食品机械与设备第十章

第十章第十章 物料干燥设备物料干燥设备1.简介简介(1)可减少物料中的水分；可减少物料中的水分；(2)在干燥过程中辅以其他处理，可制成风味和形状各在干燥过程中辅以其他处理，可制成风味和形状各异的食品；异的食品；(3)干燥操作在食品中广泛应用；干燥操作在食品中广泛应用；(4)大多采用加热或冷冻去湿法除去物料中的水分。大多采用加热或冷冻去湿法除去物料中的水分。2.干燥原理干燥原理1.表面汽化：表面汽化：热量从周围环境传递至物料表面使其热量从周围环境传递至物料表面使其表面水分蒸发。表面水分蒸发。2.内部扩散：内部扩散：物料内部水分传递到物料表面。物料内部水分传递到物料表面。3.干燥过程中水分的内部扩散和外部表面汽化时同干燥过程中水分的内部扩散和外部表面汽化时同时进行的，在不同阶段其速率不同，而整个过程时进行的，在不同阶段其速率不同，而整个过程由两个过程中较慢的一个阶段控制。由两个过程中较慢的一个阶段控制。表面汽化控制表面汽化控制 表面汽化速率小于内部扩散速率，干燥过程表面汽化速率小于内部扩散速率，干燥过程由由表面汽化控制表面汽化控制；只要改变影响表面汽化的因素，就能使干燥只要改变影响表面汽化的因素，就能使干燥速率发生变化；速率发生变化；食品干燥初期，由表面汽化控制，在干燥介食品干燥初期，由表面汽化控制，在干燥介质状态不变的条件下为恒速干燥。质状态不变的条件下为恒速干燥。内部扩散控制内部扩散控制 表面汽化速率大于内部扩散速率，此时干燥表面汽化速率大于内部扩散速率，此时干燥过程受过程受内部扩散控制内部扩散控制。欲提高干燥速率，必须从改善内部扩散着手。欲提高干燥速率，必须从改善内部扩散着手。在食品干燥末期，物料水分较少，整个干燥在食品干燥末期，物料水分较少，整个干燥过程由内部扩散控制，是干燥速率不断减少的降过程由内部扩散控制，是干燥速率不断减少的降速干燥。速干燥。3.分类分类(1)按操作压力分类按操作压力分类：常压干燥器和真空干燥器；：常压干燥器和真空干燥器；(2)按操作方式分类按操作方式分类：连续式和间歇式；：连续式和间歇式；(3)按相对运动方式分类按相对运动方式分类：并流、逆流和错流；：并流、逆流和错流；(4)按供热方式分类按供热方式分类：对流干燥器、接触干燥器、：对流干燥器、接触干燥器、辐射干燥器、介电干燥器；辐射干燥器、介电干燥器；4.干燥设备的技术要求干燥设备的技术要求供热方式对干燥设备的影响：供热方式对干燥设备的影响：对流、传导、对流、传导、辐射辐射；操作温度和操作压力对干燥设备的影响。操作温度和操作压力对干燥设备的影响。5.干燥器的选用原则干燥器的选用原则当地的资源与自然条件；当地的资源与自然条件；物料性能及干燥特性；物料性能及干燥特性；干燥产品的要求。干燥产品的要求。第一节第一节 厢式干燥机厢式干燥机 间歇式对流干燥器，又称为烘箱，适合批量间歇式对流干燥器，又称为烘箱，适合批量不大的水果、蔬菜等多种食品物料的干燥。不大的水果、蔬菜等多种食品物料的干燥。箱式干燥器结构箱式干燥器结构1.平流厢式干燥机平流厢式干燥机2.穿流厢式干燥机穿流厢式干燥机1-保温层保温层 2-加热器加热器 3-料盘料盘 4-风机风机厢式干燥机厢式干燥机 1.搁架搁架 2.加热器加热器 3.风机风机 4.排气口排气口 5.气流分配板气流分配板 6.小车小车 7.厢体厢体 小车结构小车结构主要影响因素主要影响因素(1)热风速率；热风速率；(2)物料层的间距；物料层的间距；(3)物料层的厚度；物料层的厚度；(4)风机的风量；风机的风量；(5)干燥器的小车。