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1、1 第七章 食品干燥 技术装备 p326 2 GB1509195 食品工业基本术语 干燥：drying，从食品或食品原料中除去水 分的过程，有自然干燥（晒干、风干）和 人工干燥（常压加热干燥、真空加热干燥 、红外干燥、微波干燥、冷冻升华干燥等 ）。 脱水：dehydration，用人工方法从食品或 食物原料中除去水分的过程。（同义词： 人工干燥） 3 干燥的目的 延长贮藏期 - 经干燥的食品，其水分活性较低，有 利于在室温条件下长期保藏，以延长食品的市场供给， 平衡产销高峰; 用于某些食品加工过程以改善加工品质 - 如大豆、 花生米经过适当干燥脱水，有利于脱壳(去外衣)，便于 后加工，提高制品
2、品质；促使尚未完全成熟的原料在干 燥过程进一步成熟; 便于商品流通 - 干制食品重量减轻、容积缩小，可 以显著地节省包装、储藏和运输费用，并且便于携带和 储运; 干制食品常常是救急、救灾和战备用的重要物质。 4 食品干燥过程控制 达到一定的水分要求 （入仓前干燥后的粮食所含水分可以保证不 生霉变质，此称为粮食安全水分 ） 保持或改善食品品质 控制条件和方法以获得最低能耗 5 第一节 食品干燥的基本原理 一、食品湿物料与含湿气体 湿物料的状态与物理性质 含湿气体 二、物料与空气之间的湿热平衡 吸附与解吸等温线 平衡湿度与吸附湿度 干燥过程物料水分的变化 三、干燥过程的湿热传递 食品干燥过程的特性
3、 干燥过程湿物料的湿热传递 影响湿热传递的主要因素 6 食品干燥的基本原理 湿物料的状态 按湿物料的外观状态和物理化学性质则可分为两大类 ： a. 湿固态食品物料 块状物料，如马铃薯、切块胡萝卜等； 条状物料，如刀豆、马铃薯条、香肠等； 片状物料，如叶菜、肉片、葱蒜头片、饼干等； 晶体物料，如葡萄糖、味精、柠檬酸、砂糖等； 散粒状物料，如谷物、油料种籽等； 粉末状物料，如淀粉、面粉、乳粉、豆乳粉等 b. 液态食品物料 膏糊状物料，如麦乳精浆料、冰淇淋混料等 液体物料，如各种抽提液、悬浮液、乳浊液和胶 体溶液等 7 食品干燥的基本原理 食品干燥过程 将能量传递给食品(传热过程) 促使食品物料中水
4、分向表面转移并排放到物 料周围的外部环境中，完成脱水干制的基本过 程(传质过程) 湿热的转移是食品干燥原理的核心问题 8 影响湿热传递的主要因素 (一)食品物料的组成与结构 (1)食品成分在物料中的位置 (2)溶质浓度 (3)结合水的状态 (4)细胞结构 (二)物料的表面积 (三)空气的湿度 (四)空气的温度 (五)空气的流速 (六)大气压力或真空度 (七)物料干燥温度 9 第二节 喷雾干燥技术装备 一、喷雾干燥的原理及特性 喷雾干燥是利用不同的雾化器将溶液、乳 浊液、悬浊液或含有水分的膏糊状物料在 热风中喷雾成细小的液滴，在它下落的过 程中，水分被蒸发而成为粉末状或颗粒状 的产品，在单一工序
5、中同时完成喷雾与干 燥两种工艺过程。 10 （一）喷雾干燥原理 在干燥塔的顶部导入热风， 同时将料液泵送至塔顶，经 过雾化器雾化器喷成雾状的液滴 ，这些液滴群的表面积很大 ，与高温热风接触后水分迅 速蒸发，在极短的时间内便 成为干燥产品，从干燥塔底 部排出。热风与液滴接触后 温度显著降低，湿度增大， 作为废气由排风机抽出，废 气中夹带的微粉用分离装置 回收。 11 （二）喷雾干燥的特点 优点： (1)干燥速度十分迅速；（2）干燥过程中的液滴 温度不高，产品质量较好；（3）产品具有良好的分散 性、流动性和溶解性；（4）生产过程简化，操作控制 方便；（5）防止发生公害，改善生产环境；（6）适宜 于
