食品干燥技術(shù)裝備

1、1第七章 食品干燥技術(shù)裝備p3262GB1509195 食品工業(yè)基本術(shù)語 干燥：drying，從食品或食品原料中除去水分的過程，有自然干燥（曬干、風(fēng)干）和人工干燥（常壓加熱干燥、真空加熱干燥、紅外干燥、微波干燥、冷凍升華干燥等）。 脫水：dehydration，用人工方法從食品或食物原料中除去水分的過程。（同義詞：人工干燥）3干燥的目的干燥的目的 延長貯藏期 - 經(jīng)干燥的食品，其水分活性較低，有利于在室溫條件下長期保藏，以延長食品的市場(chǎng)供給，平衡產(chǎn)銷高峰; 用于某些食品加工過程以改善加工品質(zhì) - 如大豆、花生米經(jīng)過適當(dāng)干燥脫水，有利于脫殼(去外衣)，便于后加工，提高制品品質(zhì)；促使尚未完全成熟的

2、原料在干燥過程進(jìn)一步成熟; 便于商品流通 - 干制食品重量減輕、容積縮小，可以顯著地節(jié)省包裝、儲(chǔ)藏和運(yùn)輸費(fèi)用，并且便于攜帶和儲(chǔ)運(yùn); 干制食品常常是救急、救災(zāi)和戰(zhàn)備用的重要物質(zhì)。4食品干燥過程控制食品干燥過程控制達(dá)到一定的水分要求（入倉前干燥后的糧食所含水分可以保證不生霉變質(zhì)，此稱為糧食安全水分 ）保持或改善食品品質(zhì)控制條件和方法以獲得最低能耗5第一節(jié)第一節(jié) 食品干燥的基本原理食品干燥的基本原理一、食品濕物料與含濕氣體濕物料的狀態(tài)與物理性質(zhì)含濕氣體二、物料與空氣之間的濕熱平衡吸附與解吸等溫線平衡濕度與吸附濕度干燥過程物料水分的變化三、干燥過程的濕熱傳遞食品干燥過程的特性干燥過程濕物料的濕熱傳遞影

3、響濕熱傳遞的主要因素6食品干燥的基本原理 濕物料的狀態(tài)濕物料的狀態(tài) 按濕物料的外觀狀態(tài)和物理化學(xué)性質(zhì)則可分為兩大類： a. 濕固態(tài)食品物料濕固態(tài)食品物料 塊狀物料，如馬鈴薯、切塊胡蘿卜等； 條狀物料，如刀豆、馬鈴薯?xiàng)l、香腸等； 片狀物料，如葉菜、肉片、蔥蒜頭片、餅干等； 晶體物料，如葡萄糖、味精、檸檬酸、砂糖等； 散粒狀物料，如谷物、油料種籽等； 粉末狀物料，如淀粉、面粉、乳粉、豆乳粉等 b. 液態(tài)食品物料液態(tài)食品物料 膏糊狀物料，如麥乳精漿料、冰淇淋混料等 液體物料，如各種抽提液、懸浮液、乳濁液和膠體溶液等7食品干燥的基本原理 食品干燥過程食品干燥過程 將能量傳遞給食品(傳熱過程) 促使食品

4、物料中水分向表面轉(zhuǎn)移并排放到物料周圍的外部環(huán)境中，完成脫水干制的基本過程(傳質(zhì)過程) 濕熱的轉(zhuǎn)移是食品干燥原理的核心問題8影響濕熱傳遞的主要因素影響濕熱傳遞的主要因素(一一)食品物料的組成與結(jié)構(gòu)食品物料的組成與結(jié)構(gòu) (1)食品成分在物料中的位置 (2)溶質(zhì)濃度 (3)結(jié)合水的狀態(tài) (4)細(xì)胞結(jié)構(gòu) (二二)物料的表面積物料的表面積 (三三)空氣的濕度空氣的濕度 (四四)空氣的溫度空氣的溫度 (五五)空氣的流速空氣的流速 (六六)大氣壓力或真空度大氣壓力或真空度 (七七)物料干燥溫度物料干燥溫度9第二節(jié) 噴霧干燥技術(shù)裝備 一、噴霧干燥的原理及特性 噴霧干燥是利用不同的霧化器將溶液、乳濁液、懸濁液或

