食品干燥原理

1、第12章 食品干燥原理,本章的學(xué)習(xí)目的與要求,能夠完成食品干燥最佳工藝優(yōu)化工作；,掌握濕空氣的熱力學(xué)性質(zhì)，熟練使用焓濕圖；,掌握食品材料的水分性質(zhì)，能夠設(shè)計(jì)計(jì)算干燥設(shè)備；,了解食品真空冷凍干燥技術(shù)原理與裝備。,12－1 濕空氣的熱力學(xué)性質(zhì),絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度,濕含量,濕空氣的比熱容和比體積,濕空氣的熱含量,干球溫度、濕球溫度和露點(diǎn)溫度,絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度,,濕含量,,比熱容和比體積,,,熱含量,,干球溫度、濕球溫度、露點(diǎn)溫度,12－2

2、焓濕圖,,兩種圖的關(guān)系,,前次課堂內(nèi)容的簡(jiǎn)單回顧,濕空氣＝干空氣+水蒸氣,濕空氣的濕含量d、熱含量h、比熱容cp、比體積vH是以含1kg干空氣的濕空氣所具有的量。,濕球溫度是絕熱飽和溫度，露點(diǎn)溫度是等濕飽和溫度。,12-3 濕物料的性質(zhì),水分性質(zhì),組織結(jié)構(gòu)束縛,分子間力的束縛,自由水,化學(xué)結(jié)合水,物理化學(xué)結(jié)合水,濕物料的含水量,,濕基水分,,水分活度,平衡水分 Me,12-4 常壓熱風(fēng)干燥,L,T0,d0,Φ0,h0,Θ1,MW1,m1

3、,Θ2,MW2,m2,L,T2,d2,Φ2,h2,L,T1,d1,Φ1,h1,干燥計(jì)算 ——質(zhì)量衡算,求解：水分蒸發(fā)量；所需要的空氣量；所需要的熱量；濕物料添加量;風(fēng)機(jī)功率等。,已知：干制產(chǎn)品量；產(chǎn)品含水量；濕物料含水量。,干燥計(jì)算 ——質(zhì)量衡算,注意：將濕空氣參數(shù)與物料變量結(jié)合起來(lái)，在它們之間進(jìn)行著傳熱與傳質(zhì)。,干燥計(jì)算 ——熱量衡算,,,,,,,,熱損

4、失分析,廢氣帶走熱量；,物料帶走熱量；,什么情況下h1＝h2？什么情況下h2>h1？,從干燥器表面散失的熱量；,干燥器內(nèi)設(shè)施加熱的熱量；,干燥器熱效率、干燥效率和蒸發(fā)效率,,熱效率,蒸發(fā)效率,干燥效率,例題-1,空氣的溫度為30℃，露點(diǎn)溫度為12℃，問：1）當(dāng)冷卻到16℃時(shí)，相對(duì)濕度為多少？ 2）有600m3的空氣，當(dāng)溫度從30℃冷卻到2℃時(shí)，能失去多少kg水？,,例題-2,溫度為16℃，相對(duì)濕度為65％的空氣被加熱到38℃，通過

5、食品料層后排出的廢氣相對(duì)濕度為90％，求1）每kg空氣需要多少熱量？2)每kg空氣去掉多少食品中的水分？,要在10小時(shí)內(nèi)將42000kg含水率為24％的物料干燥至15.5％，如果干燥空氣從溫度為5℃，相對(duì)濕度為60％的環(huán)境狀態(tài)下加熱至43℃，試確定風(fēng)機(jī)的風(fēng)量（m3/h）。假定從該物料中排出的廢氣相對(duì)濕度為98％，問需要多大的加熱器(kJ/h)？,例題-3,解題步驟分析,或者,12-5 干燥理論,物料干燥過程的推動(dòng)力和阻力,,熱風(fēng)干燥和輻

6、射干燥接觸干燥和微波干燥,表面汽化控制和內(nèi)部擴(kuò)散控制,表面汽化控制：,內(nèi)部擴(kuò)散控制：,粉末食品，結(jié)構(gòu)疏松食品，干燥初始階段,大塊狀食品，結(jié)構(gòu)致密食品，干燥后期階段，易形成致密膜食品，畜肉制品等,干燥過程,預(yù)熱階段 等速干燥階段降速干燥階段緩蘇階段冷卻階段,等速干燥計(jì)算,,降速干燥,,例題,用10％蔗糖溶液處理過的蘋果片的干燥實(shí)驗(yàn)曲線，實(shí)驗(yàn)條件是：空氣平行流過蘋果片，流速3.65m/s。干燥開始40min，所用空氣的干球溫度

7、76.7℃，濕球溫度37.8℃。之后，所用空氣的干球溫度71.1℃，濕球溫度43.3℃。蘋果片初始濕基水分為85.4%，堆放厚度0.0127m，求干燥至濕基水分13％時(shí)所用的時(shí)間。,解：1)將實(shí)驗(yàn)曲線圖(a)轉(zhuǎn)換成圖(b)。          2)從例題附圖(b)可知，降速干燥階段存在兩個(gè)階段，即第一降速階段和第二降速階段。因此，應(yīng)采用式(12-

