正文 第十一章(2 / 3)

(4)加熱部分和幹燥室:加熱的目的是為了提供升華過程中的升華熱(溶解熱+汽化熱)。加熱的方法有借夾層加熱板的傳導加熱、熱輻射麵的輻射加熱及微波加熱等3種,傳導加熱的加熱介質一般為熱水或油類,其溫度應不使凍結物料溶化,在幹燥後期,允許使用較高溫度的加熱劑。

幹燥室一般為箱式,也有鍾罩式、隧道式等,箱體用不鏽鋼製作,幹燥室的門及視鏡要求十分嚴密可靠,否則不能達到預期的真空度,對於兼作預凍室的幹燥室,夾層擱板中除有加熱循環管路外,還應有製冷循環管路,箱內有感溫電阻,頂部有真空管,箱底有真空隔膜閥,為了提高設備利用率,增加生產能力,出現了多箱間歇式、半連續隧道式及冷凍幹燥器。為一隧道式冷凍幹燥器。升華幹燥過程是在大型隧道式真空箱內進行,料盤以間歇方式通過隧道一端的大型真空密閉門再進入箱內,以同樣的方式從另一端卸出,提高設備利用率。

冷凍幹燥係統:1、幹燥器;2、冷凍器;3、前置真空泵;4、後置真空泵;5、加熱裝置;6,7、冷凍壓縮機;8、製冷劑儲罐①冷凍幹燥的優點:a、冷凍幹燥在低溫下進行,因此對於許多熱敏性的物質特別適用。如蛋白質、微生物之類不會發生變性或失去生物活力。因此在醫藥上得到廣泛地應用。

b、在低溫下幹燥時,物質中的一些揮發性成分損失很小,適合一些化學產品、藥品和食品幹燥。

c、在冷凍幹燥過程中,微生物的生長和酶的作用無法進行,因此能保持原來的形狀。

d、由於在凍結的狀態下進行幹燥,因此體積幾乎不變,保持了原來的結構,不會發生濃縮現象。

e、幹燥後的物質疏鬆多孔,呈海綿狀,加水後溶解迅速而完全,幾乎立即恢複原來的性狀。

f、由於幹燥在真空下進行,氧氣極少,因此一些易氧化的物質得到了保護。

g、幹燥能排除95%~99%以上的水分,使幹燥後產品能長期保存而不致變質。

②冷凍幹燥的缺點:a、設備投資大,動力消耗高。

b、幹燥時間較長。

微波幹燥原理及設備:微波是指頻率在300~300000MHz或波長為0.001~1m的高頻電磁波。微波加熱幹燥實際上是一種介質加熱幹燥。當待幹燥的濕物料置於高頻電場時,由於濕物料中水分子具有極性,則分子沿著外電場方向取向排列,隨著外電場高頻率變換方向(如50次/s),則水分子會迅速轉動或作快速擺動。又由於分子原有的熱運動和相鄰分子間的相互作用,使分子隨著外電場變化而擺動的規則運動受到幹擾和阻礙,從而引起分子間的摩擦而產生熱量,使其溫度升高。

微波常用的材料可分為導體、絕緣體、介質、磁性化合物等。微波在傳輸過程中會遇到不同的材料,產生反射、吸收和穿透現象,這取決於材料本身的特性,如介電常數、介電損耗係數、比熱、形狀和含水量等。導體能夠反射微波,在微波係統中常用的傳輸裝置是波導管,就是矩形或圓形的金屬管,一般由鋁或黃銅製成。絕緣體可以穿透並部分反射微波。吸收微波的功能小,連續幹燥時常用的輸送帶就是塗聚四氟乙烯。介質的性能介於金屬與絕緣體之間,它具有吸收、穿透和反射的性能。其中吸收的微波便轉化成熱量。

微波幹燥與普通幹燥法的主要區別在於,微波幹燥屬於內部加熱幹燥法,電磁波深入物體內部,把物料本身作為發射體,使物料內、外部都能均勻加熱幹燥。它具有以下特點:(1)加熱幹燥時間比較短:由於微波能深入物料內部,熱量產自物料內部分子間的摩擦,而不是一般情況下的熱傳導,因此水分子從物料中心向兩側擴散的路程比接觸傳導加熱要少1倍,幹燥過程非常迅速,一般隻需傳統幹燥方法的1%~10%的時間。

(2)幹燥均勻:由於微波幹燥是內部加熱法,不管物料形狀複雜程度、含水量多少,都能均勻加熱,幹燥物料表裏一致,另外,由於物料中水的介電常數大,吸收能量多,因此水分蒸發快,熱量不會集中於幹燥的物體中。

