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1、第四章 物料干燥与贮藏,第一节 物料干燥机理,一、物料的物理特性 1、物料比热 物料温度升高1度所需的热量，称为物料的热容量。 使1kg物料温度升高1度所需的热量，称为物料的比热。 符号c表示，单位为J/kgK 物料不同，干物质组成分不同，水分含量不同，其比热 是不相同的。 cs=cg+(4186-cg) cs- 湿物料比热 J/kgK cg- 绝干物料比热 J/kgK - 物料湿基含水率 %,第一节 物料干燥机理,一、物料的物理特性 2、物料的导热系数 物料传导热量的能力，称为物料的导热性。 符号表示，单位为W/mK 物料温度上升的快慢主要决定于物料个体的导热性、空 气温度以及空气的比消耗量
2、,第一节 物料干燥机理,一、物料的物理特性 3、物料的导温系数 物料的导温系数是衡量物料受热后温度传递变化大小的一 个重要参数，符号d表示，单位为m2/s 。 物料的导温系数d与物料的导热系数成正比，与比热和密 度成反比。 d = /c 式中 d导温系数（m2/s） 导热系数（W/mK） c 物料比热（J/kgK） 物料密度（kg/m3）,第一节 物料干燥机理,一、物料的物理特性 4、物料受热的允许温度 物料在干燥过程中，除脱水之外，还伴随发生生化变 化。假如物料温度掌握的得不适当，就可能导致变质。 如：粮食 作为种籽粮为要保证其发芽能力，又要杀灭虫害，粮温以43为限（多数谷物在52时就会杀死
3、胚芽）；作为商品粮，为了减小其爆腰倾向和防止蛋白质变性，粮温一般不超过50为好，但用于磨粉时粮温可高达60；饲料粮的粮温允许更高一些（极限温度可接近90）。,第一节 物料干燥机理,二、物料含水率及其测定 1、物料含水率 物料含水率系指100g物料中所含水分的克数，以百分 数或小数表示。 物料含水率有湿基含水率和干基含水率两种表达方式。 湿基含水率以100g湿物料为计算基准，其计算式： 式中 物料湿基含水率 W 100克湿物料的含水量（g） mg 100克湿物料的绝干物质含量（g）,第一节 物料干燥机理,二、物料含水率及其测定 1、物料含水率 干湿基含水率以100g湿物料中的绝干物料量为计算基
4、准，其计算式： 式中 g 物料湿基含水率 湿基含水率与和干基含水率的换算关系：,第一节 物料干燥机理,二、物料含水率及其测定 2、物料含水率的测定 含水率测定方法有直接和间接法两类 烘箱法 应用最广泛的、精确的直接测定方法 电阻水分测定仪（间接法） 利用物料电阻随水分含量而变化的特性制成的。 电容式水分测定仪（间接法） 利用电容器电容量随置于电容器两极之间的物料水分含量而变化的特性制成的。,第一节 物料干燥机理,三、物料干燥机理 物料干燥是一个复杂的物理化学过程。物料的干燥过程，伴随着水分和能量的交换与转移。 1、自由表面水分的汽化 空气与个体物料接触的表面称为自由表面。 物料个体的干燥，最后
5、都是通过个体表面进行的。 水在自由表面的蒸发与汽化有如下特点：,第一节 物料干燥机理,三、物料干燥机理 1、自由表面水分的汽化 当物料湿度大的时候，自由表面被饱和水蒸汽所包围； 水蒸汽层的水蒸汽分压力，等于水在相同温度下的饱和 水蒸汽压力。温度越高，其值越大；温度越低，其值越小。 此时物料的干燥有赖于水蒸汽层水分子的扩散运动和空气 的流动速度。 温度高，水蒸汽分压力增大，水分子扩散运动加剧；空 气流速大，可以减薄水蒸汽层的厚度。 故提高温度和增加气流速度，可以加快物料的干燥过程。,第一节 物料干燥机理,三、物料干燥机理 1、自由表面水分的汽化 当物料湿度低时，自由表面不再被饱和水蒸汽所包围，