6、连续化大规模生产；（7）容易改变操作条件，控制 和调节产品的质量指标；（8）可以满足对产品的各种 要求。 缺点： （1）设备比较复杂，一次投资大；（2）在生 产小粒径的产品时，废气中约夹带有20左右的微粉， 需要选用高效的分离装置，结构比较复杂，费用较贵； （3）设备体积庞大，对生产卫生要求高的产品，设备 的清扫工作量大；（4）设备的热效率不高，热消耗大 ，热效率一般约为3040，动力消耗大。 12 （三）液滴的干燥特性 在喷雾干燥过程中，即使初速度很高，但由于液 滴很小，其雷诺系数Re一般都很低的，约在10 12范围以内。小于50um的液滴，虽以100 150m/s的相对速度运动，其Re也不
7、超过200 。当液滴速度很快地衰减到与气流的速度相等时 ，其Re小于2。 雷诺系数是表征流体流动特性的一个重要参数。 流体流动时的惯性力Fg和粘性力(内摩擦力)Fm 之比称为雷诺系数。用符号Re表示。 13 （四）对喷雾干燥机的要求 14 二、喷雾干燥器的分类 （一）按生产流程分类 1.开放式喷雾干燥系统 p329 载热体在这个系统中只 使用一次就排入大气 中，不再循环使用。 适用于废气中湿含量 较高，无毒无臭气体 。 15 2.封闭循环式喷雾干燥系统p329 16 载热体在这个系统中组成一个封闭的循环 回路，有利于节约载热体、回收有机溶剂 、防止大气污染，载热体大多使用惰性气 体（如氮、二氧
8、化碳）。 17 3.自惰循环式喷雾干燥系统 系统中有 一个自制 惰性气体 的装置。 18 4.半封闭循环式喷雾干燥系统 19 （二）按喷雾和气体流动方向分类 并流、逆流、混流三种 1.并流型喷雾干燥器 在喷雾干燥室内，液滴与热风呈同方向流动 。这类干燥器特点是被干燥物料允许在低温 情况下进行干燥。由于热风进入干燥室立即 与喷雾液滴接触，室内温度急降，不会使干 燥物料受热过度，因此适宜于热敏性物料的 干燥。排出产品的温度取决于排风温度。在 食品工业中，如牛奶、果汁、鸡蛋液等物料 的干燥大多数采用并流型喷雾干燥。 20 21 2.逆流式喷雾干燥器 在喷雾干燥器内，热风与液滴呈相反方向 流动，其特点
9、是高温热风加入干燥器内首 先与将要完成干燥的粒子接触，使内部水 分含量达到较低的程度，物料在干燥器内 悬浮时间长，适于含水量高的物料干燥， 设计时应注意气流速度小于成品粉粒悬浮 速度，以防粉粒被废气夹带。常用于压力 喷雾场合。 22 3.混合流型喷雾干燥器 这种装置是气流与雾滴的运动方向成垂直 ，或气流有一个方向（从上向下），而雾 滴有两个方向（即从下向上，然后从上向 下）。气流与产品较充分接触，并起扰动 ，脱水效率较高，耗热量较少，但产品有 时与湿的热空气流接触，故干燥不均匀。 如果设计不好，往往会造成气流分布不均 匀、内壁局部粘粉严重等缺陷。 23 （三）按雾化方法分类 1.压力式喷雾干燥
10、器 恒流高压泵+喷嘴 24 2.离心式喷雾干燥器 25 3.气流式喷雾干燥器 26 三、雾化器的结构及机理 喷雾干燥时，雾滴大小和均匀程度对产品 质量和技术经济指标影响很大，雾滴平均 直径为2060um，雾滴过大达不到干燥要 求，过小则会由于干燥过度而变质，因此 使料液雾化所用的雾化器是喷雾干燥设备 的关键部件。用于食品工业的雾化器主要 有三类：压力式、离心式和气流式。 27 （一）压力式雾化器 1.雾化机理 液体从单一孔中经加压后获得雾化，演变过程见 图。液滴从管孔中滴下时管滴的液滴质量增加， 当能克服其表面张力时，就出现落下落下现象。 当管端流量增大时，形成液柱，液滴落下的周期 变长，这种
11、状态称作为平滑流平滑流；液柱端部发生径 向分速度引起纵向振动，使液柱分裂液柱分裂。液柱长度 随着液流速度的增加而变化，当达到一定程度时 ，由于液柱的纵向振动反而使液柱长度变短，这 种液流不安定的状态称为迁移流迁移流。 28 29 因此，越靠近轴心，旋转速度越大，其静压力越 小，结果在喷嘴中央形成一股压力等于大气压的 空心旋流，而液体则形成旋转的环形薄膜旋转的环形薄膜，液体 静压能在喷嘴处转变为向前运动的液膜的动能， 从喷嘴喷出。液膜伸长变薄，最后分裂为小雾滴 。这样形成的液雾为空心圆锥形，又称空心锥喷 雾。液体的分散度取决于喷嘴结构、溶液流出的 速度及压力和溶液的物理性质表面张力、粘 度、密度
