真空干燥設備

一、真空干燥設備簡介
真空干燥就是通過降低干燥室的壓力以降低濕分的沸點，達到在低溫下干燥的目的。工業干燥器按其加熱方式可分為傳導式和對流式兩大類。回顧工業干燥器的發展，又可分為幾個階段，五十年代以前，主要是以傳導式（例如箱式烘箱、真空干燥箱）為主。從手工裝卸料發展到半機械化、機械化和連續式干燥。五十年代以后，干燥技術的開發為滿足工業干燥的處理量大、高效、連續化、自動化的要求，重點進行了對流式干燥器的研究和開發。到七十年代初，對流式干燥器已取代傳導式干燥器的主導地位。但隨著工業的發展，在節能、環保、潔凈等方面，對干燥器提出新的要求，而這些又是對流式干燥器一時難以解決的要求，因而傳導式又得到新的發展。從七十年代到八十年代初，各種新型的傳導式干燥器（例如多層帶式真空干燥器、雙錐回轉干燥器、葉片式、振動式干燥器等）取代對流式干燥器逐漸增多。當然為適應對節能、環保、潔凈的要求，對流式也在設法加以改進，例如將傳導式加熱面與流化干燥器結合起來等等。
真空干燥器屬于傳導式干燥，即將冷凝器、真空泵與傳導式干燥器配套，形成真空干燥裝置。由于真空干燥具有干燥溫度低、干燥速率大、節能、設備密閉防污染等特點，因而傳導式干燥器大部分可設計成真空干燥裝置。真空干燥在生物制品、藥品、飲品以及熱敏性物料、氧敏性物料、溶劑回收待干燥中起到獨特作用。
（一）真空干燥器的分類
隨著工業技術的不斷發展，大多數采用密閉和接近密閉型的常壓干燥設備都被設計成真空干燥設備。種類繁多，結構各異。其分類方法也不相同。按操作方式分，則可分為間歇式和連續式；按干燥過程中物料的狀態分，則可分為靜止型、翻動型、攪動型和振動型；按干燥機理分，可分為蒸發型和升華型。由于真空干燥設備能用較低的溫度得到較高的干燥速率，能在低溫下干燥熱敏性物料，也可以干燥氧敏性物料。或有燃燒危險的物料，適用于干燥含有溶劑或有毒氣體的物料。溶劑回收容易，能將物料干燥成很低的水分，并可用于低含水率物料的進一步干燥，使真空干燥技術得到很大發展。因而成為目前干燥設備中主要類型之一。
工業上使用的真空干燥設備約有二十幾種，表2-1將常見的十多種真空干燥器按結構分類進行介紹。

表2-1 真空干燥設備的結構與特性簡介
序號 干燥器類型 處理量 生產方式 投料狀態 物料停留量間 干燥時物料狀態 造價
粉粒狀 塊狀 片狀 膏糊狀 粘稠狀
1 箱式 小 間歇 適 適 適 適 適 長 靜止 廉
2 圓筒箱式 小 間歇 適 適 適 適 適 長 靜止 廉
3 圓筒攪拌型 中 間歇或連續 適 否 否 適 適 較長 攪動 較廉
4 雙錐回轉式 中、小 間歇 適 否 適 否 否 較短 翻動 較廉
5 小型回轉型 小 間歇 適 否 適 否 否 短 翻動 較廉
6 刮板薄膜型 中、小 連續 否 否 適 適 最短 薄膜 貴
7 雙滾筒型 小 連續 否 否 適 適 短 翻動 較貴
8 葉片型 大 連續 否 否 適 適 較長 翻動 貴
9 立式多層圓盤型 中、大 連續 適 否 適 否 否 短 翻動 較廉
10 中空軸耙式 中 間歇 適 否 適 適 否 較長 攪動 廉
11 帶式 中 連續 適 否 否 適 適 長 移動 較貴
12 EV型立式 小 間歇 適 否 否 適 適 較長 振動 貴
13 VU型立式 中、小 間歇 適 否 適 適 否 較長 振動 較貴
14 微波 小 間歇 適 適 適 否 否 短 靜止 貴
15 回轉列管 中、小 間歇 適 否 否 適 適 較短 翻動 較貴
16 斜筒回轉 小 間歇 適 否 適 否 否 較短 翻動 較廉
盡管真空干燥設備有多種形式，但有兩點是共同規律，一是真空干燥器多是傳導傳熱為主，多數干燥均無固體回收系統。二是多數干燥器都設有加熱夾套，對結構設計和加工質量要求都很高。真空干燥處理的多為附加值高的物料。
為了便于選型和設計參考，現將各種真空干燥設備的結構及特性介紹如下：
1.箱式真空干燥器
