第十一讲、干燥 2学时 、通过本章学习应掌握的内容 1、什么是干燥? 2、干燥的基本流程是什么? 3、物料中所含水分的种类有哪些?除去的难易程度如何? 4、平衡水分和自由水分的概念? 5、了解干燥曲线,并结合干燥速率曲线说明什么是恒速干燥阶段?什么是降速 干燥阶段? 6、常用的干燥设备有哪些 二、干燥的基本概念( Drying) 用热能加热物料,使物料中水分蒸发而干燥或者用冷冻法使水分结冰后升华 而除去的单元操作 通常是生物产品分离的最后一步; 三、物料内水分的种类 (1)化学结合水 水分与物料的离子型结合和结晶型分子结合(结晶水),结晶水的脱除必将 引起晶体的崩溃 (2)物化结合水 包括吸附、渗透和结构水分,其中吸附水分结合力最强; (3)机械结合水 毛细管水、湿润水分、孔隙水份
第十一讲、干燥 2 学时 一、通过本章学习应掌握的内容 1、什么是干燥？ 2、干燥的基本流程是什么？ 3、物料中所含水分的种类有哪些？除去的难易程度如何？ 4、平衡水分和自由水分的概念？ 5、了解干燥曲线，并结合干燥速率曲线说明什么是恒速干燥阶段？什么是降速 干燥阶段？ 6、常用的干燥设备有哪些 二、干燥的基本概念（Drying） 用热能加热物料，使物料中水分蒸发而干燥或者用冷冻法使水分结冰后升华 而除去的单元操作； 通常是生物产品分离的最后一步； 三、物料内水分的种类 （1）化学结合水 水分与物料的离子型结合和结晶型分子结合（结晶水），结晶水的脱除必将 引起晶体的崩溃； （2）物化结合水 包括吸附、渗透和结构水分，其中吸附水分结合力最强； （3）机械结合水 毛细管水、湿润水分、孔隙水份
其中,结合水(包括细胞含水、纤维束含水以及毛细管水)较难以除去; 而非结合水(物料表面的湿润水分和孔隙水份)较容易除去 四、平衡水分和自由水分 (1)平衡水分 当一种物料与一定温度及湿度的空气接触时,物料势必会放岀或吸收一定量 的水分,物料的含水量会趋于一定值。 此时,物料的含水量称为该空气状态下的平衡水分。 平衡水分代表物料在一定空气状态下的干燥极限,即用热空气干燥法,平衡 水分是不能去除的 (2)自由水分 在干燥过程中能够除去的水分,是物料中超出平衡水分的部分 五、干燥过程分析 在一恒定的干燥条件下(保持干燥介质的温度、湿度、流动速度不变、干燥 介质大大过量),进行物料的干燥实验,将所的数据作图,以干燥时间为横坐标, 物料湿含量和物料温度为纵坐标,可得干燥曲线。六、干燥速率曲线 单位时间内,单位干燥面积蒸发的水分质量 图JIS-S士谐琿幸甲活 蝴蝸如贼 (干燥时间 图11.2-1干燥曲线
其中，结合水（包括细胞含水、纤维束含水以及毛细管水）较难以除去； 而非结合水（物料表面的湿润水分和孔隙水份）较容易除去 四、平衡水分和自由水分 （1）平衡水分： 当一种物料与一定温度及湿度的空气接触时，物料势必会放出或吸收一定量 的水分，物料的含水量会趋于一定值。 此时，物料的含水量称为该空气状态下的平衡水分。 平衡水分代表物料在一定空气状态下的干燥极限，即用热空气干燥法，平衡 水分是不能去除的 （2）自由水分 在干燥过程中能够除去的水分，是物料中超出平衡水分的部分 五、干燥过程分析 在一恒定的干燥条件下（保持干燥介质的温度、湿度、流动速度不变、干燥 介质大大过量），进行物料的干燥实验，将所的数据作图，以干燥时间为横坐标， 物料湿含量和物料温度为纵坐标，可得干燥曲线。六、干燥速率曲线 单位时间内，单位干燥面积蒸发的水分质量 七、恒速干燥阶段
湿物料表面为非结合水所湿润,物料表面温度是该空气状态下的湿球温度 此时,传热推动力(温度差,△T)以及传质推动力(饱和蒸汽压差,△PVv) 是一个定值 因此,干燥速率也是一个定值; 实际上,该阶段的干燥速率决定于物料表面水分汽化的速率、决定于水蒸气 通过干燥表面扩散到气相主体的速率。因此,又称为表面汽化控制阶段。 此时的干燥速率几乎等于纯水的汽化速度,和物料湿含量、物料类别无关 影响因子主要有:空气流速、空气湿度、空气温度等外部条件。 八、降速干燥阶段 物料湿含量降至临界点以后,便进入降速干燥阶段。 在降速干燥阶段,非结合水以及被蒸发,继续进行干燥,只能蒸发结合水。 结合水的蒸气压恒低于同温下纯水的饱和蒸汽压,传质、传热推动力逐渐减 小,干燥速率随之降低; 干燥空气的剩余能量被用于加热物料表面,物料表面温度逐渐升高,局部干 燥。 在这一阶段,干燥速率取决于水分和蒸汽在物料內部的扩散速度。因此,亦 称为内部扩散控制阶段,与外部条件关系不大。 主要影响因素为物料结构、形状和大小九、干燥设备 (1)针对热敏性物质开发的单元操作有: (2)瞬时快速干燥:接触时间短、气流温度高 (3)喷雾干燥:时间短、热效低、可同时造粒 (4)气流干燥:接触时间较长
