食品工厂机械与设备第九章ppt课件

食品工厂机械与设备,第九章 干燥机械与设备,1,第九章 干燥机械与设备,干燥在食品工业中的地位 干燥操作与设备 干燥机械设备种类 第一节 对流型干燥设备 第二节 传导型干燥设备 第三节 冷冻干燥机 本章小结 思考题 自测题,2,干燥在食品工业中的地位,减小体积和重量,降低贮运成本、提高保藏稳定性，改善和提高食品风味和食用方便性等作用。 从液态到固态的各种食品物料均可以干燥成适当的干制品。例如，牛乳、蛋液、豆乳通过喷雾干燥可以得到乳粉、蛋粉和豆奶粉；蔬菜水果通过热风干燥可以得到脱水蔬菜和水果。,3,干燥操作与设备,干燥是同时发生传热和传质的单元操作。 干燥机械设备通常是由多台装置构成的系统，但往往称为干燥机或干燥器。例如，喷雾干燥系统称为喷雾干燥机或喷雾干燥器，冷冻干燥设备系统称为冷冻干燥机或冷冻干燥器等。,4,干燥机械设备的分类,根据热量传递方式，干燥机械设备分成三大类：对流式、传导式和辐射式。见表9-1。 远红外和微波干燥机在本质上分别是远红外和微波加热器，它们已经在本书第五章介绍，这里不再介绍。 按操作压强分类:常压干燥机和真空干燥机。 按操作方式，可分为连续式和间歇式干燥机。,5,但需指出，这种分类是相对的。例如，真空干燥机和冷冻干燥机多采用接触传导方式提供干燥热量，但也可以采用微波方式供热。,干燥机械设备的分类,6,第一节 对流型干燥设备,干燥介质：流体(热空气，过热蒸汽等)，使食品升温脱水，并将食品脱除的水分带出干燥室外。自身状态从高温低湿变为低温高湿。 型式：厢式、洞道式、流化床、喷动床、气流式、喷雾干燥机。 按物流气流接触方式：并流、逆流、混流和横流式。,7,第一节 对流型干燥设备,一、厢式干燥器 二、洞道式干燥机 三、网带式干燥设备 四、流化床干燥设备 五、气流干燥设备 六、喷雾干燥机,8,一、厢式干燥器,常压间歇式干燥器，小型烘箱，大型烘房。 典型厢式干燥器 横流式 中间加热式 穿流式 厢式干燥器特点,9,一、厢式干燥器,常压间歇式干燥器，小型烘箱，大型烘房。 典型厢式干燥器(图9.1),10,厢内有多层框架，物料盘置于其上，也可将物料放在框架小车上推入厢内，故又称为盘架式干燥器。 厢式干燥器内设有加热器，有多种型式和布置方式，加热方法可采用蒸汽、煤气或电加热。 干燥器内的风机强制引入新鲜空气与器内废气混合，并驱使混合气流循环流过加热器，再流经物料。空气流过物料的方式有横流和穿流两种。,为减少热损失，厢式干燥器的四壁用绝热材料构成。,11,热空气在物料上方掠过，与物料进行湿交换和热交换。,12,若框架层数较多，可分成若干组，空气每流经一组料盘之后，就流过加热器再次提高温度，如图9.1（2）所示，即为具有中间加热装置的横流式干燥器。,13,粒状、纤维状等物料在框架的网板上铺成一薄层，空气以0.31.2m/s的速度垂直流过物料层，可获得较大的干燥速率。,14,厢式干燥器特点,优点：制造维修方便，灵活性大。 缺点：干燥不均匀，不易抑制微生物活动，装卸劳动强度大，热能利用不经济(2.5kg蒸汽1kg水)。 常用于需长时间干燥、数量不多，及需要特殊条件干燥的物料，如水果、蔬菜、香料等。,15,二、洞道式干燥机,结构 料盘-小车及进出 干燥介质空气(2.56.0m/s，不小于1.0m/s) 物料与空气流向(并流、逆流和混流三种) 洞道干燥机特点,16,料盘-小车及进出,湿物料在料盘中散布成均匀料层。料盘堆放在小车上，料盘与料盘之间留有间隙供热风通过。 洞道式干燥机的进料和卸料为半连续式，即当一车湿料从洞道的一端进入时，从另一端同时卸出另一车干料。 洞道中的轨道通常带有1/200的斜度，可以由人工或绞车等机械装置来操纵小车的移动。 洞道的门只有在进、卸料时才开启，其余时间都是密闭的。,17,干燥介质空气,空气由风机推动流经预热器，然后依次在各小车的料盘之间掠过，同时伴随轻微的穿流现象。空气的流速为2.56.0m/s，不小于1.0m/s。,18,物料与热风流向,热风可沿物流纵向流动，分为并流、逆流和混流三种。 热风也与物流呈横向,19,混流方式,混流综合了并流、逆流的优点，在整个干燥周期的不同阶段可以更灵活地控制干燥条件。 通常将洞道分成两段， 第1段并流，干燥速率大，对应于第1干燥阶段； 第2段逆流，可满足物料最终干燥要求，对应第2干燥阶段。 第2阶段干燥时间较长，一般洞道的第2段也比第1段长。,20,洞道干燥机特点,优点： 气流温度-湿度-速度条件控制非常灵活，适用于实验工作； 料车每前进一步，气流的方向就转换一次，制品的水分含量更均匀。 缺点： 结构复杂，密封要求高，需要特殊的装置； 压力损失大，能量消耗多。