第八章-干燥(食品工程原理-筆記)

1.干燥：是利用熱量使?jié)裎锪现兴值葷穹直黄コ?，從而獲得固體產(chǎn)品的操作。2.去濕的方法——機(jī)械去濕法化學(xué)去濕法熱能去濕法▲3.含水量(1)濕基含水量.(w).(無量綱)——以濕基物料為基準(zhǔn)的含水量(或含水百分率)濕物料中水分的質(zhì)量與濕物料質(zhì)量之比式中m—濕物料的質(zhì)量，kg；mw—濕物料中所含水的質(zhì)量，kg；ms—濕物料中所含有絕對干燥物料的質(zhì)量，kgw是習(xí)慣上常用的表示組分含量的方法，如未加說明，物料含水量即指濕基含水量。(2)干基含水量.(x).(無量綱)——以絕對干物料為基準(zhǔn)的含水量濕物料中水分的質(zhì)量與絕對干燥物料質(zhì)量之比兩種含水量的換算關(guān)系▲4.水分活度.(aw)—一般把濕物料表面附近的水蒸汽壓p與同溫度下純水的飽和蒸汽壓p0之比作為濕物料水分活度aw的定義：aw=p/p0aw的大小與食品中的含水量、所含各種溶質(zhì)的類型和濃度以及食品的結(jié)構(gòu)和物理特性都有關(guān)系。▲5.吸濕和解濕(1)當(dāng)aw＞Φ時[Φ的定義式Φ=pv/ps]p＞pv即濕物料表面附近水蒸汽壓p大于是空氣中的水蒸氣分壓pv,水分將從物料向濕空氣中傳遞，這種過程稱為物料的解濕。解濕使物料含水量x不斷減少，這即是干燥過程。(2)當(dāng)aw＜Φ時,p＜pv,水分將不斷從濕空氣向物料傳遞，這種過程稱為物料的吸濕。吸濕使物料含水量x不斷增加。(3)當(dāng)aw=Φ時，p=pv，物料既不解濕，也不吸濕，兩者相對于濕空氣講，此時物料的含水量x稱為平衡含水量xe。▲6.物料中水分的分類(1)按物料與水分的結(jié)合方式分類—化學(xué)結(jié)合水物理化學(xué)結(jié)合水機(jī)械結(jié)合水(2)按水分去除的難易程度分類—結(jié)合水分非結(jié)合水分(3)按水分能否用于干燥的方法除去分類自由水分—物料中的水分能被干燥除去的部分。平衡水分—平衡水分代表物料在一定空氣狀態(tài)下的干燥的極限。7.濕空氣熱力學(xué)濕空氣通常指干空氣和水蒸氣的混合物。(1)濕密度：濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量mV與濕空氣體積V之比，稱為其濕密度ρVρV=mV/V(kgv/m3)ρV值等于水蒸氣分壓pv下水蒸氣的密度?！?2)相對濕度:濕空氣中水蒸氣分壓pv與同溫度下水蒸氣飽和壓力ps之比，稱為濕空氣的相對濕度φ：對絕對干燥的空氣，相對濕度φ=0；對飽和空氣，相對濕度φ=1。由于ps隨溫度升高而增加，故當(dāng)pv一定時，相對濕度φ隨溫度升高而減小?！?3)濕度(濕含量,濕度比或絕對濕度).(H).(kgv/kgd)—單位質(zhì)量干空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量濕空氣中水蒸氣的質(zhì)量與干空氣質(zhì)量之比濕空氣飽和時的濕度(Hs)相對濕度：可以說明濕空氣偏離飽和空氣的程度，能用于判定該濕空氣能否作為干燥介質(zhì)，φ值與越小，則吸濕能力越大。絕對濕度：是濕空氣含水量的絕對值，不能用于分辨濕空氣的吸濕能力?！?.濕空氣的比熱(CH)—在常壓下，將濕空氣中1kg絕干空氣及相應(yīng)Ｈkg水汽的溫度升高（或降低）1oC所需要吸收（或放出）的熱量，稱為比熱，又稱為濕熱說明：濕空氣的比熱只是濕度的函數(shù)。濕空氣的比容(VH)—以1kg干空氣作基準(zhǔn)的是空氣的體積，即在濕空氣中，1kg絕干氣體積和相應(yīng)的Hkg水氣體積之和，亦稱濕容積。▲9.濕空氣的溫度(1)干球溫度：用一般溫度計直接測得的濕空氣的溫度，稱為濕空氣的干球溫度，它就是濕空氣的真實溫度T。(2)濕球溫度：普通溫度計的感溫部分包以常濕紗布，置于濕空氣中達(dá)穩(wěn)定后，此溫度計顯示的溫度稱為濕空氣的濕球溫度，用符號Tw表示。不飽和空氣的濕球溫度Tw低于干球溫度T?！韀簡答](3)露點(符號Td)：保持濕空氣的壓力和濕含量不變而使其冷卻，達(dá)飽和狀態(tài)時的溫度，稱濕空氣的露點溫度。露點是濕空氣開始凝結(jié)的臨界溫度。絕熱飽和溫度(Tas)：在絕熱條件下，濕空氣與足量水充分接觸而達(dá)飽和時的溫度，稱為濕空氣的絕熱飽和溫度絕熱飽和方程絕熱飽和溫度是表明濕空氣絕熱冷卻所能達(dá)到的極限溫度。10.