第一节 气流干燥
?一、气流干燥流程与设备
?二、气流干燥器的型式
?三、气流干燥的特点和适用范围
?四、气流干燥的计算
一、气流干燥流程与设备
图13 -1 气流干燥流程
1- 空气过滤器 2 -预 热器 3 -干 燥管 4 -加 料斗 5 -螺 旋加料器
6-旋风 分离器 7-风 机 8-锁 气管 9-产品 出口
7
1
2
3
4
5
9
8
6
气
流
干
燥
流
程
图
气流干燥装置中除了干燥器本身
外，还包括：空气过滤器、风机、
加料斗、卸料器、分离器等附属
设备
干燥管：一般采用圆形，其次有
方形和不同直径交替的所谓脉冲
管。
为了充分利用气流干燥中的颗粒
加速运动段具有很高的传热和传
质作用来强化干燥过程，采用管
径交替缩小与扩大的脉冲气流干
燥管来达到。
压缩空气
物
料
压缩空气
物
料
脉冲干燥管
图1 3-2 脉 冲干燥管
热空气
加料器和卸料器对保证稳定的连续生产和成品质量很重要
闸板式 ( b ) 星型回转式 ( c ) 平板旋转式 （d ）螺旋输送式
（e ）闸阀式
图 1 3 - 3 加料器型式
二、气流干燥器的型式
? （一）按照加料方式分类
（ 1）直接加料型
（ 2）带分散机型
（ 3）带粉碎机型
? （二）按干燥管形状分类
（ 1）直管式
（ 2）变径管式
进料
热风
排料
图1 3-5 粉 碎机结构示意图
b c d
图 13 -6 干燥管形状
6
8
9
31
1
2
3
6
8
9
1 3
6
8
9
6
1
8
3
2
2
2
1
9
6
8
2
2
1
8
6
3
9
10
9
2
7
b
c d
e f
图 1 3- 4 气流干燥器型式
预热器 2 -加料器 3- 混合器 4 -分散机 5- 粉碎机 6 -干燥管 7- 分级器
8 -旋风分离器 9- 袋滤器 1 0- 空气净化器 1 1- 空气过滤 1 2、1 3- 风机
三、气流干燥的特点和适用范围
? 气流干燥有如下特点：
（ 1）可获得高度干燥的成品
（ 2）适用于热敏性物料的干燥
（ 3）热效率高
（ 4）热损失少
（ 5）设备简单，操作容易，投资少。
（ 6）操作稳定，便于自动化。
（ 7）干燥过程伴随着颗粒的空气输送，整个过程都连
续的，便于与前后工序衔接。
（ 8）可以有很大的装置规模。
四、气流干燥的计算
气流干燥的计算主要是计算干燥管的尺寸，即干燥管的长度与直径。确定干燥管长度的
方法有两种，一种是按同类型产品的工厂在生产上查定数据为依据，如测定在生产中干燥管
内的气流速度，物料与空气的接触时间来计算干燥管的长度。另一种方法，是按照理论进行
计算，下面着重介绍此方法,
（ 1 ）通过基尔比切夫准数求出物料的悬浮速度和干燥过程终空气与物料的给热系数 α 。
基尔比切夫准数
3
2
3
)(4
气
气
气粒
?
??
v
g
dK
i
?
?
(1 3 - 1)
式中 d —— 微粒平均直径,m,可用筛子分级，根据筛孔平均直径计算；
粒?
—— 微粒的平均密度,k g / m
3；
气?
—— 空气在干燥管内平均温度时的密度,k g / m
3；
气v
—— 空气在干燥管内平均温度时的运动粘度,m
2
/s 。
0.2
0.3
0.4
1
2
3
4
5
10
2
3
4
5
10
2
3
4
5
10
2
3
4
5
10
2
3
2
3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 3 4 5 10
2
2 43 5
3
10
浮
图 13-7 Re与Ki准数的关系
求得准数 K
i
后，可根据图 13 - 7 所示的关系求出颗粒悬浮雷诺准数
浮Re
，这样便可以求出颗
粒的悬浮速度。
d
v
w
气浮
浮
Re
?
