1、現(xiàn)代干燥技術(shù),2005年1月,第一篇 干燥過程的基本原理,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì) 1 濕氣體的性質(zhì)和濕度圖 1.1 純物質(zhì)的基本熱物理性質(zhì) 1.1.1 汽-液平街 當(dāng)液體暴露于氣體中時(shí)，液體汽化，形成蒸汽并逸入氣相中。設(shè)蒸汽為理想氣體，則有,式中，Pw、V、T為蒸汽壓、體積和溫度；R為氣體常數(shù)；Vw為氣體的摩爾體積；mw、Ww為蒸汽的質(zhì)量和分子量。,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì),在任一溫度下，Pw可能達(dá)到的最大值是飽和蒸汽壓。如果標(biāo)繪此物質(zhì)的蒸汽壓與溫度圖，可得如圖1-1所示的TC曲線(汽-液平衡曲線)。在此圖上也可作出固-液平衡曲線(熔化曲線TL)和固-汽平衡曲線(升華曲線TS)。在圖

2、上的T點(diǎn)處，所有三相能同時(shí)存在，T點(diǎn)稱為三相點(diǎn)。液體和蒸汽沿TC線同時(shí)存在，并對(duì)應(yīng)于飽和液體和飽和蒸汽狀態(tài)，C點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)。液相和汽相的差別在此點(diǎn)處消失，此時(shí)液相的全部性質(zhì)如密度、粘度、折射率等和汽相的全部性質(zhì)是相同,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì),的。高于臨界溫度的物質(zhì)是氣體。對(duì)應(yīng)于TC曲線上每一點(diǎn)壓力的溫度即為沸點(diǎn)。對(duì)應(yīng)于101.3kPa壓力(常壓)時(shí)的溫度稱為常態(tài)沸點(diǎn)(100)。水的三相點(diǎn)(T)溫度為0，對(duì)應(yīng)的壓力為0.611kPa。1.1.2 焓及臨界點(diǎn) 所有物質(zhì)都具有和組分原子和分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)的內(nèi)能。,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì),內(nèi)能的絕對(duì)值M(J/kg)是未知的，但是相對(duì)于某一

3、任意定義的基準(zhǔn)溫度便可計(jì)算其數(shù)值。此外，在穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)中，有一種為克服阻力以強(qiáng)制流入和流出系統(tǒng)的附加能量。單位質(zhì)量的附加能量，稱為流動(dòng)功，記為 。此處， 為壓力； 為比容。單位質(zhì)量?jī)?nèi)能 和流動(dòng)功PD之組合稱為焓I，由下式定義:,其單位為J/kg或Nm/kg。某物質(zhì)焓的絕對(duì)值和內(nèi)能同樣是未知的。可以計(jì)算在某一條件下焓的相對(duì)值，,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì),只要假設(shè)在某個(gè)習(xí)慣的參照狀態(tài)下，焓值為零即可。零焓的習(xí)慣參照狀態(tài)取為液態(tài)水的三相點(diǎn)，即溫度為273.16K(0.01)和蒸汽壓為611.2Pa。 1.1.3 熱容 熱容定義為使單位物質(zhì)質(zhì)量升高單位溫度需要的熱量。 1.2 濕空氣(空氣蒸汽混合

4、氣)的基本性質(zhì) 多數(shù)工業(yè)干燥過程采用預(yù)熱后的空氣作為干燥介質(zhì)?？諝馐呛猩倭克魵獾囊环N氣體混合物。預(yù)熱后的空氣在與濕物料接觸時(shí)把熱量傳遞給濕物料，同時(shí)又帶走從濕物料中逸出的水蒸氣，從而使?jié)裎锪细稍?。在干燥過程計(jì)算中必需知道濕空氣的,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì),基本熱力學(xué)性質(zhì)。 本章的主要研究對(duì)象是由于空氣和水蒸氣組成的濕空氣，且設(shè)總壓為0.101MPa(一個(gè)大氣壓)。但是各種計(jì)算濕空氣性質(zhì)的關(guān)系式，對(duì)于總壓大于或小于0.101MPa的系統(tǒng)，以及由其他惰性氣體和揮發(fā)性組分組成的混合氣系統(tǒng)也是適用的。后者在工業(yè)干燥系統(tǒng)中常有應(yīng)用。 (1) 干球溫度Tg 用普通溫度計(jì)在空氣中測(cè)得的溫度稱為干球溫

5、度。,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì),(2) 絕對(duì)濕度y 每千克干空氣中含有水蒸氣的質(zhì)量，稱為空氣的絕對(duì)濕度，又稱濕度或濕含量，可表示為：,(3) 相對(duì)濕度 濕空氣的實(shí)際蒸汽壓與相同溫度下的飽和蒸汽壓之比，稱為相對(duì)濕度,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì),(4) 濕氣體的比容(濕容積) 濕空氣的比容是在一定溫度和壓力下，1kg干空氣及其攜帶的水蒸氣量(kg)所占有的體積。 (5)濕空氣的密度 濕空氣的密度是單位體積的濕空氣所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量。 (6)濕空氣的比熱容 (又稱濕熱或濕比熱容) 濕空氣的比熱容是1kg干空氣和其中含有的水蒸氣組成的混合濕空氣的比熱容。 (7)濕焓I 濕空氣的焓是1kg干空氣及其攜帶

6、的水蒸氣焓值之和。,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì),(8)露點(diǎn)ts 使不飽和的濕空氣在總壓和絕對(duì)濕度不變的情況下冷卻達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的溫度，稱為該濕空氣的露點(diǎn)。 (9)濕球溫度 tw 在不飽和的空氣-蒸汽混合氣環(huán)境中，濕物料(含水量足夠多)蒸發(fā)少量液體而達(dá)到平衡時(shí)的溫度，稱為濕球溫度。 (10)絕熱飽和溫度tas 在一個(gè)絕熱系統(tǒng)中，濕空氣與液體接觸足夠長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到平衡時(shí)，濕空氣便達(dá)到飽和。此時(shí)氣相和液相為同一溫度。在達(dá)到平衡的過程中，氣相顯熱的減少等于部分液體汽化所需的潛熱，因而濕空氣在飽和過程中的焓保持不變。此平衡溫度稱為絕熱飽和溫度。,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì),1.3 蒸汽-空氣濕度圖 常

7、見的濕度圖有兩種：一種是溫度-濕度 t-y圖;另一種是焓-濕度(I-y)圖。 在t-y圖上，橫坐標(biāo)為溫度t，縱坐標(biāo)為絕對(duì)濕度y。此外，還有輔助縱坐標(biāo)，如汽化潛熱r、濕比容 等，如圖1-5所示。圖1-5上諸線是根據(jù)前面所述各參數(shù)之間的關(guān)系和補(bǔ)充某些參數(shù)之間的熱力學(xué)關(guān)系而繪制的，其作圖關(guān)系式如表1-3所列。使用該圖時(shí)，由任意兩個(gè)參數(shù)便可確定濕空氣的狀態(tài)點(diǎn)，并進(jìn)而可查出其他參數(shù)。,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì),2 濕物料的性質(zhì) 2.1 物料的濕含量 物料中濕含量可按兩種方法定義： 干基濕含量 濕基濕含量 式中，mw和md分別為濕物料中濕分質(zhì)量和絕干物料質(zhì)量； md+mwmm 為濕物料的質(zhì)量。,第1章

8、 濕氣體和濕物料的性質(zhì),2.4 物料和濕分的結(jié)臺(tái)形式 從干燥的平衡特點(diǎn)看，根據(jù)空氣相對(duì)濕度及物料混含量的大小可分別定義為：結(jié)合水分和非結(jié)合水分；平衡水分和自由水分。結(jié)合水分是空氣相對(duì)濕度為100時(shí)物料的平衡水分。此時(shí)物料濕含量又稱為最大吸濕濕含量，在圖1-13上記為Xmax，物料中超過此濕含量的水分稱為非結(jié)合水分。對(duì)應(yīng)于吸附等溫線上任意點(diǎn)的濕含量稱平衡水分，超過此濕含量的水分，稱為自由水分。,第1章 濕氣體和濕物料的性質(zhì),第2章 干燥中的試驗(yàn)技術(shù)和測(cè)量方法,干燥過程的計(jì)算需要許多干燥工藝參數(shù)，如物料的特性、干燥動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)、傳遞系數(shù)等。在大多數(shù)情況下，這些參數(shù)不能由分析得到，而需由充分的試驗(yàn)來測(cè)

