制药设备与工程设计第15章干燥设备.ppt

第15章 干燥设备,第15章 干燥设备,第1节 厢式干燥器第2节 带式干燥器第3节 流化床干燥器第4节 喷雾干燥器第5节 真空干燥器第6节 真空冷冻干燥器第7节 微波真空干燥器,五、固体的干燥,干燥是利用热能使物料中的湿分(水分或其它溶剂)汽化，并利用气流或真空带走汽化的湿分，从而获得干燥产品的操作。使湿分汽化的加热方式有：热传导加热、对流加热、热辐射加热、介电加热等。干燥的目的：使药物便于加工、运输、贮藏和使用，保证药品的质量和提高药物的稳定性，但并不是说干燥后水份含量越低越好。,(一)干燥的基本理论,1、干燥原理 pwp，进行干燥；pw=p，干燥即行停止；pwp，吸湿。pw为湿物料表面的水蒸气分压；p为水蒸气分压；tw为物料表面温度；为物料表面气膜的厚度。,2、湿空气的性质,湿空气是绝干空气和水蒸气的混合物。能用于干燥的湿空气必须是不饱和空气，从而可继续容纳水分。采用热空气作为干燥介质的目的不仅是为了提供水分气化所需的热量，而且是为了降低空气的相对湿度以提高空气的吸湿能力。空气性质对物料的干燥影响很大，而且随着干燥过程的进行不断发生变化。,空气的常用性质：,当空气达饱和时，t=tw。当空气未饱和时，ttw。空气的湿度越小，t和tw的差值越大。,(1)干球温度与湿球温度,干球温度(dry bulb temperature)是用普通温度计在空气中直接测得的温度，常用t表示。湿球温度(wet bulb temperature)是在温度计的感温球包以湿纱布放置在空气中，传热和传质达到平衡时所测得的温度，常用tw表示。,空气的常用性质：,空气湿度(humidity，H)系单位质量干空气带有的水蒸气的质量(kg水蒸气/kg干空气)。H=0.622p/(P-p)式中，P为湿空气的总压，Pa；p为水蒸气分压；0.622为水分子量18与空气分子量29之比。,(2)湿度和相对湿度,相对湿度(relative humidity，RH)是指在一定总压及温度下，湿空气中水蒸气分压p与饱和空气中水蒸气分压ps之比的百分数，常用RH%表示。RH%=p/ps100%饱和空气的RH=100%；未饱和空气的RH100%；绝空气的RH=0%；空气的相对湿度直接反映空气中湿度的饱和程度。,空气的常用性质：,(2)湿度和相对湿度,根据物料中所含水分能否干燥来划分平衡水分与自由水分。平衡水分(equilibrium water)系指在一定空气条件下，物料表面产生的水蒸气压等于该空气中水蒸气分压，此时物料所含水分为平衡水分，是不能干燥的水分。平衡水分与物料的种类、空气状态有关，根据干燥要求选择适宜的空气条件。自由水分(free water)系指物料所含的水分中多于平衡水分的部分，或称游离水分，是能干燥除去的水分。,3、物料中水分的性质,(1)平衡水分与自由水分,根据物料中所含水分的干燥难易程度来划分结合水分与非结合水分。结合水分(bound water)系指以物理化学方式结合的水分，数字上等于RH=100%时物料的平衡水分。由于结合水分与物料结合力强，干燥速度缓慢，如动植物细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分、可溶性固体溶液中的水分等。非结合水分(nonbound water)系指以机械方式结合的水分，与物料结合力很弱，干燥速度较快。,3、物料中水分的性质,(2)结合水分与非结合水分,（二）干燥器的物料衡算,湿物料是由绝干物料与水分所组成，含水量有两种表示方法：湿基含水量w,以湿物料为基准的浓度表示法。W=湿物料中水分的质量/湿物料总质量100%干基含水量x,以绝干物料为基准的浓度表示法。x=湿物料中水分的质量/湿物料中绝干物料的质量100%,1.物料中含水量的表示方法,在干燥计算中常采用干基含水量,（二）干燥器的物料衡算,按干基计算水分蒸发量：W=G(x1-x2)湿基计算水分蒸发量：W=G1(w1-w2)/(1-w2)=G2(w1-w2)/(1-w1)空气消耗量L:L=W/(H2-H1)式中，干燥前后物料的量(G1，G2)；物料中的含水量(w1，w2或x1,x2)；干燥过程中空气湿度由H1变成H2。,2.水分蒸发量W(kg/s)与空气消耗量L(kg干空气/s),干燥速度是单位时间、单位干燥面积上被干物料所能汽分的水分量。即水分量的减少值，其单位kg/(m2s)。U=dW/Ad=-Gdx/Ad 式中，U为干燥的速度，kg/(m2s)；dW为d干燥时间(s)内水分的蒸发量，kg；A为被干物料的干燥面积，m2；G为湿物料中所含绝干物料的质量，kg；dx为物料的干基含水量的变化，kg水分/kg绝干料；负号表示物料中含水量随干燥时间的增加而减少。,（三）干燥速度,（四）水分含量的测定方法,(1)测定水分含量时常用干燥失重测定法，该法的干燥常采用：保干器干燥法，常用干燥剂为无水氯化钙、硅胶或五氧化二磷；常压加热干燥；减压干燥法等。(2)精确测定微量水分含量时，必须采用费休法或甲苯法。,（五）干燥方法与设备,按操作方式分类：间歇式、连续式。按操作压力分类：常压式、真空式。按加热方式分类：热传导干燥、对流干燥、辐射干燥、介电加热干燥。,(1)干燥方法,(2)干燥设备,1)厢式干燥器 厢式干燥器多采用废气循环法和中间加热法。厢式干燥器设备简单，适应性强，应用于生产量少的物料间歇式干燥中。但劳动强度大，热量消耗量大。,(2)干燥设备,2)流化床干燥器 亦称沸腾干燥器，构造简单，操作方便，有利于传热、传质，提高了干燥速率；物料停留时间任意调节，适宜于热敏性物料。但不适宜于含水量高，易粘结成团的物料，要求粒度适宜。,喷雾干燥蒸发表面积大，干燥速度非常快(数秒至数十秒)，物料的受热时间极短，在干燥过程中雾滴的温度大致等于空气的湿温度，一般 50左右，对热敏性物料及无菌操作时非常适用。干燥品多为松脆的空心颗粒，溶解性好。,(2)干燥设备,3)喷雾干燥器,是利用红外辐射元件所发射的红外线对物料直接照射而加热的一种干燥方式。波长范围0.721000m；0.725.6m近红外；5.61000m远红外。优点：受热均匀、干燥快、质量好；缺点：电能消耗大。,(2)干燥设备,4)红外干燥器,使用的频率为915Hz和245Hz。优点：加热迅速、均匀、干燥快、热效率高；对含水物料的干燥特别有利；操作控制灵活、方便；缺点：成本高，对有些物料的稳定性有影响。,(2)干燥设备,5)微波干燥器,