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五种主要干燥技术简介

时间: 2024-03-08 06:24:51来源: 常州佳成干燥设备有限公司
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1  真空冷冻干燥技术

真空冷冻干燥就是将含水物料冻结后,置于真空环境下,并供给一定的热量,使物料中的冰直接升华并排走,从而除去物料的水分,获得干制品的一种方法。

水的三相变化温度是与压力直接有关的,随着压力的降低,水的冰点变化不大,而沸点则迅速降低。当压力低到某一值时,水的沸点与冰点相重合,即达到水的三相平衡点,这时的压力称为三相点压力(P0) ,相应的温度称为三相点温度(T0)。见水的三相图。

 真空冷冻干燥法可较好地消除粉料干燥过程中的团聚现象,这是因为含水物料在结冰时可以使固相颗粒保持其在水中时的均匀状态,冰升华时,由于没有水的表面张力作用,固相颗粒之间不会过分靠近,从而避免了团聚的产生。

冻干的固体物质由于微小的冰晶体的升华而呈现多孔结构,并保持原先冻结时的体积,加水后极易溶解而复原,制品在升华过程中温度保持在较低温度状态下(一般低于-250C),因而对于那些不耐热的物质,诸如酶、激素、核酸、血液和免疫制品等的干燥尤为适宜。干燥的结果能排出95~99%以上的水份,有利于制品的长期保存。制品干燥过程是在真空条件下进行的,故不易氧化。针对部分生化药物的化学、物理、生物的不稳定性,冻干已被实践证明是一种非常有效的手段。随着生化药物与生物制剂的迅速发展,冻干技术将越来越显示其重要性与优越性。 

2  喷雾干燥技术

喷雾干燥技术是利用不同的喷雾器,将悬浮液或黏滞的液体分散成极细的雾滴,由于雾滴具有很大的比表面积,物料可以同热空气发生剧烈的热质交换,在几秒至几十秒内迅速排除物料水分而获得干燥。成品以粉末状态沉陷于干燥室底部,连续或间歇地从卸料器排出。它特别适用于不能借结晶方法得到固体产品的生物制品生产中,如酵母、核苷酸,某些抗生素药物的干燥。

喷雾干燥干燥速度快、时间短,一般为3~3Os,由于料液雾化成20~60μm的雾滴,其表面积相应高达200~5O00m2/m3,物料水分极易汽化而干燥;喷雾干燥通常操作温度较低。虽然采用较高温度的热空气,但由于雾滴中含有大量水分,其表面温度不会超过加热空气的湿球温度,一般为5O~60℃,加之物料在干燥器内停留时间短,因此物料最终温度不会太高,非常适合于热敏性物料的干燥;喷雾干燥制品具有良好的分散性和溶解性,成品纯度高。但喷雾干燥的容积干燥强度小,放干燥室体积大,热量消耗多,一般蒸发1kg水分约需6000kJ热量,相当于消耗2.5~3.5kg的蒸汽。

3  微波干燥技术

所谓微波,其实是一种频率非常高的电磁波,通常是指1000兆赫以上的超高频率电磁波。它具有直线性、反射性、吸收性和穿透性等特征,可应用于各行各业。

微波炉的微波与广播、电视的电波相似,它本身不会发热,只是一种能量,但微波每秒24. 5亿次的振荡频率能高速振荡物体内的水分子和脂肪分子,使其相互摩擦碰撞,从而产生热量。从而实现干燥的目的。

