第十二章食品干燥.ppt

第12章 食品干燥本章的学习目的与要求n掌握湿空气的热力学性质，熟练使用焓湿图；n掌握食品材料的水分性质，掌握干燥计算。n了解食品真空冷冻干燥技术原理与装备。按加热方式分类按加热方式分类导热干燥：导热干燥：液体食品，真空下进行液体食品，真空下进行辐射干燥：辐射干燥：脱水，杀菌，真空下，是干燥热敏性食品，脱水，杀菌，真空下，是干燥热敏性食品，易氧化食品的有效方法。易氧化食品的有效方法。介电加热干燥：介电加热干燥：高频电场高频电场对流干燥：对流干燥：固定床干燥，流化床，喷雾干燥固定床干燥，流化床，喷雾干燥12.1 湿空气的热力学性质湿空气的热力学性质n绝对湿度和相对湿度绝对湿度和相对湿度n湿含量湿含量n湿空气的比热容和比体积湿空气的比热容和比体积n湿空气的热含量湿空气的热含量n干球温度、湿球温度和露点温度干球温度、湿球温度和露点温度湿空气在未达到饱和时可视为理想气体湿空气在未达到饱和时可视为理想气体12.1.1 绝对湿度和相对湿度绝对湿度和相对湿度绝对湿度单位体积湿空气中水蒸气的含量，其值等于绝对湿度单位体积湿空气中水蒸气的含量，其值等于在水蒸气分压下水蒸气的密度在水蒸气分压下水蒸气的密度v v不饱和湿空气不饱和湿空气kg/m3RV水蒸气的气体常数，水蒸气的气体常数，如果饱和，饱和绝对湿度为如果饱和，饱和绝对湿度为Ps水蒸气饱和蒸汽压水蒸气饱和蒸汽压湿度比湿空气的吸湿能力湿度比湿空气的吸湿能力相对湿度相对湿度12.1.2湿含量湿含量单位质量干空气所含水蒸气的质量单位质量干空气所含水蒸气的质量Pa干空气的分压干空气的分压Ra干空气的气体常数干空气的气体常数12.1.4热含量热含量指含单位质量干空气的湿空气的焓指含单位质量干空气的湿空气的焓,0时干空气和液态时干空气和液态水的焓值为零作为计算起点水的焓值为零作为计算起点kJ/kg干空气干空气T湿空气温度湿空气温度d湿含量湿含量Cpa干空气比热容干空气比热容1.00kJ/kgkCpv水蒸气的比热容水蒸气的比热容1.93kJ/kgkrpv水的汽化潜热水的汽化潜热2500kJ/kgkg水蒸气水蒸气/kg干空气干空气 在湿空气中，用一般温度计所测得的温度称为该空在湿空气中，用一般温度计所测得的温度称为该空气的气的干球温度干球温度T T，即该空气的真实温度，即该空气的真实温度 若将温度计的感温部分包以湿纱布，置于一定温度若将温度计的感温部分包以湿纱布，置于一定温度和湿度的空气中，经一段时间达到稳定后，温度计所和湿度的空气中，经一段时间达到稳定后，温度计所反映的温度就不再是湿空气的真实温度，而是另一低反映的温度就不再是湿空气的真实温度，而是另一低于干球温度的温度，称为湿空气的于干球温度的温度，称为湿空气的湿球温度湿球温度T TM M。湿空气的露点湿空气的露点T Td d是不饱和空气在其总压和湿度保持不变是不饱和空气在其总压和湿度保持不变的情况下，而冷却降温达到饱和状态时的温度。的情况下，而冷却降温达到饱和状态时的温度。若湿空气的温度降低到露点以下，则所含超过饱和若湿空气的温度降低到露点以下，则所含超过饱和部分的水蒸气将以液态水的形式凝结出来部分的水蒸气将以液态水的形式凝结出来12.1.5干球温度和湿球温度干球温度和湿球温度干球温度、湿球温度、露点温度l湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，的真实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或故称其为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。性质的一种参数。l对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温度值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。球温度相等。对空气水蒸气系统对空气水蒸气系统 ，干球温度、湿球温度及露点之，干球温度、湿球温度及露点之间的关系为：间的关系为：对于不饱和湿空气对于不饱和湿空气：TTMTd 对于饱和的湿空气对于饱和的湿空气：t tMtd 12.2 焓湿图 图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度T T和湿和湿度度的湿空气状态。的湿空气状态。