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生物工程设备生物工程设备第七章第七章 干燥机械与设备干燥机械与设备2021/9/231第一部分 换热器第二部分 干燥机械与设备2021/9/232第一部分第一部分 换热器换热器 引 言 各种换热设备及其换热形式第一节 热交换器第二节 其它加热机械设备2021/9/233引言引言生产加工过程中，物料进行加热或冷却处理(即热交换)是一项普遍而重要的单元操作。物料涉及从原料到包装半成品。物料的三种传热方式：对流对流、传导传导和辐射辐射。物料状态有液体、固体两大类。对它们加热或冷却操作可在通用或专用热交换设备进行，例如，对于液体物料可用各种间接或直接式热交换器，对于未包装固体物料，一般可采用专用热处理设备，如挤压机、油炸机、热烫机等。2021/9/234第一部分第一部分 换热器换热器 引 言 各种换热设备及其换热形式第一节 热交换器第二节 其它加热机械设备2021/9/235热交换热处理设备类型热交换热处理设备类型2021/9/236第一节第一节 热交换器热交换器热交换器主要指的是用于对流体物料或流体加工介质进行加热或冷却处理的设备。两大类型：间壁式热交换器、直接式(混合式)热交换器。一、间接式热交换器一、间接式热交换器 二、直接式热交换器二、直接式热交换器2021/9/237一、间接式热交换器一、间接式热交换器间壁式热交换器间壁式热交换器的特点是换热介质和换热物料被金属材料隔开，两者不相混合，通过间壁进行热量的交换。间壁式热交换器按其传热面的形状和结构可分为管壁传热和板壁传热两种形式。（一）管式热交换器 （二）板式热交换器2021/9/238（一）管式热交换器（一）管式热交换器 管式热交换器的结构特征是其传热面由金属管构成。这类热交换器的主要形式有盘管式、套管式、列管式和翅片管式等。1盘管式热交换器 2套管式热交换器 3列管式热交换器2021/9/2391盘管式热交换器盘管式热交换器也称蛇管式热交换器。应用广泛，例如：冷库中的冷排管和盘管式冷凝器；某些大型搅拌反应罐内的盘管式热交换器；乳品工业用这种形式的热交换器作奶油、炼乳等高黏度制品的加热或冷却用；盘管式换热用作超高温灭菌器的加热器。(1)沉浸式盘管热交换器 (2)喷淋式蛇管热交换器 2021/9/2310(1)沉浸式盘管热交换器沉浸式盘管热交换器这种热交换器盘管浸没在装有流体的容器中，管内和容器内的两种流体通过盘管进行热交换。形状：排管状、螺旋形(称为盘香管)。也可根据容器特点将做成其它形状的盘管。特点：这种热交换器管外空间较大，因而管外流体流速较小，表面传热系数不高，热交换器传热效率低，是较古老的一种设备。优点：结构简单，制造维修方便，造价低，能承受较高压强。由于管外为大量流体，故对操作条件的改变并不敏感。2021/9/2311(2)(2)喷淋式蛇管热交换器喷淋式蛇管热交换器 特点：特点：与沉浸式相比，喷淋式盘管换热器的管外表面传热系数有所提高，因此所需传热面积、材料消耗和制造成本都较低。同时，冷却水消耗量只有沉浸式的一半。喷淋式蛇管热交换器喷淋式蛇管热交换器喷淋式蛇管热交换器喷淋式蛇管热交换器 但这种设备占地面积大，操作时管外有水汽发生，对环境不利，故常安装在室外；另外，管子氧化快、寿命短，喷淋的液体量有变化时，温度响应极为敏感。2021/9/2312（一）管式热交换器（一）管式热交换器 管式热交换器的结构特征是其传热面由金属管构成。这类热交换器的主要形式有盘管式、套管式、列管式和翅片管式等。1盘管式热交换器 2套管式热交换器 3列管式热交换器2021/9/23132套管式热交换器套管式热交换器 套管式热交换器有普通套管式普通套管式和新型套管式新型套管式两种型式。换热原理上两者无本质区别，但材料和结构方式，后者作了较大改进，因而目前已经广泛用于黏稠流体的加热。广泛用于黏稠流体的加热。(1)普通套管式热交换器 (2)新型套管式热交换器2021/9/2314（一）管式热交换器（一）管式热交换器 管式热交换器的结构特征是其传热面由金属管构成。这类热交换器的主要形式有盘管式、套管式、列管式和翅片管式等。1盘管式热交换器 2套管式热交换器 3列管式热交换器2021/9/23153列管式热交换器 也称壳管式热交换器。