12、等。 图714为压力式喷嘴操作示意图，图中（1） 为压力分布情况，（2）为喷嘴内液体运动情况 。 30 2.压力式雾化器的形式与结构 压力式雾化器俗称压力喷嘴，在结构上的 共同特点是使液体获得旋转液体获得旋转运动，即液体 获得离心惯性力获得离心惯性力，然后由喷嘴高速喷出。 结构形式较多，以漩涡式和离心式最为常 用。 31 32 (3)具有多导管漩涡式压力喷嘴 是漩涡式压力 喷嘴的改良型，喷嘴上面套入多孔板，使 进入漩涡室的液流均匀通过切线导管，从 而产生中空锥形均匀雾滴。结构见图718 所示。 33 34 压力式雾化器的主要优点 （1）结构简单，操作时无噪音，制造成本低 ，维修、更换方便，动力
13、消耗较小； （2）改变了喷嘴的内部结构，容易得到所需 要的喷矩形状； （3）大规模生产时可以采用多喷嘴喷雾。采 用多喷嘴时，必须注意喷头分布的距离， 相临喷嘴距离过近，导致粒度不均。对于 力度要求均匀的产品，最好采用单一的大 孔径喷嘴。 35 压力式雾化器的主要缺点 36 （二）离心雾化器 37 料液流量与液滴的形成 38 39 2.离心式雾化器的形式与结构 40 41 42 （5）喷嘴内其它形式 离心雾化器喷嘴的其 他形式有喷枪形（1）、锥形（2）和圆帽 形（3）等。 43 3.离心雾化器的特点 离心雾化器的优点是液料通道大，不易堵 塞；对料液的适应性强，高粘度、高浓度 的料液均可；操作弹性
14、大，进液量变化正 负25时，对产品质量无大的影响。 缺点是结构复杂、造价高；动力消耗比压 力式大；只适于顺流立式喷雾干燥设备。 44 （三）气流式雾化器 45 2.形式与结构 46 47 48 49 50 （四）三种雾化器的比较与选择 1.三种雾化器的比较 51 52 2.雾化器的选择准则 53 四、喷雾干燥设备的设计 （一）喷雾干燥器的组成及设计原则 1.喷雾干燥器的组成 喷雾干燥设备的主体是喷雾干燥室，室内装 有雾化器，热风分配器以及刮粉、出料装 置等。 干燥室上开有进、排气口，出料口以及人孔 、视灯等。另外，为了消除和减少物料的 粘壁现象，设备中设置了粘壁清扫装置。 喷雾干燥器的附属设备
15、有空气加热器、分 离器、空气过滤器和卸料装置等。 54 通过压力或离心力将液态或浆质态的 食品喷成雾状液滴，悬浮在热空气气流中 进行脱水干燥的过程。 雾化系统 干燥室 喷雾干燥机 55 喷雾干燥室 分为箱式和塔式两大类，因处理物料不同、受热温 度不同、热风进入和出料方式不同结构形式也不同 。 干燥室按材料不同可分为金属结构和钢筋水泥结构 以及内有衬里的砖木结构。 厢式干燥室又称为卧式干燥箱，用于水平方向的压 力喷雾干燥，少见。 塔式干燥室适用于离心、压力、气流喷雾等，其底 部有锥形底、平底和斜底三种，对于处理具有吸湿 性，具有热塑性的物料，为防止干粉粘壁，应当在 塔壁附设冷却措施，或者由塔的圆
16、柱体下部切线方 向进入冷空气扫过塔壁或安装旋转空气清扫器。 56 2.喷雾干燥器的设计原则 57 58 喷雾干燥器设计工艺要求数据 59 辅助设备 空气过滤器（用不锈钢等编织成的浸油式 滤层，表面喷以轻质定子油、真空泵油等 ）、空气加热器（蒸汽、燃油、电力、煤 气、煤炭等）、风机（进风机、排风机， 离心式）、空气压缩机（小型设备驱动离 心盘使用）、电动机（大型设备驱动离心 盘转动）、细粉分离机（一般使用旋风分 离机）、冷却沸腾床、空气减湿器、激振 锤（电锤、空气振荡器）。 60 61 第三节 滚筒干燥技术装备 p353 一、滚筒干燥的原理与设备 （一）滚筒干燥的原理与特点 这种干燥机是将料液分布在转动的、蒸汽加热的 滚筒上，与热滚筒表面接触，料液的水分被蒸 发，然后被刮刀刮下，经粉碎为产品的干燥设 备。由于加热表面温度较高，使料液中的蛋白 质结构改变不易溶