干燥靜力學(xué)(1)水分蒸發(fā)量和產(chǎn)品量對上圖所示的干燥過程作總物料衡算：對絕干物料作物料衡算：干燥的產(chǎn)品量：水分蒸發(fā)量：(2)干空氣消耗量L對進(jìn)出干燥器的水分作衡算：則如果新鮮空氣進(jìn)入干燥器前先通過預(yù)熱器加熱，由于加熱前后空氣的濕度不變，以H0表示進(jìn)入預(yù)熱器時的空氣濕度，說明：單位空氣用量只與空氣的最初和最終濕度有關(guān)，而與干燥過程所經(jīng)歷的途徑無關(guān)。濕空氣的消耗量為：干燥系統(tǒng)的熱量衡算▲(1)耗熱量預(yù)熱器的熱量衡算：若忽略預(yù)熱器的熱損失，以1s為基準(zhǔn)，則有干燥器的熱量衡算：干燥系統(tǒng)消耗的總熱量：濕物料的焓：向系統(tǒng)輸入的熱量用于：加熱空氣、加物料、蒸發(fā)水分、熱損失等四個方面?！?2)干燥系統(tǒng)的熱效率定義：蒸發(fā)水分所需的熱量為：Qv=W△Vh式中△Vh—水的汽化熱（J/kg），可取熱空氣濕球溫度對應(yīng)之值。11.干燥動力學(xué)干燥機(jī)理—當(dāng)固體物料的含水量超過其平衡含水量時與干燥介質(zhì)接觸，雖在開始時水分均勻地分布在物料中，但由于濕物料表面水分的汽化，遂形成物料內(nèi)部與表面的濕度差，由于物料內(nèi)部的水分借擴(kuò)散作用向表面移動而在表面汽化，汽化的水分被介質(zhì)及時帶走，從而達(dá)到使固體物料干燥的目的?！?1)干燥速率式—單位時間內(nèi)在單位面積上除去的汽化水分量，用符號u表示，單位為kgw/(m2·s)，常采用kgw/(m2·h)，其微分表達(dá)式為：▲干燥速率曲線——表示物料干燥速率u與物料含水量x關(guān)系的曲線，稱為干燥速率曲線。干燥速率曲線主要以C點為界分為兩部分。BC段，干燥速率保持u0不變，稱為恒速干燥階段。CE段，隨著干燥進(jìn)行即x的降低，干燥速率u不斷下降，知道x降至平衡含水量xe時，干燥速率為零，此段成為降速干燥階段。恒速干燥階段：在此階段，整個物料表面都有充分的非結(jié)合水分，物料表面的蒸汽壓與同溫度下水的蒸汽壓相同。所以在恒定干燥條件下，物料表面與空氣間的傳熱和傳質(zhì)過程與測定濕球溫度的情況類似。此時物料內(nèi)部水分?jǐn)U散速率大于表面水分汽化速率，故屬于表面汽化控制階段?？諝鈧鹘o物料的熱量等于水分汽化所需的熱量，物料表面的溫度始終保持為空氣的濕球溫度。該階段干燥速率的大小，主要取決于空氣的性質(zhì)，而與濕物料性質(zhì)關(guān)系很小。由于此階段熱空氣對物料的對流傳熱量等于物料水分汽化吸熱，可有：干燥臨界點：由恒速干燥階段到降速干燥階段的轉(zhuǎn)折點C，成為干燥過程的臨界點。干燥速率的轉(zhuǎn)折標(biāo)志干燥機(jī)理的轉(zhuǎn)折，臨界點是干燥由表面汽化控制到內(nèi)部擴(kuò)散控制的轉(zhuǎn)折點，是物料由去除非結(jié)合水到去除結(jié)合水的轉(zhuǎn)折點。物料干燥達(dá)臨界點C時的物料含水量xc，成為臨界含水量。臨界含水量xc不僅因物料性質(zhì)不同而異，也因外界干燥條件有關(guān)。同一物料，如干燥速率加快，則xc增大。在一定干燥速率下，料層愈厚，xc愈大。干燥時翻動物料，會使xc降低。降速干燥階段：當(dāng)物料含水量降至臨界含水量Xc以后，干燥速率隨含水量減少而降低。這是由于水分由物料內(nèi)部向物料表面遷移的速率低于濕物料表面水分氣化的速率，在物料表面出現(xiàn)干燥區(qū)域，表溫逐漸升高，隨著干燥的進(jìn)行，干燥區(qū)域逐漸增大，而干燥速率的計算是以總表面積為基準(zhǔn)的，所以干燥速率下降。此為速降干燥階段的第一部分，稱為不飽和表面干燥。最后物料表面的水分完全氣化，水分的汽化面由物料表面移向內(nèi)部。隨著干燥的進(jìn)行，水分的氣化面繼續(xù)內(nèi)移，直至物料的含水量降至平衡含水量xe時，干燥停止。在降速階段，干燥速率主要取決于水分在物料內(nèi)部的遷移速率，這時外界空氣條件不是影響干燥速率的主要因素，主要因素是物料的結(jié)構(gòu)、形狀和大小等?！?2)干燥時間恒速干燥階段的干燥時間t1降速干燥階段的干燥時間t2干燥速率曲線中，連接CE段成直線，即干燥速率與物料中的自由水分含量(x-xe)成正比干燥的總時間t12.干燥設(shè)備▲噴霧干燥—用霧化器將料液分散成霧滴，與熱空氣等干燥介質(zhì)直接接觸，使水分迅速蒸發(fā)的干燥方法?！鴩婌F干燥流程料液由料液槽，經(jīng)過濾器2由料泵3送到霧化器8，被分散成無數(shù)細(xì)小霧滴。作為干燥介質(zhì)的空氣經(jīng)空氣過濾器4由風(fēng)機(jī)5經(jīng)加熱器6加熱，送到干燥塔10內(nèi)。熱空氣經(jīng)過空氣分布器7，均勻地與霧化器噴出的霧滴相遇，經(jīng)過熱、質(zhì)交換，霧滴迅速被干燥成產(chǎn)品進(jìn)入塔底