基本结构 特点与应用特点与应用目前使用最广的热交换器。优点优点：易于制造，生产成本低，适应性强，可以选用的材料较广，维修、清洗都较方便，特别是对高压流体更为适用。在工业中常用作预热器、加热器和冷却器，在冷冻系统中可以用作冷凝器和蒸发器。用蒸汽加热时，蒸汽在管外流动。在考虑卫生要求时，与物料直接接触的部分应采用不锈钢作材料。缺点缺点：结合面较多，易造成泄漏。2021/9/2316一、间接式热交换器一、间接式热交换器间壁式热交换器间壁式热交换器的特点是换热介质和换热物料被金属材料隔开，两者不相混合，通过间壁进行热量的交换。间壁式热交换器按其传热面的形状和结构可分为管壁传热和板壁传热两种形式。（一）管式热交换器 （二）板式热交换器2021/9/2317（二）板式热交换器（二）板式热交换器 板式热交换器的特征是采用板壁作为换热壁，常见的有板式、螺旋板式、旋转刮板式以及夹套式热交换器等。1 1板式热交换器板式热交换器 2 2旋转刮板式热交换器旋转刮板式热交换器2021/9/23181板式热交换器(1)结构(2)传热板(3)传热板在段内的流程(4)板式热交换器的特点(5)板式换热器规格型号表达方法2021/9/2319(1)结构 主要由许多平行排列带密封圈的传热板、分界板、机架、导杆、压紧板、螺杆及接管等组成。悬挂于导杆上的传热板，夹在前支架板与压紧板之间，由螺杆压紧。隔断板供热交换器分段用。进出热交换器的接管可同时设在前支架板或设在压紧板上，或分别设在此二板上，但隔断板一定设有进出流体的侧面接管。2021/9/2320(2)传热板 冲压而成的矩形不锈钢薄板，壁厚0.50.52mm 2mm 长宽比在（3 34 4）:1:1，每板四角开4个圆孔。每块板一侧沿四周及圆孔嵌有耐高温密封圈。有流体入口、分布区、传热区、收集区和流体出口。每块板一侧通过密封圈结构安排成同时只有两孔与传热区相通。板的上下两端中部开有相同的导轨槽口，因此根据需要可将传热板颠倒安排。板间距取决于密封圈的厚度、传热区波纹形式和加工精度，一般在3 8mm之间。2021/9/2321压压板板中间接管中间接管支支架架换热片换热片密封圈密封圈冷冷热热流流体体进进出出管管2021/9/2322(3)传热板在段内的流程 不同流程可调整传热效果、换热时间 不同流程组合形式2021/9/23232021/9/2324流程组合表达式流程组合表达式 式中：n1、n2热流体的程数 m1、m2 冷流体的程数 a1、a2 热流体每程的流道数 b1、b2 冷流体每程的流道数 原则上分子为热流体，分母未冷流体2021/9/2325(4)板式热交换器的特点 主要优点：传热效率高；结构紧凑；操作灵活；适用于热敏物料；卫生条件可靠。主要缺点：密封周边长，需要较多的密封垫圈，且垫圈需要经常检修清洗，所以易于损坏。另外，板式热交换器不耐高压，且流体流动的阻力损失较大。由于板间空隙小，故不适用于含颗粒物料及高黏度物料的换热。2021/9/23261板式热交换器(1)结构(2)传热板(3)传热板在段内的流程(4)板式热交换器的特点(5)板式换热器规格型号表达方法2021/9/2327（二）板式热交换器（二）板式热交换器 板式热交换器的特征是采用板壁作为换热壁，常见的有板式、螺旋板式、旋转刮板式以及夹套式热交换器等。1 1板式热交换器板式热交换器 2 2旋转刮板式热交换器旋转刮板式热交换器2021/9/2328二、直接式热交换器也称为混合式热交换器，其特点是冷、热流体直接混合进行换热，从而在热交换的同时，还发生物质交换。直接式与间接式相比，省去了传热间壁，因而结构简单、传热效率高、操作成本低。但采用这种设备只限于允许两种流体混合的场合。常见直接式热交换器有直接式蒸汽加热器和混合式蒸汽冷凝器。（一）蒸汽直接式加热器 （二）混合式蒸汽冷凝器2021/9/2329（一）直接式蒸汽加热器是蒸汽直接与液体产品混合的热交换器。两种形式：蒸汽喷射式蒸汽喷射式和蒸汽注入式蒸汽注入式。目前仅限用于质地均匀和黏度较低的产品。直接式蒸汽加热器特点2021/9/2330第二节 其它加热机械设备除了前面提到加热或热处理方法以外，还可利用红外线、微波、电阻加热等原理对物料进行加热处理。其中远红外加热的应用最广，它的主要设备形式是用于焙烤行业的烤炉。目前，微波加热设备应用最多的是家用微波炉，但由于其独特的介电加热优点，工业化规模的微波设备具有良好的发展前景。