箱式真空干燥器也稱真空箱式干燥器，是常用的適應性很強的真空干燥設備。箱式真空干燥器除具有真空干燥器的特點外，其更適用于少量、多品種物料的干燥，物料不破損并且干燥過程中不產生或很少產生粉塵。因此，尤其適用于藥廠中對多品種、小批量藥品干燥的要求。該干燥器是由長方形的密閉干燥廂所組成，廂內裝有許多水平放置的夾層加熱板或加熱列管。在板（管）中通入蒸汽、熱水或其它載熱體，盛有被干燥物料的干燥盤放置在加熱板（管）上。利用加熱板（管）與裝料盤進行熱傳導。水汽及空氣用真空泵自干燥廂吸入冷凝器中，蒸汽在冷凝器中與空氣分離，空氣用干式真空泵抽出。下面是一組真空干燥器的主要參數：
處理量：200~900kg/批；
原料堆積密度：0.5~4kg/l；
溫度：60~150℃；
干燥時間：2~16h；
干燥面積：15~35m2；
真空度：260~500pa；
動力：2.2~11kW。
箱式真空干燥器見圖2-36。

圖2-36箱式真空干燥器
2.圓筒箱式真空干燥器
本干燥器是由一個或二個半身圓筒體所組成。兩個半身之間用螺栓擰緊。筒體內裝有四個真空的蒸汽柱，其中1~2個位于筒體的一側，用法蘭與筒體上面的管口連接，以供加熱蒸汽進入。另外1~2個位于筒體的另一側，可與筒體下面的管口連接，作為排出冷凝液之用。
加熱一般采用列管，列管和支撐列管的管架皆用不銹鋼管子制成。管架下部設有滾輪，可將管架自由移出圓筒體外，以便對空筒內壁及加熱管架進行刷洗清理。筒體上裝有特制的滑塊式安全裝置，即使在真空泵停機而加熱管內的蒸汽大量泄漏的情況下，也能確保干燥器的安全。
圓筒形真空干燥器與以往使用的熱空氣烘箱和箱式真空烘箱相比較，均有很大的技術進步。為了防止產品在輸送過程中受到污染，干燥器的長度可達3m以下，把非潔凈區與潔凈區聯接起來，不僅避免了產品受到污染，而且又可節省輸送時間。
國產圓筒式真空干燥器的技術參數：
筒體內徑：φ1400mm；
筒體總容積：3.5m3；
加熱面積：13m2；
管架層數7；
盤數：盤每次可裝料42盤（采用400×600×90）；
加熱蒸汽壓力：0.05～0.3Mpa。
圓筒箱式真空干燥器設備結構見圖2-37。

圖2-37
1—圓筒體 ；2、3—蒸汽管 ；4—加熱板 ；5—支柱 ；6—蒸汽進口 ；7—接管口 ；8—冷凝液 ；9—支承臂 ；10—豎軸承 ；11—軸節
3．圓筒攪拌型真空干燥器
此干燥器為臥式圓筒型，內有回轉攪拌槳，筒體夾層內用蒸汽、溫水或熱油加熱。中心軸及攪拌槳可加熱，以避免物料粘附并且增加傳熱面積。從強度來看，圓筒型比較適合于真空操作，加熱面積也較大。若從清掃或維修來看則圓筒型不方便，也有使用槽型的。攪拌槳的型式有螺旋型、雙螺旋型、槳型、加熱盤管型及加熱圓盤型等，應根據物料特性來選擇。
干燥操作有連續式和間歇式，大部分為間歇式。對于間歇操作，應考慮攪拌效果和自動排料，多采用從中心軸伸出長短二種臂，并在臂端用螺栓連接成雙螺旋攪拌槳。回轉時短臂的槳葉將物料推向外，長臂的槳葉則將物料送至中心，使物料均一攪拌。干燥結束后，開啟中央排料口并繼續攪拌，隨著物料的減少，短臂失去作用，物料在短時間內被自動排出。連續干燥時，在干燥器前后設置加料斗、出料槽和真空系統。用旋轉閥或換向閥進行定量加料和連續排料。此外，為了確保其滯留時間，攪拌槳的結構及排料口堰板應安置適當。
物料的填充率約為下半圓筒體積的0.9~1.2倍。攪拌速度用槳端圓周速度表示，一般為12~30m/min，最高為40m/min。另外，當有熱載體通過軸時，軸封的結構應能耐熱膨脹。
對于淤漿狀、糊狀和粉粒狀物料均能使用，也能用于含水率低的物料的進一步干燥。尤其適用于維生素或抗生素等熱敏性物料的低溫干燥。對必須完全干燥的成型合成樹脂以及微粉碳和在空氣中易于燃燒乃至爆炸的含有有機溶劑的物料也均適用。間歇操作時，處理量約為100kg乃至幾噸。當干燥粘附性物料或含水率高的物料以及處理量大時，采用圓筒攪拌型較為適宜。圓筒攪拌型真空干燥器設備結構見圖2-38。

圖2-38
1、2、5—蒸汽入口 ；3—加料口 ；4—布袋除塵器； 6—排氣口 ；7、9、11—排空口 ； 8—清掃口 ；10—排料口 ；12—長臂螺旋槳 ；13—短臂螺旋槳
4．刮板薄膜真空干燥器