9、定。 干燥試驗(yàn)的目的一般如下： (1)選擇適宜的干燥設(shè)備； (2)確定設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)； (3)考察已有干燥設(shè)備的有效性和處理能力； (4)考察操作條件對(duì)產(chǎn)品性狀和質(zhì)量的影響； (5)研究干燥機(jī)理。,第2章 干燥中的試驗(yàn)技術(shù)和測(cè)量方法,當(dāng)試驗(yàn)的目的是選擇適宜的干燥設(shè)備和確定設(shè)計(jì)所需要的數(shù)據(jù)時(shí)，需在試驗(yàn)設(shè)備上作一系列試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)與實(shí)際設(shè)備為同一種類型，并在相同的熱力條件和物料處理狀態(tài)下作試驗(yàn)。參數(shù)變動(dòng)的范圍要寬一些。在有條件時(shí)試驗(yàn)最好在已有的工業(yè)設(shè)備上進(jìn)行。 2物料濕含量和氣體濕度的測(cè)定 物料濕含量的測(cè)定方法，一類是直接測(cè)量法，另一類是間接測(cè)量法,直接測(cè)量法包括：物料加熱法，化學(xué)干燥法，共沸蒸

10、餾法，化學(xué)滴定法 間接測(cè)量法包括：電導(dǎo)率、電容、微波、遠(yuǎn)紅外吸收等 氣體濕度的測(cè)量方法有: 重量分析法，濕度計(jì)，露點(diǎn)法 3 物料吸附平衡特性的測(cè)定,第2章 干燥中的試驗(yàn)技術(shù)和測(cè)量方法,4 濕分?jǐn)U散率(或稱濕分?jǐn)U散系數(shù)) 5 熱導(dǎo)率 6 相間傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù) 7 干燥常數(shù) 8 干燥動(dòng)力學(xué)試驗(yàn) 干燥動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)的目的主要是測(cè)定物料平均濕含量和平均溫度(通常是測(cè)定物料的表面溫度)隨時(shí)間而變化的數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果獲得一組數(shù)據(jù)，由此繪制下列曲線：物料濕含量-干燥時(shí)間（干燥曲線），干燥速率-物料濕含量（干燥速率曲線）。,第2章 干燥中的試驗(yàn)技術(shù)和測(cè)量方法,第2章 干燥中的試驗(yàn)技術(shù)和測(cè)量方法,第2章 干燥中

11、的試驗(yàn)技術(shù)和測(cè)量方法,第3章 基本干燥過程的計(jì)算,1 干燥過程計(jì)算的目的 干燥過程計(jì)算的目的在于確定以下數(shù)值： 干燥設(shè)備的尺寸； 干燥介質(zhì)和被干燥物料進(jìn)出口的參數(shù)值； 干燥介質(zhì)和熱量的需要量。 在此基礎(chǔ)上，確定熱交換器、風(fēng)機(jī)、除塵器以及各種項(xiàng)處理設(shè)備等輔助設(shè)備的性能參數(shù)。在干燥設(shè)備設(shè)計(jì)中涉及的最重要的參數(shù)如圖31所示。,第3章 基本干燥過程的計(jì)算,通常已知下列數(shù)據(jù)： 干燥器的型式已選定； 以絕干物料計(jì)的產(chǎn)量Ws； 物料的進(jìn)、出口濕含量x1和兄x2； 物料的進(jìn)、出口溫度Tm1和Tm2； 干燥介質(zhì)(空氣)進(jìn)入干燥器時(shí)的濕度y1。,第3章 基本干燥過程的計(jì)算,圖31中帶*號(hào)的參數(shù)是未知量。干燥器的設(shè)

12、計(jì)在選定了“目標(biāo)函數(shù)”后是一個(gè)復(fù)雜的尋優(yōu)過程。目的是求得主要參數(shù)的最佳值，如單位產(chǎn)品的干燥價(jià)格為最低等，也可采用多目標(biāo)優(yōu)化。,第3章 基本干燥過程的計(jì)算,但在實(shí)踐中，常因假設(shè)了某些參數(shù)而忽略了優(yōu)化，這些參數(shù)為氣流速度ug：，進(jìn)口氣體溫度Tg1，惰性氣體流量WB等。 干燥器的設(shè)計(jì)過程通常包括下列計(jì)算步驟： 由熱、質(zhì)衡算確定出口空氣的溫度Tg2和濕度y2； 由Tg2、y2及其他有關(guān)參數(shù)確定干燥操作的平均推動(dòng)力； 確定熱、質(zhì)傳遞系數(shù)；,第3章 基本干燥過程的計(jì)算,以傳熱、傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)方程為基礎(chǔ)，確定傳遞面積，并進(jìn)而確定干燥器操作室的尺寸。 干燥過程的能量消耗對(duì)干燥器的設(shè)計(jì)和操作影響很大。有多種技術(shù)經(jīng)濟(jì)

13、指標(biāo)可作依據(jù)。常用的指標(biāo)為：,第3章 基本干燥過程的計(jì)算,2 總體熱質(zhì)衡算 2.1 質(zhì)量(物料)衡算 上式中等號(hào)的左項(xiàng)和右項(xiàng)均等于干燥器中蒸發(fā)的水分質(zhì)量(WA)。 2.2 熱量衡算,第3章 基本干燥過程的計(jì)算,第3章 基本干燥過程的計(jì)算,熱量衡算方程： 通常絕熱干燥過程的總體熱量衡算及傳熱、傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)可列出以下5個(gè)方程：,第3章 基本干燥過程的計(jì)算,第4章 干燥過程的數(shù)學(xué)模型和模擬基礎(chǔ),1 數(shù)學(xué)模型 1.1 定義 所謂“數(shù)學(xué)模型”是指用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示現(xiàn)實(shí)事物。即運(yùn)用數(shù)學(xué)語言對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的信息加以歸納和描述，是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的抽象。 1.3 數(shù)學(xué)模型的分類 數(shù)學(xué)模型的分類和基準(zhǔn)有關(guān)。,第4章 干燥過程

14、的數(shù)學(xué)模型和模擬基礎(chǔ),第一種分類是與時(shí)基有關(guān)的，按事件產(chǎn)生的時(shí)間關(guān)系可將模型分成以下兩種。 (1)連續(xù)模型(Continuous model) 如果過程連續(xù)進(jìn)行，即模型的時(shí)間變量在某一時(shí)基上按實(shí)數(shù)平穩(wěn)的增加，則該模型為連續(xù)模型。如谷物干燥噴霧干燥、氣流干燥以及作物的生長(zhǎng)等常采用連續(xù)模型。,第4章 干燥過程的數(shù)學(xué)模型和模擬基礎(chǔ),(2)離散模型(Discrete model) 如果時(shí)間的流逝為跳躍式，即模型的時(shí)間變量從一個(gè)時(shí)間整數(shù)跳躍到下一個(gè)時(shí)間整數(shù)，這樣的模型叫離散模型。它描述的是一個(gè)間斷的，不連續(xù)的過程。如谷物的收獲、運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程采用離散模型。 第二種分類是按模型描述中是否有隨機(jī)變量，模型可

15、分成以下兩種。,第4章 干燥過程的數(shù)學(xué)模型和模擬基礎(chǔ),(1)確定模型(Deterministic) 一個(gè)系統(tǒng)的輸出完全取決于輸入，模型的結(jié)果與輸入?yún)?shù)之間有確定的關(guān)系。模型內(nèi)不包含隨機(jī)變量。這樣的模型叫做確定模型。 (2)隨機(jī)模型(Stochastic model) 模型中至少包含一個(gè)隨機(jī)變量，一樣的輸入可能會(huì)得出不同的輸出結(jié)果。例如模擬土壤在某一個(gè)月份的含水量，由于它與降雨時(shí)間和降雨量這兩個(gè)隨機(jī)變量有關(guān)，屬于隨機(jī)模型。隨機(jī)模型也叫概率模型。,第4章 干燥過程的數(shù)學(xué)模型和模擬基礎(chǔ),第三種分類是按照模型參數(shù)的關(guān)系是否依賴于時(shí)間分成以下兩種： 時(shí)變模型 時(shí)不變模型 第四種分類是按照建模的方法分為經(jīng)