5、含有水分的膏糊狀物料在熱風(fēng)中噴霧成細(xì)小的液滴，在它下落的過程中，水分被蒸發(fā)而成為粉末狀或顆粒狀的產(chǎn)品，在單一工序中同時(shí)完成噴霧與干燥兩種工藝過程。10（一）噴霧干燥原理 在干燥塔的頂部導(dǎo)入熱風(fēng)，同時(shí)將料液泵送至塔頂，經(jīng)過噴成霧狀的液滴，這些液滴群的表面積很大，與高溫?zé)犸L(fēng)接觸后水分迅速蒸發(fā)，在極短的時(shí)間內(nèi)便成為干燥產(chǎn)品，從干燥塔底部排出。熱風(fēng)與液滴接觸后溫度顯著降低，濕度增大，作為廢氣由排風(fēng)機(jī)抽出，廢氣中夾帶的微粉用分離裝置回收。11（二）噴霧干燥的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)： (1)干燥速度十分迅速；（2）干燥過程中的液滴溫度不高，產(chǎn)品質(zhì)量較好；（3）產(chǎn)品具有良好的分散性、流動(dòng)性和溶解性；（4）生產(chǎn)過程簡化，

6、操作控制方便；（5）防止發(fā)生公害，改善生產(chǎn)環(huán)境；（6）適宜于連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)；（7）容易改變操作條件，控制和調(diào)節(jié)產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)；（8）可以滿足對(duì)產(chǎn)品的各種要求。 缺點(diǎn)： （1）設(shè)備比較復(fù)雜，一次投資大；（2）在生產(chǎn)小粒徑的產(chǎn)品時(shí)，廢氣中約夾帶有20左右的微粉，需要選用高效的分離裝置，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，費(fèi)用較貴；（3）設(shè)備體積龐大，對(duì)生產(chǎn)衛(wèi)生要求高的產(chǎn)品，設(shè)備的清掃工作量大；（4）設(shè)備的熱效率不高，熱消耗大，熱效率一般約為3040，動(dòng)力消耗大。12（三）液滴的干燥特性 在噴霧干燥過程中，即使初速度很高，但由于液滴很小，其雷諾系數(shù)Re一般都很低的，約在1012范圍以內(nèi)。小于50um的液滴，雖以1001

7、50m/s的相對(duì)速度運(yùn)動(dòng)，其Re也不超過200。當(dāng)液滴速度很快地衰減到與氣流的速度相等時(shí)，其Re小于2。 雷諾系數(shù)是表征流體流動(dòng)特性的一個(gè)重要參數(shù)。流體流動(dòng)時(shí)的慣性力Fg和粘性力(內(nèi)摩擦力)Fm之比稱為雷諾系數(shù)。用符號(hào)Re表示。 13（四）對(duì)噴霧干燥機(jī)的要求14二、噴霧干燥器的分類（一）按生產(chǎn)流程分類1.開放式噴霧干燥系統(tǒng)p329載熱體在這個(gè)系統(tǒng)中只使用一次就排入大氣中，不再循環(huán)使用。適用于廢氣中濕含量較高，無毒無臭氣體。152.封閉循環(huán)式噴霧干燥系統(tǒng)p32916 載熱體在這個(gè)系統(tǒng)中組成一個(gè)封閉的循環(huán)回路，有利于節(jié)約載熱體、回收有機(jī)溶劑、防止大氣污染，載熱體大多使用惰性氣體（如氮、二氧化碳）。

8、173.自惰循環(huán)式噴霧干燥系統(tǒng) 系統(tǒng)中有一個(gè)自制惰性氣體的裝置。184.半封閉循環(huán)式噴霧干燥系統(tǒng)19（二）按噴霧和氣體流動(dòng)方向分類 并流、逆流、混流三種 1.并流型噴霧干燥器 在噴霧干燥室內(nèi)，液滴與熱風(fēng)呈同方向流動(dòng)。這類干燥器特點(diǎn)是被干燥物料允許在低溫情況下進(jìn)行干燥。由于熱風(fēng)進(jìn)入干燥室立即與噴霧液滴接觸，室內(nèi)溫度急降，不會(huì)使干燥物料受熱過度，因此適宜于熱敏性物料的干燥。排出產(chǎn)品的溫度取決于排風(fēng)溫度。在食品工業(yè)中，如牛奶、果汁、雞蛋液等物料的干燥大多數(shù)采用并流型噴霧干燥。20212.逆流式噴霧干燥器 在噴霧干燥器內(nèi)，熱風(fēng)與液滴呈相反方向流動(dòng)，其特點(diǎn)是高溫?zé)犸L(fēng)加入干燥器內(nèi)首先與將要完成干燥的粒子接