實際上是將刮板式薄膜蒸發器移植于真空干燥操作上，附夾套的圓筒內，垂直安裝一根旋轉軸，軸上部安有斜槳式捕液槳和加料盤，在加料盤下部分段安裝活動式刮板。在旋轉軸離心力的作用下，刮板可緊貼筒內壁旋轉，將料刮成薄膜或將干燥物從壁上刮下，由底部出料口排出。抽真空口與真空系統相連。
這種干燥器的優點是由于物料在傳熱壁上呈不斷攪動的薄膜狀，其傳熱系數是所有真空干燥器中最高的。物料在器內停留時間僅數十秒，因此特別適用于熱敏性的物料。由于有蒸發段，因此可用于濃稠狀、膏糊狀物料的干燥。缺點是僅適用于中小量的物料干燥，設備單位體積的傳熱面很小，設備過大其結構處理困難。刮板薄膜真空干燥器設備結構見圖2-39。

圖2-39刮板薄膜真空干燥器
1—油泵 ；2—主軸 ；3—抽真空口 ；4—蒸汽進口 ；5—捕液槳 ；6—進料口 ；7—加料盤 ；8—刮板 ；9—冷凝水出口 ；10—出料口
5．雙滾筒真空干燥器
這種干燥器在真空下操作，真空度可達700mmHg。熱載體采用0.01~0.05Mpa的低壓蒸汽。在這種條件下，排氣溫度可降低到40℃，適用于熱敏性物料的干燥。
它是由兩個鋼制的滾筒所組成，滾筒固定在空心軸上，兩滾筒在軸承內相向旋轉。加熱蒸汽經過連接管和軸壁與末端向下彎曲的內管間的環隙空間進入滾筒的空腔內。由滾筒空腔沿管排出冷凝液，經連接接管流入冷凝管線內。滾筒封閉在外殼內，其側壁上裝有帶視鏡的封閉的入孔。
需干燥物料借擺動加料器經過加料接管口進入干燥器。并落在加料槽后均勻輸送至滾筒。干物料用刮刀從滾筒表面刮下，刮刀的位置用壓緊螺絲的手輪來調節，物料落入位于滾筒下方的圓錐形斗里，經此進入最后干燥器中。
干燥器的滾筒是由電動機經過減速器帶動運轉。首先借助于鏈條傳動使中間水平軸旋轉，然后再借助于齒輪轉動帶動滾筒運轉。鏈條傳動的大鏈輪是裝于減速器的軸上，小鏈輪和小齒輪是裝在中間軸上，而大齒輪是裝在滾筒上，擺動加料器的運轉也是由中間軸傳遞。雙滾筒真空干燥器結構見圖2-40。

圖2-40雙滾筒真空干燥器結構簡圖
1—滾筒 ；2—視鏡 ；3—外殼 ；4—加料管 ；5—壓緊螺釘手輪 ；6—刮刀 ；7—下料斗 ；8—排濕口 ；9—加料槽 ；10—蒸汽進口 ；11—出料口
6．葉片式真空干燥器
此設備是臥式長槽，槽截面為U型，頂部拱形蓋用法蘭與槽連接，槽體外有夾套通入蒸汽予以加熱。槽內有二只平行空心軸，軸上有螺旋葉片，葉片內為空心，可通入蒸汽加熱，加熱蒸汽主管及通入葉片的支管和蒸汽冷凝水均在空心軸內進出。
這種干燥器主要用于膏糊狀物料。兩只軸旋轉方向相反，螺旋葉片在干燥過程中有三種作，一是加熱，二是攪動物料，三是輸送物料。采用雙螺旋可以防止物料在輸送過程中的“打滑”現象（即物料不會產生粘附在螺旋軸葉上隨軸轉動而不前進的現象）。
器頂設有進料口和抽真空排氣口，此口與器外冷凝器和真空泵相連接。干燥成品由器底的排出口排出。
此設備為連續操作，特別適用于粘稠或膏糊狀熱敏性物料干燥，干燥強度和處理量都比較大。缺點是結構較復雜，制造和檢修較困難。該設備也稱槳葉式干燥機，只是在真空狀態下工作。
7．立式多層圓盤式連續真空干燥器
一根垂直的回轉軸裝有徑向臂和單排的耙，以螺旋線型式輸送物料，通過靜止的兩種直徑不同的不銹鋼板。此板下面的夾套內用液體介質或蒸汽加熱。小的板有內邊圈，大的板有外邊圈，交替安置。這種安排，使物料從小板的外緣落到大板上，在大板上物料被輸送到內緣后落到下面一塊小板上，在小板上物料又被耙向外邊緣。每塊板或每組板能各自加熱或冷卻，這樣可正確地控制物料溫度，可在干燥過程中調整溫度的分布。能避免熱敏性物料的熱分解和在干燥后可以進行冷卻。通過抽真空，把蒸發出的揮發組分從干燥器中除去，并可用簡單的冷凝器回收溶劑。設備結構在傳導傳熱干燥器中有過介紹。
8．EV型立式真空干燥器
EV型（二檔雙葉攪拌）立式真空干燥器為解決化學工業中普遍存在的間歇干燥問題所設計的。它的主要應用范圍為精細化學產品、有機染料、食品以及藥品的中間體。適用于粒狀、晶狀以及膏狀物料的干燥或直接蒸發溶劑的物料干燥，也適合于強熱敏性、有毒的、易氧化的以及有爆炸危險的物料干燥。其主要特點是，由于持續的混合和大的熱交換表面使得干燥過程加快。
