xxxx藥學中級工程師-醫藥工程專業知識-制藥工程原理與設備doc-資料下載頁

　　

【正文】 （4）相對濕度φ：一定溫度及總壓下，濕空氣中的水汽分壓與同溫度下水的飽和蒸氣壓之比的百分數。 ① 濕空氣需預熱：當總壓P和濕度H一定時，由于飽和蒸氣壓P。的值隨溫度的升高而增大，因此相對濕度甲的值隨溫度的升高而下降。即提高溫度可增加濕空氣的載濕能力。② 工業生產中常采用常壓或減壓干燥，但不采用加壓干燥：當溫度一定時，飽和蒸氣壓ps為定值。若濕度H也為定值，則相對濕度φ隨總壓P增加而增大，故降低操作壓力可提高濕空氣的載濕能力。（5）濕空氣的比容υH：含lkg絕干空氣的濕空氣所具有的體積，單位為m3kg濕空氣/絕干空氣。常壓下，溫度為t、濕度為H的濕空氣的比容為（6）濕空氣的比熱CH：常壓下，將lkg絕干空氣及其所帶有的Hkg水汽升高1℃所需的熱量，單位為kJkg1℃1，即式中，Cg—絕干空氣的比熱， ≈ kJ/（kg.℃）Cv—水蒸氣的比熱， ≈ kJ/（kg.℃）（7）濕空氣的IH焓：含有lkg絕干空氣的濕空氣所具有的焓，單位為kJkg1，即式中，Ig，Iv分別為絕干空氣和水蒸氣的焓，kJ/kg絕干空氣（8）濕球溫度tw：濕球溫度計在空氣中達到穩定時的溫度，單位℃或K。濕球溫度取決于濕空氣的干球溫度和濕度。對于飽和空氣，濕球溫度與干球溫度相等；對于不飽和空氣，濕球溫度小于干球溫度。（9）露點td：在一定的總壓下，將不飽和濕空氣（φ100%）等濕冷卻至飽和狀態（φ=100%）時的溫度，稱為該濕空氣的露點，單位為℃或K。對于空氣一水汽體系，干球溫度t、濕球溫度tw和露點td的關系為不飽和空氣：t tw td飽和空氣：t = tw = tdB. 濕度圖：常用焓濕圖（IH圖），以濕空氣的焓為縱坐標、濕度為橫坐標所構成的濕度圖即為IH圖，由4組線群和1條水蒸氣分壓線組成。（1）等濕度線（等H線）：這是一組平行于縱軸的直線群，其值在水平輔助軸上讀出。同一等H線上的各點所表示的濕空氣，其狀態互不相同，但均具有相同的H、P及td值（即H、P、td為非獨立參數）。（2）等焓線（等IH線）：這是一組平行于橫軸（斜軸）的直線群，其值在縱軸上讀出。同（3）等溫線（等t線）：當溫度一定時，I與H呈線性關系，溫度越高，斜率越大。（4）等相對濕度線（等φ線）：等φ線群是一組從坐標原點散發出來的曲線，φ=100%的等φ線稱為飽和空氣線，此時空氣為水汽所飽和。飽和空氣線將焓濕圖分成兩個區域，線上區域為不飽和區，該區域內的空氣可作為干燥介質使用；線下區域為過飽和區，該區域內的空氣呈霧狀，不能作為干燥介質使用。（5）水蒸氣分壓線：3. 干燥過程的物料衡算、熱量衡算的要求，干燥系統熱效率的要求 ★（1）物料衡算對于一定的干燥任務，濕物料的處理量、物料的初始含水量、最終含水量、新鮮空氣的狀態等均為已知，通過物料衡算可確定干燥后的產品量、水分蒸發量以及絕干空氣的消耗量。① 干燥后的產品量 設為濕物料中絕千物料的量（kgs1），, 分別為干燥前后的物料量（kgs1），、分別為干燥前后物料的濕基含水量。若干燥過程中無物料損失，則進、出干燥器的絕干物料量保持不變，即 從而有 ② 水分蒸發量如圖所示，在包括物料在內的虛線范圍內進行總物料衡算有即 式中 —單位時間內的水分蒸發量，kgs1。 若干燥前后物料的干基含水量分別為和，則總物料衡算式可改寫為故 可見，若用干基含水量表示物料的含水量，則可方便地求出干燥過程中的水分蒸發量。③ 絕干空氣消耗量 在干燥過程中，絕干空氣的量保持不變。如圖所示，在包括熱空氣在內的虛線范圍內對水汽作物料衡算得 式中 ——絕干空氣消耗量，kg絕干空氣s1； ——進人干燥器時熱空氣的濕度，kg水汽/kg絕干空氣； 一一離開干燥器時廢氣的濕度，kg水汽/kg絕干空氣。 因為空氣在預熱器前后的濕度不變，即，故 每蒸發lkg水分所需的絕干空氣量，稱為單位空氣消耗量，以表示，單位為kg絕干空氣/kg水汽，即 (1131)單位空氣消耗量可作為各干燥器空氣消耗量的比較指標。由上式可知，單位空氣消耗量僅與濕空氣的初、終含水量有關，而與路徑無關。