(3)便於控製:利用微波加熱,無升溫過程,開機數分鍾可正常生產,停機後也不存在“親熱”現象,便於實現自動控製。

(4)熱效率高:一般可高達80%。物體本身作為發熱體,設備可以不輻射熱量,避免了環境的高溫,改善了勞動條件。但微波幹燥設備費用高,耗電量大,且須注意勞動保護,防止強微波對人體的損害。

微波箱幹燥器結構:1、門;2、觀察窗;3、排濕孔;4、攪拌電動機;5、波導(傳輸線);6、腔體;7、攪拌葉;8、反射板缺點是:耗電量大,幹燥費用高,設備也比較貴。

廣義地說,一切利用微波作為加熱源的幹燥設備都是微波幹燥設備。顯然,微波幹燥設備有很多種,但它們基本上是由直流電源、微波管、傳輸線或波導、微波爐及冷卻係統等幾個部分組成。

微波發生器的主要部件是微波管,它將直流電源提供的高壓轉換成微波,微波通過傳輸線或波導傳輸到微波爐,對物料進行加熱幹燥。

微波幹燥不僅適用於含水物質,也適用於許多含有有機溶劑、無機鹽類等生物產品。

除了上述箱式微波幹燥器外,工業上應用的微波幹燥器還有其他很多形式,如隧道式微波幹燥設備,其原理與前麵介紹的基本相同。

紅外幹燥原理及設備:紅外線也是一種電磁波,波長在0.76~1000μm範圍,介於可見光與微波之間。波長在0.76~3.0μm區域的稱近紅外,在3.0~30.00μm區域的稱遠紅外。任何物體除在絕對零度的情況下,都產生紅外線。

當紅外線照射到被幹燥的物料時,若紅外線的發射頻率與被幹燥物料中分子的運動頻率相匹配,將使物料分子強烈振動,引起溫度升高,進而汽化水分子達到幹燥目的。紅外線越強,物料吸收紅外線的能力越大,物料和紅外光源之間的距離越短,幹燥的速率越快。由於遠紅外線的頻率與許多高分子及水等物質分子的固有頻率相匹配,能夠激發它們的強烈共振,工業生產上常采用遠紅外光幹燥物料。

紅外幹燥設備的主要部件是紅外發生器。

各種紅外發生器:1、遠紅外輻射層;2、絕熱填料層;3、碳化矽板或石英砂板;4、電阻線;5、石棉板;6、外殼;7、安裝孔紅外線幹燥的優點是:①由於是輻射傳熱,幹燥速度比一般加熱快;②紅外幹燥設備一般較簡單,隻需用紅外發生器照射被幹燥的物料即可。

缺點是:①紅外線穿透能力差,因此,使用紅外幹燥必須不斷翻動物料;②有些藥物對紅外線敏感,比如,多烯類抗生素,這類藥物不能用紅外幹燥;③耗電量大。

這種幹燥比較適用於:①大麵積、對物料表層的幹燥,因為紅外線穿透能力差,對物料表層幹燥效果好;②某些熱敏物料的幹燥。

冷凍、微波和紅外幹燥操作注意事項:冷凍幹燥的操作過程一般比微波和遠紅外幹燥複雜。在進行冷凍幹燥時,物料應先冷至0℃,再放入幹燥箱內,否則開始冷凍負荷將過大。然後,關閉幹燥箱,打開製冷劑閥門,使物料急速冷卻。冷卻速度越快,水的結晶就越小,幹燥後的產品就越疏鬆易溶。接著開啟真空泵,小心控製真空閥慢慢降低幹燥箱內的壓力,當壓力降至6.67~4.00Pa時,凍結物料中的水分將迅速升華。待絕大部分水分升華掉後,打開外界熱量供給開關,使餘下難以蒸發的少量水分升華,此時要注意溫度的控製以防止物料熔融。為了防止蒸汽進入真空泵,冷凝器的溫度必須低於幹燥箱內的溫度。

微波和紅外線對人體都有一定程度的影響,尤其是微波可對人體造成傷害。因此,進行微波和紅外幹燥操作時,需要注意不要將身體的任何部位暴露在微波或紅外線之下。為此,在打開微波電源之前,應先將需要幹燥的物料放到幹燥器內。在進行幹燥時,盡量不要靠近幹燥箱以防微波泄漏傷害身體。當幹燥完成後,應首先關掉微波電源,確認關閉後再將幹燥物料取出。

不同型號的冷凍或微波及紅外幹燥器在實際生產中的操作要求可能不同,即便是同一種型號的幹燥器在幹燥不同的產品時,甚至在不同的工廠使用時,對操作的要求也不一定完全一樣,具體操作和注意事項應參照設備說明書和工廠設備操作規程。