本干燥器是由一個帶倒置拱形底的圓筒形立式殼體所組成，采用外殼加熱，載熱體為熱水、蒸汽或熱油。內部是在偏心位置和不同的高度上固定兩個相互具有刮削葉片作用的水平物料破碎，因而使物料達到理想的混合。倒置拱形底的外邊緣裝有一個出料口，以使混合槽的物料全部排出。圓筒形殼體是在其上部設有一拱形蓋來達到密閉，用法蘭連接，蓋上裝有袋式過濾器用的接管以及儀表用的各種接管。
干燥時攪拌葉片能將物料混合均勻，又能保證干燥產品的出料。蒸汽進入袋式過濾器，過濾袋由一只振動機構帶動可連續使濾袋振動而防止阻塞。蒸汽進入冷凝器內，可液化的組分被冷凝并加以回收，不可冷凝的組分由真空泵排出。干燥結束后產品可以直接在干燥器內冷卻，外殼內通冷水。設備結構見圖2-41。

圖2-41 V型立式真空干燥器

1—進料口 ；2—出料口 ；3—蒸汽進口 ；4—冷凝水出口 ；5—半管加熱 ；6—攪拌軸 ；7—槳葉 ；8—干燥器殼體 ；9—袋式過濾器 ；10—電機 ；11—變速箱 ；12—真空吸入管 ；13—溶劑冷凝器 ；14—溶劑回收器
9． VU型立式真空振動流動干燥器
該干燥器是近幾年新開發的干燥設備型式之一。現已有定型系列產品，其規格為20~1900L共7種。最主要的特點是在真空條件下進行間歇操作，采用夾套加熱，熱量分布均勻。物料在干燥器內干燥均勻，從而加快了干燥速率。其次是物料在振動狀態下，與干燥器的熱傳導面加大，強化了傳熱、傳質，因而縮短干燥時間，顆粒間的摩擦很小，顆粒晶形完整。
本干燥器是一個密閉的容器，外部設有加熱夾套。在干燥器底部中央有一個鐘形帽，呈環狀，其作用既可防止物料在底部形成死角，又加強了環狀流動。干燥器安裝在裝有彈簧的四根支柱上，在裝置底部兩側裝有兩個偏心電機，通過彈簧由偏心馬達產生振動，使整個干燥裝置處于振動狀態。物料在干燥器內的流動狀態是沿著半徑方向上下流動，并又作圓周方向回轉，在干燥同時產生均勻的混合。因此該干燥器不僅能節約能源，而且對改進工藝操作和提高產品質量都是有利的。設備簡圖見2-42。

圖2-42 VU真空振動流動干燥器簡圖
1－真空排出口；２－進料口；３－出料口；４－偏心電機
10．微波真空干燥器
微波真空干燥器對于昂貴、有毒和熱敏性藥物來說，是一種較為理想的干燥裝置。在低壓條件下，用微波能干燥藥品，尤其是對含水和含極性溶劑的固體物料，由于吸收了微波能，液體迅速蒸發，熱效率特別高。
本設備的干燥室是一個用拋光不銹鋼制成的圓筒體，前面有門，被干燥物料先裝于一個帶孔的料盤中，從門口放入座架上，然后提升到干燥室。真空度為35~40mmHg，微波發生器裝入不銹鋼制的密封件，放在干燥室的上部內，密封件下面是一只開孔的聚丙烯板，微波能從此孔進入干燥室空間。干燥器有空氣冷卻的磁控管，每管有單獨的開關，在磁控管與聚丙烯板開孔處之間有一只作橢圓旋轉的振動器，以使微波能在干燥室內有一個平穩的反射場，避免產生熱點。操作人員通過控制屏進行干燥控制。微波能被物料中的液體吸收后，物料中含濕量逐漸下降，而游離的或分解出來的微波能也逐漸增加。當游離能在穩定場中比預定值高時，可逐個關閉磁控管開關，使物料達到要求和均勻的最終含濕量，這時也可通過測定物料床溫來控制干燥終點。因微波真空干燥的物料溫度平穩，物料盆中心與四邊溫度在50℃時，溫差為±2.5℃。為了確保操作人員安全，干燥室一直是處于關閉狀態，在正常的真空度下，微波能泄出量甚少。當真空度達到預定值時，所有微波能都被隔除。
11．回轉式列管真空干燥器
回轉式列管真空干燥器結構是附外夾套的滾筒內，設置許多帶翅片的加熱管。加熱蒸汽及冷凝水由轉軸內中心管接通加熱管，干燥過程所產生的蒸汽由上述中心管的外套管引出，經冷凝器冷凝，不凝性氣體由真空泵排出。干燥筒外面夾套內也通入蒸汽加熱，整個干燥筒內由電機齒輪、滾輪傳動作滾動運動。物料在加熱管間受熱翻動進行干燥，屬于間歇生產設備。
這種真空干燥器傳熱面積大，物料在干燥過程不停翻動，因而干燥速率大，缺點是物料容易短路，蒸發的蒸汽排放速率小，氣固分離不完善。
