蒸发干燥学习.pptx

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1、第一节第一节 蒸发蒸发 一、蒸发的基本过程 蒸发有两个必须的过程：(1)溶液获得热量沸腾汽化；(2)不断移除水蒸汽。二、蒸发的操作方法 1、常压蒸发和减压蒸发 根据操作压强的不同，蒸发过程可分为常压蒸发常压蒸发和 减压蒸发减压蒸发（真空蒸发）（真空蒸发）。第1页/共74页（1）降低沸点温度（如40），有利于处理热敏性物料，即高温下易变性的物料。这是采用真空蒸发的主要理由这是采用真空蒸发的主要理由（2）溶液沸点低，加热蒸汽和溶液蒸发的温度差温度差大，所需的传热面小。（3）蒸发器的操作温度低，系统的热损失小，装备寿命长。真空蒸发的优点：第2页/共74页（1）需用真空泵真空泵抽出不凝性气体不凝性气体

2、以保持蒸发器的真空度，多耗能量。（2）蒸发器和冷凝器的内压强低于外界大气压，浓缩液和冷凝水都需用泵或大气腿泵或大气腿向外排出。（3）溶液温度低，粘度有所增大，沸腾的传热系数小，蒸发器的传热系数小。通常用增加面积弥补通常用增加面积弥补。真空蒸发的缺点：第3页/共74页2、单效蒸发和多效蒸发：蒸发是一个较大的耗能过程，常要考虑节能措施。单效蒸发多效蒸发 根据二次蒸汽二次蒸汽是否用来作为另一蒸发器的加热蒸汽，蒸发过程可分为单效蒸发和多效蒸发。第4页/共74页三、蒸发器及蒸发系统 1、蒸发器的分类 2、膜式蒸发器（1）升膜蒸发器（2）降膜蒸发器（3）旋转刮板蒸发器（4）板式蒸发器 第5页/共74页3

3、3、蒸发工艺的确定、蒸发工艺的确定 （1）料液的性质 成分组成、粘度、热稳定性、发泡性、成分组成、粘度、热稳定性、发泡性、腐蚀性腐蚀性、是否易、是否易结垢结垢、结晶、是否含有固体悬浮物等。、结晶、是否含有固体悬浮物等。（2）工程技术要求 料液处理量，进出口的浓度和温度，安装现场的面积和料液处理量，进出口的浓度和温度，安装现场的面积和高度，设备投资限额等。高度，设备投资限额等。（3）公用系统的情况 可以利用的热源，蒸汽供应量及压力，能利用的冷却水可以利用的热源，蒸汽供应量及压力，能利用的冷却水之水量、水质和温度等。之水量、水质和温度等。蒸发设备的选型是蒸发工艺与蒸发设备结合的过程 第6页/共74

4、页四、蒸发的应用及节能 1 1、蒸发系统的节能、蒸发系统的节能 多多效蒸发效蒸发：多次利用二次蒸汽多次利用二次蒸汽。二次蒸汽的再压缩二次蒸汽的再压缩：用用机械机械或或蒸汽喷射蒸汽喷射的方法的方法将低压蒸汽压缩增压，提高蒸汽的品位将低压蒸汽压缩增压，提高蒸汽的品位。额外利用额外利用：料液加热后汽化形成二次蒸汽，作料液加热后汽化形成二次蒸汽，作为其它加热设备的热源为其它加热设备的热源。冷凝水显热的利用冷凝水显热的利用：将冷凝水直接作预热用热将冷凝水直接作预热用热源或经闪蒸获得低压蒸气。或其它用途。源或经闪蒸获得低压蒸气。或其它用途。第7页/共74页(1)板式降膜蒸发器五、蒸发技术的应用举例 第8页

5、/共74页第二节第二节 干燥干燥 一、干燥的方法 按照热能供给湿物料的方式不同，干燥可分为以下几类：（1 1）热传导）热传导：热能通过传热壁面以传导的方式传给湿物料，使其中的水分汽化，称为导热干燥。水份通过汽化而得以移除，而水份汽化移除，而水份汽化需要吸热，因而需需要吸热，因而需要外部供热要外部供热（2 2）热对流）热对流：热能以对流给热的方式由热干燥介质热干燥介质(通常是热空气)传给湿物料，使物料中的水分汽化，再由介质带走的干燥过程称为对流干燥。第9页/共74页（3 3）介电加热干燥）介电加热干燥 是将需要干燥的物料置于高频电场内，利用高频电场的交变作用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。对