16、驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚撃Ｐ汀?2.5 模擬的步驟,第4章 干燥過程的數(shù)學(xué)模型和模擬基礎(chǔ),5 氣流干燥的模擬 建模的假設(shè)條件： (1)干燥管內(nèi)沿橫截面物料分布均勻，氣流分布均勻； (2)物料顆粒為球形，粒徑和水分均勻一致； (3)干燥管絕熱，無散熱損失； (4)干燥管與水平面垂直，管內(nèi)物料與熱空氣同向運(yùn)動(dòng)。,第4章 干燥過程的數(shù)學(xué)模型和模擬基礎(chǔ),氣流干燥的數(shù)學(xué)模型： 氣流干燥模型的建立是基于傳熱、傳質(zhì)和兩相流理論。它包括以下5個(gè)常微分方程：,第二篇 干燥方法和干燥器,（第五章第二十七章）,第5章 隧道干燥器和廂式干燥器,1 廂式干燥器 廂式干燥器內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)有：逐層存放物料的盤子、框架、蒸汽加熱翅片管(或

17、無縫鋼管)或裸露電熱元件加熱器。由風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的循環(huán)流動(dòng)的熱風(fēng)，吹到潮濕物料的表面達(dá)到干燥目的。在大多數(shù)設(shè)備中，熱空氣被反復(fù)循環(huán)通過物料。,第5章 隧道干燥器和廂式干燥器,廂式干燥器的工作原理和結(jié)構(gòu)，如圖5-1所示。,第5章 隧道干燥器和廂式干燥器,廂式干燥器中，一般用盤架盛放物料。優(yōu)點(diǎn)是：容易裝卸，物料損失小，盤易清洗。主要缺點(diǎn)是：物料得不到分散，干燥時(shí)間長(zhǎng)；若物料量大，所需的設(shè)備容積也大；工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，如需要定時(shí)將物料裝卸或翻動(dòng)時(shí)，粉塵飛揚(yáng)，環(huán)境污染嚴(yán)重；熱效率低，一般在40左右，每干燥1kg水分約需消耗加熱蒸汽2.5kg以上。此外，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。因此隨著干燥技術(shù)的發(fā)展將逐漸被新型干燥器

18、所取代。,第5章 隧道干燥器和廂式干燥器,2 隧道干燥器(洞道式干燥器) 將被干燥物料放置在小車內(nèi)、運(yùn)輸帶上、架子上或自由地堆置在運(yùn)輸設(shè)備上。物料沿著干燥室中通道，向前移動(dòng)，并一次通過通道。被干燥物料的加料和卸料在干燥室兩端進(jìn)行。這種干燥器稱為隧道干燥器，又稱洞道式干燥器，見圖5-15。其制造和操作都比較簡(jiǎn)單，能量的消耗也不大。但物料干燥時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)能力較低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。主要用于需要較長(zhǎng)干燥時(shí)間及大件物料如木材、陶瓷制品和各種散粒狀物料的干燥和燃燒。,第6章 轉(zhuǎn)筒干燥器,1 轉(zhuǎn)簡(jiǎn)干燥器的工作原理 轉(zhuǎn)筒干燥器的主體是略帶傾斜并能回轉(zhuǎn)的圓筒體。這種裝置的工作原理簡(jiǎn)圖，如圖6-1所示。濕物料從左端

19、上部加入，經(jīng)過圓筒內(nèi)部時(shí)，與通過筒內(nèi)的熱風(fēng)或加熱壁面進(jìn)行有效地接觸而被干燥，干燥后的產(chǎn)品從右端下部收集。在干燥過程中，物料借助于圓筒的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，在重力的作用下從較高一端向較低一端移動(dòng)。簡(jiǎn)體內(nèi)壁上裝有順向抄板(或類似裝置)，它不斷地把物料抄起又灑下，,第6章 轉(zhuǎn)筒干燥器,使物料的熱接觸表面增大，以提高于燥速率并促使物料向前移動(dòng)。干燥過程中所用的熱載體一般為熱空氣、煙道氣或水蒸氣等。如果熱載體(如熱空氣、煙道氣)直接與物料接觸，則經(jīng)過干燥器后，通常用旋風(fēng)除塵器將氣體中挾帶的細(xì)粒物料捕集下來，廢空氣則經(jīng)旋風(fēng)除塵器后放空。轉(zhuǎn)筒干燥器是最古老的干燥設(shè)備之一，目前仍被廣泛使用于冶金、建材、化工等領(lǐng)域。,第

20、6章 轉(zhuǎn)筒干燥器,第6章 轉(zhuǎn)筒干燥器,1.2 轉(zhuǎn)簡(jiǎn)干燥器的特點(diǎn) 轉(zhuǎn)筒干燥器與其他干燥設(shè)備相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)生產(chǎn)能力大，可連續(xù)操作； (2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便； (3)故障少，維修費(fèi)用低； (4)適用范圍廣，可以用它干燥顆粒狀物料，對(duì)于那些附著性大的物料也很有利；,第6章 轉(zhuǎn)筒干燥器,(5)操作彈性大，生產(chǎn)上允許產(chǎn)品的產(chǎn)量有較大波動(dòng)范圍，不致影響產(chǎn)品的質(zhì)量； (6)清掃容易。 這種干燥器的缺點(diǎn)是： (1)設(shè)備龐大，一次性投資多； (2)安裝、拆卸困難； (3)熱容量系數(shù)小，熱效率低(但蒸汽管式轉(zhuǎn)筒干燥器熱效率高)； (4)物料在干燥器內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，且物料顆粒之間的停留時(shí)間差異較大，因此

21、不適合于對(duì)溫度有嚴(yán)格要求的物料。,第7章 轉(zhuǎn)鼓干燥器,1 概述 轉(zhuǎn)鼓干燥器是一種內(nèi)加熱傳導(dǎo)型轉(zhuǎn)動(dòng)干燥設(shè)備。濕物料在轉(zhuǎn)鼓外壁上獲得以導(dǎo)熱方式傳遞的熱量，脫除水分，達(dá)到所要求的濕含量。在干燥過程中，熱量由鼓內(nèi)壁傳到鼓外壁，再穿過料膜，其熱效率高，可連續(xù)操作，故廣泛用于液態(tài)物料或帶狀物料的干燥。液態(tài)物料在轉(zhuǎn)鼓的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期中完成布膜、脫水、刮料、得到干燥制品的全過程。,第7章 轉(zhuǎn)鼓干燥器,因此，在轉(zhuǎn)鼓干燥操作中，可通過調(diào)整進(jìn)料濃度、料膜厚度、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)數(shù)、加熱介質(zhì)溫度等參數(shù)獲得預(yù)期濕含量的產(chǎn)品和相應(yīng)的產(chǎn)量。由于轉(zhuǎn)鼓干燥器結(jié)構(gòu)和操作上的特點(diǎn)，對(duì)膏狀和粘稠物料更適用。 如其他干燥設(shè)備一樣，在設(shè)計(jì)和選用轉(zhuǎn)鼓干

22、燥時(shí)，需考慮的主要問題是：被干燥物料的性質(zhì)、轉(zhuǎn)鼓干燥器的形式、傳熱傳質(zhì)機(jī)理、操作條件及其經(jīng)濟(jì)性。,第7章 轉(zhuǎn)鼓干燥器,2 結(jié)構(gòu)形式 轉(zhuǎn)鼓干燥器分為三種形式：?jiǎn)喂母稍锲?、雙鼓干燥器和多鼓干燥器。其中雙鼓干燥器按照兩鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和進(jìn)料方式又可分為雙鼓與對(duì)鼓兩種形式。轉(zhuǎn)鼓干燥器亦可根據(jù)其操作壓力分為常壓和減壓兩種形式。圖71為雙鼓干燥器結(jié)構(gòu)示意圖。,第7章 轉(zhuǎn)鼓干燥器,3 特點(diǎn) (1)操作彈性大、適應(yīng)性廣 (2)轉(zhuǎn)鼓干燥的熱效率高 (3)干燥時(shí)間短 (4)干燥速率大,第8章 帶式干燥機(jī),1 概述 帶式干燥機(jī)(簡(jiǎn)稱帶干機(jī))由若干個(gè)獨(dú)立的單元段所組成。每個(gè)單元段包括循環(huán)風(fēng)機(jī)、加熱裝置、單獨(dú)或公用的新鮮空