,m / s （ 13 - ）
图 1 3-8 N u准数 与Re 的关系
0
50
100
Re浮
Nu
5
8
2
同时应用图 13 - 8 可以从雷诺准数
Re 浮
来查出努塞尔特准数
Nu
，这样就能确定空气与
物料颗粒之间的给热系数
?
。
Nu
d
?
? ?
气
（ 13 - 3 ）
式中
?气
—— 在平均温度时，空 气的导热系数,k J /（ m
2
· h ·℃）。
（ 2 ）微粒总表面积的计算
设微粒为规则的球形，表面积为,
2F n d?? （ 13 - 4 ）
式中
n
—— 每小时进入干燥管的微粒个数
3
6
G
n
d?
?
?
粒
式中
G
—— 干燥器的生产能力,kg/ h 。
所以
6 G
F
d ?
?
粒
,m
2
/h
（ 3 ）干燥时间的计算
物料与空气之间的平均温差为,
12
2
tt
t ?
?
? ? ?
（ 13 - 5 ）
式中
1t
—— 进入干燥器的热空气的温度，℃；
2t
—— 离开干燥器的热空气的温度，℃；
?
—— 干燥时的微粒的温度，即湿球温度，由 I - X 图查得。
空气传给物料的热量可用下列公式计算,
式中
''Q Q Q L I I?? 20损 - ( - )
Q
—— 空气加热器的损失,k J / h,
Q L I I? 10( - )；
Q 损
—— 干燥器的热损失,k g / h ；
'2I
—— 当初始空气湿含量为
0x
，离开干燥器的温度为
2t
时的热焓量。这样
'L I I20( - )
即表示空气在通过加热室和干燥器之后，仅本身温度升高而使其热焓量增加
的量（不计水蒸气带来的热焓量）,k J / h ；
I0
—— 初始空气的热焓量,k J / h ；
L —— 通过物料平衡计算得到的空气量,kg 干空气 /h 。
干燥过程所需要的时间按照下面的公式计算
3 6 0 0 'Q
Ft
?
?
?
?
,s
（ 4 ）干燥管的长度与直径的确定
()l w w??? 浮气
（ 13 - 6 ）
式中
l
—— 干燥管长度,m ；
w 气
—— 空气在干燥管内流速，根据物料性质选用，一般为 1 0 ~ 2 0 m / s ；
w 浮
—— 颗粒悬浮速度,m / s ；
所以
36 00 0,78 5
l
D
w ?
?
? ? ?
气气
式中 D —— 干燥管的直径,m 。
第二节 喷雾干燥
?一、气流喷雾干燥设备
?三、离心喷雾干燥设备
? 喷雾干燥是利用不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的
液体喷成雾状，形成具有较大表面积的分散微粒同
热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，
在几秒至几十秒内获得干燥。成品以粉末状态沉降
于干燥室底部，连续或间断地从卸料器排出。
?（－）压力喷雾法（又称机械喷雾法）
?（二）气流喷雾法
?（三）离心喷雾干燥法
一、气流喷雾干燥设备
?（一）气流喷雾干燥流程、特点
?（二）气流喷雾干燥塔的构造
2
4
8
7
6
5
成
品
热空气
废气
料
空
气
图 13-9 气 流喷雾干燥流程
1.6-过滤 器 2-空 气分配盘 3-袋滤 器 4-回 风管
5-电加 热器 7-瓷环 8-棉兰
3
2
3
4
5
热风
废气
图 1 3- 10 气 流式喷雾干燥塔
温度计 2- 扩散盘 3- 示镜 4- 人孔
5-成 品收集器
物料
空气
盘顶
图 13- 11 空 气分配盘
旋风方向
图 1 3- 12 气 流喷舞干燥喷咀
空气管 2 -压 紧螺帽 3 -喷 咀座 4 -压 紧螺帽
5-喷咀 6-进液 管 7-喷 咀口
1
2
3
4
5
6
三、离心喷雾干燥设备
? （－）离心喷雾干燥流程
1,间歇卸料的离心喷雾干燥流程
2,连续卸料的离心喷雾干燥流程
? （二）离心喷雾干燥设备的构造
1,喷雾室
2,喷雾机、喷盘的型式及构造
3,热风盘
? （三）喷雾装置的型式
1,并流干燥
2,逆流干燥
3,混合流干燥
（四）离心喷雾干燥设计计算
一般设计离心喷雾干燥时，都以喷矩决定干燥塔的直径，所以喷矩（或射程）是一个重
要的数据。目前只有用经验公式计喷矩，要计算它，首先要计算确定喷雾的大小，雾滴的初
速度和终速度等。
雾滴直径可用下列公式计算,
1
98.5
M
d
nR
?