6、流干燥过程的传热和传质模式如图：（4 4）幅射传热）幅射传热 热能以电磁波的形式由辐射器发射至湿物料表面后，被物料所吸收转化为热能，而将水分加热汽化，达到干燥的目的。第10页/共74页二、干燥的基本概念和原理二、干燥的基本概念和原理 A:按照物料和水分子间的结合方式分类：将物料与水分的结合方式分为：化学结合水化学结合水、物理化学结合水物理化学结合水、机械结合水机械结合水。B:按照物料中所含水分去除难易难易分类：按照物料中所含水分去除难易将物料中的水分分为结合水结合水和非结合水非结合水。C：根据物料在一定的干燥条件下，其水分能否用干燥方法除去分类：将物料中的水分分为平衡水平衡水和自由水自由水。1

7、、固体物料中含水(湿)分的分类第11页/共74页2、干燥的基本过程 固体物料的干燥包括两个基本过程，首先是对固体加热以使湿分汽化的传热过程传热过程，然后是汽化后的湿分蒸汽由于其蒸汽分压较大而扩散进入气相的传质过程传质过程，因此，干燥过程的特点是传热和传质过程同时并存，两者相互影响而又相互制约。（1 1）干燥速率）干燥速率 物料的性质、结构和形状：不仅影响干燥面积也影响干燥速率。干燥介质的温度和湿度：干燥操作条件：干燥器的结构型式：第12页/共74页（2）干燥曲线和干燥速度曲线：干燥曲线和干燥速度曲线是通过干燥实验求得的。干燥过程中干燥过程中物料的湿含量物料的湿含量随干燥时间的变化情况：随干燥时

8、间的变化情况：干燥过程中干燥过程中物料的温度物料的温度随干燥时间的变化情况：随干燥时间的变化情况：一般情况下，干燥速率曲线是随湿物料与水分一般情况下，干燥速率曲线是随湿物料与水分结合情况的不同而不同的。结合情况的不同而不同的。第13页/共74页 均有一段干燥速率R常数的BC段，BC段由于干燥速率恒定，故称之为恒速干燥阶段恒速干燥阶段；均有一段干燥速率随干燥时间增长，而不断减小的CD段，由于CD段干燥速率下降故称之为降速降速干燥阶段干燥阶段；在恒速干燥段结束，降速干燥段开始处，曲线均有一明显的转折点 C，此点处物料的湿含量称之为临界湿含量临界湿含量w0，w0是物料干燥过程的一个重要参数。但对于任

9、何一种干燥速率曲线，下列的特征是共同的但对于任何一种干燥速率曲线，下列的特征是共同的 第14页/共74页（3）干燥过程分析 恒速干燥段恒速干燥段：在物料表面水分汽化过程中，若湿物料内部水分向表面的扩散速率等于或大于水分的表面汽化速率，则 物料表面总将维持湿润状态，物料的干燥速率也将停留在恒速干燥阶段。降速干燥段降速干燥段（起点是临界湿含量起点是临界湿含量w w0 0）：由于物料内部水份大幅度减小而向外传递速率降低，干燥速率也随之下降。由于外部介质热量传递大于物料水分汽化移出所带走的热量，物料开始升温。临界湿含量临界湿含量w w0 0点也是升温点。点也是升温点。第15页/共74页物料的收缩物料的

10、收缩 要注意干燥过程因物料收缩造成的物料体积缩小、形状变化和表面裂纹。化学变化化学变化 结晶无机物在强烈干燥时可能会失去结晶水失去结晶水 热敏性热敏性有机物在热空气中干燥时，可能发生氧化和热分解。生化变化生化变化 干燥过程中，由于料温的升高和结合水分的失去，具有生理活性和生化特性的物料可能发生不同程度的不可逆变化不可逆变化。（4）干燥的副作用/要特别注意 第16页/共74页过滤过滤 离心离心 蒸发蒸发 干燥干燥 在脱除单位水分的情况下，过滤、离心、蒸发、干燥四种方法的能耗顺序：因而，能用过滤法脱水就不用离心；因而，能用过滤法脱水就不用离心；能用离心则不用蒸发。能用离心则不用蒸发。而干燥耗能最大