23、氣抽入系統(tǒng)和層氣排出系統(tǒng)。因此，對(duì)干燥介質(zhì)數(shù)量、溫度、濕度和尾氣循環(huán)量等操作參數(shù)，可進(jìn)行獨(dú)立控制，從而保證帶干機(jī)工作的可靠性和操作條件的優(yōu)化。,第8章 帶式干燥機(jī),帶干機(jī)操作靈活，濕物料進(jìn)料，干燥過程在完全密封的箱體內(nèi)進(jìn)行，勞動(dòng)條件較好，避免了粉塵的外泄。與轉(zhuǎn)筒式、流化床和氣流干燥器相比較，帶干機(jī)中的被干燥物料隨同輸送帶移動(dòng)時(shí)，物料顆粒間的相對(duì)位置比較固定，具有基本相同的干燥時(shí)間。對(duì)干燥物料色澤變化或濕含量均勻至關(guān)重要的某些干燥過程來說，帶干機(jī)是非常適用的。此外，物料在帶干機(jī)上受到的振動(dòng)或沖擊輕微，物料顆粒不易粉化破碎，因此也適用于干燥某些不允許碎裂的物料(如食品)。,第8章 帶式干燥機(jī),2

24、結(jié)構(gòu)和操作原理 圖81為典型的單級(jí)帶干機(jī)結(jié)構(gòu)透視簡(jiǎn)圖。圖82為其操作原理圖。被干燥物料由進(jìn)料端經(jīng)加料裝置被均勻分布到輸送帶上。輸送帶通常用穿孔的不銹鋼薄板(或稱網(wǎng)目板)制成，由電機(jī)經(jīng)變速箱帶動(dòng)，可以調(diào)速。最常用的干燥介質(zhì)是空氣?？諝庥醚h(huán)風(fēng)機(jī)由外部經(jīng)空氣過濾器抽人，并經(jīng)加熱器加熱后，經(jīng)分布板由輸送帶下部垂直上吹。,第8章 帶式干燥機(jī),空氣流過干燥物料層時(shí)，物料中水分汽化，空氣增濕，溫度降低。部分濕空氣排出箱體，另部分則在循環(huán)風(fēng)機(jī)吸入口前與新鮮空氣混合再行循環(huán)。為了使物料層上下脫水均勻，空氣繼上吹之后向下吹。最后干燥產(chǎn)品經(jīng)外界空氣或其他低溫介質(zhì)直接接觸冷卻后，由出口端卸出。,第8章 帶式干燥機(jī),

25、第8章 帶式干燥機(jī),第9章 盤式連續(xù)干燥器,1 盤式連續(xù)干燥器的總體結(jié)構(gòu) 盤式連續(xù)干燥器是一種高效節(jié)能的干燥設(shè)備。該設(shè)備主要包括：殼體、框架、大小空心 加熱盤、主軸、耙臂及耙葉、加料器、卸料裝置、減速機(jī)和電動(dòng)機(jī)等部件。其總體結(jié)構(gòu)如圖91所示。,第9章 盤式連續(xù)干燥器,空心加熱盤是該干燥器的主要部件，其內(nèi)部通以飽和蒸汽、熱水或?qū)嵊?，作為加熱介質(zhì)。故加熱盤實(shí)際是一個(gè)壓力容器。因此在其內(nèi)部以一定排列方式焊有折流隔板或短管，一方面增加了加熱介質(zhì)在空心盤內(nèi)的擾動(dòng)，提高了傳熱效果；,第9章 盤式連續(xù)干燥器,另一方面增加了空心盤的剛度并提高了其承載能力。每個(gè)加熱盤上均有熱載體的進(jìn)出口接管。各層加熱盤問保持

26、一定間距，水平固定在框架上。 每層加熱盤上均裝有十字耙臂，上下兩層加熱盤上的耙臂呈45角交錯(cuò)固定在主軸上。每根耙臂上均裝有等距離排列的耙葉若干個(gè)，但上下兩層加熱盤的耙葉安裝方向相反，以保證物料的正常流動(dòng)。,第9章 盤式連續(xù)干燥器,電機(jī)通過減速機(jī)帶動(dòng)干燥器主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。物料由干燥器上方的進(jìn)料口進(jìn)入，經(jīng)各層加熱盤干燥后由下部出料口排出。干燥器最外面是一殼體，使整個(gè)干燥過程在一密閉空間內(nèi)進(jìn)行。 2 盤式連續(xù)干燥器的特點(diǎn) (1)熱效率高、能耗低、干燥時(shí)間短。 (2)可調(diào)控性好 加熱盤的數(shù)量、主軸的回轉(zhuǎn)速度、加熱介質(zhì)的溫度和物料停留時(shí)間，可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，因此產(chǎn)品干燥均勻、質(zhì)量好。,第9章 盤式連續(xù)干燥器

27、,(3)被干燥物料不易破損。 (4)環(huán)境整潔 由于是密閉式操作，無粉塵飛揚(yáng)，改善了勞動(dòng)環(huán)境，有利于操作人員的健康。 (5)無振動(dòng)、低噪聲、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、操作容易、設(shè)備直立安裝、占地面積小。,第10章 臥式槳葉式干燥器,1 概述 在干燥器內(nèi)設(shè)置各種結(jié)構(gòu)和形狀的槳葉以攪拌被干燥物料，使物料在攪拌槳翻動(dòng)下，不斷與干燥器的傳熱壁面或熱載體接觸，加快傳熱速度和濕分蒸發(fā)，達(dá)到干燥目的。這類設(shè)備稱為槳葉式干燥器或攪拌型干燥器。,第10章 臥式槳葉式干燥器,2 楔形槳葉式干燥器結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 楔形槳葉式干燥器的特點(diǎn)是作為攪拌用的槳葉結(jié)構(gòu)較特殊，空心的扇形槳葉一端寬，另一端呈尖角，其投影像楔子。槳葉的兩個(gè)側(cè)面均有一定傾

28、斜度的斜面，這種斜面隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，既可使固體物料對(duì)斜面有撞擊作用，又可使斜面上物料易于自動(dòng)清除，不斷更新傳熱表面，強(qiáng)化傳熱。因此，它是一種高效的干燥設(shè)備。,第10章 臥式槳葉式干燥器,此設(shè)備干燥物料所需熱量不是依靠熱載體(加熱氣體)直接與物料接觸進(jìn)行加熱，而是向空心槳葉和夾套輸入熱載體，通過壁面熱傳導(dǎo)對(duì)干燥過程提供熱量，它減少了用氣體加熱時(shí)被出口氣體帶走的熱損失，提高了設(shè)備的熱量利用率。因此它屬于節(jié)能型干燥設(shè)備。,第10章 臥式槳葉式干燥器,這種干燥設(shè)備有w型和T型兩種。其基本結(jié)構(gòu)是由帶夾套的槽形殼體、上蓋、空心熱軸和焊接在空心軸上的許多對(duì)楔形槳葉，以及與熱載體相連的旋轉(zhuǎn)接頭和傳動(dòng)裝置等。W型有

29、兩根空心軸，槽形殼體形狀呈W型。T型由4根空心軸組成，它有兩套傳動(dòng)裝置，安置在干燥器左右兩側(cè)，各拖動(dòng)兩根空心軸，所以它實(shí)際上是兩臺(tái)W型干燥設(shè)備組合在一起。這里只介紹W型楔形槳葉式干燥器。,第10章 臥式槳葉式干燥器,W型楔形槳葉式干燥器基本結(jié)構(gòu)如圖101所示。,第11章 流化床干燥,1 概述 流化床是60年代發(fā)展起來的一種干燥技術(shù)，目前在化工、輕工、醫(yī)藥、食品以及建材工業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。由于干燥過程中固體顆粒懸浮于干燥介質(zhì)中，因而流體與固體接觸面較大，熱容量系數(shù)可達(dá)800025000 kJ/(m3h)(按干燥器總體積計(jì)算)，又由于物料劇烈攪動(dòng)，大大地減少了氣膜阻力，因而熱效率較高，可達(dá)60

