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2025-01-10 10:52:45化工干燥設(shè)備
化工干燥設(shè)備是用于去除化工物料中水分或濕分的專用設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于化工、制藥、食品等行業(yè),通過加熱、通風(fēng)等手段將濕物料中的水分蒸發(fā)或吸附,以達到干燥的目的。常見的化工干燥設(shè)備包括噴霧干燥機、滾筒干燥機、真空干燥箱等,每種設(shè)備都有其特定的適用范圍和工作原理。選擇適合的干燥設(shè)備對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率至關(guān)重要。儀器網(wǎng)可為您提供多種化工干燥設(shè)備的信息及選型建議。

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2022-12-16 16:42:36四環(huán)凍干機—真空冷凍干燥設(shè)備(五)
3.4.5加熱系統(tǒng)的設(shè)計加熱系統(tǒng)是提供第一階段升華干燥的升華潛熱和第二階段干燥蒸發(fā)熱能量的裝置。被凍結(jié)的制品,不論其凍結(jié)體為大塊、小塊、顆粒、片狀或其他任何形狀,開始升華時總是在表面上進行的,這時升華的表面積就是凍結(jié)體的外表面。在升華進行過程中,水分逐漸逸出,留下不能升華的多孔固體狀的基體,于是升華表面逐漸向內(nèi)部退縮。在升華表面的外部形成已干層,內(nèi)部為凍結(jié)層。凍結(jié)層內(nèi)部的冰晶是不可能升華的,故升華表面是升華前沿。升華前沿所需供給的熱能,相當(dāng)于冰晶升華潛熱。不論采用什么熱源,也不論這些熱量以什么樣的方式傳遞,要達到水分升華的目的,這些熱量最終必須不斷地傳遞到升華表面上來。供給升華熱的熱源應(yīng)能保證傳熱速率滿足凍結(jié)層表面既達到盡可能高的蒸氣壓,又不致使其熔化。冷凍干燥中所采用的傳熱方式主要是傳導(dǎo)和輻射。近年來在真空系統(tǒng)中也有采用循環(huán)壓力法來實現(xiàn)強制對流傳熱的研究。在凍干機中,熱量都是從擱板上傳出來的,一般分直熱式和間熱式兩種。直熱式以電源為主;間熱式用載熱流體,熱源有電、煤、天然氣等。常用的輻射熱源有近紅外線、遠紅外線、微波等。利用傳導(dǎo)或輻射加熱時,在被干燥的物料層中傳熱和傳質(zhì)的相對方向有所不同。從圖3-26可見,輻射加熱時被干燥物料的加熱是通過外部輻射源向已干層表面照射來進行的。傳到表面上的熱量,以傳導(dǎo)的方式通過已干層到達升華前沿,然后被正在升華的冰晶所吸收。升華出來的水蒸氣通過已干層向外傳遞,達到外部空間。傳熱和傳質(zhì)的方向是相反的,內(nèi)部凍結(jié)層的溫度決定于傳熱和傳質(zhì)的平衡。一般輻射加熱的特點是:隨著干燥過程中升華表面向內(nèi)退縮,已干層的厚度愈來愈厚,傳熱和傳質(zhì)阻力兩者都同時增加,如圖3-26(a)所示。圖3-26(b)是接觸加熱時所發(fā)生的情況。在干燥進行中,熱量通過凍結(jié)層的傳導(dǎo)到達升華前沿,而升華了的水蒸氣則透過已干層逸出到外部空間。因此,傳熱和傳質(zhì)的途徑不一,而傳遞的方向是相同的。界面的溫度也決定于傳熱和傳質(zhì)的平衡。隨升華表面不斷向內(nèi)退縮,已干層就愈來愈厚,凍結(jié)層愈來愈薄,因而相應(yīng)的傳質(zhì)阻力愈來愈大,傳熱的阻力愈來愈小。圖3-26(c)是微波加熱的情形。微波加熱時熱量是在整個物料層內(nèi)部發(fā)生的,凍結(jié)層要發(fā)熱,已干層也要加熱。