?
?
（ 13 - 7 ）
式中 d —— 雾滴直径,m ；
n —— 喷盘转数,r/ m i n ；
R —— 喷盘的半径,m ；
M?
—— 物料的密度,k g / m
3；
? —— 表面张力,k g / m 。
空
气
蒸汽
3
1
液料
5
6
6
9
8
7
10
废气
图 13-13 离 心式喷雾干燥流程
空气过滤器 2-离 心通风机 3-空气 加热器 4-保 温炉 5-干燥 塔 6-温 度计
7-粉尘 回收器 8-旋 风分离器 9-料斗 10-离心 通风机
7
8
9
3
24
11
10
5
6
1
16
21
15
14
12
22
15
18
19
20
23
图 13-14 典型的喷雾干燥流程（丹麦）
供料罐 2-供料泵 3-供料管路 4-喷雾器 5-水罐 6-三通活门 7-空气过滤 8-鼓
风机 9-空气加热器 10-空气导管 11-干燥室 12-震动供料器 13气力输送系统 14-
出气导管 15-旋风分离器 16排风机 17-风帽 18-旋风分离器 19-贮罐 20-旋转阀
21-用于气力输送的风机 22-空气过滤 23-仪表嵌板 24-用于冷却喷雾器的风机
4
2
沿圆周2 4 孔均布
Ⅰ部详图
图 1 3 - 1 5 喷咀的型式
圆帽式喷盘
锥型喷盘喷枪式喷盘
Ⅰ
5
4
3
2
1
图 1 3- 16 热风盘构造
热风盘 2- 保温层 3- 风向调节板
4- 塔顶壁 5 -喷雾机座
物料
热风
废气
成品
废气和成品
热风
热风
物料
物料
热风
废气
成品
.
2.
3
图13-17 并 流干燥
向下旋转 2-向下 并流 3-向上 并流
废气
物料
热风
热风
成品
图 13- 18 逆 流干燥
废气 热风
物料
热风
废气
物料
成品
成品
1-旋 风式 2-喷 泉式
图 13 -19 混 合流干燥
2
雾滴离开喷盘的初速度等于雾滴瞬时径向速度
1u
与它离开喷盘的切线速度
R?
的合速
度。即,
22
1 ()u u R???初
0, 8 0, 4
0.4
1 0, 4 0, 9 5 0, 4 2 1, 4 3
0, 3 5
( 1 )
R
u
A A R
?
?
??
喷枪式的 A 值可近似按照下式计算,
0.35 0.25
0.8
0.09
()
K
rU
A
G
Z
?
（ 13 - 8 ）
式中
Kr
—— 喷枪出口半径,m ；
U —— 物料的运动粘度率,m
2
/s ；
G —— 物料流量,m
3
/s ；
Z —— 喷枪数
? —— 喷枪的角速度，弧度 /s 。
喷雾离开喷盘时的切线速度
R?
2
60
n
RR
?
? ?
雾滴运动的终速度按照雾滴的浮翔速度
BU
来考虑。
3
(1
18
M
B
dg
UU
U
??
?
?
??
室
终
空空
）
式中
? 空
—— 空气密度,k g / m
3；
U 空
—— 空气的运动粘度率,m
2
/s ；
雾滴的射程（或称为喷矩）可以用下面的公式求得
4
ln
3
M
Ud
S
U
?
??
?
初
空终
式中
?
—— 系数阻力，根据雾滴运动的雷诺准数决定。
当 Re ≤（层流）
4
Re
? ?