干燥器的小车。第二节第二节 隧道式干燥机隧道式干燥机 隧道式干燥机的干燥室呈隧道形，该干燥机的热风与物料隧道式干燥机的干燥室呈隧道形，该干燥机的热风与物料接触时间较长，容易控制，其热量利用率高达接触时间较长，容易控制，其热量利用率高达60%80。是蔬菜、水果、淀粉、鱼粉等食品大量生产使用的设备。是蔬菜、水果、淀粉、鱼粉等食品大量生产使用的设备。1.活动门活动门 2.废气出口废气出口 3.小车小车 4.小车移动机构小车移动机构5.干燥介质进口干燥介质进口 6.湿物料进口湿物料进口 7.干物料出口干物料出口第三节第三节 圆筒式干燥机圆筒式干燥机1.传动齿轮传动齿轮2.支承滚筒支承滚筒 3.原料原料4.热空气热空气5.产品出口产品出口6.废气排出口废气排出口 工作原理工作原理 湿物料湿物料从左端上部加入，借助圆筒的缓慢从左端上部加入，借助圆筒的缓慢转动，在转动，在重力、圆筒倾角重力、圆筒倾角和和进料压力进料压力的作用下的作用下从高端向低端移动，并与通过筒内的热风或加从高端向低端移动，并与通过筒内的热风或加热壁面进行有效地接触而被干燥，干燥后的产热壁面进行有效地接触而被干燥，干燥后的产品从右端下部收集。品从右端下部收集。筒体内壁上装有筒体内壁上装有抄板抄板等，随着圆筒的回转，等，随着圆筒的回转，抄板可不断地将物料抄起又洒下，使物料与热抄板可不断地将物料抄起又洒下，使物料与热风的热接触表面增大，以提高干燥速率并促进风的热接触表面增大，以提高干燥速率并促进物料向前移动。物料向前移动。圆筒式干燥机的分类圆筒式干燥机的分类 1.直接加热式圆筒干燥机直接加热式圆筒干燥机 被干燥物料与热风被干燥物料与热风直接接触直接接触，以对流传热，以对流传热的方式进行干燥。按照热风与物料之间的流动的方式进行干燥。按照热风与物料之间的流动方向，分为方向，分为并流式并流式和和逆流式逆流式。2.间接加热式圆筒干燥机间接加热式圆筒干燥机 在这种干燥机中，载热体在这种干燥机中，载热体不直接不直接与被干燥与被干燥物料接触，而干燥所需的全部热量都是经过物料接触，而干燥所需的全部热量都是经过传传热壁热壁传给被干燥物料。传给被干燥物料。圆筒式干燥机的分类圆筒式干燥机的分类3.复合加热式回转圆筒干燥机复合加热式回转圆筒干燥机 在这种干燥机中，物料干燥所需的热量一部在这种干燥机中，物料干燥所需的热量一部分由热空气通过分由热空气通过壁面壁面，以，以热传导热传导的方式传给物的方式传给物料，另一部分通过热风与物料料，另一部分通过热风与物料直接接触直接接触，以，以对对流传热流传热的方式传给物料。这样可提高热量的有的方式传给物料。这样可提高热量的有效利用率，加快干燥速度。效利用率，加快干燥速度。圆筒式干燥机的特点圆筒式干燥机的特点 优点：优点：连续生产，生产能力大；结构较简单，操作连续生产，生产能力大；结构较简单，操作方便，故障少，维修费用低；适用范围广；操作方便，故障少，维修费用低；适用范围广；操作弹性大；生产上允许产品的产量有较大波动范围，弹性大；生产上允许产品的产量有较大波动范围，不致影响产品的质量；不致影响产品的质量；缺点：缺点：设备庞大，一次性投资较大；热容量系数小，设备庞大，一次性投资较大；热容量系数小，热效率较低；小颗粒物料在机内停留时间较长，热效率较低；小颗粒物料在机内停留时间较长，不适合于对品质均匀性及食品质量要求严格的物不适合于对品质均匀性及食品质量要求严格的物料。料。