30、%80%(干燥結(jié)合水時(shí)為30%40%)。流化床干燥裝置密封性能好，傳動(dòng)機(jī)械又不接觸物料，因此不會(huì)有雜質(zhì)混入，這對(duì)要求純潔度高的制藥工業(yè)來說也是十分重要的。,第11章 流化床干燥,2 流態(tài)化過程的基本概念,第11章 流化床干燥,此實(shí)驗(yàn)裝置是由一段玻璃筒組成，筒下端有一多孔的氣體分布板，用以支承顆粒物料，并使流體在整個(gè)圓筒截面上均勻分布，分布板上的物料稱為“床層”。在床層下部與圓筒體上部安一個(gè)U形管壓差計(jì)以測(cè)量床層阻力。觀察流體通過床層時(shí)，流速、床層阻力、床層高度、床層中顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等相互關(guān)系。,第11章 流化床干燥,單層圓筒型流化床干燥器 圖119所示，為一臺(tái)大型(3000mm)的氯化銨流化床

31、干燥裝置，其流程如圖119。,第11章 流化床干燥,第11章 流化床干燥,濕物料由皮帶輸送機(jī)運(yùn)送到拋料機(jī)加料斗上，然后均勻地拋人流化床內(nèi)，與熱空氣充分接觸而被干燥。干燥后的物料由溢流口連續(xù)溢出?？諝饨?jīng)鼓風(fēng)機(jī)、加熱器后進(jìn)入篩板底部，并向上穿過篩板，使床層內(nèi)濕物料流化起來形成沸騰層。尾氣進(jìn)入4個(gè)旋風(fēng)分離器并聯(lián)組成的旋風(fēng)分離器組，將所夾帶的細(xì)粉除下，然后由排氣機(jī)排到大氣。在該流程中，主要設(shè)備為單層圓筒形流化床，其結(jié)構(gòu)如圖11-10所示。,第11章 流化床干燥,第12章 改型流化床干燥機(jī),1 振動(dòng)流化床干燥機(jī) 振動(dòng)流化床，就是將機(jī)械振動(dòng)施加于流化床上。調(diào)整振動(dòng)參數(shù)，使返混較嚴(yán)重的普通流化床，在連續(xù)操作

32、時(shí)能得到較理想的活塞流。,第12章 改型流化床干燥機(jī),2 內(nèi)熱攪拌流化床干燥機(jī) 內(nèi)熱攪拌流化床干燥機(jī)在槽形氣體分布板上方裝有一中空回轉(zhuǎn)軸，軸上裝有若干圈螺旋形傳熱管，軸的兩端分別裝有進(jìn)汽和排冷凝水旋轉(zhuǎn)接頭。當(dāng)機(jī)器工作時(shí)，熱風(fēng)通過分布板被送入床層，傳熱管隨主軸在床層中轉(zhuǎn)動(dòng)。受熱風(fēng)和傳熱管攪拌的雙重作用，物料能在較小風(fēng)速下實(shí)現(xiàn)流態(tài)化。尤其是在進(jìn)料端，物料濕含量稍大時(shí)，普通流化床難以流化，而內(nèi)熱攪拌流化床卻可以。,第13章 噴動(dòng)床干燥,1 噴動(dòng)床 噴動(dòng)床是50年代由加拿大學(xué)者M(jìn)athur和Gishler發(fā)明的，最初用于小麥干燥。 傳統(tǒng)的噴動(dòng)床如圖131所示。其床身是個(gè)圓柱形簡(jiǎn)體帶一個(gè)錐形底部，在錐底

33、下方有進(jìn)氣口。,第13章 噴動(dòng)床干燥,高速氣流穿過噴動(dòng)區(qū)，帶動(dòng)部分物料噴出床層頂面，呈噴泉狀散落到環(huán)形區(qū)。在環(huán)形區(qū)，物料依靠自身重量緩慢下降，再從噴口附近進(jìn)入噴動(dòng)區(qū)，如此不斷循環(huán)，直到達(dá)到干燥工藝要求。,第13章 噴動(dòng)床干燥,2 用惰性粒子作載體干燥膏狀物料 采用惰性粒子作載體是膏狀、糊狀物料的常用方法。圖13-19所示設(shè)備可以干燥膏狀、糊狀物料。一般采用3.6mm粒徑的玻璃球、陶瓷球、尼龍球等作惰性粒子。其最終產(chǎn)品只能是粉料。惰性粒子在噴動(dòng)床中循環(huán)，高濕物料粘在惰性粒子表面，形成很薄的表層，在隨同惰性粒子的循環(huán)過程中表層濕物料被干燥。,第13章 噴動(dòng)床干燥,由于噴動(dòng)床中物料激烈地碰撞，表層物

34、料積累到一定程度即變脆并被撞成小碎片，然后進(jìn)一步被撞擊成粉料，隨同排氣一起排出噴動(dòng)床。濕物料在惰性粒子表面的沉積、干燥、破碎、排出均連續(xù)進(jìn)行。,第14章 噴霧干燥,1 概述 噴霧干燥是采用霧化器將原料液分散為霧滴，并用熱氣體(空氣、氮?dú)饣蜻^熱水蒸氣)干燥霧滴而獲得產(chǎn)品的一種干燥方法。原料液可以是溶液、乳濁液、懸浮液，也可以是熔融液或膏糊液。干燥產(chǎn)品根據(jù)需要可制成粉狀、顆粒狀、空心球或團(tuán)粒狀。,第14章 噴霧干燥,2 液體的霧化 將料液分散為霧滴的霧化器是噴霧干燥的關(guān)鍵部件，目前常用的有3種霧化器。 (1)氣流式霧化器 采用壓縮空氣或蒸汽以很高的速度(300m/s)從噴嘴噴出，靠氣液兩相間的速度

35、差所產(chǎn)生的摩擦力，使料液分裂為霧滴。 (2)壓力式霧化器 用高壓泵使液體獲得高壓，高壓液體通過噴嘴時(shí)，將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能而高速噴出時(shí)分散為霧滴。,第14章 噴霧干燥,(3)旋轉(zhuǎn)式霧化器 料液在高速轉(zhuǎn)盤(圓周速度90160m/s)中受離心力作用從盤邊緣甩出而霧化。 3 噴霧干燥流程 (1)噴霧干燥的典型流程 噴霧干燥的典型流程如圖141(a)、(b)所示，包括空氣加熱系統(tǒng)、原料液供給系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、氣固分離系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。,第14章 噴霧干燥,第14章 噴霧干燥,(2)閉路循環(huán)噴霧干燥系統(tǒng),第14章 噴霧干燥,(3)自惰化噴霧干燥系統(tǒng) 此系統(tǒng)如圖143所示。本系統(tǒng)的特點(diǎn)是具有一個(gè)直接燃燒的加熱

36、器，干燥介質(zhì)是周圍的空氣，加熱器的作用是加熱再循環(huán)氣體達(dá)到干燥器人口溫度，并由于燃燒而構(gòu)成低氧含量的干燥氣體。是為所處理粉塵具有爆炸或燃燒危險(xiǎn)而設(shè)計(jì)的。排出的氣體量為總氣體量的10%15%。,第14章 噴霧干燥,第14章 噴霧干燥,4 噴霧干燥的優(yōu)缺點(diǎn) 噴霧干燥具有下述優(yōu)點(diǎn)。 (1)由于霧滴群的表面積很大，物料所需的干燥時(shí)間很短(以秒計(jì))。 (2)在高溫氣流中，表面潤(rùn)濕的物料溫度不超過干燥介質(zhì)的濕球溫度，由于迅速干燥，最終的產(chǎn)品溫度也不高。因此，噴霧干燥特別適用于熱敏性物料。 (3)根據(jù)噴霧干燥操作上的靈活性，可以滿足各種產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)。 (4)簡(jiǎn)化工藝流程。在干燥塔內(nèi)可直接將溶液制成粉末產(chǎn)品

37、。,第14章 噴霧干燥,此外，噴霧干燥容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，減輕粉塵飛揚(yáng)，改善勞動(dòng)環(huán)境。 與此同時(shí)，噴霧干燥也存在以下缺點(diǎn)： (1)當(dāng)空氣溫度低于150時(shí)，容積傳熱系數(shù)較低(23160W(m3K)，所用設(shè)備容積大； (2)對(duì)氣固混合物的分離要求較高，一般需兩級(jí)除塵； (3)熱效率不高，一般順流塔型為30%50%，逆流塔型為50%75%。,第15章 氣流干燥,1 基本原理 氣流干燥也稱“瞬間干燥”，是固體流態(tài)化中稀相輸送在干燥方面的應(yīng)用。該法是使加熱介質(zhì)(空氣、惰性氣體、燃?xì)饣蚱渌麩釟怏w)和待干燥固體顆粒直接接觸，并使待干燥固體顆粒懸浮于流體中，因而兩相接觸面積大，強(qiáng)化了傳熱傳質(zhì)過程，廣泛應(yīng)用