11、。而干燥耗能最大。“干燥干燥”是用在产品最终的少量水分的脱除上，是用在产品最终的少量水分的脱除上，此时其它方法已不能奏效。此时其它方法已不能奏效。第17页/共74页二、干燥器及干燥工艺二、干燥器及干燥工艺（一）干燥器 干燥器的选型 干燥器的选型是确定干燥工艺的一个重要步骤。干燥器选型是否恰当合理，是所确定的干燥工艺是否成功的关键。干燥器选型所要考虑的因素与干燥工艺紧密相关。第18页/共74页二、干燥器及干燥工艺二、干燥器及干燥工艺（二）干燥工艺 干燥操作分为单批间歇操作和连续操作。决定干燥工艺需要了解的被干燥物料的理化性质主要有以下几方面：（1）物料的化学性质，如组成、热敏性（软化点软化点、熔

12、熔点点或分解点分解点），物料的毒性，可燃性，氧化性和酸碱性（度）、摩擦带电性、吸水性等。（2）物料的热物料性质，如物料含水率、表观比重、真比重、比热、导热系数及粒度和粒度分布。（3）其它性质。第19页/共74页（三）生物工业上常用的干燥技术 1、气流干燥技术：气流干燥是一种连续式高效固体流态化干燥方法。它把呈泥状、粉粒状或块状的湿物料送入热气流中，与之并流并流，从而得到分散成粒状的干燥产品。气流干燥有以下特点：气流干燥有以下特点：（1）干燥的传热、传质过程强度较大，干燥时间短。（2）热效率高，处理量大。（3）设备简单，占地小，投资省。第20页/共74页2、喷雾干燥技术：将溶液、乳浊液、悬浊液或

13、浆料在热风中喷雾成细小的液滴，在它下落过程中，水分被蒸发而成为粉末状或颗粒状的产品，称为喷雾干燥。喷雾干燥的特点：（1）料液经喷雾后，表面积极大，干燥速度十分迅速。（2）干燥过程中液滴的温度不高，产品质量较好/短时、迅速。（3）产品具有良好的分散性、流动性和溶解性。（4）生产过程简化，操作控制方便；适宜于连续化大规模生产。喷雾干燥的主要缺点：产品易吸水产品易吸水（原因是易形成空心的破裂小球，毛细孔多）（原因是易形成空心的破裂小球，毛细孔多）。当热风温度低于150时，干燥塔的体积比较庞大；另外，废气中回收微粒的分离装置要求较高。第21页/共74页3、冷冻干燥技术 将需要干燥的产品首先进行预冻，然

14、后在真空状态下进行升华升华（提供热量）（提供热量），使水分直接由冰变成汽水分直接由冰变成汽而获得干燥的过程，称之为冷冻干燥。在整个升华阶段，产品必须保持在冻结状态，因此，冷冻干燥操作时应注意：（1 1）要掌握合适的预冻温度：如果预冻温度不够低，则产品可能没）要掌握合适的预冻温度：如果预冻温度不够低，则产品可能没有完全冻结实，在抽真空升华的时候，会膨胀起泡；如果预冻的温度有完全冻结实，在抽真空升华的时候，会膨胀起泡；如果预冻的温度太低，这不仅增加不必要的能量消耗，而且对于某些产品会减低冻干太低，这不仅增加不必要的能量消耗，而且对于某些产品会减低冻干后的成活率。后的成活率。（2 2）要掌握合适的供

