第十六章干燥設備-資料下載頁

　　

【正文】 條件下完成脫水的操作過程。 ? 冷凍狀態的物料進行干燥是水分升華過程，因此，冷凍干燥又稱為冷凍升華干燥。 ? 水分升華過程通常只能在一定的真空度下發生，需要借助于 (利用低溫冷卻使水汽結霜的 )冷阱，以保證在水分不斷升華條件下使真空系統的負荷降低和工作正常。 137 一、 冷凍干燥設備的系統構成 各種型式的冷凍干燥裝置系統均由預凍、供熱、蒸汽和不凝結氣體排除系統及干燥室等部分構成，如 圖 。這些系統一般以冷凍干燥室為核心聯系在一起，有些部分直接裝在冷凍干燥室內，如供熱的加熱板、供冷的制冷板和水汽凝結器等。預凍過程可以獨立于冷凍干燥機完成，此時冷凍干燥箱內不設冷凍板。 （一） 預冷凍系統 （二） 供熱系統 （三） 低溫冷凝器（冷阱） 138 139 （一） 預冷凍系統 ? 一般來說，各種物料凍結方法都可用來預凍。 ? 鼓風式和接觸式凍結應用最多。 ? 鼓風式凍結一般在冷凍干燥主機外的速凍裝置中完成，以提高主機的工作效率。 ? 而接觸式凍結常在冷凍干燥室的物料擱板上進行。 ? 液態物料可用真空噴霧凍結法進行預凍。該方法是將液體物料從噴嘴中呈霧狀噴到凍結室內，當室內為真空時，由于一部分水的蒸發使得其余部分的物料降溫而得到凍結。由于這種預凍方法可使料液在真空室內連續預凍，因此可以使噴霧預凍室與升華干燥室相連，構成完全連續式的冷凍干燥機。 140 （二） 供熱系統 ? 作用 ? 加熱方式主要有 傳導 、 輻射 和 微波 加熱三種。 141 圖 利用壓縮機的排氣作為擱板加熱熱源的凍干系統，壓縮機在熱泵運行方式和制冷運行方式間切換，可節省能耗。 142 ?傳導加熱法 ? 物料放在料盤或輸送帶上接受傳導的熱量。 ? 按熱能的提供方式有直接加熱和間接加熱兩種。 ? 熱源有電、煤氣、石油氣、天然氣和煤等。 ? 載熱體：水、蒸汽、礦物油、乙二醇、三氯乙烯等。 ? 用壓縮機排氣加熱的凍干系統 143 ?作用 ? 提供升華所需的熱量。供給升華熱時，要保證傳熱速率既能使凍結層表面達到盡可能高的蒸汽壓，又不致使凍結層融化，所以應根據傳熱速率決定熱源溫度。 ? 提供低溫凝結器 (冷阱 )融化積霜所需的熔解熱。 144 ?輻射加熱 ? 利用傳送鋼帶在干燥箱內進行物料輸送的冷凍干燥機，一般采用不與輸送帶接觸的輻射加熱器，先對鋼帶進行加熱，再通過受熱的鋼帶對物料進行接觸傳導加熱。 ? 另外，理論上，只要兩物體有溫差，就會發生熱量從高溫物體向低溫物體轉移的輻射傳熱。 ? 因此，在多層擱架板式冷凍干燥箱內，作用于一層物料盤底的接觸加熱器，對下層物料而言，實際上就是一個輻射加熱器。 145 ?微波加熱 ? 微波加熱屬于內部加熱，可使任何形狀物料的內、外均一地將接受到的微波能轉化為熱能，從而使里外同時升溫。 ? 這種加熱方式對于不規則物料的凍干有很多好處。 ? 但由于微波加熱系統的復雜性，到目前為止，尚未出現實用的微波加熱方式的工業化凍干設備。 146 （三） 低溫冷凝器（冷阱） ? 作用 ? 標準冷阱系統 ? 也有直接抽氣的系統，如采用蒸汽噴射泵的真空系統。 ? 冷阱在系統中的位置 ? 冷阱的本質與形式 ? 冷阱的除霜 147 ?標準冷阱系統 冷阱安裝在干燥室與系統的真空泵之間。由于冷阱溫度低于物料的溫度，即物料凍結層表面的蒸汽壓大于冷阱內的蒸汽分壓，因而從物料中升華出的蒸汽，在通過冷阱時大部分以結霜的方式凝結下來，剩下的一小部分蒸汽和不凝結氣體則由真空泵抽走。 148 ?