38、于散狀物料的干燥單元操作。氣流干燥流程圖如圖151所示。,第15章 氣流干燥,第15章 氣流干燥,2 氣流干燥的特點(diǎn) (1)氣固兩相間傳熱傳質(zhì)的表面積大 普通直管氣流干燥器的體積傳熱系數(shù)為23007000W(m3K)，為一般回轉(zhuǎn)干燥器的2030倍。 (2)熱效率高、干燥時(shí)間短、處理量大。 (3)氣流干燥器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小，生產(chǎn)能力大。 (4)操作方便 在氣流干燥系統(tǒng)中，把干燥、粉碎、篩分、輸送等單元過程聯(lián)合操作，流程簡(jiǎn)化并易于自動(dòng)控制。,第15章 氣流干燥,(5)氣流干燥的缺點(diǎn) 氣流干燥系統(tǒng)的流動(dòng)阻力降較大，一般為30004000Pa，必須選用高壓或中壓通風(fēng)機(jī)，動(dòng)力消耗較大。氣流干燥所使

39、用的氣速高，流量大，經(jīng)常需要選用尺寸大的旋風(fēng)分離器和袋式除塵器。氣流干燥對(duì)于干燥載荷很敏感，固體物料輸送量過大時(shí)，氣流輸送就不能正常操作。,第15章 氣流干燥,3 脈沖式氣流干燥器 脈沖式氣流干燥器的特征是氣流干燥管的管徑交替縮小和擴(kuò)大。采用脈沖氣流干燥管可以充分發(fā)揮加速段具有較高的傳熱傳質(zhì)作用，以強(qiáng)化干燥過程。目前脈沖氣流干燥器的型式有兩種，一種如圖1515所示，由小管徑至大管徑的過渡角較大；另一種如圖1516所示，其過渡角較小。,第16章 太陽能干燥,1 概述 太陽能干燥(Solar Drying)是利用太陽輻射的熱能，將濕物料中的水分蒸發(fā)除去的干燥方法。太陽能干燥裝置屬于低溫干燥裝置，干

40、燥器運(yùn)行溫度在4070范圍內(nèi)。太陽能干燥過程是耗能最大的加工過程之一。,第16章 太陽能干燥,2 太陽能干燥的特點(diǎn) 與利用其他能源的干燥方法相比，太陽能干燥有下列優(yōu)點(diǎn)： (1)干凈衛(wèi)生，對(duì)物料和環(huán)境沒有污染； (2)太陽能取之不盡，不存在能源枯竭問題； (3)太陽能處處都有，不需開采和運(yùn)輸； (4)干燥過程中其他能源消耗低，操作費(fèi)用低。,第16章 太陽能干燥,太陽能干燥存在下列不足： (1)分散性大，熱值低。 (2)溫升小，干燥速度低。 (3)間歇性和不穩(wěn)定性。 (4)干燥效率低。 3 太陽能干燥器的類型及結(jié)構(gòu) 太陽能干燥器的結(jié)構(gòu)隨被于物料的批量和特性的變化而變化。干燥器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可有多種選擇

41、。根據(jù)干燥器內(nèi)氣流的流動(dòng)方式，可將太陽能干燥器分為自然對(duì)流型和強(qiáng)迫對(duì)流型兩種。,第16章 太陽能干燥,(1)自然對(duì)流型太陽能干燥器 自然對(duì)流型太陽能干燥器中無附加風(fēng)機(jī)，氣流靠溫差的作用在干燥室內(nèi)流動(dòng)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，主要有箱式、棚式、溫室式、盤架式和煙囪式幾種。 農(nóng)戶用溫室型太陽能干燥器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖161所示。進(jìn)氣口配置在下方，采用排氣筒增加干燥室內(nèi)氣流速度。溫室頂為鋼化玻璃，晚間用保溫蓋簾覆蓋。夏季晴天室內(nèi)最高溫度可達(dá)65，比室外氣溫高31。冬季晴天室內(nèi)最高溫度為24，比室外溫度高,第16章 太陽能干燥,20。溫室采光面積為80m2，夏季白天總排氣量為272m3h。用這座溫室型太陽能干燥

42、器在夏季干燥掛面時(shí)，從初始含水率34%，下降到含水率13%(濕基)，用時(shí)約為310h。,第16章 太陽能干燥,(2) 強(qiáng)迫對(duì)流型太陽能干燥器 圖162為一種溫室型強(qiáng)迫對(duì)流太陽能木材干燥器，朝北的墻2絕熱，朝南的墻4和屋頂3由特殊的兩層復(fù)合透明板覆蓋。陽光透過透明板，加熱涂了黑漆的吸熱板6，,第16章 太陽能干燥,經(jīng)吸熱板加熱的空氣一部分直接導(dǎo)入木材堆1，另一部分通過底部進(jìn)入，這兩部分空氣分配的比例由吸熱板6傾斜角度調(diào)節(jié)。新鮮空氣和循環(huán)空氣的比例可由進(jìn)氣閥8來控制。,第17章 真空冷凍干燥,1 概述 真空冷凍干燥技術(shù)(簡(jiǎn)稱凍干)是一門古老的現(xiàn)代技術(shù)。說它古老是因?yàn)閮龈杉夹g(shù)誕生很早，大約出現(xiàn)在18

43、11年，當(dāng)時(shí)用于生物體的脫水。說它是現(xiàn)代技術(shù)是因?yàn)樗呀?jīng)加入了現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域的行列。人體各器官的保存和再植是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究的課題之一，營(yíng)養(yǎng)保健食品是現(xiàn)代人們生活的追求，航天飛機(jī)用的超輕隔熱陶瓷，現(xiàn)代科學(xué)的熱門話題之一的低溫超導(dǎo)材料等納米級(jí)超細(xì)微粉材料的制備，都需要真空冷凍干燥技術(shù)與設(shè)備。,第17章 真空冷凍干燥,2 真空冷凍干燥的特點(diǎn) 真空冷凍干燥方法與其他干燥方法相比有許多優(yōu)點(diǎn)。 (1)物料在低壓下干燥，使物料中的易氧化成分不致氧化變質(zhì)，同時(shí)因低壓缺氧，能滅菌或抑制某些細(xì)菌的活力。 (2)物料在低溫下干燥，使物料中的熱敏成分能保留下來，營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味損失很少，可以最大限度地保留食品原有成分、

44、味道、色澤和芳香。,第17章 真空冷凍干燥,(3)由于物料在升華脫水以前先經(jīng)凍結(jié)，形成穩(wěn)定的固體骨架，所以水分升華以后，固體骨架基本保持不變，干制品不失原有的固體結(jié)構(gòu)，保持著原有形狀。多孔結(jié)構(gòu)的制品具有很理想的速溶性和快速復(fù)水性。 (4)由于物料中水分在預(yù)凍以后以冰晶的形態(tài)存在，原來溶于水中的無機(jī)鹽之類的溶解物質(zhì)被均勻分配在物料之中。升華時(shí)溶于水中的溶解物質(zhì)就地析出，避免了一般干燥方法中因物料內(nèi)部水分向表面遷移所攜帶的無機(jī)鹽在表面析出而造成表面硬化的現(xiàn)象。,第17章 真空冷凍干燥,(5)脫水徹底，重量輕，適合長(zhǎng)途運(yùn)輸和長(zhǎng)期保存，在常溫下，采用真空包裝，保質(zhì)期35年。 真空冷凍干燥的主要缺點(diǎn)是設(shè)