9、觸，使內(nèi)部水分含量達(dá)到較低的程度，物料在干燥器內(nèi)懸浮時(shí)間長，適于含水量高的物料干燥，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意氣流速度小于成品粉粒懸浮速度，以防粉粒被廢氣夾帶。常用于壓力噴霧場(chǎng)合。223.混合流型噴霧干燥器 這種裝置是氣流與霧滴的運(yùn)動(dòng)方向成垂直，或氣流有一個(gè)方向（從上向下），而霧滴有兩個(gè)方向（即從下向上，然后從上向下）。氣流與產(chǎn)品較充分接觸，并起擾動(dòng)，脫水效率較高，耗熱量較少，但產(chǎn)品有時(shí)與濕的熱空氣流接觸，故干燥不均勻。如果設(shè)計(jì)不好，往往會(huì)造成氣流分布不均勻、內(nèi)壁局部粘粉嚴(yán)重等缺陷。23（三）按霧化方法分類 1.壓力式噴霧干燥器 恒流高壓泵+噴嘴242.離心式噴霧干燥器253.氣流式噴霧干燥器26三、霧化器

10、的結(jié)構(gòu)及機(jī)理 噴霧干燥時(shí)，霧滴大小和均勻程度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響很大，霧滴平均直徑為2060um，霧滴過大達(dá)不到干燥要求，過小則會(huì)由于干燥過度而變質(zhì)，因此使料液霧化所用的霧化器是噴霧干燥設(shè)備的關(guān)鍵部件。用于食品工業(yè)的霧化器主要有三類：壓力式、離心式和氣流式。27（一）壓力式霧化器1.霧化機(jī)理 液體從單一孔中經(jīng)加壓后獲得霧化，演變過程見圖。液滴從管孔中滴下時(shí)管滴的液滴質(zhì)量增加，當(dāng)能克服其表面張力時(shí)，就出現(xiàn)現(xiàn)象。 當(dāng)管端流量增大時(shí)，形成液柱，液滴落下的周期變長，這種狀態(tài)稱作為；液柱端部發(fā)生徑向分速度引起縱向振動(dòng)，使。液柱長度隨著液流速度的增加而變化，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，由于液柱的縱向振動(dòng)反而

11、使液柱長度變短，這種液流不安定的狀態(tài)稱為。2829 因此，越靠近軸心，旋轉(zhuǎn)速度越大，其靜壓力越小，結(jié)果在噴嘴中央形成一股壓力等于大氣壓的空心旋流，而液體則形成，液體靜壓能在噴嘴處轉(zhuǎn)變?yōu)橄蚯斑\(yùn)動(dòng)的液膜的動(dòng)能，從噴嘴噴出。液膜伸長變薄，最后分裂為小霧滴。這樣形成的液霧為空心圓錐形，又稱空心錐噴霧。液體的分散度取決于噴嘴結(jié)構(gòu)、溶液流出的速度及壓力和溶液的物理性質(zhì)表面張力、粘度、密度等。 圖714為壓力式噴嘴操作示意圖，圖中（1）為壓力分布情況，（2）為噴嘴內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)情況。302.壓力式霧化器的形式與結(jié)構(gòu) 壓力式霧化器俗稱壓力噴嘴，在結(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)是使運(yùn)動(dòng)，即液體，然后由噴嘴高速噴出由噴嘴高速噴出。

12、結(jié)構(gòu)形式較多，以漩渦式和離心式最為常用。3132(3)具有多導(dǎo)管漩渦式壓力噴嘴 是漩渦式壓力噴嘴的改良型，噴嘴上面套入多孔板，使進(jìn)入漩渦室的液流均勻通過切線導(dǎo)管，從而產(chǎn)生中空錐形均勻霧滴。結(jié)構(gòu)見圖718所示。3334壓力式霧化器的主要優(yōu)點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)簡單，操作時(shí)無噪音，制造成本低，維修、更換方便，動(dòng)力消耗較小；（2）改變了噴嘴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，容易得到所需要的噴矩形狀；（3）大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)可以采用多噴嘴噴霧。采用多噴嘴時(shí)，必須注意噴頭分布的距離，相臨噴嘴距離過近，導(dǎo)致粒度不均。對(duì)于力度要求均勻的產(chǎn)品，最好采用單一的大孔徑噴嘴。35壓力式霧化器的主要缺點(diǎn)36（二）離心霧化器37料液流量與液滴的形成3839