第四节第四节 带式干燥器带式干燥器 以对流的方式进行热传导，以输送带承以对流的方式进行热传导，以输送带承载物料在干燥室内移动，与热风接触干燥。载物料在干燥室内移动，与热风接触干燥。热风的流动方式热风的流动方式水平气流式水平气流式穿流气流式（有网眼的输送带）穿流气流式（有网眼的输送带）应用：应用：茶叶的干燥，蔬菜的脱水，水果、蜜饯的烘干等。茶叶的干燥，蔬菜的脱水，水果、蜜饯的烘干等。单层带式干燥器单层带式干燥器输送带：钢丝网带或多孔铰接的链板带。输送带：钢丝网带或多孔铰接的链板带。热风从上方穿过带上料层和网孔进入下方，达到穿热风从上方穿过带上料层和网孔进入下方，达到穿流接触的目的。流接触的目的。干燥器带子较短，只适用于干燥时间较短的物料干燥器带子较短，只适用于干燥时间较短的物料。双段带式干燥器双段带式干燥器物料厚度：第一段物料厚度：第一段75-180mm,75-180mm,第二段第二段250-300mm250-300mm。输送带长度：第一段输送带长度：第一段9-18m,9-18m,第二段为第一段的第二段为第一段的1/51/5。第五节第五节 流化床干燥器流化床干燥器 流化床：在一个设备中，将颗粒物料堆放在流化床：在一个设备中，将颗粒物料堆放在分布板上，当气流由设备下部通入床层、随着气流分布板上，当气流由设备下部通入床层、随着气流速度加大到某种程度，固体颗粒在床内就会产生沸速度加大到某种程度，固体颗粒在床内就会产生沸腾状态，这种床层就称为流化床。腾状态，这种床层就称为流化床。流化床干燥器又称沸腾床干燥器。流化床干燥器又称沸腾床干燥器。流化过程：流化过程：(1)固定床；固定床；(2)流化床；流化床；(3)气流输送气流输送特点特点(1)物料与干燥介质接触面大。物料与干燥介质接触面大。(2)干燥速度高。干燥速度高。(3)容易控制制品的含水率。容易控制制品的含水率。(4)装置简单，设备造价低。装置简单，设备造价低。(5)对被干燥物料的粒度有一定的限制。对被干燥物料的粒度有一定的限制。(6)对易结块物料容易产生与设备壁间粘结对易结块物料容易产生与设备壁间粘结而不适用。而不适用。(7)需设置多层，使设备的高度大为增加。需设置多层，使设备的高度大为增加。流化床干燥机的原理及特点流化床干燥机的原理及特点a固定床固定床 b松动床松动床 c流态化开始流态化开始 d流态化展开流态化展开 e气力输送床气力输送床(1)固定床：固定床：当风速很小时，气流从颗粒间通过，当风速很小时，气流从颗粒间通过，气流对物料的作用力还不足以使颗粒运动，物料气流对物料的作用力还不足以使颗粒运动，物料层层静止不动静止不动，高度不变，即固定床阶段。，高度不变，即固定床阶段。(2)松动层：松动层：床层压力降随气流速度的增加而增大，床层压力降随气流速度的增加而增大，当气流的速度逐渐增大至接近气流临界流化速度当气流的速度逐渐增大至接近气流临界流化速度时，压力降等于单位面积床上物料层的实际重量时，压力降等于单位面积床上物料层的实际重量时，时，床层开始松动床层开始松动，高度略有增加，物料空隙率，高度略有增加，物料空隙率也稍有增加，但床层并无明显的运动，即松动层也稍有增加，但床层并无明显的运动，即松动层阶段。阶段。原原 理理(3)流态化开始阶段：流态化开始阶段：当气流的速度增大至气流临当气流的速度增大至气流临界流化速度，并继续增加时，界流化速度，并继续增加时，颗粒开始被气流吹颗粒开始被气流吹起并悬浮在气流中起并悬浮在气流中，颗粒间相互碰撞、混合，床，颗粒间相互碰撞、混合，床层高度明显上升，床上物料近乎液体的沸腾状态，层高度明显上升，床上物料近乎液体的沸腾状态，即流化态开始阶段。