15、热温度：如果不对产品进行加热或加热不够，）要掌握合适的供热温度：如果不对产品进行加热或加热不够，引起升华速率的降低，整个干燥的时间就会延长；如果对产品的加热引起升华速率的降低，整个干燥的时间就会延长；如果对产品的加热过多，使产品可能出现局部熔化甚至全部熔化，整个干燥就会失败。过多，使产品可能出现局部熔化甚至全部熔化，整个干燥就会失败。第22页/共74页共熔点：为了获得良好的冻干产品，一般在冻干时都根据每种冷冻为了获得良好的冻干产品，一般在冻干时都根据每种冷冻干燥机的性能和产品的特点，在经过试验的基础上制订出一干燥机的性能和产品的特点，在经过试验的基础上制订出一条条冻干曲线冻干曲线，预先知道产品

16、的共熔点，则冻干曲线就比较容易制订。预先知道产品的共熔点，则冻干曲线就比较容易制订。共熔点：产品真正产品真正全部冻结全部冻结的那个温度，也相当于已经的那个温度，也相当于已经冻结的产品开始熔化的那个温度。冻结的产品开始熔化的那个温度。共熔点的测定一般利用电导变化的特性，在共熔点附近，共熔点的测定一般利用电导变化的特性，在共熔点附近，仅仅极小的温度变化，就会引起电导非常明显的变化。仅仅极小的温度变化，就会引起电导非常明显的变化。第23页/共74页冷冻干燥器的一般特点如下：（1）因物料处于冷冻状态下干燥，水分以冰的状态直接升华成水蒸气，故物料的物理结构和分子结构变化极小物料的物理结构和分子结构变化极

17、小。（2）由于物料在低温真空条件下进行干燥操作，故对热敏感的物料，亦能在不丧失其酶活性或生物试样原来性质的条件下长期保存，故干燥产品十分稳定。（3）因为干燥后的物料在被除去水分后其原组织的多孔性能不变，故若添加水或汤，即可在短时间内基本上完全恢复干燥前的原来状态。（4）因干燥后物料的残存水分很低，故若防湿包装优良，可在常温条件下长期贮存。第24页/共74页冷冻干燥器冷冻干燥器 ：冷冻干燥器的形式按处理的物料不同而分类为：医药品用冷冻干燥器和食品用冷冻干燥器。（1 1）医药品用冷冻干燥器：直接接触传热冷冻物料，）医药品用冷冻干燥器：直接接触传热冷冻物料，进行干燥操作。进行干燥操作。（2 2）食品

18、用冷冻干燥器：加热的方法几乎全部采用辐）食品用冷冻干燥器：加热的方法几乎全部采用辐射加热。射加热。第25页/共74页三、干燥的应用及节能 1、干燥过程的节能（1）选用高效能高效能的干燥装置，以提高温物料的干燥速率和节能效果，从而使整个生产工艺都得到了很大的改进。（2）扩大干燥介质的种类：（3）应用干燥基础理论，如湿分在物体内部迁移机理，以改进有关干燥过程。（4）在干燥前尽量降低物料的湿含量（5）降低干燥过程中废气带走的热量（6）在保证干燥物料质量的前提下，尽量采用高温干燥。（7）其它的措施 第26页/共74页2、干燥技术的应用（1）高效闪蒸干燥机：高效闪蒸干燥机是为了克服静态干燥低效、高耗而开

19、发的新型流态化干燥设备，结合了气流干燥和普通流态化干燥的特点。加热空气经风道由主机底部进风口切向进入，在塔内形成高速旋转的气流；物料由加料器均匀地加入主塔，易分散物料在气流的强烈冲击下迅速分散，同时与热气流进行热交换而完成干燥任务；不易分散的物料在重力作用下自由下落，被主塔底部的多层刀片粉碎并微粒化，直到旋转气流能够带动物料上升。第27页/共74页 溶液、悬浊液、乳浊液等液态物料经高速离心盘雾化后，形成微细的液滴，微细液滴迅速与热空气进行热交换，水或溶剂遇热空气迅速蒸发；干燥后的物料一部分在重力作用下由塔底排出，另一部分在风力作用下由旋风分离器收集。对于超细粉，必须辅以高压脉冲布袋收集。在干燥

