第04章生物产品干燥设备

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三、生物产品干燥的特点
生物产品的干燥机理与化工产品干燥基本相同，但 生物产品的特殊性，因此干燥条件与化工产品有别。 生物产品一般为热敏物质。干燥过程温度高、受热 时间长，都将影响产品的稳定性或受不同程度的破坏。 因此生物产品干燥必须是快速高效，加热温度不宜过 高，产品与干燥介质的接触时间不能太长，干燥产品 应保持一定的纯度，在干燥过程中不得有杂质混入。 根据生物产品的特点，生物产品的干燥常采用：喷 雾干燥、气流干燥、沸腾干燥、冷冻干燥等干燥方法。 但各企业根据自身的情况进行选择安装和操作。
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四、真空干燥设备
真空干燥是利用真空状态下物料中的水分由液态变 成气态而除去。凡是不能经受高温，在空气中易氧化、 易燃、易爆等危险性物料或干燥过程中产生有毒有害 气体、需回收溶剂等物质可采用真空干燥。
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1.单层圆筒形沸腾干燥器
空气由鼓风机送送入加热器，加热后进入沸腾干燥器 的下部，通过多孔板使被干燥的物料在干燥器内沸腾状 态下翻动，通过沸腾床的空气由器顶进入旋风分离器、 布袋滤器净化和捕集细粉末，最后排出空气。湿料以连 续或间歇进入干燥器。
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2.单层卧式多室流化床干燥器
也称箱式流化床干燥。干燥器内具有长方形的横截 面，底部为多孔金属网板（筛），网板上方有4-7块竖立 的挡板把沸腾床分隔成若干室，挡板可上下移动以调节 与网板间的距离，每一小室下方有热空气进口支管，各 支管热空气流量根据不同要求用阀门控制。
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二、喷雾干燥设备
（一）喷雾干燥的原理及特点
喷雾干燥是利用不同的喷雾器将悬浮液或高度分散 （二）喷雾干燥设备 的溶液喷成雾状，与热空气之间发生热量和质量传递而 喷雾干燥的关键是料液雾化，它关系到喷雾干燥的技术 进行干燥的过程。要求将料液分散成极细的雾滴，使雾 经济指标、产品质量。理想的喷雾器要求：喷雾粒子均 滴与热空气产生剧烈的热质交换，在几秒到几十秒内迅 匀，结构简单、产量大、能耗小。 速排出物料水分而获得干燥。适用于：酵母、核苷酸、 喷雾器主要有：压力式喷雾器、气流式喷雾器、离心式 抗生素等生物产品的干燥。 喷雾器。后两种设备应用较多。 其优点：a.干燥速度快、时间短：一般3-30S完成；b. 干燥温度较低：一般50-60℃，特别适宜热敏性物料的 干燥；c.产品具有良好的分散性和溶解性，成品纯度高。 其缺点：1.干燥室的体积很大；2.能耗大，干燥介质 用量多，热量利用不经济；3.产品出现粘壁现象。
a.干燥强度大：气体流速大（10-20m/s)，固体与气体产生剧烈 相对运动，气固之间接触面积大，传热和传质效果好。 b.干燥时间短：在干燥管内停留的时间仅1-5s。对一些热敏性 2.旋风式气流干燥设备及流程：图 物料可采用相对较高的介质温度。 旋风式气流干燥设备无长的干燥管，结构紧凑，不需高大厂房。 c.适用性广：干燥物料粒径约0.1-10mm，含湿可大至30-40%。 物料从干燥器上部以切线进入，在干燥器内螺旋向下到底部后 d.设备结构简单，占地小，生产能力大，能连续操作，可实现 再折向中央排气管排出。 自动化，但风管较高，对厂房建筑有一定要求。 物料在风管的作用力：a.气流推力；b.旋转的离心力；c.物料自 e.缺点：风速较高，对物料有一定的磨损，不适合对晶形有要 身重力。 求的物料，同时黏度大的物料也不适合。热能利用率低仅为 30%左右。Βιβλιοθήκη 潘康成制作二、干燥机理
在干燥前，常采用沉淀、过滤、离心分离、压榨等 机械方法先尽量使物料脱水。 干燥过程机理是在不沸腾的状态下用加热汽化方法 驱除湿物料中所含液体(水分)的过程。干燥介质--空气 既为热载体，也为湿载体。 干燥有两个过程同时进行：一是热量由气体传递给 湿物料，使物料温度升高，二是物料内部的水分向表 面扩散，并在表面汽化被气流带走。 干燥与蒸发的异相点: 相同点：都以汽化为手段。 不同点:蒸发时是液态物料中的水分在沸腾下汽 化, 干燥时，被处理的常是含有水分的固态物料(或糊状物 料)，水分是在低于沸点沸腾状态下汽化。
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三、沸腾干燥设备