,21,有一段长度为2040m的洞道。,22,如图9.3所示，干燥机的每一段由活动隔板分隔，在料车进出时，隔板打开，而在干燥时则将洞道切断成为纵向通路，靠换向装置构成总体上曲折的气流通道。加热器设在马蹄形的换向处，可以独立控制该段气流的温度。,23,三、网带式干燥设备,网带式干燥机简介 适用于谷物、脱水蔬菜、中药材等产品。物料形状可有片状、条状、颗粒、棒状、滤饼类等。 可分成单层、多层和多段等不同的类型。 （一）单段带式干燥机 （二）多段带式干燥机 （三）多层带式干燥机,24,网带式干燥机简介,物料置于输送网带上的物料,在通过隧道过程与热风接触干燥的设备。 组成: 干燥室(隧道)、输送带(网带或多孔板链带)、风机、加热器、提升机和卸料机等。 分段: 沿带向, 分若干相对独立单元段(包括循环风机、加热装置、单独或公用的新鲜空气抽入系统和尾气排出系统)。介质温度、湿度和循环量等可独立控制，可使干燥优化。,25,（一）单段带式干燥机,典型结构举例 工作过程 特点,26,工作过程,物料在干燥器内均匀运动前移的网带上， 气流经加热器，由循环风机进入热风分配器，成喷射状吹向网带上的物料，与物料接触，进行传热传质。 大部分气体循环，一部分温度低，含湿量较大的气体作为废气由排湿风机排出。,27,单层单段式网带式干燥机特点,优点：网带透气性好，热空气与物料易接触;停留时间可调; 物料无剧烈运动，不易破碎; 各单元可独立控制蒸发强度。 缺点：占地面积大，干燥时间长, 进出料口密封不严，易漏气。,28,全机分成两个干燥区和一个冷却区。 每个干燥区段由空气加热器、循环风机、热风分布器及隔离板等组成加热风循环。 第一干燥区的空气自下而上经加热热器穿过物料层，第二干燥区的空气自上而下经加器穿过物料层。最后一个是冷却区，没有空气加热器。,29,（二）多段带式干燥机,亦称复合型带式干燥机， 利用多条输送带(多至4条)串联成输送系统。 两段式带式干燥机举例(图9.5) 特点(多段可使物料松动,不同速度, 占地大),30,特点,优点：物料在带间转移时得以松动、翻转，物料的蒸发面积增大，改善了透气性和干燥均匀性。不同输送带的速度可独立控制，且多个干燥区的热风流量及温度和湿度均可单独控制，便于优化物料干燥工艺。 缺点: 占地面积较大。,31,整个干燥机也分成两个干燥区和一个吹风冷却区，第一干燥区又分成前、后两个温区，物料经第一、二区干燥后，从第一输送带的末端自动落入第二个输送带的首端，其间物料受到拨料器的作用而翻动，然后通过冷却区，最后由终端卸出产品。,32,（三）多层带式干燥机,基本构成部件与单层式的类似。 输送带为多层(可达15，以35层最常用)，上下相叠设在上下相通的干燥室内。 层间隔板: 控制干燥介质定向流动。 各带速度独立可调，后面的速度较低而料层较厚，使大部分干燥介质与各段物料合理接触分配。提高总干燥速率。 三层带式干燥机 结构简单，常用于干燥速度低、干燥时间长的场合(谷物类)干燥， 多次翻料，不适于黏性物料及易碎物料干燥。,33,如图9.6所示。工作时湿物料从进料口进至输送带上，随输送带运动至末端，通过翻板落至下一输送带移动送料，依次自上而下，最后由卸料口排出。外界空气经风机和加热器形成热风，通过分层进风柜调节风量送入干燥室，使物料干燥。排出的废气可对物料进行预热。,34,四、流化床干燥设备,又称沸腾床干燥机, 物料呈沸腾状态干燥。 典型流化床干燥系统（图9.7）,主要由构成,新空气,进料,出料,细粉,排风,35,四、流化床干燥设备,特点,优点： 设备小产能大、物料逗留时间可调、 结构简单、占地面积小。 物料颗粒粉碎和设备磨损也相对较小。 缺点:操作控制较复杂。,36,适宜于处理粉状且不易结块的物料，物料粒度通常为30m6mm。 物料颗粒直径小于30m时，气流通过多孔分布板后极易产生局部沟流。 颗粒直径大于6mm时，需要较高的流化速度，动力消耗及物料磨损随之增大。,流化床干燥机适宜处理的物料,四、流化床干燥设备,37,降速干燥阶段; 粉状和颗粒物料,应用的适宜含水范围分别在2%5%和1015之间。 气流干燥或喷雾干燥得到物料，若仍含有需要经过较长时间降速干燥方能去除的结合水分，则更适于采用流化床干燥。,适用的干燥阶段及物料状态,四、流化床干燥设备,38,单层圆筒型、 多层圆筒型、 卧式多室型、 振动型、脉冲型、惰性粒子型等。 复合型的流化床干燥机，如将振动型与惰性粒子型结合起来构成振动-惰性粒子型的流化床干燥机。,流化床干燥机的主要型式,四、流化床干燥设备,39,四、流化床干燥设备,（一）单层圆筒型流化床干燥机 （二）多层沸腾床干燥机 （三）卧式多室流化床干燥机 （四）其它型式的流化床干燥机,40,（一）单层圆筒型流化床干燥机,结构如图9.8所示。 