20、塔顶部，设置热风分配器，一方面控制热风的流向，另一方面使进入塔内的热风分布均匀。特点：（1）料液雾化后，热接触面积高倍增加，实现瞬间干燥。（2）成品粒度均匀，流动性好。（3）干燥系统相对封闭，成品纯度高，无污染。（4）成品水分较难控制，一般在3%以上，如继续降低，需二次干燥。（2）高速离心喷雾干燥机第28页/共74页（3）压力喷雾干燥机 液态物料经高压泵输送至高压喷嘴，在喷嘴的作用下，分散成旋转状的空心小液滴，液滴与热空气接触并迅速进行热交换，水分快速蒸发，液滴内部迅速汽化而失去水分变成空液滴内部迅速汽化而失去水分变成空心球状固体心球状固体，在重力作用下，大部分物料落在干燥塔底部，少量未成球的

21、细粉由旋风分离器收集。“二流体”特点：（1）料液经过高压干燥，比表面积大大增加，干燥速度快。（2）可干燥，可造粒，亦可干燥造粒同时进行。（3）成品为空心球状，流动性好，溶解性好/也容易吸湿也容易吸湿。（4）喷雾形式可采用上喷式，料液和热空气逆流换热，也可采用下喷式，并流换热。第29页/共74页（4）气流干燥机：湿物料经加料器进入气流管道后，在加热后的高速气流作用下逐渐分散并随气流一起运动，由于气相的速度大于固相速度，在进行热交换过程中，从固体中挥发出来的汽体先于固体离开干燥系统。固体物料在达到干燥要求后由旋风分离器收集。特点：（1 1）气流沿管道流动，风速快，干燥速度快，产量大。）气流沿管道流

22、动，风速快，干燥速度快，产量大。（2 2）设备结构简单，机械传动部件少，投资少，维修费用低。）设备结构简单，机械传动部件少，投资少，维修费用低。（3 3）物料在管道停留时间短，成品终水分难以控制。）物料在管道停留时间短，成品终水分难以控制。（4 4）设备阻力大，能耗偏高。）设备阻力大，能耗偏高。第30页/共74页（5）直线振动流化床：该设备适用于颗粒粗大或颗粒不规则而导致流动性差的产品，或因为要避免摩擦而要求流动速度较慢的产品。振动流化床的床板上均匀分布许多斜孔，物料经一端的加料口进入流化床内部，在床板的振动和热风的共同作用下，物料在床层上不断地跳跃并逐渐向出料口移动，在此过程中完成干燥任务；

23、为了使物料及时包装，可在流化床的后段输送冷风对物料进行冷却。特点：（1 1）物料受热均匀，热交换充分，干燥效率高。）物料受热均匀，热交换充分，干燥效率高。（2 2）床层采用机械振动形式，不易堵料。）床层采用机械振动形式，不易堵料。（3 3）物料振幅较小，不致于破坏物料形状。）物料振幅较小，不致于破坏物料形状。（4 4）机械传动件少，维修费用低。）机械传动件少，维修费用低。第31页/共74页 沸腾干燥机又称沸腾干燥机又称流化床流化床，是广泛适用于小颗粒状物料，是广泛适用于小颗粒状物料的流态化设备。热风由鼓风机送入流化床底部经分风板均的流态化设备。热风由鼓风机送入流化床底部经分风板均匀输送至沸腾室

24、，使物料在床层上形成沸腾层，物料沸腾匀输送至沸腾室，使物料在床层上形成沸腾层，物料沸腾后，与热空气充分接触并产生热交换而完成干燥过程。干后，与热空气充分接触并产生热交换而完成干燥过程。干物料大部分由出料口排出，少量细粉由沸腾主机顶部排风物料大部分由出料口排出，少量细粉由沸腾主机顶部排风口随风进入旋风分离器收集，必要时在旋风分离器后辅以口随风进入旋风分离器收集，必要时在旋风分离器后辅以布袋除尘器，以使收率达到最高。布袋除尘器，以使收率达到最高。（6）沸腾干燥机第32页/共74页物料由加料器均匀地铺在网带上，网带由物料由加料器均匀地铺在网带上，网带由传动装置拖动在干燥机内移动。传动装置拖动在干燥机