作用 干燥過程中升華的水分必須連續快速地排除。在 ， 1g冰升華可產生100m3的蒸汽，若直接采用真空泵抽吸，則需要極大容量的抽氣機才能維持所需的真空度，因此必須有脫水裝置。低溫冷凝器 (冷阱 )正是實現在低溫條件下除去大量水分的裝置。 149 ?冷阱在系統中的位置 冷阱可作為一個獨立單元置于干燥室與真空泵之間，也可以直接安裝在干燥箱內，這種冷阱稱為內置式冷阱。內置式冷阱可避免用管道連接所帶來的流導損失。兩種方式的比較見表94。 150 ?冷阱的除霜 ? 低溫冷凝器在運行過程中，積聚的霜應及時除去。 ? 除霜方式有 間歇式 和 連續式 兩種。 151 ?單個冷凝器間歇式工作 對于較小的冷凍干燥系統，通常在冷凍干燥周期結束后，用一定溫度（常溫也可）的水來沖霜，并將其排除，然后進行下一個周期的操作。這種沖水式除霜裝置投資成本低，除霜操作簡便。 152 153 ?兩組冷阱交替除霜 在較大的冷凍干燥系統內安裝有 兩組低溫冷凝器 ，一組正常運行時，另一組則在除霜。利用切換裝置，實現工作狀態的轉換。這種連續式除冰裝置是全自動控制的，可以將冷凝器的霜層厚度控制在不超過2~3mm，從而使霜層表面的溫差損失減少，降低了制冷的能耗，同時使冷凝器的能力維持恒定，使單位面積冷凍干燥能力維持最大值。 154 ?冷阱的本質與形式 ? 低溫冷凝器本質上屬于間壁式熱交換器。 ? 形式：列管式、螺旋管式、盤管式、板式等。 ? 內置式低溫冷凝器 ? 外置式低溫冷凝器 155 156 一般呈圓筒狀，具有一大一小兩個管口，串聯在干燥箱和真空泵之間，圖 所示為幾種外置式低溫冷凝器。 157 二、 常見冷凍干燥裝置 冷凍干燥裝置按操作的連續性可分為間歇式、連續式和半連續式三類，在物料工業中應用最多的是間歇式和半連續式裝置。 （一） 間歇式冷凍干燥機 （二） 半連續式冷凍干燥系統 （三） 連續式冷凍干燥系統 158 （一） 間歇式冷凍干燥機 ? 間歇式冷凍干燥裝置有許多適合物料生產的特點，因此絕大多數的物料冷凍干燥裝置均采用這類裝置。 ? 間歇式冷凍干燥裝置 ? 特點 159 間歇式冷凍干燥裝置中的干燥箱與一般的真空干燥箱相似，屬盤架式。干燥箱有各種形狀，多數為圓筒形。盤架可以是固定式，也可做成小車出入干燥箱，料盤置于各層加熱板上。如采用輻射加熱方式，則料盤置于輻射加熱板之間，物料可于箱外預凍后裝入箱內，或在箱內直接進行預凍。若為直接預凍，干燥箱必須與制冷系統相連接，見圖 。 ?間歇式冷凍干燥裝置 160 ?特點 ? 優點： ① 適應多品種小批量的生產，特別是季節性強的物料生產； ② 單機操作，一臺設備發生故障，不會影響其它設備的正常運行； ③ 便于設備的加工制造和維修保養； ④ 便于在不同的階段按照冷凍干燥的工藝要求控制加熱溫度和真空度。 ? 缺點： ① 由于裝料、卸料、啟動等預備操作占用的時間長，設備利用率低； ② 若要滿足一定的產量要求，往往需要多臺單機，并要配備相應的附屬系統，導致設備的投資費用增加。 161 （二） 半連續式冷凍干燥系統 針對間歇式設備生產能力低，設備利用率不高等的缺點，在向連續化過渡的過程中，出現了 多箱式 及 隧道式 等半連續式設備。 162 ?半連續隧道式冷凍干燥機 如圖 。升華干燥過程是在大型隧道式真空箱內進行的，料盤以間歇方式通過隧道一端的大型真空密封門進入箱內，以同樣的方式從另一端卸出。這樣，隧道式干燥機就具有設備利用率高的優點，但不能同時生產不同的品種，且轉換生產另一品種的靈活性小。 163 ?多箱間歇式半連續式設備 ? 