第三节 沸腾干燥与沸腾造粒干燥
?－、沸腾干燥原理、特点和型式
?二、单层卧式多室的沸腾干燥设备构造和操
作
?三、沸腾造粒干燥设备的原理、流程和设备
?四、沸腾干燥的计算
－、沸腾干燥原理、特点和型式
?沸腾干燥是利用流态化技术，即利用热的空
气使孔板上的粒状物料呈流化沸腾状态，使
水分迅速汽化达到干燥目的。
?沸腾干燥的特点是，传热传质速率高。
?沸腾干燥器有单层和多层两种。
二、单层卧式多室的沸腾干燥设备构造和操作
? 操作过程中可能出现沟流和层析现象，其主要原因是：
1,沟流
2,层析现象
物
料
2
3 4
8
7
6
5
9
10
图 1 3 - 2 0 卧式多室沸腾干燥器
空气加热器 2 - 料斗 3 - 风道 4 - 风口 5 - 成品出口 6 - 视镜 7 - 干燥室
8-旋风 分离器 9-细 粉回收器 10-离心 通风机
废气
三、沸腾造粒干燥设备的原理、流程和设备
? 影响产晶颗粒大小的因素有下列几种：
1,停留时间的影响
2,摩擦的影响
3,干燥过程温度的影响
2
3
5
6
7
8
4
9 10
图1 3 - 2 1 葡萄糖浓缩液沸腾造粒干燥流程
1 - 抽风机 2 - 旋风分离器 3 - 收集器 4 - 分级筛 5 - 灯孔 6 - 干燥器 7 - 喷嘴
8-空 气加热器 9-离 心通风机 10-过 滤器 11-保 温槽
空气
压缩空气
蒸汽
返料
2
2
5
6
7
1
5
3
4
4
4
9
图13-22 沸 腾造粒干燥塔构造
测压器 2-料 液喷入口 3-人 孔 4-窥 镜
5-测 温口 6-出 料口 7-灯 孔
8-加 料口 9-热 空气入口
四、沸腾干燥的计算
（ 1 ）临界流化速度
临界流化速度是指床层开始膨胀，达到初始流态化时的气体速度。由下式计算,
1, 8 2 0, 9 4
3
0, 0 6 0, 8 8
()
9, 3 1 0
ss
mf
d
v
??
??
? ?
??
（ 13 - 9 ）
式中
mfv
—— 临界流化速度,m / s ；
sd
—— 颗粒的直径,m ；
s?
—— 颗粒密度,k g / m
3
?
—— 气体密度,k g / m
3
?
—— 气体黏度,Pa · s 。
也可以用以下方法计算,
mf
mf
s
Re
v
D
?
?
?
（ 13 - 10 ）
式中
mfRe
—— 临界流化速度下的雷诺准数
1 4 0 0 5, 2 2
mf
Ar
Re
Ar
?
?
Ar —— 阿基米得德准数。
3
2
ss
dg
Ar
??
?
?
（ 2 ）操作流化速度
操作流化速度
v
应大于临界流化速度
mfv
而小于带出速度
tv
，可由下式求取,
mfv K v?
（ 13 - 11 ）
或
( 0, 2 0, 8 ) tvv??
（ 13 - 12 ）
式中
v
—— 操作流化速度,m / s ；
K —— 流化系数,K 的上限值范围一般为 1 0 ~ 1 8,下限值范围为 2 ~ 3 ；
tv
—— 颗粒带出速度,m / s
tv
可以用下面的方法求得,
t
t
s
Re
v
d
?
?
?
式中
tRe
—— 带出速度下的临界雷诺准数；
1 8 0, 6
t
Ar
Re
Ar
?
?
（ 3 ）流化床几何尺寸
流化床层高度
fH
与操作时的床层空隙率
f?
有关，与原始床层高度
sH
及空隙率
s?
有
关，由下列公式计算,
1
1
s
fs
f
HH
?
?
?
?
?
（ 13 - 13 ）
式中
fH
—— 流化床层高度,m ；
sH
—— 原始床层高度,m ；
sH
= 0, 0 5 ~ 0, 3 0 m ；
s?
—— 原始床层空隙率；
f?
—— 流化床层空隙率；
f?
= 0, 5 5 ~ 0, 7 5 。
若流化速度
v
已知，
f?
可由下列公式计算,
2
0, 2 11 8 0, 3 6
()
f
R e R e
Ar
?
?
?
（ 13 - 14 ）
且
s
dv
Re
?
?
?
考虑到空气中可能带有一些颗粒，因此，实际上干燥室高度
H
应该大于流化床的高度
fH
，设计时可取,
2 fHH?