工作过程,图9. 8单层圆筒流化床干燥器,废气出至分离器,干燥物料出,湿料进,热空气进,分布板,41,是流化床干燥机的主要部件之一。 作用是支持物料，均匀分配气体，以创造良好的流化条件。 多采用金属或陶瓷材料制作。 各种气流分布板如图9.8所示。,气流分布板,（一）单层圆筒型流化床干燥机,42,作用：使气流能够较为均匀地到达分布板，并使得可在较低阻力下达到均匀布气。,气流预分布器,（一）单层圆筒型流化床干燥机,43,特点: 优点：结构简单,操作方便。 缺点：(1)要求床层高,气流压降增大。(2)排料较难保证水分含量均一。 应用: 适用于床层颗粒静止高度低(300400mm)、容易干燥、处理量较大且对最终含水量要求不高的产品。,（一）单层圆筒型流化床干燥机,44,（二）多层沸腾床干燥机,适用: 要求干燥较均匀, 或干燥时间较长产品。 塔形，内设多层孔板， 物料由上而下, 气流自而上(总体逆流)。,45,内部旋转阀 溢流管 多孔板 反转床板,物料上下层转移方法多种(图9.11),（二）多层沸腾床干燥机,46,图9.12(1)溢流式多层流化床干燥机 湿物料颗粒由第一层加入，经初步干燥后由溢流管进入下一层，最后从最底层出料。由于颗粒在层与层之间没有混合，仅在每一层内流化时互相混合，且停留时间较长，所以产品能达到很低的含水量且较为均匀，热量利用率也显著提高。,（二）多层沸腾床干燥机,47,图9.12(2)穿流板式流化床干燥机 干燥时，物料直接从筛板孔自上而下分散流动，气体则通过筛孔自下而上流动，在每块板上形成流化床。 结构简单，生产能力强，但控制操作要求较高。适用物料颗粒的直径一般在0.85mm。 为使物料能通过筛板孔流下，筛板孔径应为物料粒径的530倍，筛板开孔率3040。 物料的流动主要依靠自重作用，气流还能阻止其下落速度过快，故所需气流速度较低，大多数情况下，气体的空塔气速与流化速度之比为1.22。,（二）多层沸腾床干燥机,48,湿料,产品,热空气,干燥室,多孔 分布板,带阀进风支管,至粉尘回收装置,横截面长方形，垂直挡板隔成多室，挡板下有空间可使物料水平向从一室进另一室。每室物料与热空气接触， 气-固总体-错流。 各室中热空气可分别控制，前段物料较湿-较多热空气，必要时后面可用冷空气冷却产品,目的：降低床层高度,及压强降，保证均匀干燥。 结构如图9.13所示。,（三）卧式多室流化床干燥机,49,特点：结构简单、制造方便、容易操作、速度快。但热效率较低，对于多品种小产量物料的适应性较差。 应用：各种难以干燥颗粒状、片状和热敏性物料。砂糖、干酪素、葡萄糖酸钙及固体饮料等。,（三）卧式多室流化床干燥机,50,(四)其它型式的流化床干燥机,传统流化床干燥机不足 代表性新型流化床干燥机： 振动流化床干燥机 脉冲流化床干燥机 惰性粒子流化床干燥机,51,(四)其它型式的流化床干燥机,传统流化床干燥机不足 不能干燥其他状态物料。例如，细小结晶体、浆状、膏浆体。 难以对一些黏结性物料均匀干燥。,52,1.振动流化床干燥机(图9.14),(四)其它型式的流化床干燥机,平板振动器和气流作用结合;前后分布料段沸腾段分选段。 其他部件与普通机相类似。,53,1.振动流化床干燥机(图9.14),(四)其它型式的流化床干燥机,适用: 过粗或过细颗粒、易黏结、不易流化物料,及有特殊要求的产品物料(如砂糖:求晶形完整、晶体光亮、颗粒大小均匀等)。采用此机型，含水46湿砂糖在沸腾段停留约十几秒,就可得含水0.020.04%经过筛选的产品。,54,结构如图9.15所示。 工作原理:脉冲进风,使流化床物料床层受脉冲,强化传热传质.,2.脉冲流化床干燥机,(四)其它型式的流化床干燥机,55,阀门开启时间(一般0.080.2s), 取决于物料厚度和特性。 阀门关闭时应满足：供入气体完全通过整个床层时物料完全处于静止状态，以使下次脉冲能在床层中有效传递。 进风管: 5根, 圆周向均匀布，按1、3、5、2、4顺序轮流开启，使每次进风点与上次的距离较远。,阀门开闭与进风管,(四)其它型式的流化床干燥机,2.脉冲流化床干燥机,56,优点:(与常规流化床干燥机相比)： (1)能够流化非球形大颗粒，如直径为2030mm、厚度为1.53.5mm的蔬菜。 (2)粒子间对流混合较充分，无沟流现象，改善了床层结构。 (3)压降较低，节能效果明显，高达30。 应用: 不易干燥或有特殊要求物料的属间歇干燥，粒度范围10m0.4mm，床高0.10.4m。,(四)其它型式的流化床干燥机,2.脉冲流化床干燥机,57,3. 