13、2.離心式霧化器的形式與結(jié)構(gòu)404142 （5）噴嘴內(nèi)其它形式 離心霧化器噴嘴的其他形式有噴槍形（1）、錐形（2）和圓帽形（3）等。433.離心霧化器的特點(diǎn) 離心霧化器的優(yōu)點(diǎn)是液料通道大，不易堵塞；對(duì)料液的適應(yīng)性強(qiáng)，高粘度、高濃度的料液均可；操作彈性大，進(jìn)液量變化正負(fù)25時(shí)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量無大的影響。 缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高；動(dòng)力消耗比壓力式大；只適于順流立式噴霧干燥設(shè)備。44（三）氣流式霧化器452.形式與結(jié)構(gòu)4647484950（四）三種霧化器的比較與選擇1.三種霧化器的比較51522.霧化器的選擇準(zhǔn)則53四、噴霧干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)（一）噴霧干燥器的組成及設(shè)計(jì)原則1.噴霧干燥器的組成噴霧干燥設(shè)備的

14、主體是噴霧干燥室，室內(nèi)裝有霧化器，熱風(fēng)分配器以及刮粉、出料裝置等。干燥室上開有進(jìn)、排氣口，出料口以及人孔、視燈等。另外，為了消除和減少物料的粘壁現(xiàn)象，設(shè)備中設(shè)置了粘壁清掃裝置。噴霧干燥器的附屬設(shè)備有空氣加熱器、分離器、空氣過濾器和卸料裝置等。54 通過壓力或離心力將通過壓力或離心力將液態(tài)液態(tài)或或漿質(zhì)態(tài)漿質(zhì)態(tài)的的食品噴成霧狀液滴，懸浮在熱空氣氣流食品噴成霧狀液滴，懸浮在熱空氣氣流中進(jìn)行脫水干燥的過程。中進(jìn)行脫水干燥的過程。霧化系統(tǒng)霧化系統(tǒng)干燥室干燥室噴霧干燥機(jī)噴霧干燥機(jī)55噴霧干燥室 分為箱式和塔式兩大類，因處理物料不同、受熱溫度不同、熱風(fēng)進(jìn)入和出料方式不同結(jié)構(gòu)形式也不同。 干燥室按材料不同可分

15、為金屬結(jié)構(gòu)和鋼筋水泥結(jié)構(gòu)以及內(nèi)有襯里的磚木結(jié)構(gòu)。 廂式干燥室又稱為臥式干燥箱，用于水平方向的壓力噴霧干燥，少見。 塔式干燥室適用于離心、壓力、氣流噴霧等，其底部有錐形底、平底和斜底三種，對(duì)于處理具有吸濕性，具有熱塑性的物料，為防止干粉粘壁，應(yīng)當(dāng)在塔壁附設(shè)冷卻措施，或者由塔的圓柱體下部切線方向進(jìn)入冷空氣掃過塔壁或安裝旋轉(zhuǎn)空氣清掃器。562.噴霧干燥器的設(shè)計(jì)原則5758噴霧干燥器設(shè)計(jì)工藝要求數(shù)據(jù)59輔助設(shè)備 空氣過濾器（用不銹鋼等編織成的浸油式濾層，表面噴以輕質(zhì)定子油、真空泵油等）、空氣加熱器（蒸汽、燃油、電力、煤氣、煤炭等）、風(fēng)機(jī)（進(jìn)風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)，離心式）、空氣壓縮機(jī)（小型設(shè)備驅(qū)動(dòng)離心盤使用）、