多箱間歇式設備由一組干燥箱構成，每兩箱的操作周期互相交錯。 ? 在同一系統中，各箱的加熱板加熱、低溫冷凝器制冷以及真空抽氣均利用同一個集中系統，但每箱可單獨控制。 ? 這種裝置也可用于同時生產不同的品種，提高了設備操作的靈活性。 164 165 （三） 連續式冷凍干燥系統 ? 連續式冷凍干燥裝置的關鍵 ? 進料輸送及加熱部件 ? 連續式冷凍干燥裝置舉例 ? 特點 166 ?進料輸送及加熱部件 ? 在室外單體凍結的小顆粒狀物料，可以利用閉風閥，送入凍干室。 ? 物料進入凍干室后在輸送器傳送過程中得到升華干燥，最后干燥產品也通過閉風閥出料。 ? 連續式凍干室內的物料輸送裝置可以是水平向輸送的鋼帶輸送機，也可以是上下輸送的轉盤式輸送裝置。 ? 加熱板元件應根據具體的輸送裝置而設置，以使物料得到均勻的加熱。 167 ?連續式冷凍干燥裝置的關鍵 ? 連續式冷凍干燥裝置的關鍵是在不影響干燥室工作環境條件下連續地進出物料。 ? 根據物料狀態不同可有多種實現凍干箱連續進出物料的方式。 ? 連續式冷凍干燥裝置一般均采用室外預冷凍 (除了前面所提到的用于液體物料的噴霧冷凍連續凍干方式以外 ) 。 168 ?連續式冷凍干燥裝置的特點 ? 優點： ① 處理能力大，適合單品種生產； ② 設備利用率高； ③ 便于實現生產的自動化； ④ 勞動強度低。 ? 缺點： ① 不適合多品種小批量的生產； ② 在干燥的不同階段，雖可控制不同的溫度，但不能控制不同真空度； ③ 設備復雜、龐大，制造精度要求高，投資費用大。 169 ? 預凍好的原料裝在淺盤上，通過空氣鎖連續地送入凍干室內，凍干好的物料也通過空氣鎖連續地將料盤送出。 ? 干燥過程 ?連續式冷凍干燥裝置 170 ?干燥操作過程 干燥過程大致為： ? 裝有適當厚度預凍制品的料盤從預凍間被送至干燥機入口，通過空氣鎖進入干燥室內的料盤升降器，每進入一盤，料盤就向上提升一層。 ? 等進入的料盤填滿升降器盤架后，由水平向推送機構將新裝入料盤一次性向前移動一個盤位。 ? 這些料盤同時又推動加熱板間的其它料盤向前移動，干燥室內另一端的料盤就被推出到出口端升降器。 ? 出口端升降器以類似方式逐一將料盤下降，再通過出口空氣鎖送出室外。 ? 室外的料盤也是連續輸送的。裝有干燥產品的料盤由輸送鏈送至卸料機，卸料后的空盤再通過水平和垂直輸送裝置送到裝料工位。如此周而復始，實現連續生產。 171 ?微波干燥原理 原理 ： 當待干燥的濕物料置于高頻電場時，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，則水分子會迅速轉動或快速擺動。又由于分子原有的熱運動和相鄰分子間的相互作用，使分子隨著外電場變化而擺動的規則運動受到干擾和阻礙，從而引起分子間的摩擦而產生熱量，使其溫度升高。 第五節 微波干燥設備 172 ?微波干燥設備 微波干燥設備 173 小 結 ?干燥設備的選型原則 ?麥芽干燥塔 ?真空干燥設備 ?氣流干燥設備 ?噴霧干燥設備 ?流化床干燥設備 ?冷凍干燥設備 ?微波干燥設備 174 ?思考題 1. 請舉 3例對流式干燥機在生物工業中應用的例子？ 2. 高黏度漿狀物料的可用哪些類型的設備干燥？ 3. 噴霧干燥設備如何節能？ 4. 可有哪些措施避免或緩和流化床干燥設備內已干物料與濕物料的混合碰撞？ 5. 試比較方形與圓筒形真空干燥箱箱體的特點。 6. 討論滾筒式干燥設備中對產品品質有影響的機構形式？ 7. 試分析間歇式冷凍干燥機可采用的進料方式。 175