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1、第 12 章 食品干燥原理用加热的方法除去湿物料中的湿分以获得固体产品的单元操作称为干燥。干燥方法按加热方式可分为四大类：(1)导热干燥 热量通过与食品物料接触的加热面直接导入，使材料中的湿分汽化排除，达到干燥的目的。(2)对流干燥 热量以对流的方式传递给湿物料，使食品材料中的湿分汽化，以达到干燥的目的。干燥介质（空气）既是载热体又是载湿体。(3)辐射干燥 热量通过电磁波的形式由辐射加热器传递给食品材料表面，再通过材料自身的热量传递，使内部的湿分汽化，达到干燥的目的。(4)介电加热干燥 在高频电场 中，食品材料中的湿分分子处于高速旋转与振动，由此产生的热量使湿分汽化，达到干燥的目的。干燥操作既
2、包含传热过程又包含传质过程，两者的传递 方向可能相同，也可能不同，但遵循的规 律是：热量传递方向：热量总是由高温区向低温区传递。物质传递方向：物质总是由高浓度（或高分压）区向低浓度（或低分压）区传递。干燥进行的必要条件：物料表面的湿汽的压强必须大于干燥介质中湿分的分压。此差值越大，推动力越大。本章所论及的湿分为水分，干燥介质为热空气。1 湿含量（湿度）2918或 （kg/干气）p v、为水蒸汽分 压和湿空气总压， 含量也可理解为单位质量（1干空气中所容纳的水蒸汽质量。对湿度 湿空气中水蒸汽分压与同温度下水的饱和蒸汽压之比。 式中：p v、a 或 对湿度用来衡量湿空气的不饱和程度，反映湿空气的吸
3、收水汽的能力， 值越小，吸收水汽的能力越强。对于饱和湿空气， =1（或 100%）；对于绝干空气， =0。注意：当湿空气达到饱和时，表示其中所含的水蒸汽量已经达到最大值，超过此值的水分量必将以液态水的形式析出。因此，1。 空气的比热容 湿比容 干空气及其所带的 H 所需吸收的 热量。将绝干空气及水蒸汽的平均比热容代入可得：（kJ/干气 ）湿空气的湿比容 H 是指含有 1 干空气的湿空气所占有的体积（m 3/干空气）。 829( 或 )(式中：；a 或 常 压湿空气， =1。湿空气的热含量(焓)焓）I 是指含单位质量绝干空气的湿空气的焓。具体应用时，以 0 的绝干空气和 0 的液态水的焓值为零作
4、为计算起点。 0 或 (kJ/干气)t 为湿空气的温度,。干球温度 t 和湿球温度 t：用一般温度计所测得的空气温度；湿球温度 湿球温度 计所测得的空气温度。湿球温度计：将温度计的感温部分包以湿纱布，使其始终处 于润湿状态所构成的温度计。湿球温度形成的原理：因物质交换(湿度不同) 导致热量交换,最终达到热、质的传递平衡。传热达平衡时,有：)( 或 )( m 2s）；的汽化潜热，kJ/m 2)；质）面 积，m 2。对空气水系统:/H露点 不饱和空气在其总压和湿度保持不变的情况下，被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，则所含超过饱和部分的水蒸气将以液态水的形式凝结出来。由于
5、湿度不变，因此有： 上式求得 ， 查饱和水蒸汽表可得 由下式计算 p 单位为 Pa，单 位为 。湿空气的几个温度之间的关系：对于不饱和湿空气，有 ttm于饱和湿空气，有 t=tm= 湿空气的湿焓图及使用方法21 湿空气的湿 焓图（HI 图）见书 绘制的。特别提示：湿焓图上的任一参数值均是以 1干空气为基准的。湿空气的 由以下诸线 群组成：1）等湿度线（等 H 线）群等湿度线是平行于纵轴的直线群，数值从 0到 干气。2）等焓线（等 I 线）群等焓线是平行于斜轴的直线群（与纵轴的夹角 45），数值从 0 到 480kJ/干气。3）等干球温度线（等 t 线）群等干球温度线是一系列向上倾斜但互不平行的
6、直线群，数 值从 185。4）等相对湿度线（等 线）群等相对湿度线是一系列向上倾斜弯曲的曲线群，从 =5%到 =100%共 11 条。5）水蒸汽分压线图中右下角的一系列水平直线群，数值从 0到 18焓图的应用1）由 上任一状 态点确定湿空气的状态参数值，方法 见下图： 由图可清楚的看出：对于不饱和湿空气，有 ttm于饱和湿空气（状态点 A 落在=100%线上），有 t=tm=别提示：湿焓图上 =100%线上任一点均表示湿空气处于饱和状态。2 由湿空气的任意两个独立参数在 上确定状态点 A。a）已知 t， b）已知 t， c）已知 t，3. 湿空气的基本状态变化过程31 间壁式加热和冷却以及冷（