为了进一步减少粉尘的带出，还可在干燥室顶部加一段扩大段，扩大段的高度可约等于
扩大段的直径。扩大段的直径应根据最小粉尘部被带出的速度来计算。
干燥室直径 D 由下式计算,
4
3600
V
D
v?
?
（ 13 - 15 ）
式中
V
—— 空气流量,m
3
/h ；
D —— 干燥室直径,m 。
床层开孔率一般为 4 % ~ 6 %,孔径常为 1, 5 ~ 2, 5 m m,处理粉状物料时可在筛板上铺金属
丝网，以免物料泄露。
（ 4 ）物料在干燥器内停留时间,
2
2
00
3 6 0 0 ( 1 )
9 0 0 ( 1 )
4
s s s
s s s
HD
HD
GG
?
??
? ? ?
?
?
?
??
（ 13 - 16 ）
式中 ? —— 物料在干燥器内停留时间,s ；
0G
—— 加料量,k g / h 。
第四节 真空干燥和真空冷冻干燥
?一、真空干燥
?二、真空冷冻干燥
一、真空干燥
?凡是不能经受高温，在空气中易氧化、易燃、
易爆等危险性物料，或在干燥过程中会挥发
有毒有害气体以及在被除去的湿分蒸汽需要
回收等场合，可采用真空干燥。
?（一）真空干燥器的类型
1．箱式真空干燥器
2．搅拌真空干燥器
3．滚筒真空干燥器
5
6
4
3
2
图 13 -2 3 箱式真空干燥器
1- 冷凝水出口 2 -外 壳 3 -盖 4 -空 心加热板
5-真空 接口 6-蒸汽 进口
1 2
3
4
图13-24 搅拌 真空干燥器
1-蒸 汽加热夹套 2-搅 拌器 3- 排气口 4-盖
3
2
4
5
6
7
8
1
9
图1 3- 25 滚 筒真空干燥器
1-滚 筒 2－ 汽液分离器 3 －排气口 4－ 甩料滚子 5 －液膜控制器
6－进 料口 7 －挡板 8－ 螺旋出料器 9－ 刮刀
二、真空冷冻干燥
? （一）真空冷冻干燥的原理及特点
? （二）真空冷冻干燥过程设备
? （三）冷冻干燥的计算
? （四）真空冷冻干燥技术的发展历程
冻结物料
水蒸气
泵冷却 系统
冷凝器
加 热系 统冷 却系 统
真空干燥器
预冻结装置
图13 -2 7 冷却干燥的过程
1
12
11
10
5
6
4
3
2
8
7
9
图13-28 LGJ-A型冷冻干燥机流程图
1-干燥室 2-冷凝器 3,4-冷凝器用冷冻机 5,6-前级泵 7-后级泵
8-加热器 9-风扇 10-预冻用冷冻机 11-油循环泵 12-油箱
1
4
2
3
图13 -2 9 蒸 汽压缩制冷流程图
1-膨 胀阀 2-蒸 发器
3-压 缩机 4-冷 凝器
5
3
6
8
7
4
2
1
9
图1 3 - 3 0 双级压缩制冷系统
1 - 低压汽缸 2 - 中间冷凝器 3 - 分离器 4 - 高压汽缸 5 - 冷凝器
6,8-膨 胀阀 7-高 压蒸发器 9-低 压蒸发器
图1 3 - 3 1 隧道式冷冻干燥器
1
2
3
8
7
6
图13- 32 连续冷冻干燥器
3
4
1
4
3
2
图13-33 连 续式冷冻干燥器
1 - 入口密封门 2 - 干燥室 3 - 冷阱 4 - 卸料室
冷冻干燥的时间由下式估算（推导从略）
2
12
()
2 ( )
ss
di
L x x l
TT
?
?
?
?
?
?
（ 13 - 17 ）
式中
?
—— 干燥时间,s ；
sL
—— 在
iT
温度下升华热,k J / m
3；
s?
—— 干物料密度,k g / m
3；
l —— 干物料层厚度,m ；
? —— 干燥层导热系数,k W / (m ·℃ ) ；
1x
—— 物料出始湿度,kg （ H
2
O ） / （ kg 干料）；
2x
—— 干燥料湿度,kg （ H
2
O ） / （ kg 干料）；
dT
—— 干燥室温度，℃；
iT
—— 冻结物料汽化表面温度，℃。