惰性粒子流化床干燥机 适用:溶液、悬浮液、黏性浆状物料 技术关键:粒子表面对物料的均匀吸附、流化效果和干燥物料及时脱离。 结构(原理)如图9. 16.,(四)其它型式的流化床干燥机,惰性粒子,悬浮液,热风,至旋风 分离器,空气,58,3. 惰性粒子流化床干燥机,(四)其它型式的流化床干燥机,惰性粒子 是这种干燥设备的关键要素，在干燥过程中惰性粒子是热载体，具有干燥表面、碰撞研磨的作用。 形状、大小、分布、密度及其流动性对流态化质量有较大影响。粒子形状以球形为佳，这有利于物料在其表面形成均匀的薄膜，减少操作时粒子本身的磨损。,59,3. 惰性粒子流化床干燥机 特点: 除了一般流化床干燥特点外，还有特点：(1)适用于高水分浆状物料；(2)干燥与粉碎同在一处完成，可减少物料损失。 应用物料: 膏糊状料液、鸡蛋白、蛋黄、动物血、酪蛋白、酵母、大豆蛋白、肉骨汤等；但不适于形成坚硬高附着作用膜层物料。,(四)其它型式的流化床干燥机,60,五、气流干燥设备,原理: 利用高速热气流并流输送潮湿粉粒状或块粒状物料,同时其进行干燥。 适用性:潮湿状态仍能在气体中自由流动的颗粒物料，例如:面粉、谷物、葡萄糖、食盐、味精、离子交换树脂、水杨酸、切成粒状或小块状的马铃薯、肉丁及各种粒状食品等均可用采用气流干燥法干燥。 形式:直管、多级管、脉冲、套管、旋风、环管式等。,61,五、气流干燥设备,原理: 利用高速热气流并流输送潮湿粉粒状或块粒状物料,同时其进行干燥。 适用物料:潮湿状态仍能在气体中自由流动的颗粒物料，粒径0.50.7mm以下; 初湿含量不限;终点水含量0.30.5。 物料例子:面粉、谷物、葡萄糖、食盐、味精、离子交换树脂、水杨酸、切成粒状或小块状的马铃薯、肉丁及各种粒状食品等。,62,五、气流干燥设备,应用例子:乳品和蛋加工，在喷雾干燥后应用,如还要降低含水量 ，还可加一流化床干燥机。 形式:直管、多级管、脉冲、套管、旋风、环管式等。,63,五、气流干燥设备,（一）直管式气流干燥机 （二）其它型式的气流干燥机,64,（一）直管式气流干燥机,目前应用最普遍的一种形式。 如图9.17所示。 过程:物料, 预热, 底部，被从加热器送来的热空气吹起。气体与物料-在流动过程中剧烈相对运动-充分接触传热传质，完成干燥。产品由顶部向下排出，废气分离后向上排入大气。,65,（一）直管式气流干燥机,干燥强度大。由于物料在热风中呈悬浮状态，能最大限度地与热空气接触，且由于气速较高(一般达2040m/s)，空气涡流的高速搅动，使气-固边界层的气膜不断受冲刷，减小了传热和传质的阻力，容积传热系数可达23007000W/m3K，这比转筒干燥机大2030倍。 干燥时间短。对于大多数的物料只需0.52s，最长不超过5s，因为是并流操作，所以特别适宜于热敏性物料的干燥。,优点,66,（一）直管式气流干燥机,占地面积小。由于气流干燥机具有很大的容积传热系数，所以所需的干燥机体积可大为减小，即能实现小设备大生产的目标。 热效率高。由于干燥机散热面积小，所以热损失小，最多不超过5%，因而干燥非结合水时热效率可达60左右。干燥结合水时可达20左右。,优点,67,（一）直管式气流干燥机,无专用的输送装置。气流干燥机的活动部件少，结构简单，易建造，易维修，成本低。 操作连续稳定。可以一次性完成干燥、粉碎、输送、包装等工序，整个过程可在密闭条件下进行，减少物料飞扬，防止杂质污染，既改善了产品质量又提高了回收率。 适用性广，可应用于各种粉状物料，粒径最大可达100mm，湿含量可达1040%。,优点,68,直管式气流干燥机的缺点,全部产品由气流带出，因而分离器的负荷大。 气速较高，对物料颗粒有一定的磨损，所以不适用于对晶形有一定要求的物料，也不适宜用于需要在临界湿含量以下干燥的物料以及对管壁黏附性强的物料。 由于气速大，全系统阻力大，因而动力消耗大。 干燥管较长，一般在10m或10m以上。,缺点,69,（二）其它型式的气流干燥机,主要是为了降低气流干燥机的高度，形式： 1多级气流干燥机 2其它新型气流干燥机,70,降低了干燥管高度， 第一段扩张部分还可对物料颗粒分级,小粒随气流动，大粒由旁路通过星形加料器进入第二段(可避免沉积在管底转弯处造成堵塞)。,第一级,图9.18 两级气流干燥机,第二级,分离固体的扩张室,热空气,进料,至旋风分离器,加料器,两级气流干燥机(图9.18),1多级气流干燥机,较多用二级或三级机，用于含水量较高物料。,71,2其它新型气流干燥机,除了用多级代替单级外，对气流干燥进行强化和改进的还有如图9.19所示的几种新型方法和设备。 脉冲式气流干燥机 套管式气流干燥机 旋风式气流干燥机 环形气流干燥机,72,脉冲式气流干燥机,原有的直管被直径交替缩小与扩大的脉冲管代替，如图9.19(1)所示。 