16、電動(dòng)機(jī)（大型設(shè)備驅(qū)動(dòng)離心盤轉(zhuǎn)動(dòng)）、細(xì)粉分離機(jī)（一般使用旋風(fēng)分離機(jī)）、冷卻沸騰床、空氣減濕器、激振錘（電錘、空氣振蕩器）。6061第三節(jié) 滾筒干燥技術(shù)裝備 p353一、滾筒干燥的原理與設(shè)備（一）滾筒干燥的原理與特點(diǎn)這種干燥機(jī)是將料液分布在轉(zhuǎn)動(dòng)的、蒸汽加熱的滾筒上，與熱滾筒表面接觸，料液的水分被蒸發(fā)，然后被刮刀刮下，經(jīng)粉碎為產(chǎn)品的干燥設(shè)備。由于加熱表面溫度較高，使料液中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變不易溶解，故產(chǎn)品質(zhì)量較差；但該機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，每蒸發(fā)1Kg水約需1.21.5kg蒸汽，比噴霧干燥熱耗低，占地面積小，維修、操作方便。626364操作過程 需干燥處理的料液由高位槽流入滾筒干燥器受料槽內(nèi)，干燥滾筒在傳動(dòng)裝置

17、驅(qū)動(dòng)下，按規(guī)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，物料由布膜裝置在滾筒壁面形成料膜。筒內(nèi)連續(xù)通入供熱介質(zhì)，加熱筒體，由筒壁傳熱使料膜的濕分汽化，再通過刮刀將達(dá)到干燥要求的物料刮下，經(jīng)螺旋輸送器將成品輸至儲(chǔ)槽內(nèi)，然后進(jìn)行包裝。蒸發(fā)除去的濕分一般為水蒸氣，可直接由罩頂排氣管放至大氣中。操作的全部過程，可連續(xù)進(jìn)行；料槽的受料和成品的包裝，可間歇操作。65滾筒干燥滾筒干燥 將將液體食品液體食品在滾筒表面涂成一層薄膜，在滾筒表面涂成一層薄膜，干燥時(shí)，熱量從滾筒的內(nèi)部傳向干燥機(jī)周干燥時(shí)，熱量從滾筒的內(nèi)部傳向干燥機(jī)周圍的空氣，由于圍的空氣，由于通過金屬滾筒的通過金屬滾筒的熱量傳遞熱量傳遞和水從薄膜中出來的和水從薄膜中出來的質(zhì)量傳遞

18、質(zhì)量傳遞通常都非常通常都非?？欤a(chǎn)品在滾筒上滯留的時(shí)間在快，產(chǎn)品在滾筒上滯留的時(shí)間在303060s60s，干燥發(fā)生迅速干燥發(fā)生迅速。n 干燥產(chǎn)品通常與高溫干燥產(chǎn)品通常與高溫( (超過超過100)100)接觸，接觸，易發(fā)生褐變、焦糖化反應(yīng)以及蛋白質(zhì)的降易發(fā)生褐變、焦糖化反應(yīng)以及蛋白質(zhì)的降解。解。n 適用對(duì)象：漿狀、泥狀、液態(tài)，受熱影響適用對(duì)象：漿狀、泥狀、液態(tài)，受熱影響不大的食品，如麥片、米粉等。不大的食品，如麥片、米粉等。662.滾筒干燥器的主要特點(diǎn)6768（二）滾筒干燥器的分類 按滾筒數(shù)量分為單滾筒、雙滾筒、多滾筒；按操作壓力，可分為常壓和真空操作兩類；按滾筒的布膜方式，可分為浸液式、噴濺式

19、、對(duì)滾筒間歇調(diào)節(jié)式、輔輥式、頂槽式及噴霧式等類型。697071727374二、滾筒干燥器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）結(jié)構(gòu)組成和總體設(shè)計(jì)1.結(jié)構(gòu)組成包括滾筒（含筒體、端蓋、端軸及軸承）；布膜裝置（料槽、噴濺器、攪拌器、膜厚控制器）；刮料裝置（刮刀、支承架、壓力調(diào)節(jié)器）；傳動(dòng)裝置（電動(dòng)機(jī)、減速裝置和傳動(dòng)件）；進(jìn)氣與排液裝置（進(jìn)氣頭和管路附件）；設(shè)備支架與密封罩；干燥產(chǎn)品輸送和最后干燥器。752.總體設(shè)計(jì)76（二）滾筒組建及其他裝置的設(shè)計(jì)77第四節(jié) 沸騰干燥技術(shù)裝備 p361一、沸騰干燥原理沸騰也就是流化、流動(dòng)化，“流化”是指固體顆粒被流體吹起呈懸浮狀態(tài)，粒子可以相互分離，作上下左右前后運(yùn)動(dòng)。沸騰干燥就是指干燥