7、却）凝减湿过程1 间壁式加热和冷却特点：等湿过程， 过程线为直线，加 热，冷却。2 间壁式冷（却）凝减湿过程当湿空气被冷却至露点时，空气达到饱和状态，湿空气中的水蒸汽就开始在冷却面上凝结出来，随着冷却过程的进行，水分也不断析出，而温度则不断降低，但空气始终维持在饱和状态，这时， 过程线主要沿 =100%线变化。特别提示：当空气湿度不变时，既可用湿比热法又可用焓差法计算状态变化的热量，但空气湿度变化时，只能用焓差法计算状态变化的热量。32 不同状态 湿空气的混合过程设有两股空气， 对应的绝干空气量为 2，对应的状态为（H 1，（H 2，混合后的湿度和焓值可由物料及热量衡算求得。混合前后水分量不变
8、：2）12）211212 可见，混合点 m（在 上）位于 1，2 两状态点的联线上，且 m 点划分线段 1（杠杆定律）。21时可由上两式解得： ，21 21例 12 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 600 空气，当温度从30冷却到 2时，能失去多少千克水？解：（1）等湿冷却过程。首先确定新鲜空气的状态点（H 1=1=33%），然后作等湿线与 t=16的等温 线相交，可读得过此交点的 值为 80% 。（2）冷凝减湿过程。先由等温线 t=2与=100%线的交点可读得 干气。然后计算新 鲜空气的湿比容以求绝干空气量 L。绝 干 气70. 除
9、去的水分量： 69)(21 4. 湿物料的形态和物理性质(1) 湿物料可按其外观形态的不同而分为下列几种： （2) 湿物料又可按其物理化学性质的不同粗略分为两大类： （湿物料中水分存在形式和表示法(1)物料中水分存在形式机械结合水： 这部分水处 于食品表面和粗毛管中，与干物质结合较松弛，以液态存在，易于除去。物理化学结 合水：这部分水是指吸附水、绝 干 气渗透水和结构水，其中吸附水与物料结合比较牢固，难于除去。化学结合水： 这部分水是 经过化学反应按一定比例渗于干物质分子内部，与干物质结合比较牢固，若去掉 这部分水必然要引起物理性质和化学性质的变化，这种水不是干燥要排除的。(2)物料中水分含量
10、表示法 表达方法有湿基含水量和干基含水量两种。湿基含水量 ：湿物料中含有的水分 质量与湿物料的总质量之比。 湿 物 料 的 总 质 量湿 物 料 中 水 分 质 量干基含水量 X：湿物料中含有的水分 质量与绝干物料的质量之比。 湿 物 料 中 绝 干 物 料 质 量湿 物 料 中 水 分 质 量1143 平衡水分平衡水分：湿物料与一定状态（温度和湿度一定）的空气接触达平衡时，残余在湿物料中不能排除的水分。平衡水分与空气相对湿度的关系曲线称为吸附等温线。若干种食品的吸附等温线参见图 120 和表 12衡水分与物料的性质和空气的状态有关。湿物料中各种水分的意义：由图可得：当物料性质一定时，它的平衡
11、水分与空气的状态有关。当温度不变时，平衡水分与空气的相对湿度的关系是：空气的相对湿度越大，平衡水分也越大。一般当 不变时 ，温度升高，平衡水分略有降低，但温度变 化范围不大时，可 认为平衡水分仅与 有关。可除去水分：在干燥操作中所能除去的水分，即物料中所含大于平衡水分的那部分水分。特别提示：改变空气的状态，就可以改变物料的平衡水分。5 湿物料常压热风 干燥过程通常干燥系统由两个主要部分组成：空气预热器和干燥器（室），如图所示。L L 0, 1, 2,2 , 1 , 热风干燥 过程计算下列符号的意义：湿物料的处理量， kg/h；干燥产品量， kg/h；湿物料中 绝干物料量，kg/h；预热器 P 干燥器 以绝干空气计的空气消耗量，h。空气预热器耗热量， h。(1)产品量和汽化水分量 干燥过程中，绝 干物料的量不变，即 )1()1( 2212112)(汽化水分量： 1222121 ：)1(2221W2)空气消耗量 ： 12212 112 )()( 定义： 为单位空气消耗量12l（即每汽化 1分所消耗的绝干空气量）。(3) 耗热量 ： )(01对干燥器作热量衡算，有： 12或 D干燥器内 补充的热量， h；物料、运输机械的出入所 带走的热量与干燥器的散热损失之和， h；特别提示：若物料、