25、内移动。干燥段由若干单元组成，每一单元热风独干燥段由若干单元组成，每一单元热风独立循环，其中部分尾气由专门排湿风机排出，立循环，其中部分尾气由专门排湿风机排出，每一单元排出废气量均有调节阀控制。每一单元排出废气量均有调节阀控制。（7）网带式干燥机第33页/共74页双锥回转真空干燥机是通过降低罐内压力而提高干燥双锥回转真空干燥机是通过降低罐内压力而提高干燥效率的干燥设备。物料加入密闭的双锥体内，随双锥体的效率的干燥设备。物料加入密闭的双锥体内，随双锥体的低速旋转而缓慢流动；同时，通过真空泵使双锥体内呈真低速旋转而缓慢流动；同时，通过真空泵使双锥体内呈真空度达到状态，水分或有机溶剂的沸点因此显著降

26、低，进空度达到状态，水分或有机溶剂的沸点因此显著降低，进而使蒸发速度加快，干燥效率提高。而使蒸发速度加快，干燥效率提高。设备的贮罐是旋转体，必要时可作为混合机使用；对设备的贮罐是旋转体，必要时可作为混合机使用；对于挥发物需回收的物料，只需加接冷凝器，即具良好的回于挥发物需回收的物料，只需加接冷凝器，即具良好的回收效果。收效果。（8）双锥回转真空干燥机第34页/共74页思考题：1、请画出一个三效蒸发的流程。、请画出一个三效蒸发的流程。2、刮板浓缩器的应用场合？、刮板浓缩器的应用场合？3、结合水与非结合水，平衡水与自由水的概念与区别？、结合水与非结合水，平衡水与自由水的概念与区别？4、从脱水的角度

27、，过滤、离心、蒸发、干燥，、从脱水的角度，过滤、离心、蒸发、干燥，哪种方式最节能，分析原因。哪种方式最节能，分析原因。第35页/共74页真空泵真空泵不凝性气体不凝性气体大气腿大气腿第36页/共74页多效蒸发在工业上普遍使用多效蒸发在工业上普遍使用第37页/共74页第38页/共74页注意不凝结注意不凝结气体的排除气体的排除第39页/共74页第40页/共74页第41页/共74页第42页/共74页B B第43页/共74页第44页/共74页第45页/共74页反映反映“脱水脱水”的的难易程度难易程度反映与外界环境反映与外界环境（如空气等介质）（如空气等介质）的平衡关系的平衡关系第46页/共74页BC-D

28、-E干燥过程的速度变化AB物料先升温第47页/共74页第48页/共74页水分逐步减少第49页/共74页第50页/共74页第51页/共74页第52页/共74页第53页/共74页第54页/共74页第55页/共74页第56页/共74页第57页/共74页第58页/共74页第59页/共74页第60页/共74页第61页/共74页第62页/共74页第63页/共74页第64页/共74页上循环操作 在上循环单元中，循环风机出的风由侧面风道进入单元在上循环单元中，循环风机出的风由侧面风道进入单元下腔，气流向上通过换热器加热，并经分配器分配后，成喷下腔，气流向上通过换热器加热，并经分配器分配后，成喷射流吹向网带，穿

29、过物料后进入上腔，干燥过程是热气流穿射流吹向网带，穿过物料后进入上腔，干燥过程是热气流穿过物料层，完成热量传递的过程。上腔由风管和风机入口相过物料层，完成热量传递的过程。上腔由风管和风机入口相连，大部分气体循环，一部分温度较低含湿量较大的气体作连，大部分气体循环，一部分温度较低含湿量较大的气体作为废气，经排湿管、调节阀、排湿风机排出。为废气，经排湿管、调节阀、排湿风机排出。物料传送带物料传送带第65页/共74页第66页/共74页下循环操作物料传送带物料传送带下循环单元中，循环风机出来的风先进入上腔，向下经换热器加下循环单元中，循环风机出来的风先进入上腔，向下经换热器加热，穿过物料层进入下腔，下腔由侧面风道及回风管与风机入口相热，穿过物料层进入下腔，下腔由侧面风道及回风管与风机入口相连，大部分气体循环，一部分排出。连，大部分气体循环，一部分排出。第67页/共74页第68页/共74页第69页/共74页第70页/共74页第71页/共74页第72页/共74页第73页/共74页感谢您的观看！第74页/共74页