8、48)計(jì)算所用時(shí)間。,,3)由已知條件確定公式中各參數(shù),,4)由圖確定公式中各參數(shù),,,,,課堂小結(jié),熟練常壓熱風(fēng)干燥計(jì)算方法，掌握物料水分計(jì)算方法和空氣參數(shù)計(jì)算間的關(guān)系，熟練應(yīng)用濕空氣焓濕圖解決干燥計(jì)算問題。,干燥過程中存在兩種控制：即表面汽化控制和內(nèi)部擴(kuò)散控制，如何調(diào)控使干燥過程達(dá)到最佳是食品工程師的任務(wù)。,了解常用的干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)與特性。,思考題,圖12-5 當(dāng)相對(duì)濕度5%和10%與溫度線100℃相交后，為什么與濕含量無(wú)關(guān)？能用公式

9、說明嗎？,對(duì)于以表面汽化控制為主的材料，在干燥工藝設(shè)計(jì)時(shí)如何提高干燥速率？,物料中的水分在向外遷移時(shí)，什么時(shí)候以氣態(tài)為主，什么時(shí)候以液態(tài)為主？,為什么干燥完成后，還要冷卻？,冷凍干燥原理,1Torr（托）＝1mmHg＝133Pa,冬天結(jié)冰衣服風(fēng)干？,真空冷凍干燥　1、增加壓差2、減少阻力,凍干過程,除自由水（游離水）,除束縛水（結(jié)合水）,傳熱控制過程：熱量不足引起升華速率下降。傳質(zhì)控制過程：水蒸汽擴(kuò)散的阻力大，引起壓力和溫度上升，

10、使凍品融化。King提出的URIF(uniformly retreating ice front)兩個(gè)假設(shè)：1）冰晶在凍品中分布均勻；2）升華界面后移所形成的多孔層是絕對(duì)干物質(zhì)。首先建立水蒸氣在多孔干燥層內(nèi)部的干燥方程：干燥表面至冷阱表面的摩爾質(zhì)量擴(kuò)散方程：,穩(wěn)態(tài)傳熱與傳質(zhì),共晶點(diǎn)、共溶點(diǎn)、塌陷溫度與玻璃化溫度,,優(yōu)質(zhì)：基本保持食品原有的色、香、味、形，維生素和蛋 白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失少。方便：食用或加工前，復(fù)水快，

11、可直接食用或烹調(diào)。不用冷藏：密封包裝后，可在常溫下長(zhǎng)期貯存、運(yùn)輸和銷售。重量輕：滿足宇航、旅游等人員需求。成本高：凍干食品成本是熱風(fēng)干燥食品的4～6倍。,凍干食品的特點(diǎn),藥品冷凍干燥技術(shù)與其它干燥方法相比具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：凍干在低溫下進(jìn)行，能最大程度避免生物蛋白、激素、疫苗等藥品中的活性成份產(chǎn)生變性或失去生物活力。凍干在真空下進(jìn)行，氧氣含量小，能使藥品中易氧化的物質(zhì)得到保護(hù)。藥品中的揮發(fā)性成份能得以盡可能的減少。藥品中

12、微生物的生長(zhǎng)和酶的作用幾乎無(wú)法進(jìn)行。藥品凍干后能最好地保持藥品原來(lái)的形狀。藥品凍干后具有較好的復(fù)水性。凍干可除去藥品中95%以上的水分，使其能在室溫或相對(duì)較高溫度下長(zhǎng)期保存。凍干設(shè)備的初期投資較大、凍干過程能耗較高,主要組成,清洗,,,消毒,,,,,壓力與蒸氣體積(冷阱的必要性）,結(jié)構(gòu),凍干機(jī)結(jié)構(gòu),,,食品凍干工藝,預(yù)凍方法（制冷部分1）,機(jī)內(nèi)：機(jī)外：慢速凍結(jié)快速凍結(jié),捕水器與凍干機(jī)性能（制冷部分2）,捕水器是凍干系統(tǒng)中

13、能耗最大的部件升華階段負(fù)荷大，解析階段負(fù)荷小。捕水器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵之一真空阻力小，結(jié)霜量大且均勻，易融霜是設(shè)計(jì)目標(biāo)。,真空與系統(tǒng)性能,真空度過高，雖然降低全壓，但對(duì)傳熱不利。真空泵抽出系統(tǒng)滲入的不凝性氣體捕水器抽出水蒸氣開始階段真空泵負(fù)荷大,加熱系統(tǒng),供熱不足：升華熱補(bǔ)充不上，造成凍干品溫度下降，飽和蒸氣壓隨之下降，在捕水器溫度不變情況下，水蒸氣驅(qū)動(dòng)壓差減小。供熱過多：升華界面容易融化，此外，升華干燥層可