但由于這兩層的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗不同,發(fā)生在凍干層內(nèi)的熱量要多得多。內(nèi)部發(fā)生的熱量被升華中的水吸收,故所供之熱量不需傳遞,傳質(zhì)是在已干層內(nèi),方向是相反的。把熱量從熱源傳遞到物料的升華前沿,熱量必須經(jīng)過已干層或凍結(jié)層,同時升華出的水蒸氣也要通過已干層才能排到外部空間:在真空條件下,經(jīng)過這樣的物料層供送大量的升華潛熱,阻力是很大的,同時,經(jīng)過這樣的物料層排除升華的水蒸氣,阻力也是很大的。因此需采取多種方式提高傳熱和傳質(zhì)效率。升華熱的供應(yīng),原則上以在維持物品預(yù)定升華溫度下,使升華表面即具有盡可能高的水蒸氣飽和壓力而又不致有冰晶融化現(xiàn)象為好。這時干燥速度最快.(1)常用的加熱板   間熱式加熱板的熱量是由載熱體從熱源傳遞來的,加熱板傳遞給制品所需的加熱功率大致需要0.1W/g。載熱體多用水、蒸汽、礦物油和有機溶劑等。有些間冷間熱式凍干機上,常用R-11和三氯乙烯等作為冷和熱的載體。圖3-27給出加熱板熱媒循環(huán)系統(tǒng)示意圖。熱媒在熱交換器中加熱,用循環(huán)泵將熱媒送到凍干箱的擱板內(nèi)對物料加熱。為使凍干結(jié)束后物料能及時冷卻,利用閥門控制冷卻水,適時冷卻水通入擱板內(nèi)實現(xiàn)調(diào)控溫度。(2)加熱技術(shù)的改進 通常在真空狀態(tài)下傳熱主要靠輻射和傳導(dǎo),傳熱效率低。近來出現(xiàn)了調(diào)壓升壓法,其基本原理是降低真空度以增加對流傳熱的效能。據(jù)研究,在壓強大于65Pa時,對流的效能就明顯了。所以在保證產(chǎn)品質(zhì)量的條件下,降低真空度以增加對流傳熱,使升華面上溫度提高得快些,升華速度增加。調(diào)節(jié)氣壓有多種方式,英國愛德華公司采用充入干燥無菌氮的方法;德國用真空泵間斷運轉(zhuǎn)法;日本用真空管道截面變化法。這些方法的共同特點是使凍干室氣體壓強處于不穩(wěn)定狀態(tài),所以又叫改變真空度升華法和循環(huán)壓力法。改變料盤的形狀,增加物料與料盤之間的傳熱面積也是改進傳熱方法的一種。圖3-28中裝制品容器上有伸出的薄壁,其目的就在于增加傳熱面積。改變傳熱的另一種方法是從根本上改變加熱方式,取消加熱板。據(jù)資料報道,美國陸軍Natick實驗室采用微波熱進行升華加工制作升華食品壓縮的新工藝,可使能耗降低到常規(guī)工藝的50%。美國某公司在升華干燥牛肉時,使用915MHz微波加熱裝置,將干燥周期由22h減到2h。但介質(zhì)加熱(如微波加熱)的方法一般不用于生物制品的凍干,以防止制品失去生命活力,降低制品質(zhì)量。(3)幾種典型的供熱方式   應(yīng)用在食品工業(yè)真空冷凍干燥設(shè)備中的加熱方法較多,大致可分為:輻射加熱與吹冷空氣相結(jié)合的方法,微波加熱法;應(yīng)用涂層輸送帶的輻射加熱法;輻射和傳導(dǎo)傳熱相串聯(lián)的供熱法;膨脹加熱板的接觸供熱法等。圖3-28是輻射傳熱和傳導(dǎo)傳熱相串聯(lián)的供熱裝置示意圖。這種傳熱方法的主要特點是輻射熱先傳給導(dǎo)熱元件(物料容器壁),再傳給被加熱的物料。傳導(dǎo)元件屏蔽直接來自輻射熱能的熱源。水、有機物和高分子物質(zhì)具有很強的吸收紅外輻射的能力,食品凍干采用紅外輻射加熱方式是合適的??梢园迅咻椛浼t外線材料涂敷到加熱板表面上。在產(chǎn)品升華階段要提供升華熱,使產(chǎn)品中的水分不斷從被凍結(jié)的冰晶中升華直到干燥完畢。升華分兩個階段:第一階段是指大量水分從冰晶升華的過程,這時升華溫度低于其晶點溫度。第二階段是結(jié)晶水的擴散過程,其溫度高于共晶點溫度。通常按第一階段熱負荷確定加熱功率。