l等湿度线等湿度线(等等d d线线)：l等焓线等焓线(等等h h线线)：l等温线等温线(等等T T线线)：l等相对温度线（等等相对温度线（等线）线）l水蒸汽分压线：水蒸汽分压线：1 1 在等湿条件下的加热和冷却在等湿条件下的加热和冷却 若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。线。湿空气的基本状态变化过程湿空气的基本状态变化过程冷却冷却 1 1 加热加热温度温度T Td2增温又增湿增温又增湿加热加热 1 1 增湿增湿温度温度T Td3等湿降温，直到饱和线后再沿饱和线去湿等湿降温，直到饱和线后再沿饱和线去湿冷却冷却 1 1 冷却降湿冷却降湿温度温度T Td234不同状态空气的混合不同状态空气的混合设有状态不同的空气设有状态不同的空气1和和2，其混合后的状态点必在，其混合后的状态点必在12的的连线上。状态点位置必靠近其中气体质量较大的一方。如连线上。状态点位置必靠近其中气体质量较大的一方。如1、2点的气体质量分别为点的气体质量分别为m1及及m2，若，若m1m2，则点距，则点距1近，且满近，且满足下式足下式温度温度T Td3125湿空气干燥食品的过程湿空气干燥食品的过程温度温度T Td12 干燥干燥 若忽略干燥中湿空气对食品加热所用去的热量及加热室侧若忽略干燥中湿空气对食品加热所用去的热量及加热室侧壁的散热损失量，则用湿空气干燥食品的过程应该近似为等壁的散热损失量，则用湿空气干燥食品的过程应该近似为等焓过程。焓过程。理论干燥过程即是一条等焓线。但是由于热量损失，其状理论干燥过程即是一条等焓线。但是由于热量损失，其状态点的走向并非沿等焓线变化，而是少许向下倾斜。态点的走向并非沿等焓线变化，而是少许向下倾斜。12.3.2湿湿物料中水分存在形式和表示法物料中水分存在形式和表示法1.1.按物料与水分结合方式分类按物料与水分结合方式分类：（1）化学结合水）化学结合水（2）物理化学结合水物理化学结合水（3）机械结合水）机械结合水最牢，不能用一般干燥方法除去。最牢，不能用一般干燥方法除去。包括吸附水分，渗透水分和结构水分。包括吸附水分，渗透水分和结构水分。包括毛细管水分、空隙水分和润湿水分。包括毛细管水分、空隙水分和润湿水分。（2 2）水分含量表示法）水分含量表示法是以整个湿物料为基准的含水量表示法是以整个湿物料为基准的含水量表示法是以绝对干燥物料为基准的含水量表示法。是以绝对干燥物料为基准的含水量表示法。两种含水量的换算关系式：两种含水量的换算关系式：(1)湿基含水量湿基含水量Mw(2)干基含水量干基含水量Md12.3.3 湿物料中水分的活度湿物料中水分的活度当物料中当物料中aw空气的相对湿度时，物料将失去水分，空气的相对湿度时，物料将失去水分，aw当物料中当物料中aw空气的相对湿度时，物料将吸收水分，空气的相对湿度时，物料将吸收水分，aw湿物料接触空气（湿物料接触空气（T，），充分接触后，达平衡，物），充分接触后，达平衡，物料湿度变为料湿度变为T，其中水分蒸汽压空气的水蒸气分压。物，其中水分蒸汽压空气的水蒸气分压。物料中水分活度料中水分活度与一定状态的空气成平衡时的物料，最终必有一水分含与一定状态的空气成平衡时的物料，最终必有一水分含量与之对应，这个水分称为量与之对应，这个水分称为平衡水分平衡水分Me或或平衡湿度平衡湿度。与一定状态的空气成平衡时的物料，最终必有一水分含与一定状态的空气成平衡时的物料，最终必有一水分含量与之对应，这个水分称为量与之对应，这个水分称为平衡水分平衡水分Me或或平衡湿度平衡湿度。在任何干燥情况下，如果干燥湿空气的温度和湿度不变，在任何干燥情况下，如果干燥湿空气的温度和湿度不变，则相当于此空气状态下的物料平衡水分即为此物料可以干则相当于此空气状态下的物料平衡水分即为此物料可以干燥的限度。燥的限度。而在干燥操作中所能除去的水分，即是物料中所含大于而在干燥操作中所能除去的水分，即是物料中所含大于平衡水分平衡水分的水分，故称为的水分，故称为可除去水分可除去水分。平衡水分 Me热风干燥的基本流程热风干燥的基本流程12.4常压热风干燥常压热风干燥12.4.1热风干燥过程计算热风干燥过程计算1.1.水分蒸发量和产品量水分蒸发量和产品量以绝对干燥物料作物料衡算以绝对干燥物料作物料衡算m1原料量原料量m2 产品量产品量Mw1 Mw2 干燥前，干燥后的湿基水分干燥前，干燥后的湿基水分md 绝对干物质的量绝对干物质的量ms 每小时汽化水分量每小时汽化水分量2.2.