物料首先进入管径较小的干燥管内，此处气体以较高的速度流过，使颗粒产生加速运动。当颗粒的加速运动终了时，干燥管直径突然扩大。由于颗粒运动的惯性，在该段内颗粒的速度大于气流的速度，颗粒在运动过程中因气流阻力而不断减速。在减速终了时，干燥管直径再度突然缩小，颗粒又被加速。管径重复交替的缩小与扩大，使颗粒的运动速度也在加速和减速之间不断地变化，没有等速运动阶段，从而强化了传热和传质速率。,73,套管式气流干燥机,这种干燥机的结构如图9.19(2)所示。气流干燥管由内管和外管组成，物料和气流同时由内管的下部进入。颗粒在管内加速运动至终了时，由顶部导入内外管间的环隙内，以较小的速度下降并排出。这种形式可以节约热量。,74,旋风式气流干燥机,如图9.19 (3)所示，物料与热空气一起以切线方向进入干燥机内，在内管和外管间作螺旋运动。颗粒处于悬浮旋转运动的状态，所产生的离心加速作用使物料在很短的时间内(几秒)达到干燥的目的。 特点：体积小，结构简单，适用于干燥那些允许磨损的热敏性物料；但不适用于干燥含水量高、黏性大、熔点低、易升华爆炸、易产生静电效应的物料。,75,环形气流干燥机,一般的气流干燥机存在着不宜处理结晶物料及停留时间短的缺点。 近年来，国外根据气流干燥机内混相流动中传热、传质机理，对设备进行了很多改进，出现了形状复杂的气流干燥机，如图9.19 (4)所示的环形管气流干燥机。 将干燥管设计成环状(或螺旋状)的主要目的是延长颗粒在干燥管内的停留时间。,76,六、喷雾干燥机,将液状物料通过雾化方式干燥成粉体。 产品：许多粉状制品，如乳粉、蛋粉、豆乳粉、低聚糖粉、蛋白质水解物粉、微生物发酵物等。 也是流行的微胶囊造粒设备之一。,77,六、喷雾干燥机,（一）喷雾干燥过程与特点(优点、缺点) （二）基本构成与类型 （三）雾化器 （四）干燥室 （五）喷雾干燥装置系统举例,78,喷雾干燥原理,雾化产生10100 m雾滴，巨大表面积，与热空气(200)接触，瞬间(0.010.04s)发生强烈热质交换，使绝大部分水分迅速蒸发气化并被干燥介质带走。 包括：雾滴预热、恒速干燥和降速干燥等三阶段，只需1030s完成干燥过程。 水分蒸发吸收气化潜热，液滴表面温度一般为空气湿球温度(70 )。 干燥产品(90 )沉降于底部，少量微细粉末随废气进入粉尘回收装置得以回收。,79,喷雾干燥的主要优点,（1）干燥速度快。 （2）产品质量好。松脆空心颗粒产品具有良好的流动性、分散性和溶解性，并能很好地保持食品原有的色、香、味。 （3）营养损失少。快速干燥大大减少了营养物质的损失，如牛乳粉加工中热敏性维生素C只损失5左右。因此，特别适合于易分解、变性的热敏性食品加工。 （4）产品纯度高。喷雾干燥是在封闭的干燥室中进行，既保证了卫生条件，又避免了粉尘飞扬，从而提高了产品纯度。 （5）工艺较简单。料液经喷雾干燥后，可直接获得粉末状或微细的颗粒状产品。 （6）生产率高。便于实现机械化、自动化生产，操作控制方便，适于连续化大规模生产，且操作人员少，劳动强度低。,80,喷雾干燥的主要缺点,（1）投资大。由于一般干燥室的水分蒸发强度仅能达到2.54.0kg(m3h)，故设备体积庞大，且雾化器、粉尘回收以及清洗装置等较复杂。 （2）能耗大，热效率不高。一般情况下，热效率为3040%，若要提高热效率，可在不影响产品质量的前提下，尽量提高进风温度以及利用排风的余热来预热进风。另外，因废气中湿含量较高，为降低产品中的水分含量，需耗用较多的空气量，从而增加了鼓风机的电能消耗与粉尘回收装置的负担。,81,基本构成,系统基本构成如图9.21所示，主要由雾化器、干燥室、粉尘分离器、进风机、空气加热器、排风机等构成。,82,喷雾干燥机的形式,形式较多，大体分类如表9- 2所示。不同形式喷雾干燥机的主要区别在于雾化器、干燥室和加热介质回收利用程度等方面。,83,干燥介质利用情形(图9.22),84,干燥室是喷雾干燥机的核心，在此经雾化器雾化的料液滴与由进风机吸送来并经加热器加热的空气接触，迅速受热使水分气化而成为固体粒子，一部分大的落入器底、另一部分则随湿热空气一道进入粉尘回收装置分离成湿空气与粉尘。离开分离器的湿空气或者由排风机直接排入大气，或者部分进行余热回收，以提高干燥机的热效率。干燥机底和分离器分离得到的干燥产品可以直接出料进行包装，也可经过一个粉体冷却器进一步冷却后再出料。,干燥室,85,（三）雾化器,雾化器也称喷雾器。常见的雾化器形式有三种，即压力式、离心式和气流式雾化器。 1压力式雾化器 2. 离心式雾化器 3气流式雾化器（自习） 4三类雾化器比较,86,1压力式雾化器,实际上是一种喷雾头，装在一段直管构成所谓的喷枪。 