二、多層盤式連續干燥機
多層盤式連續干燥機是一種高效的傳導型干燥設備，其獨特的結構和工作原理決定了它具有熱效率高、能耗低、占地面積小、配置簡單、操作控制方便、操作環境好等特點，廣泛應用于化工、醫藥、農藥、食品、飼料等行業。
一根垂直的回轉軸裝有徑向臂和單排的耙，以螺旋線型式輸送物料，通過靜止的兩種直徑不同的中空不銹鋼盤，此盤的夾套內用液體介質或蒸汽加熱。小盤有內邊圈，大的盤有外邊圈，交替安置。這種安排，使物料從小盤的外緣落到大盤上，在大盤上物料被輸送到內緣后落到下面的小盤上，在小盤上物料又被耙向外邊緣。
濕物料自加料器連續地加到干燥機上一層干燥盤上，帶有耙葉的耙臂作回轉運動使耙葉連續地翻抄物料。物料沿指數螺旋線流過干燥盤表面，在小干燥盤上的物料被移送到外緣，并在外緣落到下方的大干燥盤外緣，在大干燥盤上物料向里移動并從中間落料口落入下一層小干燥盤中。大小干燥盤上下交替排列，物料得以連續地流過整個干燥機。中空的干燥盤內通入加熱介質，加熱介質形式有飽和蒸汽、熱水和導熱油。加熱介質由干燥盤的一端進入，從另一端導出。已干物料從最后一層干燥盤落到殼體的底層，最后被耙葉移送到出料口排出。濕分從物料中逸出，由設在頂蓋上的排濕口排出，由底層排出的干物料可直接包裝。通過配加翅片換熱器、溶劑回收冷凝器、袋式過濾器、干料返混機構、引風機等輔機，可提高其干燥機的生產能力，干燥膏糊狀和熱敏性物料，每塊盤或每組盤能各自加熱或冷卻，可正確地控制物料溫度，可在干燥過程中調整溫度的分布。能避免熱敏性物料的熱分解和在干燥后可以進行冷卻。通過抽真空，把蒸發出的揮發組分從干燥器中除去，可方便地回收溶劑，并能進行熱解和反應操作。
應用范圍
本機已成功應用的物料有用：氯尿酸、三聚氰胺、硬脂酸鹽、蒽醌、硝基蒽醌、苯胺、PC樹脂、輕質碳酸鈣、納米級超細碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鋁、碳酸鍶、碳酸鋇、立德粉、保險粉、硫酸鋇、硫酸鉀、硫酸鎳、氫氧化鋰、氫氧化鎳、氯化鋇、氯化鈣、碳酸鋰、硫酸鋅、氨芐青霉素、鄧鹽、左旋苯甘氨酸及中間體、頭孢氨噻、頭孢三嗪、蛋白飼料、酒精糟、微晶纖維素等產品。

三、雙錐真空干燥機
雙錐形回轉式真空干燥機是80年代初開發成功的一種傳導傳熱型干燥設備，在真空狀態下工作。具有節能，高效，縮短操作時間，減輕勞動強度，減少損失和雜物混入，能獲得較高純度產品的設備。雙錐形干燥機目前已經有系列化產品，常用的容積有500L、1000L、1500L。常用材質有不銹鋼和搪玻璃，近幾年該干燥機廣泛用于醫藥、化工、食品等行業。
本干燥器是使有夾套的對稱圓錐型容器回轉，并借助于內部的提升器或圓錐體本身的傾斜不斷翻動、混合，通過回轉接頭由空心旋轉軸的一側進入蒸汽或熱載體，干燥器內頂部設有帶過濾網的排氣管，此管從另一端的軸中心排出氣體。一面保持其真空度，一面利用間接和輻射加熱進行干燥。
這類干燥器能達到高真空度，內部結構簡單、清掃容易、物料也能全部排出。此外，因容器本身回轉壁面上無積料，故傳熱系數較高。與隔板型相比干燥時間短，與攪拌型相比物料的磨損少，能得到優質產品。進料的充填率以干燥器全容積的30%~50%為合適，但對于干燥前后容積有很大變化的物料其充填率可達65%。回轉數以******回轉直徑為基準，可取臨界回轉速度的30%左右。此外，因在回轉干燥器中物料亦轉動，粉塵不可避免地要進入排氣管，因此排氣管的彎曲部分及通向外部的排氣管等結構應易于打掃。在物料顆粒沒有破碎的條件下作進一步干燥時，則以雙錐回轉型較為合適。
（一）雙錐形回轉式真空干燥機的特點：
1．雙錐形回轉式真空干燥機適用粉狀和粒狀物料的干燥（不適用粘狀，漿狀等物料的干燥）。
2．進料的含水率在15%左右。一般可從離心機脫水后，濕粉直接進入干燥機內。若有結塊可用打粉機粉碎后再行干燥。
3．該干燥機可以用來干燥含水或含結晶水以及含溶劑的物料。而且溶劑可以回收利用，既節約又安全。
4．該干燥機特別適用于熱敏性物料的干燥。因為夾套除用蒸汽加熱外，可用熱水來加熱，也可用冷水來冷卻。干燥機內抽真空，也可根據工藝要求調節真空度，溫度，干燥時間。