45、備的投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高，凍干過程時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品成本高。但由于凍干后產(chǎn)品重量減輕了，運(yùn)輸費(fèi)用減少了；能長(zhǎng)期貯存，減少了物料變質(zhì)損失；對(duì)某些農(nóng)、副產(chǎn)品深加工后，減少了資源的浪費(fèi)，提高了自身的價(jià)值。因此，使真空冷凍干燥的缺點(diǎn)又得到了部分彌補(bǔ)。,第17章 真空冷凍干燥,3 凍干過程的三個(gè)階段 3.1 預(yù)凍階段 預(yù)凍是將溶液中的自由水固化，使干燥后產(chǎn)品與干燥前有相同的形態(tài)，防止抽空干燥時(shí)起泡、濃縮、收縮和溶質(zhì)移動(dòng)等不可逆變化產(chǎn)生，減少因溫度下降引起的物質(zhì)可溶性降低和生命特性的變化。,第17章 真空冷凍干燥,3.2 升華干燥階段 升華干燥也稱第一階段干燥。將凍結(jié)后的產(chǎn)品置于密閉的真空容器中加熱，其冰晶就會(huì)升華

46、成水蒸氣逸出而使產(chǎn)品脫水干燥。干燥是從外表面開始逐步向內(nèi)推移的，冰晶升華后殘留下的空隙變成爾后升華水蒸氣的逸出通道。已干燥層和凍結(jié)部分的分界面稱為升華界面。在生物制品干燥中，升華界面約以1mm/h的速率向下推進(jìn)。當(dāng)全部冰晶除去時(shí)，第一階段干燥就完成了，此時(shí)約除去全部水分的90左右。,第17章 真空冷凍干燥,3.3 解析干燥 解析干燥也稱第二階段干燥。在第一階段干燥結(jié)束后，在干燥物質(zhì)的毛細(xì)管壁和極性基團(tuán)上還吸附有一部分水分，這些水分是末被凍結(jié)的。為了改善產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其保存期，需要除去這些水分。這就是解析干燥的目的。,第17章 真空冷凍干燥,第一階段干燥是將水以冰晶的形式除去，因此其溫度

47、和壓力都必須控制在產(chǎn)品共溶點(diǎn)以下，才不致使冰晶溶化。但對(duì)于吸附水，由于其吸附能量高，如果不給它們提供足夠的能量，它們就不可能從吸附中解析出來。因此，這種階段產(chǎn)品的溫度應(yīng)足夠地高，只要不燒毀產(chǎn)品和不造成產(chǎn)品過熱而變性就可。同時(shí)，為了使解析出來的水蒸氣有足夠的推動(dòng)力逸出產(chǎn)品，必須使產(chǎn)品內(nèi)外形成較大的蒸汽壓差，因此此階段中箱內(nèi)必須是高真空。,第17章 真空冷凍干燥,4 真空冷凍干燥設(shè)備 真空冷凍干燥設(shè)備(簡(jiǎn)稱凍干機(jī))的組成如圖179所示，主要包括真空冷凍干燥箱(簡(jiǎn)稱凍干箱)1，真空系統(tǒng)(包括2、7、8、21、23、24、25、26、27、28、34)，制冷系統(tǒng)(包括3、5、6、9、14、16、17、

48、18、19、32A、32B、33)，加熱系統(tǒng)(包括4、10、11、12、13、15、20、22、四、30、31)，還有液壓系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和消毒系統(tǒng)(這三個(gè)系統(tǒng)圖中沒繪出)等幾大部分組成。,第18章 微波和高頻干燥,1 概述 20世紀(jì)前葉，隨著無線電工程技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家們開始使用無線電頻率進(jìn)行金屬熱處理，以及加熱干燥食品、木材、紙、紡織品等,從而產(chǎn)生了一種非常規(guī)的干燥技術(shù)介電干燥，即在高頻率的電磁場(chǎng)作用下，物料吸收電磁能量，在內(nèi)部轉(zhuǎn)化為熱用于蒸發(fā)濕分(主要水分)，而普通干燥方法(對(duì)流、傳導(dǎo)、紅外輻射)蒸發(fā)水分所需的熱量通過物料的外表面向內(nèi)部傳遞。,第18章 微波和高頻干燥,本文則將高頻率(

49、RF)、微波(MV)加熱干燥統(tǒng)稱為介電加熱干燥，原因是它們的加熱機(jī)理均與電介質(zhì)的介電特性有關(guān)。 2 介電加熱干燥的基本原理 微波和高頻是一種能量(而不是熱量)形式，但在電介質(zhì)中可以轉(zhuǎn)化為熱量。能量轉(zhuǎn)化的機(jī)理有許多種，如離子傳導(dǎo)、偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)、界面極化、磁滯、壓電現(xiàn)象、電致伸縮、核磁共振、鐵磁共振等，其中離子傳導(dǎo)及偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)是介電加熱的主要原因。,第18章 微波和高頻干燥,在介電干燥過程中，物料內(nèi)部產(chǎn)生熱量，傳質(zhì)推動(dòng)力主要是物料內(nèi)部迅速產(chǎn)生的蒸汽所形成的壓力梯度。如果物料開始很濕，物料內(nèi)部的壓力非常快地升高，則液體可能在壓力梯度的作用下從物料中被排出。初始濕含量越高，壓力梯度對(duì)濕分排除的影響也越大

50、，也即有一種“泵”效應(yīng)，驅(qū)使液體(經(jīng)常是以汽態(tài)的形成)流向表面，這使干燥進(jìn)行得非常快。這種加熱方式的特點(diǎn)是產(chǎn)生異乎尋常的溫度梯度。如沒有其他輔助熱源，則該加熱系統(tǒng)空氣的溫度保持不變，物料表面溫度低于內(nèi)部的溫度。,第18章 微波和高頻干燥,3 介電干燥的特點(diǎn) 介電干燥的優(yōu)點(diǎn)是： 能量的有效利用； 無破壞性 在較低的環(huán)境溫度下進(jìn)行干燥，不需要高的表面溫度，物料的溫度分布較低； 其他揮發(fā)性物質(zhì)遷移量少 溶劑經(jīng)常以汽態(tài)形式排出，不會(huì)使其他物質(zhì)傳遞至表面；,第18章 微波和高頻干燥,均勻作用 能量?jī)A向于施加在濕潤(rùn)區(qū)； 干燥迅速 干燥時(shí)間可縮短50%或更多； 干燥均勻 形成更加均勻的溫度場(chǎng)和濕分分布； 系

51、統(tǒng)占地面積少，減少操作步驟； 產(chǎn)品質(zhì)量改善 避免表面硬化(結(jié)殼)、內(nèi)應(yīng)力和其他質(zhì)量問題。,第18章 微波和高頻干燥,4 典型介電干燥器介紹 高頻真空干燥器 圖1849為高頻真空干燥器的設(shè)備圖。該高頻干燥器的功率為100kW，使用該設(shè)備干燥煙葉取得了較好的效果。該機(jī)的技術(shù)特性參數(shù)為： 生產(chǎn)能力 421860kg/h(每臺(tái))； 耗能量 3.6kWh/kg水； 煙葉初始溫度 0.75； 煙葉最終溫度 54； 工作環(huán)境含塵量 2.35mg/m3。,第19章 紅外熱輻射干燥,1 紅外熱輻射的基本概念 以電磁波傳遞能量的方式稱為輻射。電磁輻射遵循橫波傳播定律，所謂橫波就是振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波動(dòng)。波長(zhǎng)

52、大約從0.1m至100m的電磁波譜，其中包括一部分紫外線、全部可見光與紅外線，這些射線稱為熱射線，是由固體中的分子振動(dòng)或晶格振動(dòng)或固體中束縛電子的遷移而產(chǎn)生，它們的傳播過程稱為熱輻射。對(duì)紅外熱輻射而言，一般波長(zhǎng)0.764.0m稱為近紅外，4.025m稱為遠(yuǎn)紅外。熱輻射的真實(shí)性質(zhì)及其傳遞機(jī)理，至今還沒有完全搞清楚。,第19章 紅外熱輻射干燥,2 紅外熱輻射加熱干燥的特點(diǎn) 紅外熱輻射加熱干燥有四個(gè)特點(diǎn)： 其一是熱輻射的光譜特性，既要弄清輻射器的發(fā)射光譜又要弄清被干物料的吸收光譜； 其二是熱輻射的方向性與相互作用的關(guān)系性； 其三是輻射源與被干物料的距離特性； 其四是能量特性。紅外熱輻射可比對(duì)流換熱提