喷雾头(喷枪)需要与高压泵(三柱塞泵)配合。 工作原理 结构形式 大型机通常用多支喷枪工作，单个喷头(产能)有限，。,87,压力式雾化器的工作原理,高压泵使料液获(720MPa)压力 ，从喷雾头喷(0.51.5mm)孔小出来，雾化成雾滴。 料液雾化分散度影响固素: 喷嘴结构、 料液流出速度和压力、 料液物理性质(表面张力、黏度、密度等)。,88,压力式雾化器的结构形式,有多种，常见的有如图9.23所示的M型、S型等，M型喷头的结构如(1)所示，其中喷嘴是易磨件，材料：不锈钢1周；耐磨性材料(如红宝石1年左右)制成。,89,2.离心式雾化器,由机械或气流驱动装置使喷雾转盘旋转。 外形及结构,90,离心式雾化的机理,离心式雾化的机理是借助高速转盘产生离心力，将料液高速甩出成薄膜、细丝，并受到腔体空气的摩擦和撕裂作用而雾化，图9.25所示为离心雾化的情形。,91,转盘是离心雾化器的关键部件，形式有多种，图9.26所示为一些离心喷雾转盘的实物。,离心雾化器转盘(图9.26),92,3气流式雾化器,气流式雾化器是依靠高速气流工作的雾化器。雾化原理是利用料液在喷嘴出口处与高速运动(一般为200300m/s)的空气相遇，由于料液速度小，而气流速度大，两者存在相当大速度差，从而液膜被拉成丝状，然后分裂成细小的雾滴。雾滴大小取决于两相速度差和料液黏度，相对速度差越大，料液黏度越小，则雾滴越细。料液的分散度取决于气体的喷射速度、料液和气体的物理性质、雾化器的几何尺寸以及气料流量之比。 图9.27所示为气流式雾化的实际情形。,93,有多种，常见的有二流式、三流式、四流式和旋转式，其结构如图9.28所示。,3气流式雾化器,94,4三类雾化器比较,三类雾化器各有特点(表9-3)。,95,4三类雾化器比较,国内外食品工业大规模生产时都采用压力喷雾和离心喷雾。 目前国内以压力喷雾占多数，如在乳粉和蛋粉生产中，压力喷雾占76%，离心喷雾占24%。 国外在欧洲以离心喷雾为主，而在美国、新西兰、澳大利亚、日本等国则以压力喷雾为主。 气流式由于动力消耗大，适用于小型设备，而在食品工业中，很少在大规模生产中应用。,96,（四）干燥室,干燥室结构 结构形式(厢式 塔式两大类) 厢式干燥室 塔式干燥室 热气流与雾滴流向,97,结构形式,厢式 塔式两大类， 每类干燥室由于处理物料、受热温度、热风进入和出料方式等的不同，结构形式又有多种。,98,干燥室结构,内部装有雾化器、热风分配器及出料装置等，并开有进、排气口、出料口及人孔、视孔、灯孔等。 为了节能和防止(带有雾滴和粉末的)热湿空气在器壁结露，室壁均为保温层构成，且内壁不锈钢板。 振动装置，安装在壳体上，尽量避免粉末黏附于器壁，并使黏粉抖落。,99,1厢式干燥室,又称卧式干燥室，用于水平方向的压力喷雾干燥。 两种型式 平底和。前者在处理量不大时，可在干燥结束后由人工打开干燥室侧门对器底进行清扫排粉，规模较大的也可安装扫粉器。 斜底后者底部安装有一个供出粉用的螺旋输送器。 通常厢式干燥室的后段有净化尾气用的布袋过滤器，并将引风机安装在袋滤器的上方。 缺点: 重力作用，雾滴在干燥室内行程较短，接触时间也短，且不均一，产品水分含量不均匀；卸料也较困难.,100,2塔式干燥室,常称为干燥塔，新型喷雾干燥设备几乎都用塔式结构。 上部为圆柱形 底部有: 锥形底、平底和斜底三种。 对于吸湿性较强且有热塑性的物料，往往会造成干粉黏壁成团的现象，且不易回收，必须具有塔壁冷却措施。,101,三种常用于塔壁冷却的方法,（1）由塔的圆柱体下部切线方向进入冷空气扫过塔壁。 （2）设冷却用夹套。冷空气由圆柱体上部夹套进入，并由锥底夹套排出。 （3）沿塔内壁安装旋转空气清扫器，通冷空气进行冷却。,102,3热气流与雾滴流向,喷雾干燥室内热气流与雾滴的流动方向，直接关系到产品质量以及粉末回收装置的负荷等问题。 各型喷雾干燥设备中，热气流与雾滴的流动方向有并流、逆流及混流三类。,103,并流操作如图9.29(1)、(2)所示,并流操作时由于热空气与雾滴以相同的方向运动，与干粉接触时的温度最低，因而目前在食品工业中，如乳粉、蛋粉、果汁粉等的生产，大多数均采用并流操作，其它两种操作则较少采用。 并流式可分为水平、垂直下降和垂直上升式三种。 水平并流式和垂直上升并流式仅适用于压力喷雾。 垂直下降并流适用于压力喷雾图9.29(1)，也适用于离心喷雾图9.29(2)，热风与料液均自干燥室顶部进入，粉末沉降于底部，而废气则夹带粉末从靠近底部的排风管一起排至集粉装置。这种设计有利于微粒的干燥及制品的卸出，缺点是加重了回收装置的负担。