5．該機適用于對晶體形狀有嚴格要求的物料。因為干燥機材質是不銹鋼或搪玻璃。內壁光滑，每分鐘轉速4~6轉，物料以“菱形規跡”運動，沒有物料晶體之間的沖擊，不會破球晶體形狀。
6．該干燥機使干燥粉體受熱均勻。可以得到含水率低于0.5%~0.1%以下的物料。干燥前后色級相同，其他質量指標穩定。
7．該機物料干燥后，夾套要通冷卻水冷卻到常溫出料。還可以用來混合物料，替代混合機。設備結構見圖2-43。

圖2-43設備結構簡圖

1—真空管接口 ；2—溫度計 ；3—機械密封 ；4—安全罩 ；5—保溫層 ；6—回轉接管 ；7—排空口 ；8—蒸汽入口 ；9—Ｌ型溫度計 ；10—變速電機
四、氣提式雙錐真空干燥機
雙錐回轉真空干燥機（下簡稱傳統型雙錐機）是80年代初涌現出來的一種新型、高效、節能型干燥設備，目前已為化工、制藥、食品、輕工、建材等行業廣泛使用。由于該機的雙錐形干燥容器內無任何攪拌機構，內壁光滑如鏡、輪廓流暢，出料快速干凈，器壁不會粘結物料，因而可完全滿足制藥生產的不混批、無異物的要求；且可在真空下干燥，因而特別適合熱敏性物料、含溶劑物料的干燥。機器運轉時噪音小于60dB，結構又符合制藥生產的GMP要求，因而在制藥、食品等行業中備受親睞。
（一）工作原理
傳統型雙錐干燥機工作原理是借助于容器自身的回轉運動，使器內物料舉起、落下，形成上下翻動和左右返混的運動。這種運動使與夾套傳熱壁接觸的物料不斷更新、不斷地獲得熱量，以使物料中的水分蒸發。水汽進入容器上部空間后被外置的真空泵抽出，物料慢慢地就被干燥。
因此，傳統的雙錐干燥機的干燥速率主要取決于兩個要求：即器壁與物料間的傳熱速率和中心物料與周壁物料之間的返混速率。在大型機中往往后者是起決定性作用的。
我們開發的氣提式雙錐干燥機的工作原理如圖2-44所示。氣提式雙錐機的干燥容器是一端為氣體分布板，而另一端為進（出）料口。濕物料加入容器后，使雙錐容器轉到圖形所示位置，即分布板端向下。這時機器不回轉（也可作慢速回轉，通常控制在2~3r/min）。開氣提閥，使被加熱到120~150℃的熱空氣經分布板吸入器內。氣體穿過物料層，當流速大于粉粒料的臨界流化速度時，雙錐容器內的固定床即會變成流化床。因該床下部幾何形狀為錐體，中央氣體流速高于邊上流速，故形成了噴泉式流化床。床中央是氣流溝道，粉粒在中央溝道中被拋到上部空間，然后籍助重力沿周壁回落入床層，經錐形部分重新進入中央溝道，如此周而復始，不斷循環。在噴泉床中氣固兩相充分接觸，傳熱、傳質系數大大高于傳統的雙錐干燥機。熱空氣溫度可調，一般情況下，初始含水率較大的物料，氣提風溫可高一些。根據對潔凈度的不同要求，可在氣提風吸入口處安裝不同規格的微孔空氣過濾器。當容器內物料的含水率接近臨界含水率時（一般物料在3%~5%左右），即在恒速干燥將結束、降速干燥將開始時，可停止氣提，使機器回轉，這時，物料進入真空干燥階段。這階段與傳統的雙錐干燥機一樣，即僅依靠器壁加熱物料，籍真空抽出蒸發的濕分。
由于氣提式雙錐干燥機在恒速干燥階段采用了熱空氣與器內物料直接接觸，氣提脫水。雖然氣提風溫較高，但是此時物料溫度不會大于熱空氣的濕球溫度。器內物料呈噴泉流化床狀態，其高的傳熱、傳質系數使此階段的干燥速率大大提高，從而也大大縮短了總的干燥時間。此外由于噴泉床中心與周壁間物料的返混極快，整個床層溫度基本一致，不存在溫差。這消除了造成物料結塊、成團的外部條件，并為雙錐式干燥機的大型化開創了廣闊的前景。
（二）結構特點
氣提式雙錐干燥機在結構上有以下特點：
1．雙錐干燥容器內外光潔，輪廓線條流暢，無死角或凹陷，不會發生積料、掛料現象，符合GMP要求；
2．氣提分布板采用新型結構。在氣提停止時，不會發生分布板漏料或堵眼現象；
3．出料口采用新型的快開蓋，操作十分方便，結構緊湊，自重小，密封可靠；
4．真空管、加熱蒸汽管等與回轉的雙錐容器之間的連接采用新型的雙球面旋轉密封接頭；
5．容器內藏的過濾器上的濾袋可定期反吹（或反吸），從而可除去附著在濾袋表面的粉粒料，使氣提風量或抽真空能力不會發生衰減；