湿物料表面为非结合水所湿润，物料表面温度是该空气状态下的湿球温度； 此时，传热推动力（温度差，△T）以及传质推动力（饱和蒸汽压差，△PV） 是一个定值； 因此，干燥速率也是一个定值； 实际上，该阶段的干燥速率决定于物料表面水分汽化的速率、决定于水蒸气 通过干燥表面扩散到气相主体的速率。因此，又称为表面汽化控制阶段。 此时的干燥速率几乎等于纯水的汽化速度，和物料湿含量、物料类别无关； 影响因子主要有：空气流速、空气湿度、空气温度等外部条件。 八、降速干燥阶段 物料湿含量降至临界点以后，便进入降速干燥阶段。 在降速干燥阶段，非结合水以及被蒸发，继续进行干燥，只能蒸发结合水。 结合水的蒸气压恒低于同温下纯水的饱和蒸汽压，传质、传热推动力逐渐减 小，干燥速率随之降低； 干燥空气的剩余能量被用于加热物料表面，物料表面温度逐渐升高，局部干 燥。 在这一阶段，干燥速率取决于水分和蒸汽在物料内部的扩散速度。因此，亦 称为内部扩散控制阶段，与外部条件关系不大。 主要影响因素为物料结构、形状和大小九、干燥设备 （1）针对热敏性物质开发的单元操作有： （2）瞬时快速干燥：接触时间短、气流温度高 （3）喷雾干燥：时间短、热效低、可同时造粒 （4）气流干燥：接触时间较长
(5)沸腾干燥:接触时间最长,热效最高 (6)低温干燥:适用于粘稠状物料,活性保持最好 (7)微波干燥:时间短,效率高 (8)红外干燥:温度高,干燥速度快 十、气流干燥设备 干燥介质为热干空气 使用范围:含非结合水的粉未或颗粒物料的干燥 优点:结构简单,传热系数大,干燥速度快 经过滤的热空气 filtering hot ar 布袋除尘器 quid material料液 压缩空气 喷雾塔 Aspray tower 引风机 分离器 room 无菌室 无菌室 十一、喷雾干燥设备 采用雾化器,将料液分散成细小雾滴,在喷雾干燥器内直接进行干燥,并采 用旋风分离器对干燥后的物料进行回收 优点:传热表面积大,干燥时间短,适用于抗生素、酵母粉、酶制剂等热敏性物 质的干燥;并可将蒸发、结晶、过滤、粉碎等过程集成于一次完成。 缺点是热效低、能耗大、设备体积过大
（5）沸腾干燥：接触时间最长，热效最高 （6）低温干燥：适用于粘稠状物料，活性保持最好 （7）微波干燥：时间短，效率高 （8）红外干燥：温度高，干燥速度快 十、气流干燥设备 干燥介质为热干空气 使用范围：含非结合水的粉末或颗粒物料的干燥； 优点：结构简单，传热系数大，干燥速度快 十一、喷雾干燥设备 采用雾化器，将料液分散成细小雾滴，在喷雾干燥器内直接进行干燥，并采 用旋风分离器对干燥后的物料进行回收； 优点：传热表面积大，干燥时间短，适用于抗生素、酵母粉、酶制剂等热敏性物 质的干燥；并可将蒸发、结晶、过滤、粉碎等过程集成于一次完成。 缺点是热效低、能耗大、设备体积过大
和 十二、流化床干燥设备 在流化床中加入湿的颗粒状物料,在流化床下部通入热空气,在一定流速下 形成激烈的固体流态化状态。因此,又称沸腾床,是一种有效的干燥装置。 使用范围:由于物料在干燥器中停留时间过长,不适宜干燥一些热敏性物质, 使用于干燥葡萄糖、味精、柠檬酸等稳定物料的干燥 十三、微波干燥
十二、流化床干燥设备 在流化床中加入湿的颗粒状物料，在流化床下部通入热空气，在一定流速下 形成激烈的固体流态化状态。因此，又称沸腾床，是一种有效的干燥装置。 使用范围：由于物料在干燥器中停留时间过长，不适宜干燥一些热敏性物质， 使用于干燥葡萄糖、味精、柠檬酸等稳定物料的干燥。 十三、微波干燥