20、介質(zhì)使固體顆粒在沸騰狀態(tài)下進(jìn)行干燥的過程。7879808182833.聚式流化床中常見的不正?，F(xiàn)象溝流：流體在床層中分布不均勻，在床層的局部地方產(chǎn)生了短路。84 騰涌：流化床內(nèi)固體顆粒大小分布不均勻，或流化床的高度與直徑比值較大等，床層內(nèi)的氣泡匯合長大，直至氣泡直徑大到接近于床層內(nèi)徑。85二、流化床干燥器的形式86（1）單層流化床干燥器872.多層流化床干燥器3.穿流板式流化床干燥器4.臥式多室流化床干燥器5.噴動(dòng)床干燥器6.振動(dòng)流化床干燥器7.脈沖流化床干燥器88 沸騰干燥的特點(diǎn) 沸騰干燥一般適用于30um60mm顆粒狀物料或結(jié)團(tuán)現(xiàn)象不嚴(yán)重的場(chǎng)合，常用于氣流或噴霧干燥后的物料做進(jìn)一步的干燥，

21、生產(chǎn)能力變化范圍大，物料停留時(shí)間可任意調(diào)節(jié)，尤其對(duì)含水要求很低的產(chǎn)品特別合適。 優(yōu)點(diǎn)： 1.物料與干燥介質(zhì)接觸面積大，攪拌劇烈，表面更新機(jī)會(huì)多，熱容量大，傳熱效果好，設(shè)備能力高，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備大生產(chǎn)； 2.適宜于熱敏性物料干燥（干燥速度大，停留時(shí)間短）；89 3.溫度分布均勻，對(duì)物料表面水分可使用比較高的熱風(fēng)溫度； 4.便于生產(chǎn)調(diào)節(jié)（間歇與連續(xù)）； 5.依產(chǎn)品調(diào)節(jié)各參數(shù)； 6.設(shè)備簡單，投資費(fèi)用低廉，操作維修簡單。 缺點(diǎn)： 1.對(duì)物料顆粒度有一定的限制，一般要求不小于30um，不大于46mm，多物料混合干燥，要求密度接近； 2.不適合濕含量高而結(jié)團(tuán)的場(chǎng)合； 3.不適合易結(jié)塊物料； 4.對(duì)單級(jí)連續(xù)式

22、沸騰干燥器而有，物料停留時(shí)間可能不夠。90第五節(jié) 冷凍干燥技術(shù)裝備一、冷凍干燥的原理及特點(diǎn)（一）冷凍干燥原理將濕物料或溶液在較低的溫度下（1050）凍結(jié)成固態(tài)，然后在高真空度下將其中水分不經(jīng)液態(tài)直接升華成氣態(tài)而脫水的干燥過程。O：三相點(diǎn)OA：升華曲線OB：熔解曲線OC：汽化曲線OABC91 集真空、冷凍、升華、干燥四個(gè)單元操作于一體。 固態(tài)的水在低于其飽和蒸汽壓的真空狀態(tài)下，水分被升華，一般在冷凍干燥時(shí)，所采用的真空度約為相對(duì)應(yīng)的溫度下的飽和蒸汽壓的1/21/4，如40時(shí)干燥，采用的真空度應(yīng)為2.676.67Pa。 物料凍結(jié)的方法：預(yù)凍法（在深凍室預(yù)先凍結(jié)的方法）、自凍法（也叫蒸發(fā)凍結(jié)，是利用

23、高真空度時(shí)水分汽化吸熱而將物料自行凍結(jié)）。92 凍干的過程可以分為兩個(gè)階段，第一階段，在低于熔點(diǎn)的溫度下，將水分從凍結(jié)的物料內(nèi)升華，大約有9899的水分在此過程中除去；在第二階段，將物料溫度逐漸升到或略高于室溫（此時(shí)，物料中的水分很低，物料的外形基本不會(huì)發(fā)生變化），經(jīng)過此階段，水分可以減少到低于0.5%。 冷凍干燥與其他干燥方法相比，對(duì)產(chǎn)品的破壞可達(dá)最低程度，同時(shí)，凍干后的產(chǎn)品具有疏松、易溶等優(yōu)點(diǎn)，適合于熱敏性發(fā)酵制品的干燥。 凍干的缺點(diǎn)包括：設(shè)備投資高、動(dòng)力消耗大，干燥時(shí)間長等。93（二）冷凍干燥的特點(diǎn)（與常規(guī)干燥方法相比）94（三）食品冷凍干燥的應(yīng)用 宇航、軍隊(duì)、登山、航海、探險(xiǎn)、民用等領(lǐng)