6．容器上開有真空吸料口，從而使加料操作變得十分容易。這對平面型布置的操作流程是十分有用的。

圖2-44氣提式雙錐干燥機流程布置圖
1—氣提式雙錐干燥機 ；2—外置除塵器 ；3—冷凝器 ；4—受液槽 ；5—真空泵 ；6—微孔過濾機 ；7—空氣加熱器
五、真空冷凍干燥技術的現狀和發展趨勢
冷凍干燥機也有多種型式，根據被干燥物料的特點設計出多種結構，但基本以傳導傳熱、間歇工作為主。冷凍干燥技術是研究在真空與低溫環境下，被冷凍干燥物料內、外傳熱傳質過程、特點和規律的學科。它研究的內容包括冷凍干燥設備、冷凍干燥工藝、冷凍干燥理論和冷凍干燥技術的應用。冷凍干燥技術的發展需要真空、制冷、加熱、液壓、食品、醫藥、生物、材料以及自動控制等技術的支持，屬于交叉學科共同研究的領域。
近十幾年來，我國冷凍干燥技術的發展很快，冷凍干燥設備的生產從無到有，從引進消化到獨立自主設計，其性能指標、規模和自動化程度都接近了國際先進水平，生產廠家已經發展到了十幾家。冷凍干燥產品的品種和數量逐年增加，冷凍干燥工藝在不斷完善，冷凍干燥食品、醫藥和生物制品的生產廠達幾十家，產品除國內市場需求之外，已經能出口創匯。研究冷凍干燥理論的人也越來越多，已經有十幾所大學和科研單位在研究冷凍干燥技術。冷凍干燥的研究不斷取得進展，近年發表有關文章數十篇，出版多部專著。冷凍干燥技術的應用領域已經從食品工程、醫藥工程和生物工程擴大到生命科學、材料科學和納米材料等高新技術領域。
（一）醫藥用冷凍干燥機
藥品冷凍干燥包括西藥和中藥兩部分。西藥冷凍干燥在國內已經開展起來，較大型的制藥廠都有冷凍干燥設備，很多針劑都采用了冷凍干燥工藝，提高了藥品質量和貯存期限，給醫患雙方都帶來了利益。但目前冷凍干燥藥品的品種不多，冷凍干燥產品價格較高，干燥工藝不先進。今后研究的方向應該是在保證產品質量的前提下，如何提高冷凍干燥效率，縮短干燥時間，節約能源。
中藥冷凍干燥在國內還沒有開展起來，目前還只局限在人參、鹿茸、山藥、冬蟲夏草等少量中藥材的冷凍干燥，大量的中成藥還沒有采用冷凍干燥工藝，這與國外的差距很大。日本幾年前就開展了“漢藥西制”，改變了中藥的熬制方法，解決了中藥不能制成針劑或片劑的傳統，解決了中藥不治急病的難題，我國中藥冷凍干燥工藝的研究很有潛力。
醫藥用冷凍干燥機主要用于血清、血漿、疫苗、酶、抗生素、激素等藥品的生產；生物化學的檢查藥品、免疫學及細菌學的檢查藥品；長期保存血液、細菌、動脈、骨骼、皮膚、角膜、神經組織及各種器官等。藥品冷凍干燥的目的是藥品不變質、易長期儲存；容易實現藥劑定量準確；容易復水再生；容易進行無菌化操作，可大批量無菌化生產；能保持疫苗等活菌活毒的活性；能實現角膜等組織的復活再植。
（二）食品用冷凍干燥機
冷凍干燥食品能******限度的保持新鮮食品原有的色、味、香、形狀和營養成分。由于冷凍干燥食品在真空中升華干燥，因此能抑制細菌的活性，適于食品的長期儲運，復水性好。冷凍干燥食品特別適合于做成方便食品、營養食品、功能食品和保健食品。
食品種類繁多，冷凍干燥后要求其色、香、味、形狀和營養成分基本不變。前幾項好檢查，最后一項檢查比較難，到目前為止還沒有對冷凍干燥食品營養成分損失給出定量的標準，各食品廠都沒有檢查設備。在眾多的冷凍干燥食品中，只有對大蒜的冷凍干燥工藝研究比較成熟，明確指出：大蒜冷凍干燥的******工藝參數因冷凍干燥機不同而異。對于熱量從冷凍層傳導的冷凍干燥設備，******壓力為6.7Pa左右，******料層厚度為1cm左右，加熱介質溫度約為53℃，冷阱溫度最好為負60℃左右。同時給出了“脫水大蒜技術要求”。食品冷凍干燥工藝的研究方向應該是******冷凍干燥工藝曲線和冷凍干燥產品質量品質的檢查方法。
目前冷凍干燥機可冷凍干燥的食品有：
① 蔬菜類：菠菜、元蔥、香菇、豌豆、黃瓜、蘆筍、青刀豆、胡蘿卜和山野菜等；
② 水產品類：魚、蝦、海帶和各種貝類等；
③ 水果類：香蕉、蘋果、草莓、菠蘿、哈密瓜和各種桃類等；
④ 肉制品類：牛肉、羊肉、雞肉、牛肝、雞肝和豬肝等；