微波干燥加热速度快,常规加热如火焰、热风、电热、蒸汽等,都是利用热传导的原理将热量从被加热物外部传入内部,逐步使物体中心温度升高,称之为外部加热。要使中心部位达到所需的温度,需要一定的时间,导热性较差的物体所需的时间就更长。微波加热是使被加热物本身成为发热体,称之为内部加热方式,不需要热传导的过程,内外同时加热,因此能在短时间内达到加热效果。微波干燥加热均匀,常规加热,为提高加热速度,需要升高加热温度,容易产生“外焦内生”现象。微波加热时,物体各部位通常都能均匀渗透电磁波,产生热量,因此加热均匀性大大改善。微波干燥节能高效,在微波加热中,微波能只能被加热物体吸收而生热,加热室内的空气与相应的容器都不会发热,所以热效率极高,生产环境也明显改善。微波干燥易于控制,微波加热的热惯性极小。宜实现加热过程的自动化控制。微波加热低温杀菌,无污染微波能自身不会对食品污染,微波能在较低的温度下杀死细菌,这就提供了一种能够较多保持食品营养成份的加热杀菌方法。微波干燥具有选择性,微波对不同性质的物料有不同的作用,这一点对干燥作业有利。因为水分子对微波的吸收最好,所以含水量高的部位,吸收微波功率高于含水量较低的部位。烘干木材、纸张等产品时,利用这一特点可以做到均匀加热或均匀干燥。 微波干燥安全无害, 在微波加热、干燥中,无废水、废气、废物产生,也无辐射遗留物存在,是一种安全无害的高新技术。

    必须注意的是有些物质当温度愈高、对微波吸收性愈好,可造成恶性循环,引发局部温度急剧上升,造成过干,甚至炭化,对这类物质进行微波加热时,必须制定合理的加热工艺。

4  真空干燥技术

减压状态下的蒸发实验在十七世纪就已经开始了,到十九世纪中叶真空技术已在石化领域广为应用。后来随着真空技术及干燥技术的发展,在干燥领域中真空技术的应用越来越广泛。

所谓真空,并不是完全没有空气,而是指系统的气态分子数量较少。真空干燥是在真空条件下加热物料,使其水分内部扩散,内部蒸发,表面蒸发,从而进行低温低压干燥的工艺。

由克劳修斯-克拉佩龙方程式:

 当温差不大时,可认为相变热为常数,可将上式积分得:

由上式可以看出,体系的蒸汽压越低,对应得温度越低。

真空干燥装置一般体积较小,因为在真空状态下,外压急剧减小,溶剂的沸点大大降低,蒸发速度明显提高,蒸发面积可缩小,整个装置紧凑。真空干燥温度低,可干燥热敏性物料。 而且在真空状态下,可以灭菌。

真空干燥一般耗能高,水汽化所需的热量是随汽化温度的降低而增加。因此在真空蒸发中,蒸发相同重量的水分所消耗的热量要比常压下消耗的多。系统真空度越高,热传导系数低,因此在真空干燥过程中能耗也显著增加。真空干燥装置成本较高,一般系统的真空度越高,对系统的密封要求越高,真空设备的投资越大。

5  超临界流体干燥

超临界干燥技术是近年来发展起来的化工新技术,它是在高于干燥介质临界温度和临界压力下进行的干燥,此时溶剂处于非液非气,即流体状态。在溶剂去除过程中,不存在表面张力和毛细管作用力,可以有效避免物料凝胶骨架在干燥过程中的收缩和碎裂,从而保持物料凝胶原有的结构与状态,从而有效避免了初级纳米粒子的团聚和凝聚。

超临界流体干燥制备出微粉一般粒度分布较窄,且完全纯净,结构上没有缺陷,同时清洁的界面消除了杂质聚集引起的不良作用,有利于改善粒子的光、热、电和磁等性能,可广泛用于陶瓷、通讯、电子、激光技术等领域。

超临界流体干燥升温时,必须保持系统温度均匀,以保证凝胶中分散相完全转化为流体。凝胶中的液体达到临界状态需要一个稳定过程,以使各部分都达到临界条件,因此系统必须在超临界状态下保持一定时间(大约30分钟)。干燥结束后,必须在保持临界温度不变的条件下缓慢地释放出流体,使体系点沿着临界等温线变化,以防止临界流体逆转为液体。在溶剂交换和超临界干燥过程往往会有易燃的乙醇溶剂的蒸气释放出来,因此要注意安全问题。在放气完毕,须通保护气——氮气保护。这些都是超临界干燥过程中,必须注意的。

超临界流体干燥成本较高,条件苛刻,而且存在一定的安全隐患。这些很大程度上限制了该技术的推广使用。