53、供高達(dá)70余倍的能流密度，因此，用得好可高效節(jié)能，用得不當(dāng)其干燥結(jié)果是既能耗大又質(zhì)量差。,第19章 紅外熱輻射干燥,為此，有必要深入地研究有關(guān)的熱輻射定律及其換熱計(jì)算；研究涂料與輻射加熱器；掌握實(shí)驗(yàn)方法認(rèn)識(shí)干燥機(jī)理；進(jìn)行紅外爐的設(shè)計(jì)。 3 紅外熱輻射加熱器 紅外輻射加熱元件加上定向輻射等裝置稱作紅外輻射器。它是將電能或熱能(煤氣、蒸汽、燃?xì)獾?轉(zhuǎn)變成紅外輻射能，實(shí)現(xiàn)高效加熱與干燥。從供熱方式來分有直熱式和旁熱式紅外輻射器兩種。,第19章 紅外熱輻射干燥,直熱式是指電熱輻射元件既是發(fā)熱元件又是熱輻射體，如電阻帶式、碳硅棒等均屬此種紅外輻射器。直熱式器件升溫快、重量輕，多用于快速或大面積供熱。旁熱

54、式是指由外部供熱給輻射體而產(chǎn)生紅外輻射，其能源可借助電、煤氣、蒸汽、燃?xì)獾?。旁熱式輻射器升溫慢、體積大，但由于生產(chǎn)工藝成熟，使用尚屬方便，可借助各種能源，做成各種形狀，且壽命長(zhǎng)，故仍廣泛應(yīng)用。,第19章 紅外熱輻射干燥,石英管式(SHD)輻射加熱器結(jié)構(gòu)圖見圖1935，圖中4為自支撐節(jié)，是本加熱器的改進(jìn)。,第20章 沖擊干燥、穿透干燥和沖擊穿透干燥,沖擊干燥和穿透干燥是兩種典型的使用對(duì)流方法除去多孔性薄物料內(nèi)水分的過程。 1 沖擊干燥 沖擊干燥是借助噴嘴產(chǎn)生高速氣流沖擊到濕物料表面而攜走水分的過程。由于沖擊流動(dòng)產(chǎn)生大的湍流，因而增加了對(duì)流傳熱傳質(zhì)系數(shù)。因?yàn)闊釟饬髦慌c濕物料在受沖擊的表面交換熱量和

55、質(zhì)量，所以沖擊干燥器對(duì)于薄物料或者除去表面水分具有優(yōu)勢(shì)。除非特別需要，如食品表面結(jié)酥殼，沖擊干燥器不宜用來干燥較厚的產(chǎn)品。,第20章 沖擊干燥、穿透干燥和沖擊穿透干燥,如圖201所示，沖擊流動(dòng)主要分為以下3個(gè)特征區(qū)：自由噴射流(free jet)、滯流(stagnation)、壁射流(wall jet)。根據(jù)噴嘴設(shè)計(jì)的不同，自由噴射流區(qū)可以再分為原勢(shì)核(potential core)、形成噴流(developing jet)、成形噴流(developed jet)3個(gè)子區(qū)。,第20章 沖擊干燥、穿透干燥和沖擊穿透干燥,第20章 沖擊干燥、穿透干燥和沖擊穿透干燥,沖擊干燥在造紙業(yè)主要應(yīng)用于衛(wèi)生紙

56、和紙巾生產(chǎn)上。典型的裝置為圖20-13顯示的Yankee干燥器。其主要部件包括一個(gè)直徑5.56m表面光滑的圓滾筒和一個(gè)高溫高速?zèng)_擊噴氣罩。由鑄鐵制作的肋式圓滾筒表面溫度一般用蒸汽從內(nèi)部加熱到85。這一溫度保證紙張很好地附著在滾筒表面從而通過熱傳導(dǎo)促進(jìn)干燥速度。不過，約70%的水分是靠沖擊氣流傳熱而蒸發(fā)的。沖擊氣流的溫度可高達(dá)500，速度達(dá)150m/s。圖20-14為沖擊罩的剖面結(jié)構(gòu)圖。圖中大圓孔為排氣孔，小孔為噴嘴。干燥了的衛(wèi)生紙、紙巾通過干式增皺法用一平面刮刀從滾筒上分開。,第20章 沖擊干燥、穿透干燥和沖擊穿透干燥,第20章 沖擊干燥、穿透干燥和沖擊穿透干燥,2 穿透干燥 穿透干燥是靠壓力

57、差使高溫氣流穿透濕物料而攜走水分的過程。顯而易見，此類干燥器只適用于連續(xù)多孔性物料或粒狀非連續(xù)物料的除水。由于熱氣在透過物料時(shí)與濕分的緊密接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)得到極大的增加。在相同的溫度計(jì)流量下，穿透干燥的恒速率可高大沖擊干燥的45倍。因?yàn)闊釟庑杩繅毫Φ膿p耗而穿透待干物料，從風(fēng)機(jī)的能耗考慮，穿透干燥對(duì)于薄且透氣性高的濕物料更有優(yōu)勢(shì)。,第20章 沖擊干燥、穿透干燥和沖擊穿透干燥,3 沖擊穿透干燥 沖擊穿透干燥器為本章前兩節(jié)所講的兩種干燥器的結(jié)合。其操作原理為熱氣通過噴嘴沖擊到濕物料表面，一部分從物料表面彈回(沖擊部分)另一部分則靠壓力差而穿透物料(穿透部分)。此類型的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)物料濕度大因而透率低

58、時(shí)，沖擊干燥恰可以最高速率除去濕分；當(dāng)物料濕度較低時(shí)，雖然沖擊干燥進(jìn)入降速率階段但是物料透率此時(shí)已相當(dāng)大因而穿透流速則有很大增加。,第20章 沖擊干燥、穿透干燥和沖擊穿透干燥,沖擊干燥與穿透干燥的互補(bǔ)令此干燥器在一定的風(fēng)機(jī)能耗下干燥時(shí)間相對(duì)縮短。此外，穿透流動(dòng)將物料很好地附著在支撐表面因而防止易損產(chǎn)品由于沖擊流產(chǎn)生的非均靜壓而損壞。沖擊穿透干燥器可應(yīng)用于稍厚的多孔透氣性物料。圖20-27顯示沖擊穿透干燥器的基本流程。,第20章 沖擊干燥、穿透干燥和沖擊穿透干燥,第21章 對(duì)撞流干燥,1 概述 對(duì)撞流干燥機(jī)(Impinging Stream Dryer)是一種適用于干燥分散物料的先進(jìn)干燥設(shè)備。它

59、是以兩股(或多股)高速流動(dòng)的氣流在一定的容器內(nèi)迎面相撞，其中至少有一股氣流攜帶有待干燥的顆粒物料或液滴，該濕物料即在由各氣流相撞形成的對(duì)撞區(qū)內(nèi)完成其干燥過程(見圖21-1)。,第21章 對(duì)撞流干燥,第21章 對(duì)撞流干燥,2 特點(diǎn) 對(duì)撞流干燥機(jī)由于其對(duì)撞區(qū)內(nèi)特殊的流體動(dòng)力學(xué)特性，使之具有下列突出優(yōu)點(diǎn)： (1)干燥強(qiáng)度大，特別是在干燥表面水或弱結(jié)合水物料時(shí)尤其顯著； (2)干燥品質(zhì)好； (3)設(shè)計(jì)與運(yùn)行簡(jiǎn)單，大體上沒有運(yùn)動(dòng)件和轉(zhuǎn)動(dòng)件； (4)設(shè)備緊湊，并可在干燥的同時(shí)結(jié)合進(jìn)行造粒、粉碎、冷卻和化學(xué)反應(yīng)等項(xiàng)工藝操作。,第21章 對(duì)撞流干燥,3 四股流正交對(duì)撞干燥機(jī),第22章 過熱蒸汽干燥,1 概述 過熱蒸汽干燥(Superheated Steam Drying)是一項(xiàng)最近發(fā)展起來的新技術(shù)，它是指利用過熱蒸汽直接與被干物料接觸而去除水分的一種干燥方式。與傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥相比，過熱蒸汽干燥以水蒸氣作為干燥介質(zhì)，干燥機(jī)排出的廢氣全部是蒸汽，利用冷凝的方法可以回收蒸汽的潛熱再加以利用，因而熱效率較高。并且由于水蒸氣的熱容量要比空氣大1倍，干燥介質(zhì)的消耗量明顯減少，故單位熱耗低。,第22章 過熱蒸汽干燥,2 特點(diǎn) 過熱蒸汽干燥的優(yōu)點(diǎn): (1) 節(jié)能效果顯著 (2) 干燥后產(chǎn)