⑤ 調味品類：蔥、姜、蒜、香料等；
⑥ 補品類：咖啡、果珍、花粉、鱉粉、蜂王漿等；
⑦ 中草藥：人參、鹿茸、鹿鞭、山藥、靈芝、天麻、地黃、枸杞、冬蟲夏草等。
（一）真空冷凍干燥的基本原理
真空冷凍干燥（簡稱凍干）是先將濕物料凍潔到冰點以下，使水分變成固態的冰，然后在較高的真空度下，使冰直接升華為水蒸汽，再用真空系統中的水汽凝結器將抽出的水蒸汽冷凝，從而獲得干燥制品的技術。實現這種干燥工藝的設備，通稱真空冷凍干燥設備（機）。
干燥就是要去除制品中的水分，研究干燥的原理當然就應該研究水的特性。水的三態變化溫度是與壓力有直接關系，隨著壓力的降低，冰點變化不大，而沸點則愈來愈低，逐漸與冰點靠近。當壓力低到某一值時，沸點即與冰點相重合，固態冰就可以不經液態而直接轉化為氣態，這時的壓力稱為三相點壓力，相應的溫度稱為三相點溫度。
（二）真空冷凍干燥技術的特點
真空冷凍干燥技術和其它干燥法相比，有如下優點：
1．干燥是在水的三相點壓力以下進行的，物料處于高度缺氧狀態；干燥又是在低溫下進行，物料不會過熱。因此，這種方法特別適于極為熱敏和極易氧化的物料的干燥。例如，用于干燥食品，可以保留新鮮食品的色、味、香和維生素C等營養物質。
2．由于物料在升華脫水以前先經凍結，形成穩定的固體骨架，所以水分升華汽化后，固體骨架基本保持不變，干制品不失原有的固體結構，保持著原有的形狀。多孔結構的制品具有很理想的速溶性和快速復水性。
3．由于物料中水分在預凍以后以冰晶的形態存在，原來溶于水中的無機鹽類溶解物質被均勻地分配在物料之中。升華時，溶于水中的溶解物質就析出，避免了一般干燥方法中因物料內部水分向表面遷移所攜帶的無機鹽在表面析出而造成表面硬化的現象。
4．因物料處于凍結狀態，溫度很低，所以供熱的熱源溫度要求不高，采用常溫或溫度不高的加熱器即可滿足要求。如果冷凍室和干燥室分開時，干燥室不需絕熱，不會有很多的熱損失，故熱能的利用很經濟。
真空冷凍干燥技術的主要缺點是成本高。由于它需要真空和低溫條件，所以真空冷凍干燥機要配置一套真空系統和低溫系統，因而投資費用和運轉費用都比較高。
（三）真空冷凍干燥技術的應用現狀
1.醫藥工業
在醫藥工業中真空冷凍干燥技術主要用于血清、血漿、疫苗、酶（例如復蛇抗栓酶），抗生素，激素等藥品的生產過程中。還用于生物化學的藥品、免疫學的檢驗藥品、細菌學的檢驗等臨床檢驗藥品的干燥。
在醫藥工業中應用真空冷凍干燥技術的目的在于藥品不變質，可以長期保存；容易實現藥劑定量準確；容易進行無菌化操作，可以大批量無菌化生產。
2.食品工業
真空冷凍干燥技術常用于干燥咖啡、果汁等高檔食品，特別適用于干燥草莓、整蝦、雞丁、磨菇片以及象豬、牛排等大型塊片，制造速熟食品，膨化食品等。食品采用真空冷凍干燥的目的在于保持食品的色、味、香、營養和形狀不變，便于長期貯存和運輸。
3.生物體的保存
應用真空冷凍干燥技術可以長期保存血液、細菌、動脈、骨髂、皮膚、角膜和神經組織等各種器官。因為進行干燥時生物體沒被破壞，所以生物體保存起來還象原來那樣具有生命，如果再加水，生物體又能復活。
4.實驗動物的處理
在醫藥品的研制過程中，一旦發現新的化合物，為了證實該種化合物在體內的代謝途徑，需反復進行動物實驗，這時，往往將化合物用放射同位素標記，即能得到明確的數據。但用放射性同位素跟蹤實驗后的動物處理都是一個大問題。過去用福爾馬林浸泡保藏，隨著廢棄物的增多，現在已經采用真空冷凍干燥把動物脫水，在專用焚燒爐中處理。
5.微粉末的干燥
在國外，由于真空技術和冷凍技術比較先進，真空冷凍干燥技術應用的時間比較早，范圍比較廣。以食品工業為例，60年代初期，歐美和日本等工業發達國家已發展到有相當規模的工廠二十多家，到1965年又發展到50多家，它們的產品除供應軍需以外，還用于宇宙飛行、登山、地質勘探、遠途旅行、家庭應用等各個方面。
在我國，最早的真空冷凍干燥技術也是用于生物制品，用來生產各種獸醫藥品和抗生素，以后又用于血液制品。1967年以后開始用于食品的冷凍干燥。但應用面還比較窄，規模比較小，數量比較少。