,104,逆流操作如图9.29(5)所示,热风自干燥室的底部上升，料液从顶部喷洒而下。在这种操作中，已干制品与高温气体相接触，因而不可能用于热敏性物料的干燥。由于废气由顶部排出，为了减少未干雾滴被废气带走，必须控制气体速度保持在较低的水平。这样，对于给定的生产能力，干燥机的直径就很大。但这种操作由于传热、传质的推动力都较大，所以热能利用率较高。,105,混流操作如图9.29(3)、(4)所示,这种流向的优点是综合了并流和逆流的优点，削弱了两者明显的弊端，且有搅动作用，所以脱水效率较高。,106,（五）喷雾干燥装置系统举例,系统组成：雾化器、干燥室，空气过滤器、加热器(直接燃烧加热或间接加热)，热风分配器，风机，产品收集装置和尾气分离装置。 流程形式有多种，最常见开放式，国内外普遍使用。 1压力喷雾干燥机系统 2离心喷雾干燥机系统 关于冷却系统。,107,1压力喷雾干燥机系统,图9.30所示: 主要构成:空气过滤器、进风机、空气加热器、热风分配器、压力喷雾器、干燥塔、布袋过滤器和排风机等。 进风机、空气加热器和排风机安排在一个层面。,108,工作原理,经空气过滤器过滤的洁净空气，由进风机吸入送入空气加热器加热至高温，通过塔顶的热风分配器进入塔体。热风分配器由呈锥形的均风器和调风管组成，它可使热风均匀地呈并流状以一定速度在喷嘴周围与雾化浓缩液微粒进行热质交换。经干燥后的粉粒落到塔体下部的圆锥部分，与布袋过滤器下螺旋输送器送来的细粉混合。不断由塔下转鼓阀卸出。塔体下部装在空气振荡器。可定时轮流对敲击锥体，使积粉松动而沿塔壁滑下。,109,布袋过滤器,布袋过滤器内部分为三组，每组风管与排风机相连，各组可轮流在关断排风管的同时振动布袋，以振落袋内积粉。 布袋过滤器下方有一螺旋输送器，将布袋振动下来的粉末输送至塔体圆锥部分与塔内粉粒混合从塔下转鼓阀排出。 通过布袋过滤器回收夹带粉尘后的废气，经由排风机排入大气。,110,压力喷雾器,单喷嘴，装于塔顶。 喷嘴的孔径较大（一般2mm以上），可得较大粉粒。 供料泵:三柱塞式高压泵。,111,干燥塔,干燥塔体的上部为圆柱形，下部为圆锥形。塔体上下有两个清扫门用于清扫塔壁积粉。布袋过滤器紧靠在干燥室旁边。,112,2离心喷雾干燥机系统,并流式如图9.31。 组成原理与压力式基本相同。 与压力式区别,113,离心式与压力式喷雾干燥机的区别,最大区别：雾化器不同，雾化能量来自离心喷雾头的离心力，不需要高压泵。 其他区别： 热风分配器为蜗旋状； 塔圆柱体部分径高比较大（雾炬化半径大）； 布袋可装在塔内，分两组，可轮流工作。布袋落下细粉直接进入干燥室锥体。,114,关于冷却系统,干燥室:出粉温度较高（约90），需要冷却。 普通冷却：凉粉室静置。 先进系统：流化床技术，干燥塔出来粉在流化床再干燥，然后流态化冷却。尾气净化在流化床之后,115,第二节 传导型干燥设备,热能:主要靠导热提供，要求物料与加热面紧密接触。 适用: 溶液、悬浮液和膏糊状固-液混合物。 主要优点：热能利用经济，不需大量热空气，热效率远高于热风干燥机；可真空，特别适用于易氧化食品。 分类：连续式和间歇式；常压和真空。,116,第二节 传导型干燥设备,一、滚筒干燥机 二、真空干燥箱 三、带式真空干燥机,117,一、滚筒干燥机,结构构成 主体 ：水平转动内部通过热载体的中空金属圆筒。 加料机构:浸没式、洒溅式。 卸料机构:铲刀、 出料螺旋等 分类：单滚筒双滚筒式（均可有常压和真空两种形式）。,118,浸没式加料,膜厚0.11.0mm。 滚筒回转3/47/8转，完成干燥，由刮刀刮下，由螺旋输送器送走。 滚筒转速，一般28r/min。取决筒大小及物料性质等. 干燥产生水汽: 被壳内流过滚筒面的空气带走，流动方向与滚筒的旋转方向相反。,1,2,3,4,5,6,（1）单滚筒式,单滚筒干燥机,一、滚筒干燥机,119,采用的是由上面加入湿物料的方法，干物料层的厚度可用调节两滚筒间隙的方法来控制。,加料口,出气口,刮刀,滚筒,（2）双滚筒式,双滚筒干燥机,一、滚筒干燥机,120,将滚筒密闭在真空室内，便可成为真空滚筒干燥机-图9.33所示。 真空滚筒干燥机的进料、卸料刮刀等的调节必须在真空干燥室外部来操纵，所以成本较高， 一般只用于极热敏物料。,真空滚筒干燥机,一、滚筒干燥机,121,二、真空干燥箱,主体一真空密封干燥室，间歇式，适用于固体或热敏性、氧敏性液体食品物料。 这种干燥机中，初期干燥速度很快，但当物料脱水收缩后，则由于物料与干燥盘的接触逐渐变差，传热速率也逐渐下降。 操作过程中，加热面温度需要严格控制，以免与干燥盘接触的物料局部过热。,122,如图9.34所示，室内装有通加热剂的加热管、加热板、夹套或蛇管等，其间壁则形成盘架。 