一、远红外加热设备一、远红外加热设备 二、微波加热设备二、微波加热设备 2021/9/2331一、远红外加热设备 远红外加热原理 远红外加热应用（一）远红外辐射元件（二）箱式远红外线烤炉2021/9/2332远红外加热原理远红外加热原理是当被加热物体中的固有振动频率和射入该物体的远红外线频率(波长在5.6m附近)一致时，就会产生强烈的共振，使物体中的分子运动加剧，因而温度迅速升高。多数食品物料，尤其是其中的水分具有良好的吸收远红外线的能力。2021/9/2333远红外加热应用目前，红外线加热设备主要应用于烘烤工艺，此外也可用于干燥、杀菌和解冻等操作。由于物料的形态各异，且加热要求也不同，因此，远红外加热设备也有不同形式。总体上，远红外加热设备可分为两大类，即箱式的远红外烤炉和隧道式远红外炉。不论是箱式的还是隧道式的加热设备，其关键部件是远红外发热元件。2021/9/2334一、远红外加热设备 远红外加热原理 远红外加热应用（一）远红外辐射元件（二）箱式远红外线烤炉2021/9/2335（一）远红外辐射元件概述1碳化硅红外加热元件2金属管状红外加热元件2021/9/2336概述远红外辐射元件远红外辐射元件，是远红外加热设备中利用其它能源(如电能、燃烧能)换成辐射热能的关键元件。远红外加热元件加上定向辐射等装置后称为远红外加热器远红外加热器或远红外辐射器。其结构主要由发热元件发热元件、远红外辐射体远红外辐射体、紧固件紧固件或反射装置反射装置等构成。发热元件一般是电阻发热体，它把电能转变成热能。虽然也可以利用燃烧煤、燃气的发热体或利用蒸汽加热的发热体，但因卫生条件和控制方面的原因，目前应用的均不多。远红外辐射体是受到加热后放出远红外射线的物体。远红外烤炉中常用的远红外辐射体按形状分有板状板状与管状管状两种；按辐射体材料分主要有以金属为依附的红外涂料红外涂料、碳化硅碳化硅元件等。2021/9/2337管状碳化硅红外加热元件 碳化硅材料的红外辐射元件可以做成管状。主要由电热丝及接线件、碳化硅管基体及辐射涂层等构成。因碳化硅不导电，因此不需充填绝缘介质。2021/9/23381.碳化硅红外加热元件P管状碳化硅红外加热元件P碳化硅板式辐射器2021/9/2339碳化硅板式辐射器 碳化硅红外元件也可以做成板状。其基体为碳化硅，表面涂以远红外辐射涂料。2021/9/2340二、微波加热设备 微波加热特点及频率 微波加热器构成（一）箱式微波加热器（二）隧道式微波加热器2021/9/2341微波加热特点及频率微波加热属于一种内部生热的加热方式，依靠微波段电磁波将能量传播到被加热物体内部，使物料整体同时升温。目前有两个微波频率用于加热应用，即915Hz915Hz和2450Hz2450Hz。2021/9/2342 微波加热设备如下图所示，主要由电源、微波发生器、冷却微波加热设备如下图所示，主要由电源、微波发生器、冷却系统、连接波导和加热器等部分构成，微波发生器利用高压直流系统、连接波导和加热器等部分构成，微波发生器利用高压直流电转换成微波能。微波能通过连接波导传输到加热器，对热物料电转换成微波能。微波能通过连接波导传输到加热器，对热物料进行加热。冷却系统利用风冷或水冷对微波发生器进行冷却。进行加热。冷却系统利用风冷或水冷对微波发生器进行冷却。2021/9/2343第二部分 干燥机械与设备 干燥在生产加工中的地位 干燥机械设备种类第一节 对流型干燥设备第二节 传导型干燥设备第三节 冷冻干燥机 2021/9/2344干燥机械设备的分类由于物料种类各异，要求得到的干燥制成品要求也不同，使得干燥机械设备种类繁多。根据热量传递方式热量传递方式，传统上将各种干燥机械设备分成三大类：对流式流式、传导式传导式和辐射式辐射式。但需指出，这种分类是相对的。例如，真空干燥机和冷冻干燥机多采用接触传导方式提供干燥热量，但也可以采用微波方式供热。远红外和微波干燥机在本质上分别是远红外和微波加热器。按操作压强分类有常压干燥机和真空干燥机。按操作方式分类，可分为连续式干燥机连续式干燥机和间歇式干燥机间歇式干燥机。2021/9/2345常见干燥机械设备的分类2021/9/2346第一节 对流型干燥设备一、厢式干燥器二、喷雾干燥机三、流化床干燥设备 这是一类以对流方式对物料干燥的设备。