幹燥輔助設備:為了完成幹燥過程,幹燥器的周圍有很多輔助設備,它們是幹燥過程不可缺少的部分。這些輔助設備包括空氣、蒸汽過濾器,空氣加熱器、旋風除塵器、脈衝袋濾器、加料器、真空泵、冷凝器等。

空氣加熱器:空氣加熱器常用在絕熱幹燥設備中,空氣加熱器一般有電加熱和蒸汽間接加熱兩種,電加熱較簡單且不常用。蒸汽間接加熱器應用較為廣泛,它們實際是排管散熱器,排管上帶有葉片或螺旋形翅片,排管的材質為鋼或銅,在裝置中往往由數組串聯而成。

這種排管散熱器已經標準化,可根據需要的溫度、加熱量和空氣流速計算出換熱麵積,然後選用標準型號。

定量加料器:定量加料器是許多幹燥裝置不可缺少的重要輔助設備,用於向幹燥器中加入物料,若選擇使用不當,容易產生運轉事故。定量加料器有很多種,包括螺旋加料器、旋轉加料器、振動加料器和帶式加料器等。其中,螺旋加料器和旋轉加料器應用最多。

(1)旋轉加料器:兩種形式的定量加料器旋轉加料器常用於與外界有壓差的幹燥設備,不僅能用於加料,也可用於排料,同時達到鎖氣作用。在噴霧幹燥中,常用於錐形塔底部成品物料排出、旋風除塵器出口排料、風送係統的加料等。優點如下:①能達到連續的排料和供料;②結構簡單,運轉維修方便;③基本上能定量供料;④供料的定量可用調節葉輪的轉速實現,供料量與轉速成正比;⑤具有一定的氣密性,適用於進出料有壓差的設備進出料;⑥出料或加料時不易引起物料破碎。

缺點是不能用於黏附物料。

(2)螺旋加料器:粉末捕集裝置:粉末捕集裝置:1、電器配線;2、電磁閥;3、吹管噴嘴;4、定時器;5、吹氣口;6、濾袋;7、測壓計;8、星形出料閥在絕熱幹燥設備中,幹燥廢氣中的粉末收集不僅影響幹燥收率,而且涉及大氣汙染問題。常用的粉末捕集裝置為旋風分離器和脈衝袋濾器。

旋風分離器結構簡單,捕集效率高,常用於幹燥器後的第一級粉末捕集。它的結構原理在化工原理中已有詳細介紹,這裏不再贅述。

脈衝袋濾器一般作為粉塵收集的最後一級,可以將旋風分離器無法捕集下來的細小粉塵顆粒收集下來。

脈衝濾袋器的特點是經久耐用,過濾效率高,能過濾99%以上的粉塵,維護管理方便。脈衝袋濾器已經標準化,定型產品型號為MC,脈衝控製裝置分氣動(符號Q)和電動(符號D)兩種。

實踐操作:蒸發設備實踐操作:(1)實訓目的:①熟悉蒸發設備的工作原理及操作流程;②掌握蒸發設備的基本結構;③熟練掌握蒸發設備的開、停車操作。

(2)實訓流程:將儲存在氯化鈣溶液槽內濃度為40%的氯化鈣溶液,用泵輸送到降膜蒸發器前的氯化鈣溶液蒸發預熱器內預熱。預熱後溶液進入降膜蒸發器內,溶液在加熱室管程內以薄膜的形式向下流動與加熱室殼程內的高壓蒸汽進行間接換熱,溶液進行劇烈的蒸發,並在氯化鈣濃縮循環泵作用下進行循環蒸發,蒸發後氯化鈣溶液的濃度為67%~72%,然後進入由蒸汽間接加熱的氯化鈣浮渣收集槽內,最後對收集槽內流出的物料進行包裝。

(3)實訓方法:①開車前準備及檢查項目。

a、泵類檢查。

a、油位。確認氯化鈣濃縮循環泵、氯化鈣溶液泵油位在視鏡的1/2~2/3處;b、運轉。點動啟動各泵運轉正常,無振動無雜音;c、接地線。確認接地連接完好;d、密封水。確認氯化鈣濃縮循環泵的密封水閥門打開,水流暢通;e、閥門。確認各泵進出口閥、排汙閥全部關閉。

b、浮渣收集槽檢查。

a、槽體。確認浮渣收集槽內無雜物、清潔;b、閥門。確認浮渣收集槽的出料閥、進氣閥關閉,蒸汽冷凝液排出管道上疏水閥前後的閥門打開,旁通閥關閉。