1、第12章 食品干燥原理,本章的学习目的与要求,能够完成食品干燥最佳工艺优化工作；,掌握湿空气的热力学性质，熟练使用焓湿图；,掌握食品材料的水分性质，能够设计计算干燥设备；,了解食品真空冷冻干燥技术原理与装备。,121 湿空气的热力学性质,绝对湿度和相对湿度,湿含量,湿空气的比热容和比体积,湿空气的热含量,干球温度、湿球温度和露点温度,绝对湿度和相对湿度,湿含量,比热容和比体积,热含量,干球温度、湿球温度、露点温度,122 焓湿图,两种图的关系,前次课堂内容的简单回顾,湿空气干空气+水蒸气,湿空气的湿含量d、热含量h、比热容cp、比体积vH是以含1kg干空气的湿空气所具有的量。,湿球温度是绝热饱
2、和温度，露点温度是等湿饱和温度。,12-3 湿物料的性质,水分性质,组织结构束缚,分子间力的束缚,自由水,化学结合水,物理化学结合水,湿物料的含水量,湿基水分,水分活度,平衡水分 Me,12-4 常压热风干燥,L,T0,d0,0,h0,1,MW1,m1,2,MW2,m2,L,T2,d2,2,h2,L,T1,d1,1,h1,干燥计算 质量衡算,求解：水分蒸发量；所需要的空气量；所需要的热量；湿物料添加量;风机功率等。,已知：干制产品量；产品含水量；湿物料含水量。,干燥计算 质量衡算,注意：将湿空气参数与物料变量结合起来，在它们之间进行着传热与传质。,干燥计算 热量衡算,热损失分析,废气带走热量；
3、,物料带走热量；,什么情况下h1h2？什么情况下h2h1？,从干燥器表面散失的热量；,干燥器内设施加热的热量；,干燥器热效率、干燥效率和蒸发效率,热效率,蒸发效率,干燥效率,例题-1,空气的温度为30，露点温度为12，问：1）当冷却到16时，相对湿度为多少？ 2）有600m3的空气，当温度从30冷却到2时，能失去多少kg水？,例题-2,温度为16，相对湿度为65的空气被加热到38，通过食品料层后排出的废气相对湿度为90，求1）每kg空气需要多少热量？2)每kg空气去掉多少食品中的水分？,要在10小时内将42000kg含水率为24的物料干燥至15.5，如果干燥空气从温度为5，相对湿度为60的环境
4、状态下加热至43，试确定风机的风量（m3/h）。假定从该物料中排出的废气相对湿度为98，问需要多大的加热器(kJ/h)？,例题-3,解题步骤分析,或者,12-5 干燥理论,物料干燥过程的推动力和阻力,热风干燥和辐射干燥 接触干燥和微波干燥,表面汽化控制和内部扩散控制,表面汽化控制：,内部扩散控制：,粉末食品，结构疏松食品，干燥初始阶段,大块状食品，结构致密食品，干燥后期阶段，易形成致密膜食品，畜肉制品等,干燥过程,预热阶段 等速干燥阶段 降速干燥阶段 缓苏阶段 冷却阶段,等速干燥计算,降速干燥,例题,用10蔗糖溶液处理过的苹果片的干燥实验曲线，实验条件是：空气平行流过苹果片，流速3.65m/s
5、。干燥开始40min，所用空气的干球温度76.7，湿球温度37.8。之后，所用空气的干球温度71.1，湿球温度43.3。苹果片初始湿基水分为85.4%，堆放厚度0.0127m，求干燥至湿基水分13时所用的时间。,解：1)将实验曲线图(a)转换成图(b)。2)从例题附图(b)可知，降速干燥阶段存在两个阶段，即第一降速阶段和第二降速阶段。因此，应采用式(12-48)计算所用时间。,3)由已知条件确定公式中各参数,4)由图确定公式中各参数,课堂小结,熟练常压热风干燥计算方法，掌握物料水分计算方法和空气参数计算间的关系，熟练应用湿空气焓湿图解决干燥计算问题。,干燥过程中存在两种控制：即表面汽化控制和内
6、部扩散控制，如何调控使干燥过程达到最佳是食品工程师的任务。,了解常用的干燥设备结构与特性。,思考题,图12-5 当相对湿度5%和10%与温度线100相交后，为什么与湿含量无关？能用公式说明吗？,对于以表面汽化控制为主的材料，在干燥工艺设计时如何提高干燥速率？,物料中的水分在向外迁移时，什么时候以气态为主，什么时候以液态为主？,为什么干燥完成后，还要冷却？,冷冻干燥原理,1Torr（托）1mmHg133Pa,冬天结冰衣服风干？,真空冷冻干燥 1、增加压差 2、减少阻力,冻干过程,除自由水（游离水）,除束缚水（结合水）,传热控制过程：热量不足引起升华速率下降。 传质控制过程：水蒸汽扩散的阻力大，引
7、起压力和温度上升，使冻品融化。King提出的URIF(uniformly retreating ice front) 两个假设：1）冰晶在冻品中分布均匀；2）升华界面后移所形成的多孔层是绝对干物质。 首先建立水蒸气在多孔干燥层内部的干燥方程：干燥表面至冷阱表面 的摩尔质量扩散方程：,稳态传热与传质,共晶点、共溶点、 塌陷温度与玻璃化温度,优质：基本保持食品原有的色、香、味、形，维生素和蛋 白质等营养物质损失少。 方便：食用或加工前，复水快，可直接食用或烹调。 不用冷藏：密封包装后，可在常温下长期贮存、运输和销售。 重量轻：满足宇航、旅游等人员需求。 成本高：冻干食品成本是热风干燥食品的46倍。
8、,冻干食品的特点,药品冷冻干燥技术与其它干燥方法相比具有以下几个特点：冻干在低温下进行，能最大程度避免生物蛋白、激素、疫苗等药品中的活性成份产生变性或失去生物活力。 冻干在真空下进行，氧气含量小，能使药品中易氧化的物质得到保护。 药品中的挥发性成份能得以尽可能的减少。 药品中微生物的生长和酶的作用几乎无法进行。 药品冻干后能最好地保持药品原来的形状。 药品冻干后具有较好的复水性。 冻干可除去药品中95%以上的水分，使其能在室温或相对较高温度下长期保存。 冻干设备的初期投资较大、冻干过程能耗较高,主要组成,清洗,消毒,压力与蒸气体积(冷阱的必要性）,结构,冻干机结构,食品冻干工艺,预冻方法（制冷
9、部分1）,机内： 机外：慢速冻结 快速冻结,捕水器与冻干机性能（制冷部分2）,捕水器是冻干系统中能耗最大的部件 升华阶段负荷大，解析阶段负荷小。 捕水器结构优化设计是提高系统性能的关键之一 真空阻力小，结霜量大且均匀，易融霜是设计目标。,真空与系统性能,真空度过高，虽然降低全压，但对传热不利。 真空泵抽出系统渗入的不凝性气体 捕水器抽出水蒸气 开始阶段真空泵负荷大,加热系统,供热不足：升华热补充不上，造成冻干品温度下降，饱和蒸气压随之下降，在捕水器温度不变情况下，水蒸气驱动压差减小。 供热过多：升华界面容易融化，此外，升华干燥层可能出现塌陷。,微波加热法接触加热法辐射加热法接触、辐射混合加热法,冻干赋形/保护剂,赋形剂 保护剂,冻干终点判断,常规方法：冻干品温度内外一致（升华干燥结束） 捕水器温度下降（升华干燥结束） 干燥箱压力下降 解吸干燥结束（试验确定）,动压测量技术,本章结束,