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2023-07-11 11:13:19超臨界干燥技術(shù)是近年來發(fā)展起來的化工新技術(shù)
一般常用的干燥技術(shù),如常溫干、烘烤干燥等在干燥過程中常常不可避免地造成物料團聚,由此產(chǎn)生材料基礎(chǔ)粒子變粗,比表面急劇下降以及孔隙大量減少等結(jié)果,這對于納米材料的獲得以及高比表面材料的制備極其不利。超臨界干燥技術(shù)是在干燥介質(zhì)臨界和臨界壓力條件下進行的干燥,它可以避免物料在干燥過程中的收縮和碎裂,從而保持物料原有的結(jié)構(gòu)與狀態(tài),防止初級納米粒子的團聚和凝并,這對于各種納米材料的制備極具意義。我們實驗室應(yīng)用超臨界干燥技術(shù)已經(jīng)成功地制備出多種氣凝膠[2~5]。氣凝膠是一種以納米粒子或高聚物分子為骨架組成的超低密度多孔固體材料,國外稱為“凍煙”,由于氣凝膠具有納米材料的基本特性,更具有極低密度、高孔隙率以及耐溫隔熱等特性,因此它在航天、催化、吸附等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。實驗裝置由溶膠-凝膠過程得到的醇凝膠固態(tài)骨架周圍存在著大量溶劑(包括醇類、少量水和催化劑),超臨界干燥工藝是目前獲得氣凝膠的最 好方法。典型的超臨界干燥裝置,該裝置的關(guān)鍵部分是溫度的控制和壓力的控制。溫度控制通過電爐和控溫器來達到,氣體鋼瓶通過減壓法調(diào)節(jié)輸入干燥容器的壓力,根據(jù)干燥介質(zhì)的特定臨界參數(shù),調(diào)節(jié)超臨界干燥裝置中所需要控制的溫度和壓力。表1列出的是一些干燥介質(zhì)的臨界參數(shù)。目前最常用干燥介質(zhì)是甲醇、乙醇和二氧化碳三種,由于甲醇、乙醇易燃、易爆,故大規(guī)模制備時仍采用二氧化碳??刂萍夹g(shù)及注意點以采用二氧化碳作為干燥介質(zhì)進行超臨界干燥為例,可說明應(yīng)用超臨界干燥技術(shù)制備氣凝膠的要點。將醇凝膠置于超臨界干燥的高壓容器中,通過控溫器將其溫度降至4~6°C。打開二氧化碳鋼瓶的減壓閥,從高壓容器上部通入二氧化碳,隨著二氧化碳氣體不斷通入,二氧化碳達到液2汽兩相平衡,其中下層是液態(tài)二氧化碳,此時凝膠中的乙醇溶劑可逐步被液態(tài)二氧化碳完全所取代。然后以一定的速率升溫,液體二氧化碳開始逐漸膨脹,壓力首先達到臨界壓力,繼續(xù)升溫,通過釋放少量二氧化碳,保持壓力不變,最 終達到預(yù)先所選擇的臨界溫度,即達到臨界狀態(tài)。在臨界狀態(tài)下保持一定時間,使凝膠孔隙中液體全部轉(zhuǎn)化為臨界液體,然后在保持臨界溫度不變的情況下,通過排泄閥緩慢地釋放出干燥介質(zhì)二氧化碳流體,直至達到常壓為止。在二氧化碳流體釋放過程中,體系點沿著臨界等溫線變化,臨界流體不會逆轉(zhuǎn)為液體,因而可在無液體表面張力的條件下將凝膠分散相驅(qū)除,當(dāng)溫度降至室溫時,即制得氣凝膠。超臨界干燥操作過程中應(yīng)注意以下幾點:(1)用干燥介質(zhì)(液態(tài)二氧化碳)替換凝膠中乙醇溶劑的速度必須足夠緩慢,以保證凝膠中乙醇溶劑被液態(tài)二氧化碳完全取代,溶劑替換過程一般約需8~48h。(2)凝膠中的液體達到臨界狀態(tài)需要一個穩(wěn)定過程,以使各部分都達到臨界條件,因此必須在臨界狀態(tài)下保持一定時間。(3)在保持臨界溫度不變的條件下緩慢地釋放出流體,使體系點沿著臨界等溫線變化,以防止臨界流體逆轉(zhuǎn)為液體。(4)在溶劑交換和超臨界干燥過程往往會有易燃、有毒溶劑的蒸氣釋放出來,因此要注意安全問題。
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