干燥介质：流体(热空气，过热蒸汽等)，使物料升温脱水，并将物料脱除的水分带出干燥室外。自身状态从高温低湿变为低温高湿。主要设备型式：厢式干燥器、洞道式干燥机、流化床干燥机、喷动床干燥机和气流式干燥机和喷雾干燥机等。按物流气流接触方式：并流、逆流、混流和横流式干燥器等。2021/9/2347一、厢式干燥器典型厢式干燥器|横流式|中间加热式|穿流式厢式干燥器特点 厢式干燥器是一种常压间歇式干燥器，小型的称为烘箱，大型的称为烘房。2021/9/2348二、喷雾干燥机喷雾干燥机是一种将液状物料通过雾化方式干燥成粉体的设备。喷雾干燥机是一种将液状物料通过雾化方式干燥成粉体的设备。许多粉许多粉状制品，如乳粉、蛋粉、豆乳粉、低聚糖粉、蛋白质水解物粉、微生物发酵状制品，如乳粉、蛋粉、豆乳粉、低聚糖粉、蛋白质水解物粉、微生物发酵物等都用喷雾干燥机生产。喷雾干燥机也是主要的微胶囊造粒设备之一。物等都用喷雾干燥机生产。喷雾干燥机也是主要的微胶囊造粒设备之一。（一）喷雾干燥过程与特点（二）基本构成与类型（三）雾化器（四）干燥室（五）喷雾干燥装置系统举例2021/9/2349工作原理雾化器出来的范围10100 m的料液雾滴，有巨大表面积，这些雾滴与进入干燥室的热气流接触，可在瞬间(0.010.04s)发生强烈的热交换和质交换，使其中绝大部分水分迅速蒸发气化并被干燥介质带走。由于水分蒸发会从液滴吸收气化潜热，因而液滴的表面温度一般为空气的湿球温度。包括雾滴预热、恒速干燥和降速干燥等三个阶段的整个过程，只需1030s便可得到符合要求的干燥产品。产品干燥后由于重力作用，大部分沉降于底部，少量微细粉末随废气进入粉尘回收装置得以回收。2021/9/2350喷雾干燥机的形式 形式较多，大体分类如表9-2所示。不同形式喷雾干燥机的主要区别在于雾化器、干燥室和加热介质回收利用程度等方面。2021/9/2351（三）雾化器雾化器也称喷雾器。常见的雾化器形式有三种，即压力式、离心式和气流式雾化器。1压力式雾化器 2.离心式雾化器 3气流式雾化器 4三类雾化器比较2021/9/23521压力式雾化器压力式雾化器实际上是一种喷雾头，装在一段直管上以后便构成所谓的喷枪。喷雾头(喷枪)需要与高压泵配合才能工作。一般使用的高压泵为三柱塞泵。压力式雾化器的工作原理压力式雾化器的结构形式由于单个压力式喷雾头的流量(生产能力)有限，因此，大型压力式喷雾干燥机通常由多支喷枪一起并联工作。2021/9/2353压力式雾化器的工作原理压力式雾化器的工作原理是高压泵使料液获得高压(720MPa)，从喷雾头出来时，由于压力大，喷孔小(0.51.5mm)，很快雾化成雾滴。料液的雾化分散度取决于喷嘴的结构、料液的流出速度和压力、料液的物理性质(表面张力、黏度、密度等)。2021/9/23541压力式雾化器压力式雾化器实际上是一种喷雾头，装在一段直管上以后便构成所谓的喷枪。喷雾头(喷枪)需要与高压泵配合才能工作。一般使用的高压泵为三柱塞泵。压力式雾化器的工作原理压力式雾化器的结构形式由于单个压力式喷雾头的流量(生产能力)有限，因此，大型压力式喷雾干燥机通常由多支喷枪一起并联工作。2021/9/23552.离心式雾化器离心式雾化器由机械驱动或气流驱动装置与喷雾转盘结合而成。机械式离心雾化器的外形及结构离心式雾化的机理2021/9/2356离心式雾化器离心式雾化器2021/9/23572.离心式雾化器离心式雾化器由机械驱动或气流驱动装置与喷雾转盘结合而成。机械式离心雾化器的外形及结构离心式雾化的机理2021/9/2358离心式雾化的机理离心式雾化的机理是借助高速转盘产生离心力，将料液高速甩出成薄膜、细丝，并受到腔体空气的摩擦和撕裂作用而雾化，图所示为离心雾化的情形。离心雾化的情形离心雾化的情形2021/9/23593气流式雾化器气流式雾化器是依靠高速气流工作的雾化器。雾化原理雾化原理是利用料液在喷嘴出口处与高速运动(一般为200300m/s)的空气相遇，由于料液速度小，而气流速度大，两者存在相当大速度差，从而液膜被拉成丝状，然后分裂成细小的雾滴。雾滴大小取决于两相速度差和料液黏度，相对速度差越大，料液黏度越小，则雾滴越细。料液的分散度取决于气体的喷射速度、料液和气体的物理性质、雾化器的几何尺寸以及气料流量之比。气流式雾化器的结构有多种，常见的有二流式、三流式、四流式和旋转式。