空气消耗量空气消耗量湿物料汽化的水分等于空气中增加的水分湿物料汽化的水分等于空气中增加的水分L通过干燥室的干空气量通过干燥室的干空气量d1,d2进入，离开干燥室空气的湿含量进入，离开干燥室空气的湿含量Md1,Md2干燥前，干燥后的物料的干基水分干燥前，干燥后的物料的干基水分汽化汽化1kg水分所消耗的干空气量，水分所消耗的干空气量，单位质量空气消耗量，单位质量空气消耗量，kg干空气干空气/kg水分水分3.热耗量热耗量Q0预热器供给的热量预热器供给的热量，kJ/hLh0空气带入的热量空气带入的热量，kJ/hLh2废气带出的热量废气带出的热量，kJ/hQL热损失热损失，kJ/h若以汽化若以汽化1kg1kg水分所需要的热量计算水分所需要的热量计算热损失分析n废气带走热量；n物料带走热量；n从干燥器表面散失的热量；n干燥器内设施加热的热量；12.4.2干燥器热效率、干燥效率和蒸发效率干燥器热效率、干燥效率和蒸发效率干燥器热效率干燥器热效率空气在干燥室内放出的显热量与空气在空气在干燥室内放出的显热量与空气在预热器中获得的热量之比预热器中获得的热量之比蒸发效率蒸发效率干燥室内的实际蒸发能力与排气完全被水蒸干燥室内的实际蒸发能力与排气完全被水蒸气饱和的理想蒸发能力之比气饱和的理想蒸发能力之比T1,T2进出干燥室温度进出干燥室温度Ts进入干燥室的湿空气的绝热饱和温度进入干燥室的湿空气的绝热饱和温度干燥效率干燥效率用于蒸发水分所需的热量与干燥室内放用于蒸发水分所需的热量与干燥室内放出的显热量之比出的显热量之比CpH湿空气的比热容湿空气的比热容rv水的汽化潜热水的汽化潜热ms水分汽化水分汽化T0新鲜空气温度新鲜空气温度等湿冷却过程等湿冷却过程n空气的温度为空气的温度为3030，露点温度为，露点温度为1212，问：，问：1 1）当冷）当冷却到却到1616时，相对湿度为多少？时，相对湿度为多少？2 2）有）有600m600m3 3的空气，的空气，当温度从当温度从3030冷却到冷却到22时，能失去多少时，能失去多少kgkg水？水？d1d22163078%121.饱和线饱和线1212处向右画一条水平线并与处向右画一条水平线并与3030的垂直线相的垂直线相交，交点是空气的初始状态点。交，交点是空气的初始状态点。2.2.由此点向左画一条水平线与由此点向左画一条水平线与1616的垂直线相交，则交的垂直线相交，则交点的相对湿度为点的相对湿度为78783.3.由温度为由温度为3030、露点温度为露点温度为1212的初始点向右画一条水平相交于的初始点向右画一条水平相交于湿含量垂线上，即得出此空气的湿含量垂线上，即得出此空气的湿含量湿含量d di i=0.0088kg=0.0088kg水水/kg/kg干空气干空气2163078%124.4.由初始状态点向左到饱和曲线画一条水平线并沿饱和曲由初始状态点向左到饱和曲线画一条水平线并沿饱和曲线向左下方与线向左下方与22的垂线相交，此点湿含量的垂线相交，此点湿含量d d2 20.0042kg0.0042kg水水/kg/kg干空气干空气5.5.在初始状态点上画一条平行于比体积线的直线，比体积在初始状态点上画一条平行于比体积线的直线，比体积为为V V0.87m0.87m3 3/kg/kg干空气。干空气。d1d2空气总质量空气总质量每千克空气失水量每千克空气失水量总失水量总失水量n要在要在1010小时内将小时内将42000kg42000kg含水率为含水率为2424的物料干燥至的物料干燥至15.515.5，如果干燥空气从温度为，如果干燥空气从温度为55，相对湿度为，相对湿度为6060的环境状态下加热至的环境状态下加热至4343，试确定风机的风量（，试确定风机的风量（m m3 3/h/h）。）。假定从该物料中排出的废气相对湿度为假定从该物料中排出的废气相对湿度为9898，问需要多，问需要多大的加热器大的加热器(kJ/h)(kJ/h)？每小时需要空气的质量流量每小时需要空气的质量流量每小时需要空气的体积流量每小时需要空气的体积流量n解题步骤分析或者n某糖厂的回转器的生产能力为某糖厂的回转器的生产能力为4030kg/h4030kg/h，湿糖水分，湿糖水分1.271.27，于，于3131下进入干燥器。离开干燥器时水分为下进入干燥器。离开干燥器时水分为0.180.18，温度为温度为3636，环境空气温度为，环境空气温度为2020，湿球温度，湿球温度1717，空，空气经预热至气经预热至9797后进入干燥器。自干燥器排出的废气温后进入干燥器。自干燥器排出的废气温度度4040，其湿球温度为，其湿球温度为3232，已知产品的比热容为，已知产品的比热容为1.26kJ/kgK1.26kJ/kgK，试求，试求1 1。干燥器的散热损失。干燥器的散热损失2.2.干燥器的干燥器的热效率和干燥效率。热效率和干燥效率。