當一定時，單位空氣消耗量隨濕空氣初始濕度的增加而增大。由于夏季空氣的平均濕度比冬季的高，因此，應以全年的最大空氣消耗量即夏季的空氣消耗量來選擇風機。此外，選擇風機時應將絕干空氣消耗量L換算成原空氣的體積流量，即 （2）熱量衡算通過對干燥系統進行熱量衡算，可計算出干燥過程所需的熱量以及排出廢氣的濕度、焓等狀態參數。① 預熱器的熱量衡算：可計算出預熱器的加熱量。如圖所示，絕干空氣的流量為（kgs1），預熱器的熱損失，則對預熱器進行熱量衡算得 式中 ——預熱器的加熱量，kW。 由上式計算出的，可作為確定預熱器的傳熱面積及加熱蒸氣消耗量的依據。② 干燥器的熱量衡算：可確定干燥器的補充加熱量，進而可確定干燥系統所需的總熱量。 如圖所示，、分別為物料進出干燥器時的溫度，為單位時間內干燥器的補充加熱量。顯然，輸入干燥器的總熱量應等于輸出干燥器的總熱量。下面以0℃為基準溫度，以1s為時間基準，導出干燥器的熱量衡算式。i）輸入熱量a. 熱空氣帶入的熱量 b. 濕物料帶入的熱量 其中，濕物料帶入的熱量為。由于＝－，因此可分別計算出總量為的干物料以及總量為的被蒸發水分在溫度為θ1時帶入的熱量，兩者之和即為濕物料帶人的熱量。c. 干燥器內的補充加熱量 一般情況下干燥器內不補充加熱，即。ii）輸出熱量a. 干物料帶走的熱量 b. 廢氣帶走的熱量 iii）干燥器的熱損失 保溫良好時。則干燥器的熱量衡算式為（干燥器內不補充加熱） a. 其中等式的左邊項表示熱空氣在干燥器內溫度由下降至時所放出的顯熱，這部分顯熱實際上是提供給干燥過程所需的熱量，即等式右邊的三項。b. 熱量衡算式右邊的第一項表示總量為的水分從溫度為的液態水變化為溫度為的水汽時所需的熱量，即水分汽化所需的熱量c. 熱量衡算式右邊的第二項表示干物料或產品在干燥器內溫度由升高至時所需的熱量，即干物料或產品升溫所需的熱量， d. 熱量衡算式右邊的第三項為干燥器的熱損失。 綜上所述，干燥器的熱量衡算式表示熱空氣在干燥器內所放出的顯熱主要用于水分汽化、產品升溫及熱損失三部分熱量，這就是熱量衡算式的物理意義。（3）熱效率：水分汽化所需的熱量與加入干燥系統的總熱量之比的百分數，即一般情況下，干燥系統的熱效率為30%～70%。4. 干燥速率、干燥與干燥速率曲線、干燥時間的要求 ■（1）干燥速率U：單位時間內在單位干燥面積上所汽化的水分量，單位為kg/()。式中，S—干燥面積，即空氣與物料的接觸面積，m2W—干燥過程中所汽化的水分量，kgτ—干燥時間，s（2）干燥過程a. 干燥曲線：恒定干燥條件下，物料含水量X及物料表面溫度T與干燥時間τ間的關系。 b. 干燥速率曲線：恒定干燥條件下，干燥速率U與物料干基含水量X之間的關系。 恒定干燥條件下的干燥曲線 恒定干燥條件下的干燥速率曲線① 預熱階段（AB段）：熱空氣所放出的顯熱除用于汽化水分外，還用于加熱物料。因此，隨著時間的延續，物料的含水量下降，表面溫度上升，于燥速率增大。② 恒速干燥階段（BC段）：隨著時間的延續，物料的含水量下降，但物料的表面溫度保持恒定且等于空氣的濕球溫度，干燥速率保持恒定且為最大值。此階段除去的水分一般為非結合水，物料表面水分的汽化是該階段的控制步驟，故又稱為表面汽化控制階段。該階段的干燥速率主要取決于干燥介質的狀態，而與濕物料的性質關系不大。因此，要提高恒速干燥階段的干燥速度應從改善干燥介質的狀態入手，如提高干燥介質的溫度、降低干燥介質的濕度等。③ 降速干燥階段（CDE段）：隨著時間的延續，物料的含水量和干燥速度均下降，物料表面溫度上升。a. 圖中的C39。D段稱為第一降速段。此時物料的內擴散速率因物料內部水分的減少而下降，并小于物料表面水分的汽化速率，從而使物料表面不能全部維持潤濕，即形成部分“干區”，結果使汽化表面積減少。在這一階段，物料表面汽化的水分有部分結合水，空氣傳遞至物料的顯熱大于水分汽化所需的潛熱，多余的熱量則用于物料加熱，故表面溫度上升。b. 圖中的DE段稱為第二降速段。此階段物料表面已不含非結合水，但物料內部仍含有一定量的水分。此時物料表面變干，汽化面逐漸向物料內部移動。