2021/9/2360气流式雾化的实际情形气流式雾化的实际情形2021/9/23614三类雾化器比较三类雾化器各有特点。在选型时，需考虑生产要求、待处理物料的性质及工厂等诸方面具体情况。国内外工业大规模生产时都采用压力喷雾压力喷雾和离心喷雾离心喷雾。目前国内以压力喷雾占多数，如在乳粉和蛋粉生产中，压力喷雾占76%，离心喷雾占24%。国外在欧洲以离心喷雾为主，而在美国、新西兰、澳大利亚、日本等国则以压力喷雾为主。气流式由于动力消耗大，适用于小型设备，而在食品工业中，很少在大规模生产中应用。2021/9/2362三类雾化器比较三类雾化器比较2021/9/23633热气流与雾滴流向 喷雾干燥室内热气流与雾滴的流动方向，直接关系到产品质量以及粉末回收装置的负荷等问题。各型喷雾干燥设备中，热气流与雾滴的流动方向有并流并流、逆流逆流及混流混流三类。2021/9/2364并流操作时由于热空气与雾滴以相同的方向运动，与干粉接触时的温度最低，因而目前在工业中，如乳粉、蛋粉、果汁粉等的生产，大多数均采用并流操作，其它两种操作则较少采用。并流式可分为水平、垂直下降和垂直上升式三种。水平并流式和垂直上升并流式仅适用于压力喷雾。垂直下降并流适用于压力喷雾图(1)，也适用于离心喷雾图(2)，热风与料液均自干燥室顶部进入，粉末沉降于底部，而废气则夹带粉末从靠近底部的排风管一起排至集粉装置。这种设计有利于微粒的干燥及制品的卸出，缺点是加重了回收装置的负担。2021/9/2365三、流化床干燥设备 流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。典型流化床干燥系统流化床干燥机特点流化床干燥机适宜处理的物料流化床干燥适用的干燥阶段流化床干燥机的主要型式 （一）单层圆筒型流化床干燥机 （二）多层沸腾床干燥机 （三）卧式多室流化床干燥机 （四）其它型式的流化床干燥机 2021/9/2366典型流化床干燥机系统系统构成如图所示。风机驱使热空气以适当的速度通过床层，与颗粒状的湿物料接触，使物料颗粒保持悬浮状态。热空气既是流化介质，又是干燥介质。被干燥的物料颗粒在热气流中上下翻动，互相混合与碰撞，进行传热和传质，达到干燥的目的。当床层膨胀至一定高度时，因床层空隙率的增大而使气流速度下降，颗粒回落而不致被气流带走。经干燥后的颗粒由床侧面的出料口卸出。废气由顶部排出，并经旋风分离器回收所夹带的粉尘。2021/9/2367流化床干燥机适宜处理的物料适宜于处理粉状且不易结块的物料，物料粒度通常为30m6mm。物料颗粒直径小于30m时，气流通过多孔分布板后极易产生局部沟流。颗粒直径大于6mm时，需要较高的流化速度，动力消耗及物料磨损随之增大。2021/9/2368流化床干燥适用的干燥阶段适用于处于降速干燥阶段的物料，对于粉状物料和颗粒物料。适宜的含水范围分别在2%5%和1015之间。气流干燥或喷雾干燥得到物料，若仍含有需要经过较长时间降速干燥方能去除的结合水分，则更适于采用流化床干燥。2021/9/2369三、流化床干燥设备 流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。典型流化床干燥系统流化床干燥机特点流化床干燥机适宜处理的物料流化床干燥适用的干燥阶段流化床干燥机的主要型式 （一）单层圆筒型流化床干燥机 （二）多层沸腾床干燥机 （三）卧式多室流化床干燥机 （四）其它型式的流化床干燥机 2021/9/2370（一）单层圆筒型流化床干燥机工作过程气流分布板气流预分布器特点湿物料由胶带输送机送到加料斗，再经抛料机送入干燥机内。空气经过滤器由鼓风机送入空气加热器加热，热空气进入流化床底后由分布板控制流向，对湿物料进行干燥。物料在分布板上方形成流化床。干燥后的物料经溢流口由卸料管排出，夹带细粉的空气经分离器分离后由抽风机排出。工作过程气流分布板气流预分布器特点是流化床干燥机的主要部件之一。作用是支持物料，均匀分配气体，以创造良好的流化条件。多采用金属或陶瓷材料制作。各种气流分布板如图所示。工作过程气流分布板气流预分布器特点作用：使气流能够较为均匀地到达分布板，并使得可在较低阻力下达到均匀布气。有些设备，为使气流分布均匀，还直接将整个床体分隔成若干个室。工作过程气流分布板气流预分布器特点优点：结构简单。