24、域。 在食品、生物制藥、醫(yī)藥等方面應(yīng)用日益廣泛。 在食品工業(yè)中，常用于肉類、水產(chǎn)、果蔬、禽蛋、酶、維生素、方便食品、咖啡、茶、調(diào)味品等的干燥。95二、冷凍干燥設(shè)備的設(shè)計(jì) 冷凍干燥的設(shè)備主要由4個(gè)主要部分組成，即冷凍部分、真空部分、水汽去除部分、加熱部分。 此外，還有作為輔助部分的供熱系統(tǒng)以及控制裝置。 （一）冷凍部分裝置 作用： 1.用作被干燥物料的凍結(jié)，使之在冷凍的狀態(tài)下完成單元操作； 2.給水汽冷凝的低溫冷凝器（冷阱）提供冷量，使干燥室內(nèi)抽出的水蒸氣在低溫冷凝器中冷卻而結(jié)霜。96常用的制冷方式 三種：蒸汽壓縮式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸收式制冷。 蒸汽壓縮式制冷：液態(tài)的制冷劑經(jīng)過膨脹閥后，由

25、于壓強(qiáng)急速下降而蒸發(fā)成為氣體，在此同時(shí)吸收熱量，使蒸發(fā)器周圍空間的溫度降低；蒸發(fā)后的制冷劑氣體被壓縮機(jī)壓縮，使之壓強(qiáng)升高和產(chǎn)生熱量；被壓縮后的制冷劑氣體經(jīng)冷卻后又重新變?yōu)橐簯B(tài)制冷劑，在此過程中釋放出的熱量由冷凝器中的水或空氣帶走，這樣制冷劑就在系統(tǒng)中完成一個(gè)冷凍循環(huán)。克拉伯龍方程：克拉伯龍方程： PV=RT, R=8.31J/mol 97 若蒸發(fā)溫度高于40，可用單級(jí)制冷壓縮機(jī)，并以F22為制冷劑。若要達(dá)到更低的溫度，則應(yīng)采用雙級(jí)制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)，此時(shí)，若以氨為制冷劑最低蒸發(fā)溫度可達(dá)50，以F-22為制冷劑時(shí)，則可達(dá)70。98 在小型冷凍干燥系統(tǒng)中，可以用干冰及乙醇的混合物（干冰的冰點(diǎn)為78）來

26、預(yù)凍物料或作為水汽去除用的冷阱中的冷源。 在冷凍系統(tǒng)中，一般都要通過載冷劑（冷媒）來作為傳熱介質(zhì)，常用的載冷劑有空氣、氯化鈣溶液（冰點(diǎn)為55）、乙醇（冰點(diǎn)為112）。 該冷凍機(jī)負(fù)荷變化大，冷凍干燥初期，需要制冷量較大，隨著水分的不斷升華，需要量逐漸減少。99（二）真空部分裝置 冷凍干燥時(shí)干燥箱中的壓強(qiáng)應(yīng)該是凍結(jié)物料飽和蒸汽壓的1/21/4，一般情況下干燥箱中的絕對(duì)壓強(qiáng)約為1.3313.3Pa。質(zhì)量好的機(jī)械泵可達(dá)到的最高真空極限約為1.33 10-3 Pa ，國產(chǎn)的2X型滑片式真空泵的極限真空度可達(dá)到6.67 10-3 Pa ，可滿足真空冷凍的要求。 在整個(gè)升華干燥中，主要是真空系統(tǒng)工作，真空裝

27、置有兩個(gè)作用，一是為干燥室提供一定的真空度，二是為低溫冷凝器降低壓力，將部分水蒸氣和不凝結(jié)氣體抽出。100 由冷凍干燥箱、冷凝器、真空閥門和管道以及真空泵、真空儀表構(gòu)成冷凍干燥設(shè)備的真空系統(tǒng)，要求密封性能好，真空泵采用旋片式或潤滑式油封機(jī)械泵；真空測(cè)量儀表可采用旋轉(zhuǎn)式水銀壓縮真空計(jì)或電阻和熱耦真空計(jì)。101（三）水汽去除部分裝置 在干燥過程中，升華的水分必須不斷而迅速地排除，若直接以真空泵吸收，則在高真空度下，蒸汽的體積很大，真空泵的負(fù)擔(dān)太重。采用低溫冷凝器把干燥室內(nèi)物料升華的水蒸氣凝縮，變成霜后再將其除去，低溫冷凝器內(nèi)的溫度必須保持低于被干燥物料溫度，使物料凍結(jié)層表面的蒸汽壓大于低溫冷凝器內(nèi)