沸腾干燥也称流化床干燥。是利用流态化技术，即利用热空气 流使置于筛板上的颗粒状湿物料呈沸腾状态而干燥的过程。 沸腾干燥的优点：a.传热传质速率大：颗粒在气流中自由翻动， 颗粒周围的滞流层几乎消除；b.干燥温度均匀，易于控制：颗粒 在干燥器中的停留时间可以控制，可使物料最终含水量降到很低 水平，且不易出现过热现象；c.干燥与冷却可以连续进行，干燥 与分级可同时完成，有利于连续化、自动化，设备简单，生产能 力高，耗能小。因此沸腾干燥在工业上广泛采用。 沸腾干燥的缺点：a.干燥颗粒直径要求30um-6mm：过小易产 生局部沟流，过大对气流产生较大阻力，动能消耗大；b.处理物 料的含水量：粉末2-5%，颗粒状10-15%；c.干燥物料不能结块， 粘性大的物料不适宜。 目前沸腾干燥设备主要应用的有：单层圆筒形沸腾干燥器、单 层卧式多室流化床干燥器和沸腾造粒干燥器。
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第四章 生物产品干燥设备
第一节 固体物料干燥机理 第二节 干燥设备
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第一节 固体物料干燥机理
一、物料中水分的性质 二、干燥机理 三、生物产品干燥的特点
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一、物料中水分的性质
物料中所含水分的性质与物料内部结构有关，且 取决于水分与物料的结合方式。根据物料中水分除去 的难易程度，将其分为以下三种： 表面水分：存在物料的表面（自由水分）。 游离水分：存在于产品外及多孔物料的毛细管中， 它与物料的结合弱，游离水能够通过毛细管作用达到 物料表面（毛细管水分）。 结合水分：与物料结合，缔结力强。主要有渗透水 分、结构水分等（膜包围水分）。
生物工程设备
主讲：潘康成
四川农业大学动物医学院生物工程系 潘康成 制作
2008年4月28日
目录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 培养基的制备设备 空气除菌设备 生物反应设备 生物产品干燥设备 固-液分离设备 萃取设备 层析和离子交换设备 蒸发和结晶设备 生物制药生产GMP规范要点
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1、气流式喷雾器 利用高速气流对料液产生摩 2、离心式喷雾器
擦撕裂作用而把液滴拉成细丝 利用在水平方向作高速旋转的 3、液压式喷雾器 雾状。采用压力0.15-1.5MPa的 圆盘给予料液以离心力，使其高 又称机械式喷雾器。料 压缩空气，气流流速一般为200速甩出，形成液膜、细丝或液滴， 液经高压泵以2-20MPa的 300m/s。 同时受周围空气的摩擦、阻碍、 压强从切线方向进入喷嘴 气流喷雾器常用内部混合式 撕裂等作用形成细雾而干燥过程。 的旋转室或经过斜槽进入 即气体与料液在喷嘴内部混合 离心盘的直径一般为100-300mm， 旋转室使其获得一定动能， 后喷出，喷出雾滴均匀。下图 转盘的圆周速度一般为90-140m/s。 当旋转的液体从喷嘴口喷 为内部混合式喷雾器结构。 结构如图： 出时，因其压强急速下降， 速度增加，使料液形成空 心锥形旋转液膜，液膜伸 长成细丝，最后断裂成雾 滴。结构如图：
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第二节 干燥设备
一、气流干燥设备 二、喷雾干燥设备 三、沸腾干燥设备 四、真空干燥设备 五、冷冻干燥设备
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一、气流干燥设备
（一）气流干燥原理及特点 气流干燥是利用高速热气流将物料在流态输送过程进行干燥 （二）气流干燥设备及流程 的过程。干燥操作中，湿物料在热气流中悬浮，颗粒被热空气 1.长管式气流 包围，使湿物料在流动过程中最大限度地与空气接触，气体与 干燥设备及 固体间进行传热和传质，达到干燥目的。适用于：味精、柠檬 流程：图 酸、四环素类抗生素等的干燥。该干燥特点：
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3.沸腾造粒干燥器
沸腾造粒干燥是将造粒操作与干燥操作相结合的干燥过程。结 沸腾造粒干燥器有逆流沸腾造粒干燥器和强制循环沸 构如图。 操作时先在沸腾床内铺一定量的颗粒作底料，热空气 腾干燥器。结构如图。 通过筛板进入沸 腾床，当物料呈 沸腾状时，料液 由雾化器喷入， 均匀地涂布在固 体颗粒表面进行 干燥。颗粒直径 逐渐增大，达到 一定粒度和干燥 后，从卸料器排 出。大颗粒在下 而小的颗粒在上 继续增大。