即流化态开始阶段。(4)流态化展开段：流态化展开段：当气流的速度进一步增大，床当气流的速度进一步增大，床上物料处于稳定的上物料处于稳定的流化状态流化状态，在物料流态化干燥，在物料流态化干燥时，热风气流的速度应稳定在时，热风气流的速度应稳定在CD范围内；范围内；(5)气力输送阶段：气力输送阶段：当气流速度再增大，气流对物当气流速度再增大，气流对物料的作用力使物料颗粒料的作用力使物料颗粒被气流带走被气流带走，即气力输送，即气力输送阶段。阶段。单层沸腾干燥器流程单层沸腾干燥器流程五层沸腾干燥器流程五层沸腾干燥器流程第六节第六节 喷雾干燥设备喷雾干燥设备概念：概念：喷雾干燥就是将液喷雾干燥就是将液态或浆状食品喷成雾状态或浆状食品喷成雾状液滴，悬浮于热空气中液滴，悬浮于热空气中进行脱水干燥的过程。进行脱水干燥的过程。喷雾干燥示意图喷雾干燥示意图1.特点特点优点：优点：(1)干燥速度快干燥速度快(5-40s)(2)产品质量好，营养损失少；产品质量好，营养损失少；(3)产品具有良好的溶解性、流动性和分散性；产品具有良好的溶解性、流动性和分散性；(4)生产过程简化，操作控制方便；生产过程简化，操作控制方便；(5)制品纯度高；制品纯度高；(6)适宜于连续大规模的生产；适宜于连续大规模的生产；(7)容易改变操作条件，控制或调解产品的质量指标；容易改变操作条件，控制或调解产品的质量指标；(8)可满足对产品的各种要求。可满足对产品的各种要求。缺点：缺点：(1)占地面积大，投资较多；占地面积大，投资较多；(2)结构复杂，费用高；结构复杂，费用高；(3)卫生条件要求高；卫生条件要求高；(4)热及动力消耗大。热及动力消耗大。2.常见液料雾化方法常见液料雾化方法(1)压力喷雾法压力喷雾法(2)离心喷雾法离心喷雾法(3)气流喷雾法气流喷雾法3.喷雾干燥室内热风与雾滴的运动形式喷雾干燥室内热风与雾滴的运动形式并流型并流型逆流型逆流型混合流型混合流型垂直下降并流型喷雾干燥垂直下降并流型喷雾干燥垂直上升逆流型喷雾干燥垂直上升逆流型喷雾干燥第八节第八节 电磁辐射干燥机电磁辐射干燥机 利用微波的利用微波的电磁感应电磁感应或或红外线辐射效应红外线辐射效应，对物料实施加热干燥处理。与其他外部加热干对物料实施加热干燥处理。与其他外部加热干燥法不同的是，这种干燥方法是从物料外部、燥法不同的是，这种干燥方法是从物料外部、内部同时均匀加热的方法。内部同时均匀加热的方法。因此，这种干燥处理方法时间短，不会因因此，这种干燥处理方法时间短，不会因过热变质或焦化，其干燥制品的质量好，尤其过热变质或焦化，其干燥制品的质量好，尤其是热敏性食品的干燥效果更加令人满意。是热敏性食品的干燥效果更加令人满意。一、微波加热器一、微波加热器微波干燥系统组成示意图微波干燥系统组成示意图 箱式微波干燥器箱式微波干燥器 1.磁控管磁控管2.微波发射器微波发射器3.被干燥原料被干燥原料4.工作面工作面5.腔体腔体6.电场搅拌器电场搅拌器原原 理理 微波经导波装置传输至矩形箱体内，矩形微波经导波装置传输至矩形箱体内，矩形各边尺寸都大于各边尺寸都大于1/2波长，从不同的方向都有波长，从不同的方向都有波的反射，被干燥物料在腔体内各个方向均可波的反射，被干燥物料在腔体内各个方向均可吸收微波能，被加热干燥。没有被吸收的微波吸收微波能，被加热干燥。没有被吸收的微波能穿过物料到达箱壁，由于反射又折射到物料能穿过物料到达箱壁，由于反射又折射到物料上。