缺点：(1)由于颗粒在床中与气流高度混合，自由度很大，为了限制颗粒过早从出料口出去，保证物料干燥均匀，必须有较高的流化床层才能使颗粒在床内停留足够的时间，从而造成气流压降增大。(2)由于湿物料与已干物料处于同一干燥室内，因此，从排料口出来的物料较难保证水分含量均一。单层流化床干燥机操作方便，在工业上应用广泛，适用于床层颗粒静止高度低(300400mm)、容易干燥、处理量较大且对最终含水量要求不高的产品。工作过程气流分布板气流预分布器特点2021/9/2371三、流化床干燥设备 流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。典型流化床干燥系统流化床干燥机特点流化床干燥机适宜处理的物料流化床干燥适用的干燥阶段流化床干燥机的主要型式 （一）单层圆筒型流化床干燥机 （二）多层沸腾床干燥机 （三）卧式多室流化床干燥机 （四）其它型式的流化床干燥机 2021/9/2372（二）多层沸腾床干燥机适用于要求干燥较均匀或干燥时间较长的产品。干燥机整体为塔形结构，内设多层孔板，通常物料由干燥塔上部的一层加入，物料通过适当方式自上而下转移，干燥物料最后从底层或塔底排出。因此，湿物料与加热空气在流化床干燥机内总体呈逆流向。物料从上一层进入下一层的方法有多种。根据物料在层间转移方式可分为溢流式溢流式和穿流式穿流式(即直流式)两种形式。2021/9/23732021/9/2374（二）多层沸腾床干燥机适用于要求干燥较均匀或干燥时间较长的产品。干燥机整体为塔形结构，内设多层孔板，通常物料由干燥塔上部的一层加入，物料通过适当方式自上而下转移，干燥物料最后从底层或塔底排出。因此，湿物料与加热空气在流化床干燥机内总体呈逆流向。物料从上一层进入下一层的方法有多种。根据物料在层间转移方式可分为溢流式溢流式和穿流式穿流式(即直流式)两种形式。2021/9/2375溢流式多层流化床干燥机 图(1)所示为溢流式多层流化床干燥机。湿物料颗粒由第一层加入，经初步干燥后由溢流管进入下一层，最后从最底层出料。由于颗粒在层与层之间没有混合，仅在每一层内流化时互相混合，且停留时间较长，所以产品能达到很低的含水量且较为均匀，热量利用率也显著提高。2021/9/2376（二）多层沸腾床干燥机适用于要求干燥较均匀或干燥时间较长的产品。干燥机整体为塔形结构，内设多层孔板，通常物料由干燥塔上部的一层加入，物料通过适当方式自上而下转移，干燥物料最后从底层或塔底排出。因此，湿物料与加热空气在流化床干燥机内总体呈逆流向。物料从上一层进入下一层的方法有多种。根据物料在层间转移方式可分为溢流式溢流式和穿流式穿流式(即直流式)两种形式。2021/9/2377穿流板式流化床干燥机干燥时，物料直接从筛板孔自上而下分散流动，气体则通过筛孔自下而上流动，在每块板上形成流化床。结构简单，生产能力强，但控制操作要求较高。适用物料颗粒的直径一般在0.85mm。为使物料能通过筛板孔流下，筛板孔径应为物料粒径的530倍，筛板开孔率3040。物料的流动主要依靠自重作用，气流还能阻止其下落速度过快，故所需气流速度较低，大多数情况下，气体的空塔气速与流化速度之比为1.22。2021/9/2378三、流化床干燥设备 流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。典型流化床干燥系统流化床干燥机特点流化床干燥机适宜处理的物料流化床干燥适用的干燥阶段流化床干燥机的主要型式 （一）单层圆筒型流化床干燥机 （二）多层沸腾床干燥机 （三）卧式多室流化床干燥机 （四）其它型式的流化床干燥机 2021/9/2379（三）卧式多室流化床干燥机目的：降低压强降，保证产品均匀干燥，降低床层高度。如图所示。横截面为长方形，用垂直挡板分隔成多室，挡板下端与多孔板之间留有间隙，使物料能从一室进入另一室。物料由第一室进入，从最后一室排出，在每一室与热空气接触，气、固两相总体上呈错流流动。不同小室中的热空气流量可以分别控制，其中前段物料湿度大，可以通入较多热空气，而最后一室，必要时可通入冷空气对产品进行冷却。特点与应用2021/9/2380特点与应用 特点：结构简单、制造方便、容易操作、干燥速度快。适用于各种难以干燥的颗粒状、片状和热敏性物料。但热效率较低，对于多品种小产量物料的适应性较差。