸氣壓恒低于同溫下純水的飽和蒸汽壓，傳質(zhì)、傳熱推動力逐漸減小，干燥速率隨之降低；干燥空氣的剩余能量被用于加熱物料表面，物料表面溫度逐漸升高，局部干燥。在這一階段，干燥速率取決于水分和蒸汽在物料內(nèi)部的擴(kuò)散速度。因此，亦稱為內(nèi)部擴(kuò)散控制階段，與外部條件關(guān)系不大。主要影響因素為物料結(jié)構(gòu)、形狀和大小,干燥過程

5、的基本計算,水份蒸發(fā)量濕基含水量（）：干基含水量（）：,水份蒸發(fā)量的計算,W水份蒸發(fā)量，Kg/hG1進(jìn)入干燥設(shè)備的濕物料量，Kg/hG2離開干燥器的產(chǎn)品質(zhì)量，Kg/hW1濕物料的含水量，（濕基）%W2干燥后產(chǎn)品含水量，（濕基）%,干燥空氣用量,L絕對干燥空氣質(zhì)量流量，kg/hX1進(jìn)入干燥器的空氣濕度，kg/kgX2出干燥器的空氣濕度，kg/kg,質(zhì)量衡算,q蒸發(fā)1kg水所需熱量，kJ/kg 水Q干燥所需總熱量，kJ/h,熱量衡算,干燥設(shè)備的分類與選擇原則,干燥設(shè)備的分類目的便于根據(jù)物料特性，選擇干燥器類型；便于進(jìn)行干燥設(shè)備的工藝計算與結(jié)構(gòu)設(shè)計。具體分類見P396,干燥設(shè)備選擇原則被干燥物料的性

6、質(zhì)：濕物料的物理特性、干物料的物理特性、腐蝕性、毒性、可燃性、粒子大小及磨損性；物料的干燥特性：濕分的類型（結(jié)合水、非結(jié)合水）、初始和最終濕含量、允許的最高干燥溫度、產(chǎn)品的色澤、光澤等；粉塵及溶劑回收安裝的可行性,干燥設(shè)備,針對熱敏性物質(zhì)開發(fā)的單元操作有：瞬時快速干燥：接觸時間短、氣流溫度高噴霧干燥：時間短、熱效低、可同時造粒氣流干燥：接觸時間較長沸騰干燥：接觸時間最長，熱效最高低溫干燥：適用于粘稠狀物料，活性保持最好微波干燥：時間短，效率高紅外干燥：溫度高，干燥速度快,廂式干燥設(shè)備,由一個或多個小格（室）組成；干燥媒介的流動方式：自然對流、強(qiáng)制平行流動、強(qiáng)制穿流流動；使用范圍：適用于粒狀、晶

7、狀和片狀產(chǎn)品優(yōu)缺點：結(jié)構(gòu)簡單，但能耗大，熱效低，現(xiàn)已逐漸被淘汰。,氣流干燥設(shè)備,干燥介質(zhì)為熱干空氣使用范圍：含非結(jié)合水的粉末或顆粒物料的干燥；優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，傳熱系數(shù)大，干燥速度快,噴霧干燥設(shè)備,采用霧化器，將料液分散成細(xì)小霧滴，在噴霧干燥器內(nèi)直接進(jìn)行干燥，并采用旋風(fēng)分離器對干燥后的物料進(jìn)行回收；優(yōu)點：傳熱表面積大，干燥時間短，適用于抗生素、酵母粉、酶制劑等熱敏性物質(zhì)的干燥；并可將蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾、粉碎等過程集成于一次完成。缺點是熱效低、能耗大、設(shè)備體積過大,流化床干燥設(shè)備,在流化床中加入濕的顆粒狀物料，在流化床下部通入熱空氣，在一定流速下形成激烈的固體流態(tài)化狀態(tài)。因此，又稱沸騰床，是一種有效

8、的干燥裝置。使用范圍：由于物料在干燥器中停留時間過長，不適宜干燥一些熱敏性物質(zhì)，使用于干燥葡萄糖、味精、檸檬酸等穩(wěn)定物料的干燥。,紅外干燥,以電磁波輻射作為熱量來源，通常波長在0.751000微米波段；熱量高，溫度變化幅度大，適用于稀薄的物料干燥,微波干燥,利用微波產(chǎn)生的電磁能，從內(nèi)部加熱濕物料；在交流電磁場的作用下，偶極離子會產(chǎn)生與電場方向變化相適應(yīng)的振動，從而摩擦產(chǎn)熱，使水分蒸發(fā)。,冷凍干燥,使被干燥的液體在極低的溫度下，冷凍成固體；然后，在低溫、低壓下利用水的升華性能，使冰升華汽化而除去，以達(dá)到干燥的目的；冷凍干燥法適用于絕大多數(shù)生物產(chǎn)品的干燥和濃縮，可以最大限度地保證生物產(chǎn)品的活性。,本章作業(yè),干燥的概念干燥的基本流程物料中所含水分的種類有哪些？平衡水分和自由水分的概念了解干燥曲線，并結(jié)合干燥速率曲線說明恒速干燥階段和降速干燥階段的特點干燥設(shè)備選型的原則是什么？常用的干燥設(shè)備有哪些？,