28、的蒸汽分壓。一般低溫冷凝器內(nèi)的溫度應(yīng)保持在-40-45左右，冷凝器內(nèi)的低溫通常依靠氨或氟利昂凍結(jié)機(jī)實(shí)現(xiàn)。102103（四）加熱部分（干燥室部分）裝置 加熱的目的是為了提供升華過程中的升華熱（蒸發(fā)熱溶解熱）。加熱的方法有借夾層加熱板的傳導(dǎo)加熱、熱輻射面的輻射加熱及微波加熱等3種，傳導(dǎo)加熱的加熱劑一般為熱水或油類，其溫度應(yīng)不使凍結(jié)物料溶化，在干燥后期，允許用較高溫度的加熱劑。 干燥室一般為箱式，也有鐘罩式的，干燥室的門及視鏡要求制作的十分嚴(yán)密可靠，否則不能達(dá)到預(yù)期真空度。如干燥室兼作預(yù)凍室時(shí)，夾層擱板中還應(yīng)有制冷劑的蒸發(fā)管路和載冷劑的導(dǎo)管。104（五）供熱系統(tǒng)105 加熱量過大，將會(huì)使食品的溫度升

29、高，引起食品解凍，加熱量過小，會(huì)使升華的速度減慢。 為供給升華潛熱促進(jìn)干燥而裝設(shè)的加熱器，有直接加熱和間接加熱兩種。多采用擱板上直接裝電阻絲通電加熱，或設(shè)置循環(huán)熱水、高沸點(diǎn)熱介質(zhì)加熱或蒸汽管道加熱，或采用輻射方法加熱，如紅外、微波等加熱方式。 所使用的載熱體有水蒸氣、水、礦物油、三氯乙烯、乙二醇等。106（六）控制裝置 控制裝置包括各種開關(guān)，安全裝置，自動(dòng)監(jiān)控元件和儀表等組成控制系統(tǒng)，有效地控制加熱溫度、真空度以及自動(dòng)記錄儀等，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高效率。107三、真空冷凍干燥設(shè)備與應(yīng)用 （一）間歇式冷凍干燥機(jī)108109（二）連續(xù)式冷凍干燥機(jī)110111干燥室干燥室水沖霜系統(tǒng)水沖霜系統(tǒng)水汽冷凝

30、器水汽冷凝器制冷系統(tǒng)制冷系統(tǒng)真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)托盤加熱擱板托盤加熱擱板112113四、箱式升華干燥設(shè)備的操作過程 （1）預(yù)凍抽真空 如果先抽真空，由于物料內(nèi)部含有大量水分，在壓力降低的情況下，溶解在水中的氣體很快溢出形成氣泡跑掉，呈“沸騰”狀態(tài)，水分蒸發(fā)成蒸汽而吸收汽化潛熱使物料結(jié)冰，冰再汽化，則產(chǎn)品發(fā)泡，內(nèi)部形成較多的氣孔。 升華干燥的預(yù)凍溫度一般到30左右，一般此預(yù)凍溫度低于物料的共熔點(diǎn)5左右（共熔點(diǎn)使物料凍結(jié)成固體的溫度），如溫度達(dá)不到要求則凍結(jié)不徹底，影響產(chǎn)品質(zhì)量。預(yù)凍的時(shí)間約為2小時(shí)左右，從低于共熔點(diǎn)溫度算起，預(yù)凍速度控制在物料每分鐘下降14，過高或過低對(duì)產(chǎn)品或生產(chǎn)不利，預(yù)凍速度由實(shí)驗(yàn)決定。114（2）升華過程 預(yù)凍后抽真空，此時(shí)溫度不會(huì)發(fā)生變化，其過程中排除凍結(jié)水分，是一個(gè)恒速過程，由于由冰直接汽化時(shí)需要吸收熱量，因此，此時(shí)可以開始給予加熱，保持溫度在接近而又低于共熔點(diǎn)溫度。若不給予熱量，物料本身溫度下降，影響干燥速度，延長時(shí)間，產(chǎn)品水分不合格