应用：这种形式的干燥机被用于干燥砂糖、干酪素、葡萄糖酸钙及固体饮料等。2021/9/2381三、流化床干燥设备 流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。流化床干燥机中物料呈沸腾状态干燥，又称沸腾床干燥机。典型流化床干燥系统流化床干燥机特点流化床干燥机适宜处理的物料流化床干燥适用的干燥阶段流化床干燥机的主要型式 （一）单层圆筒型流化床干燥机 （二）多层沸腾床干燥机 （三）卧式多室流化床干燥机 （四）其它型式的流化床干燥机 2021/9/2382(四)其它型式的流化床干燥机 传统流化床干燥机不足之处因此，人们基于流态化干燥原理，研制开发了特殊型式的流化床干燥，具有代表性的有：1.振动流化床干燥机2.脉冲流化床干燥机3.惰性粒子流化床干燥机 传统流化床干燥机虽然具有传热强度高，干燥速率快等优点，但并非适用于所有状态的物料。例如，对于细小结晶体、浆状、膏浆体就不能用普通的流化床干燥机干燥。另外，对于具有一定黏结性的物料，利用普通流化床也较难得到均匀的干燥效果。2021/9/2383(四)其它型式的流化床干燥机 传统流化床干燥机不足之处因此，人们基于流态化干燥原理，研制开发了特殊型式的流化床干燥，具有代表性的有：1.振动流化床干燥机2.脉冲流化床干燥机3.惰性粒子流化床干燥机 2021/9/23841.振动流化床干燥机主要由振动喂料器、振动流化床、风机、空气加热器、空气过滤器和集尘器等组成。物料干燥时，从喂料器进入流化床分配段。在平板振动和气流作用下，物料被均匀地供送到沸腾段，在沸腾段经过干燥后进分选段，分选段内装有不同规格的筛网，进行制品筛选及冷却，而后卸出产品。带粉尘的气体经集尘器回收细粉后排出。适合于干燥颗粒过粗或过细、易黏结、不易流化的物料及对产品质量有特殊要求的物料。如砂糖干燥要求晶形完整、晶体光亮、颗粒大小均匀等。采用振动流化床干燥时，含水量46的湿砂糖在流化床的沸腾段停留约十几秒就可干燥到含水率0.020.04%，并筛选出合格的产品。2021/9/2385振动流化床干燥机的主体结构如图所示，它的机壳安装在弹簧上，由振动电机驱动，分配段和筛选段下面均热空气腔体。2021/9/2386(四)其它型式的流化床干燥机 传统流化床干燥机不足之处因此，人们基于流态化干燥原理，研制开发了特殊型式的流化床干燥，具有代表性的有：1.振动流化床干燥机2.脉冲流化床干燥机3.惰性粒子流化床干燥机 2021/9/23872.脉冲流化床干燥机 工作原理 阀门开闭与进风管 特点在干燥机下部周向均布几根热风进管，每根管上装在干燥机下部周向均布几根热风进管，每根管上装有快开阀门，按一定的频率（如有快开阀门，按一定的频率（如416Hz）和次序启）和次序启闭，使流化气体周期性脉冲输入。闭，使流化气体周期性脉冲输入。气阀打开时，突然进入的气体会对物料床层产生脉气阀打开时，突然进入的气体会对物料床层产生脉冲，脉冲又很快在物料颗粒间传递能量，短时间内冲，脉冲又很快在物料颗粒间传递能量，短时间内形成剧烈的局部流化沸腾状态，流化状态又在床内形成剧烈的局部流化沸腾状态，流化状态又在床内扩散和向上移动，从而使得气体和物料间有强烈的扩散和向上移动，从而使得气体和物料间有强烈的传热传质作用。当气体阀门关闭时，流化态在同一传热传质作用。当气体阀门关闭时，流化态在同一方向逐步消失，物料又回到堆积状态。如此，流化方向逐步消失，物料又回到堆积状态。如此，流化床内的脉冲式循环一直维持到物料被干燥为止。床内的脉冲式循环一直维持到物料被干燥为止。工作原理 阀门开闭与进风管 特点 阀门开启时间与床层的物料厚度和物料特性有关，一般为0.080.2s。阀门的关闭时间应满足以下要求：供入气体完全通过整个床层，物料完全处于静止状态，以使下一次脉冲能在床层中有效传递。进风管一般按圆周方向均匀排列5根，按1、3、5、2、4顺序轮流开启，使每次进风点与上次的距离较远。工作原理 阀门开闭与进风管 特点 脉冲式流化床干燥器作用能量集中，适用于不易干燥或有特殊要求的物料，属间歇操作，适用于粒度为10m0.4mm的物料，床高0.10.4m。与常规流化床干燥机相比，具有如下优点：(1)能够流化非球形大颗粒，如直径为2030mm、厚度为1.53.5mm的蔬菜也能获得良好的流化状态。(2)粒子间对流混合较充分，无沟流现象，改善了床层结构。