6、尤其是在物料个体内部水分扩散速度跟不上表面汽化速度 时更是如此。 但是，只要物料内的水分高于平衡水分，自由表面的 水蒸汽分压力也总是高于空气的水蒸汽分压力，物料干燥 过程将继续进行，直到平衡为止。,第一节 物料干燥机理,三、物料干燥机理 2、水分与物料干物质的结合形式 根据水分与物料的结合能把水分和物料的结合形式分为4类。 （1）化学结合水分 这种水分与物料的结合有准确的数量关系，结合得非常牢固，只有在化学作用或非常强烈的热处理（如煅烧）时才能将其除去。通常干燥时不能排除化学结合水分。 (2)物理-化学结合水 这种水分与物料的结合无严格的数量关系，又称为吸附结合水。这种水分只有变成蒸汽后，才能
7、从物料中排除。,第一节 物料干燥机理,三、物料干燥机理 2、水分与物料干物质的结合形式 （3）物理-机械结合水分 毛细管中的水分属于此类。对于大毛细管（10-7m）,这种毛细管只有直接与水接触才能充满。对于微毛细管（10-7m），可以通过吸附湿空气中的水蒸气使微毛细管充满液体，但这种水分仍属游离水。水是毛细管中既可以液体形式，也可以蒸汽形式移动（水蒸气分子的自由行程平均为10-7m）。 （4）可用机械方法（如过滤）除去的水分 留在物料细小容积骨架中的水分是生产过程中保留下来的。脱除这种水分只需克服流体流经物料骨架的流体阻力即可。,第一节 物料干燥机理,三、物料干燥机理 3、物料的水分汽化过程
8、物料水分的汽化首先是从表面开始的。接着便因为物料个体内外形成湿度差而导致内部水分逐渐向外转移；而温度（热量）则逐渐向内传递，并形成温差。 逆温差对内部水分的转移是不利的。但是，湿度差却有利于内部水分的转移；湿度差（即湿度梯度）越大，内部水分向外转移速度亦越快。,第一节 物料干燥机理,三、物料干燥机理 3、物料的水分汽化过程 水分的汽化毕竟主要靠表面进行，而且表面汽化较内部来得容易、省能，所以要尽量创造表面汽化的条件，比如适当增大干燥介质流速和交替冷却物料表面等。 采用干燥缓苏交替 另外，由于物料个体内部水分的转移总是要有一定的时间，而对某些物料来说，温度梯度和湿度梯度的增大，会使热应力和组织应
9、力随之增大，而当应力增大到一定程度时，便会导致物料个体的物理损伤。 所以，物料的干燥速度应受到一定的限制。,第一节 物料干燥机理,三、物料干燥机理 4、物料的平衡水分和吸湿过程 物料水分的汽化是依赖物料个体表面的水蒸汽分压力与空气中水蒸汽分压力的差值（即压差）而进行的； 如果没有压差，水分的汽化也便停止；如果出现反压差，即空气中的水蒸汽分压力大于物料个体表面的水蒸汽分压力，则物料从空气中吸收水分。,第一节 物料干燥机理,三、物料干燥机理 4、物料的平衡水分和吸湿过程 当空气的水蒸汽分压力等于物料个体表面的水蒸汽分压力时，物料的水分汽化与吸湿便达到了动态平衡，这时物料所含的水分便称为平衡水分，以
10、符号p表示。 平衡水分与空气相对湿度、空气温度、物料种类及其成熟度等有关。 相对湿度大，则平衡水分高； 温度高，则平衡水分低； 含油量物料，比高淀粉物料的平衡水分低。,第一节 物料干燥机理,三、物料干燥机理 4、物料的平衡水分和吸湿过程 吸湿等温曲线：在一定的大气压力和,吸湿和解吸等温曲线,第二节 物料干燥工艺,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲线 在一定干燥条件下的物料的水分变化与时间的关系，用图线表示出来，这个图线就是该物料在特定条件下的干燥曲线。 物料不同，干燥条件不同，干燥曲线是不相同的。,第二节 物料干燥工艺,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲线 （以小麦干燥曲线为例） 在干燥的最初阶段
11、，物料水分的降低是按直线进行的，即物料处于等速干燥阶段（或称恒率干燥阶段）。 AB阶段,第二节 物料干燥工艺,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲线 （以小麦干燥曲线为例） 经过一段时间后，从B点开始物料水分的降低按曲线进行，即物料处于降速干燥阶段（亦即减速干燥阶段）。 BC阶段,第二节 物料干燥工艺,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲线 （以小麦干燥曲线为例） 当到达C点后，物料便在特定条件下处于平衡状态，水分不再降低。 B点称为降水速率转变点（也称为临界含水率）。,第二节 物料干燥工艺,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲线 在等速降水阶段，物料个体表面为自由水分和饱和水蒸汽所包围，这时提供给干燥作