这样，微波能全部用于物料的加热干燥。上。这样，微波能全部用于物料的加热干燥。第九节第九节 真空干燥设备真空干燥设备 在食品干燥中，一般都需要保护产品的在食品干燥中，一般都需要保护产品的色、香、味和营养成分，减少损失。对于某色、香、味和营养成分，减少损失。对于某些要求较为严格的产品，可采用真空干燥，些要求较为严格的产品，可采用真空干燥，即在抽真空环境中进行加热干燥，所使用的即在抽真空环境中进行加热干燥，所使用的加热温度比常压加热干燥低。加热温度比常压加热干燥低。特点特点(1)干燥过程物料温度低，所需时间短；干燥过程物料温度低，所需时间短；(2)所得产品可形成多孔结构，具有较好的所得产品可形成多孔结构，具有较好的溶解性、复水性、色泽、口感。溶解性、复水性、色泽、口感。(3)热量利用经济，干燥速度快。热量利用经济，干燥速度快。(4)干燥时采用的真空度和加热范围较大，干燥时采用的真空度和加热范围较大，通用性好。通用性好。(5)设备投资和动力消耗高，产量较低。设备投资和动力消耗高，产量较低。1.真空干燥箱真空干燥箱1-真空表真空表 2-抽气口抽气口 3-压力表压力表 4-安全阀安全阀 5-加热蒸气进阀加热蒸气进阀 6-冷却水排出阀冷却水排出阀 7-疏水器疏水器 8-冷却水进阀冷却水进阀1.结构结构2.工作原理工作原理3.应用应用2.单层带式真空干燥机单层带式真空干燥机3.多层带式真空干燥机多层带式真空干燥机第十节第十节 升华干燥设备（冷冻干燥设备）升华干燥设备（冷冻干燥设备）升华干燥是利用冰晶升华的原理，将含升华干燥是利用冰晶升华的原理，将含水物料先行冻结，然后在高真空的环境下，水物料先行冻结，然后在高真空的环境下，使已冻结的食品物料的水分不经过冰的融化使已冻结的食品物料的水分不经过冰的融化直接从冰态升华为水蒸气，从而使食品干燥直接从冰态升华为水蒸气，从而使食品干燥的方法。的方法。1.升华干燥的原理升华干燥的原理水的三相图水的三相图 如果压力在三相点如果压力在三相点压力之下，物料中的压力之下，物料中的冰则可不经过液态而冰则可不经过液态而直接升华为水汽。直接升华为水汽。（在较高的真空度下，（在较高的真空度下，冰因直接升华为蒸汽冰因直接升华为蒸汽而去除，物料即被干而去除，物料即被干燥。）燥。）2.主要特点主要特点物料在低压下干燥，能灭菌或抑制某些细菌的活力，物料在低压下干燥，能灭菌或抑制某些细菌的活力，防止防止氧化变质；氧化变质；可以最大限度的保留食品原有成分、味道、色泽和芳香；可以最大限度的保留食品原有成分、味道、色泽和芳香；多孔结构的制品具有很理想的速溶性和快速复水性；多孔结构的制品具有很理想的速溶性和快速复水性；升华时溶于水的溶解物质就地析出，避免表面硬化现象；升华时溶于水的溶解物质就地析出，避免表面硬化现象；脱水彻底，可长期保存；脱水彻底，可长期保存；设备的投资和运转费用高，冻干过程时间长，产品成本高。设备的投资和运转费用高，冻干过程时间长，产品成本高。3.升华干燥过程的三个阶段升华干燥过程的三个阶段预冻阶段预冻阶段(1)预冻温度（低于共熔点温度）预冻温度（低于共熔点温度）(2)预冻时间预冻时间(3)预冻速率预冻速率升华干燥阶段（第一阶段干燥）升华干燥阶段（第一阶段干燥）解析阶段（第二阶段干燥）解析阶段（第二阶段干燥）4.升华干燥装置的基本构成升华干燥装置的基本构成冷冻干燥室冷冻干燥室水汽冷凝器水汽冷凝器真空系统真空系统制冷系统制冷系统加热系统加热系统控制系统控制系统箱式冷冻干燥设备组成示意图箱式冷冻干燥设备组成示意图