由于汽化所需的熱量必須通過己被干燥的固體層才能傳遞至汽化面，面汽化所產生的水分也必須通過已被干燥的固體層才能傳遞至氣相主體中，故傳熱和傳質阻力均顯著增大，所以干燥速率較第一降速段下降得更快。此階段所除去的水分為可除去的結合水，較難除去，因而干燥速率較小。此外，此階段由空氣傳遞至物料的顯熱主要用于物料的加熱，因而物料的表面溫度升高較快，直至出口溫度。圖中E點所對應的干燥速率為零，此時物料中所含的水分即為物料在該空氣狀態下的平衡水分，以X*表示。c. 在降速干燥階段，干燥速率主要由內擴散控制，其大小取決于物料本身的結構、形狀和尺寸，而與干燥介質的狀態關系不大。因此，要提高降速于燥階段的速率應從改善物料的內部擴散因素入手，如提高物料的溫度、減少物料層的厚度等。④ 臨界含水量：由恒速干燥階段進入降速干燥階段的轉折點C稱為臨界點。臨界點所對應的干燥速率仍等于恒速干燥階段的干燥速率，所對應的物料含水量，稱為臨界含水量Xc。臨界含水量越大，干燥過程就越早轉入降速干燥階段，干燥時間就越長。在干燥過程中，采取降低物料層的厚度或對物料加強攪拌等措施，既能降低臨界含水量，又能增加干燥面積。氣流干燥器和沸騰干燥器等對流于燥設備中的物料具有較低的臨界含水量。 （3）恒定干燥條件下的干燥時間在恒定干燥條件下，物料從最初含水量干燥至最終含水量所需的時間，可根據干操速率曲線和干燥速率公式進行計算。由于干燥過程可分為恒速干燥和降速干燥兩個階段，因此干燥時間可分為恒速干燥時間和降速干燥時間。① 恒速干燥時間 由于恒速干燥階段的干燥速率等于臨界點的干燥速率， 式中 —臨界點所對應的干燥速率，kgm2s1或kgm2h1。設恒速干燥時問為，則 式中和的數值可從干燥速率曲線中查得。② 降速干燥時間在降速干燥階段，干燥速率不再是定值， 設降速干澡時間為，則 5. 常用干燥設備的特點和要求 ★（1）廂氏干燥器：屬于間歇式對流干燥器。具有結構簡單、投資少、適應性強、應用范圍廣等優點；缺點是物料不能很好地分散，熱風只在物料表面流過，熱空氣與物料的接觸面積小，干燥不均勻，產品質量不穩定，熱能利用率低，干燥時間長，勞動強度大，在裝卸和翻動物料時易產生揚塵。（2）帶式干燥器：屬于連續式對流干燥器。僅適用于具有一定粒度且沒有粘性的固態物料的干燥，生產效率和熱效率較低，占地面積和環境噪聲較大。（3）流化床干燥器：是一種典型的對流干燥器，結構簡單、緊湊、造價較低。由于物料與氣流之間可充分接觸，因而接觸表面積較大，干燥速率較快。此外在床內的停留時間可根據需要進行調節，因而特別適用于難干燥或含水量較低的顆粒狀物料的干燥。若向流化床內噴入粘結劑和包衣液，則可將造粒、包衣、干燥三種過程一次完成，稱為一步流化造粒機。缺點是物料在床內的停留時間分布不均，容易引起物料的短路與返混，也不適于易結塊及粘性物料的干燥。（4）氣流干燥器：又稱為“瞬間干燥”，是利用高速向上的熱氣流，使粒狀物料懸浮于氣流中，隨氣流并流移動的同時完成傳熱和傳質過程，從而達到干燥物料的目的。氣流干燥器結構簡單、占地面積小、熱效率高（可達60%左右）；由于物料高度分散于氣流中，因而氣固兩相間的接觸面積較大，從而使傳熱和傳質速率較大，故干燥速率快、時間短（）。由于物料粒徑小，故臨界含水量較低，從而使干燥過程主要處于恒速干燥階段，不會使物料過熱。在降速干燥階段，物料的溫度雖有所提高，但空氣的溫度因供給水分汽化所需的大量潛熱通常已降至77127℃，特別適用于熱敏性物料的干燥。另外，因使用高速氣流，故系統的流動阻力較大，能耗較高，且物料之間的磨損較為嚴重，對粉塵的回收要求較高。適用于以非結合水為主的顆粒狀物料的干燥，但不適于對晶體形狀有一定要求的物料的干燥。（5）噴霧干燥器：是利用噴霧器將溶液、懸浮液、漿狀液或熔融液等噴成細小的霧滴而分散于熱氣流中，使水分迅速汽化而達到干燥的目的。噴霧干燥的速度較快，干燥時問較短，霧化后的液滴可在5～30s內完成干燥過程，特別適用于熱敏性物料的于燥，并可由液體物料直接獲得固體產品，從而省去了蒸發、晶、分離等操作；噴霧干燥操作穩定，容易實現連續化和自動化生產，其產品常為松脆的空心顆粒，具有速溶性。缺點