12、业的热量几乎全部用于水分汽化，物料温度保持不变。 等速阶段的持续时间将取决于物料的原始湿度、水分气化速度及料层厚度。 等速降水阶段的结束点是不固定的、有条件的。,第二节 物料干燥工艺,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲线 随着干燥过程的进行，物料个体表面的自由水分消失，物料水分的汽化依赖于内部水分的向外转移；与此同时，物料温度逐渐上升，并形成内外温度差。这种逆温差会阻碍内部水分向外转移，再加上物料个体表面毛细管的干燥收缩作用，出现了降速降水阶段。 介质温度越高、流速越大，降速阶段开始越早。 到达C点后，物料处于平衡水分状态，物料温度也与介质温度处于平衡状态。 降速阶段的干燥包含内部水分向表面转移
13、和从物料 表面除去水分两个过程。,第二节 物料干燥工艺,一、物料干燥速度 2、物料干燥速度曲线 物料干燥速度是表示单位时间内物料水分的变化程度。 干燥速度曲线可以用干燥速度与物料含水率（干基含水率）的关系来表示。,第二节 物料干燥工艺,一、物料干燥速度 3、影响物料干燥速度的主要因素 干燥介质温度与相对湿度 介质温度越高，水分的蒸发和汽化速度就越大； 相对湿度越低，物料内部水分的扩散速度及物料表面水分的蒸发速度也越大； 温度提高是有限度的。显著因素、主导因素 干燥介质流动速度 介质流动速度越大，干燥速度也随之增大； 当料层内气流处于湍流状态（雷诺数大于100） 时，气流速度继续增大对干燥速度影
14、响不明显。,第二节 物料干燥工艺,一、物料干燥速度 3、影响物料干燥速度的主要因素 物料原始含水率及机械结合水含量 原始含水率越高，机械结合水含量越大，失水就越 容易。 物料的组成、尺寸及致密度 物料的组成、尺寸及致密度不同，干燥速度也不同。 纤维类物料具有多孔性，内部水分迁移阻力小，易于干燥； 块状物料随尺寸的增大，水分的迁移距离也增大（迁移时间 增长），干燥速度相应减慢； 物料结构越致密，干燥也越困难。,第二节 物料干燥工艺,一、物料干燥速度 3、影响物料干燥速度的主要因素 其他因素 干燥速度还与料层的总厚度 介质与物料的移动方向 干燥设备结构 传热方式,第二节 物料干燥工艺,二、物料干燥
15、工艺 1、茶叶干燥工艺 茶叶的热加工工序指杀青、炒干（炒青）和烘干（烘青）。 茶叶的主要审评指标是香气、滋味、汤色、叶底色及外形。 杀青靠传导传热和冷热空气自然对流或强制对流来达到失水的要求；要求高温快杀和及时透发水分。 是利用锅的高温来破坏茶叶中酶的活性，蒸发水分，散发青草气味，增加农香气。绿茶杀青叶含水率在58-64%之间。 单锅杀青 最高投叶锅温约480 正常杀青温度380-420 出锅温度降至200，杀青时间8-12min,第二节 物料干燥工艺,二、物料干燥工艺 1、茶叶干燥工艺 双锅连续杀青 前锅温度380-420 后锅温度270 三锅连续杀青 前锅 380-420 中锅 270-2
16、80 后锅 170-180 滚筒及槽式杀青 投叶出叶 温度为480-500540-560170-180； 杀青时间槽杀为4-6min，滚筒杀3-5min； 出叶时叶温60-70。,第二节 物料干燥工艺,二、物料干燥工艺 2、粮食烘干工艺 粮食主要由淀粉、蛋白质、脂肪、水分、纤维素等组成。 淀粉加热温度在60以内，其品质变化不显著； 蛋白质的热变温度约50（热变后具有不可逆变性）。 要保持胚芽活力，粮食温度要求控制在4243以下。 对于种子粮，当采用固定床一次烘干时，热风温度应控制在4045，风速0.5ms左右，降水率一般不超过0.5%/h； 当采用流化床进行循环干燥时，热风温度可以提高，但要以来粮温不超过4243