(3)压降较低，节能效果明显，高达30。工作原理 阀门开闭与进风管 特点2021/9/2388(四)其它型式的流化床干燥机 传统流化床干燥机不足之处因此，人们基于流态化干燥原理，研制开发了特殊型式的流化床干燥，具有代表性的有：1.振动流化床干燥机2.脉冲流化床干燥机3.惰性粒子流化床干燥机 2021/9/23893.惰性粒子流化床干燥机 惰性粒子流化干燥是流态化干燥的特殊形式，适用于溶液、悬浮液、黏性浆状物料等液相物料的干燥，其技术关键是粒子表面对物料的均匀吸附、流化效果和干燥物料的及时脱离。惰性粒子流化床干燥设备特点2021/9/2390惰性粒子惰性粒子是这种干燥设备的关键要素，在干燥过程中惰性粒子是热载体，具有干燥表面、碰撞研磨的作用。惰性粒子的形状、大小、分布、密度及其流动性对流态化质量有较大影响。粒子形状以球形为佳，这有利于物料在其表面形成均匀的薄膜，减少操作时粒子本身的磨损。2021/9/2391惰性粒子流化床干燥设备特点除了具有一般流化床干燥的特点（热效率高、热容系数高、干燥速率大、操作简便）以外，还表现在：(1)适用于高水分的浆状物料；(2)干燥与粉碎同在一处完成，可减少物料损失。这种干燥机可干燥膏糊状料液、鸡蛋白、蛋黄、动物血、酪蛋白、酵母、大豆蛋白、肉骨汤等；但不宜干燥会形成坚硬的高附着作用的膜层的物料。2021/9/2392一种惰粒子流化床干燥机原理：根据不同液相物料的特性在干燥机内加入一定量的惰性粒子，在床层气流的作用下，粒子随着热气流不断地沸腾、翻滚呈流态化。在此过程中，通过加料器将液相物料均匀地喷洒在粒子的表面，粒子内部储存的热量瞬时传递给物料，完成部分质热传递过程。表面附着物料的粒子在床层中随热气流一起流化，气流与物料之间产生热交换，水分转移，使物料得以干燥。当物料干燥到一定程度以后，在粒子翻滚碰撞外力的作用下，从粒子表而剥落，随气流离开流化床。当物料从粒子表面剥离，惰性粒子表而得以更新，准备再吸附新的物料，以此完成一个干燥周期。2021/9/2393第二部分 干燥机械与设备 干燥在生产加工中的地位 干燥机械设备种类第一节 对流型干燥设备第二节 传导型干燥设备第三节 冷冻干燥机 2021/9/2394第三节 冷冻干燥机冷冻干燥过程冷冻干燥设备分类 一、冷冻干燥设备的系统构成 二、常见冷冻干燥装置2021/9/2395冷冻干燥过程冷冻干燥是湿物料经过冻结在真空条件下完成脱水的操作过程。冷冻状态的物料进行干燥是水分升华过程，因此，冷冻干燥又称为冷冻升华干燥。水分升华过程通常只能在一定的真空度下发生，需要借助于(利用低温冷却使水汽结霜的)冷阱，以保证在水分不断升华条件下使真空系统的负荷降低和工作正常。2021/9/2396第三节 冷冻干燥机冷冻干燥过程冷冻干燥设备分类 一、冷冻干燥设备的系统构成 二、常见冷冻干燥装置2021/9/2397冷冻干燥设备分类按操作方式可分为间歇式、半连续式和连续式设备。按能否在干燥室内进行冻结可分为能预冻能预冻和不能预能预冻冻设备。按生产量可分为实验用和生产用设备等。2021/9/2398第三节 冷冻干燥机冷冻干燥过程冷冻干燥设备分类 一、冷冻干燥设备的系统构成 二、常见冷冻干燥装置2021/9/2399一、冷冻干燥设备的系统构成各种型式的冷冻干燥装置系统均由预冻、供热、蒸汽和不凝结气体排除系统及干燥室等部分构成。这些系统一般以冷冻干燥室为核心联系在一起，有些部分直接装在冷冻干燥室内，如供热的加热板、供冷的制冷板和水汽凝结器等。预冻过程可以独立于冷冻干燥机完成，此时冷冻干燥箱内不设冷冻板。（一）预冷冻系统（二）供热系统（三）低温冷凝器2021/9/231002021/9/23101干燥过程干燥过程大致为：装有适当厚度预冻制品的料盘从预冻间被送至干燥机入口，通过空气锁进入干燥室内的料盘升降器，每进入一盘，料盘就向上提升一层。等进入的料盘填满升降器盘架后，由水平向推送机构将新装入料盘一次性向前移动一个盘位。这些料盘同时又推动加热板间的其它料盘向前移动，干燥室内另一端的料盘就被推出到出口端升降器。出口端升降器以类似方式逐一将料盘下降，再通过出口空气锁送出室外。室外的料盘也是连续输送的。装有干燥产品的料盘由输送链送至卸料机，卸料后的空盘再通过水平和垂直输送装置送到装料工位。如此周而复始，实现连续生产。2021/9/23102