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1、第12章食品干燥原理本章的学习目的与要求n能够完成食品干燥最佳工艺优化工作；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，能够设计计算干燥设备；n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n绝对湿度和相对湿度n湿含量n湿空气的比热容和比体积n湿空气的热含量n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前次课堂内容的简单回顾n湿空气干空气+水蒸气n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。n湿球温度是绝热饱和温
2、度，露点温度是等湿饱和温度。12-3湿物料的性质水分性质n组织结构束缚n分子间力的束缚n自由水n化学结合水n物理化学结合水湿物料的含水量干基水分湿基水分水分活度 平衡水分 Me12-4常压热风干燥L,TL,T0 0,d,d0 0, ,0 0,h,h0 01 1,M,MW1W1,m,m1 12 2,M,MW2W2,m,m2 2L,TL,T2 2,d,d2 2, ,2 2,h,h2 2L,TL,T1 1,d,d1 1, ,1 1,h,h1 1干燥计算质量衡算n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。n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n注
3、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n废气带走热量；n物料带走热量；n什么情况下h1h2？什么情况下h2h1？n从干燥器表面散失的热量；n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-1n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-2n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？ n要在10小
4、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-3n解题步骤分析或者12-5干燥理论n物料干燥过程的推动力和阻力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n表面汽化控制和内部扩散控制表面汽化控制和内部扩散控制n表面汽化控制：表面汽化控制：n内部扩散控制：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n预热阶段n等速干燥阶
5、段n降速干燥阶段n缓苏阶段n冷却阶段等速干燥计算降速干燥例题n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。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：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
6、n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。n干燥过程中存在两种控制：即表面汽化控制和内部扩散控制，如何调控使干燥过程达到最佳是食品工程师的任务。n了解常用的干燥设备结构与特性。思考题n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？n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？n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？n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
7、、减少阻力温度升华/汽化热kJ/kg饱和蒸气压Pa102477.1122802500.8/2835611.2-102836.5259.9-202838.0103.3-302838.738.0-402838.612.8-502837.83.9-602836.31.08冻干过程除自由水（游离水）除束缚水（结合水）传热控制过程：传热控制过程：热量不足引起升华速率下降。传质控制过程：传质控制过程：水蒸汽扩散的阻力大，引起压力和温度上升，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
8、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：稳态传热与传质稳态传热与传质共晶点、共溶点、塌陷温度与玻璃化温度BCDv优优质质：基基本本保保持持食食品品原原有有的的色色、香香、味味、形形，维维生生素素和蛋和蛋 白质等营养物质损失少。白质等营养物质损失少。v方便：食用或加工前，复水快，可直接食用或烹调。方便：食用或加工前，复水快，可直接食用或烹调。v不不用用冷冷藏藏：密密封封包包装装后后，可可在在常常温温下下长长期期贮贮存存、运运输输和销售。和销售。v重量轻：满足宇航、旅游等人员需求。重量轻：满足宇航、旅游等人员需求。v成本高：冻干食品成本是热风干燥食
9、品的成本高：冻干食品成本是热风干燥食品的46倍。倍。 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：n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。n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。n药品中的挥发性成份能得以尽可能的减少。n药品中微生物的生长和酶的作用几乎无法进行。n药品冻干后能最好地保持药品原来的形状。n药品冻干后具有较好的复水性。n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。n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）1
10、克水体积常温常压下1毫升100Pa，-20下1200000毫升结构冻干机结构食品冻干工艺预处理装盘速冻捕水器温度降至40以下加热真空升华干燥解吸干燥包装预冻方法（制冷部分1）机内：机外：慢速冻结快速冻结表 层区柱 状区晶 粒区冰晶冰 间质搁板捕水器与冻干机性能（制冷部分2）n捕水器是冻干系统中能耗最大的部件n升华阶段负荷大，解析阶段负荷小。n捕水器结构优化设计是提高系统性能的关键之一n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n真空度过高，虽然降低全压，但对传热不利。n真空泵抽出系统渗入的不凝性气体n捕水器抽出水蒸气n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。n微波加热法n接触加热法n辐射加热法n接触、辐射混合加热法 冻干赋形/保护剂赋形剂保护剂蛋白质氨基酸醇碳水化合物其它单糖双糖多聚糖人血清蛋白，白明胶甘氨酸，精氨酸，丙胺酸甘露醇，聚乙二醇PEG葡萄糖，果糖乳糖，麦芽糖，蔗糖，海藻糖右旋糖苷，HPCD矿物质，表面活性剂，多聚物，缓冲盐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