被干燥的物料均匀地散放于由钢板或铝板制成的活动托盘中，托盘置于盘架上。 干燥过程产生的水蒸气由连接管导入混合冷凝器。,结构,二、真空干燥箱,123,壳体形状（图9.35) 可方形， 也可圆筒形。,二、真空干燥箱,124,三、带式真空干燥机,连续式真空干燥设备， 主要用于液状与浆状物料 干燥室一般为卧式圆筒，内装钢带式输送机械。 有单层和多层带式两种形式。,125,辐射元件,加热滚筒,接真空系统,冷却滚筒,出料闭风装置,进料闭风装置,单层带式真空干燥机(图9.36),三、带式真空干燥机,126,多层带式真空干燥机(图9.37),三、带式真空干燥机,蒸汽加热区,热水加热区,热水加热区,冷却区,冷凝真空系统,料液,干燥产品,蒸汽进,冷凝水出,热水进,热水进,冷却水进,热水出,热水出,冷却水出,127,干燥时间短，约525min， 能形成多孔状制品， 干燥过程中能避免混入异物，防止污染， 可以直接干燥高浓度、高黏度的物料， 并可简化工序，节约热量。,特点,三、带式真空干燥机,128,第三节 冷冻干燥机,冷冻干燥过程 冷冻干燥设备分类 一、冷冻干燥设备的系统构成 二、常见冷冻干燥装置,129,冷冻干燥设备分类,按操作方式:间歇式、半连续式和连续式。 按干燥室内冻结条件:能预冻和不能预冻式。 按生产量:实验型, 生产用等。,130,冷冻干燥过程,湿物料冻结后在真空下完成脱水过程。 冷冻状态物料进行干燥-水分升华过程，因此，又称为冷冻升华干燥。 水分升华只能在一定真空度下发生，需要借助于(利用低温冷却使水汽结霜的)冷阱，以保证在水分不断升华条件下使真空系统的负荷降低和工作正常。,131,一、冷冻干燥设备的系统构成,系统构成:如图9.38所示。 （一）预冷冻系统 （二）供热系统 （三）低温冷凝器（冷阱）,132,133,（一）预冷冻系统,方法: 各种食品冻结方法。 最常见设备:鼓风式和接触式冷冻设备。 鼓风式:一般在主机外完成，可以提高主机的效率。 接触式:常在冻干燥室物料搁板上进行。 真空喷雾冻结法: 液态物料连续进料预冻,随后升华干燥。完全连续式冷冻干燥机。,134,（二）供热系统,作用:提供(1)升华热, (2) 低温冷凝器化霜热 方式: 传导 辐射 微波(控制复杂,未见有工业化)。,135,图9.39所示为利用压缩机的排气作为搁板加热热源的冻干系统，压缩机在热泵运行方式和制冷运行方式间切换，可节省能耗。,136,传导加热法,方式:热量通过料盘传导。 型式: 直接加热 间接(载热剂循环)加热。 热源: 电、煤气、石油气、天然气和煤等。 载热体：水、蒸汽、矿物油、乙二醇、三氯乙烯等。 用压缩机排气加热的冻干系统,137,作用,提供升华所需的热量。供给升华热时，要保证传热速率既能使冻结层表面达到尽可能高的蒸汽压，又不致使冻结层融化，所以应根据传热速率决定热源温度。 提供低温凝结器(冷阱)融化积霜所需的熔解热。,138,辐射加热,辐射加热板,冻结物料,传导辐射两种方式,139,微波加热,微波加热属于内部加热，可使任何形状物料的内、外均一地将接受到的微波能转化为热能，从而使里外同时升温。 这种加热方式对于不规则食品的冻干有很多好处。 但由于微波加热系统的复杂性，到目前为止，尚未出现实用的微波加热方式的工业化冻干设备。,140,（三）低温冷凝器（冷阱）,作用(低温条件下除水, 降低真空泵负荷) 标准冷阱系统 真空室 冷阱 真空泵 直接抽气系统:蒸汽喷射泵真空系统。 冷阱在系统中的位置及特点 冷阱的本质与形式 冷阱的除霜,141,标准冷阱系统,冷阱安装在干燥室与系统的真空泵之间。由于冷阱温度低于物料的温度，即物料冻结层表面的蒸汽压大于冷阱内的蒸汽分压，因而从物料中升华出的蒸汽，在通过冷阱时大部分以结霜的方式凝结下来，剩下的一小部分蒸汽和不凝结气体则由真空泵抽走。,142,作用,干燥过程中升华的水分必须连续快速地排除。在13.3Pa的压力下，1g冰升华可产生100m3的蒸汽，若直接采用真空泵抽吸，则需要极大容量的抽气机才能维持所需的真空度，因此必须有脱水装置。低温冷凝器(冷阱)正是实现在低温条件下除去大量水分的装置。,143,冷阱在系统中的位置及特点,外置式: 作为一个独立单元置于干燥室与真空泵 内置式:直接安装在干燥箱内,144,冷阱的除霜,低温冷凝器在运行过程中，积聚的霜应及时除去。 除霜方式有间歇式和连续式两种。,145,单个冷凝器间歇式工作,对于较小的冷冻干燥系统，通常在冷冻干燥周期结束后，用一定温度（常温也可）的水来冲霜，并将其排除，然后进行下一个周期的操作。这种冲水式除霜装置投资成本低，除霜操作简便。,146,两组冷阱交替除霜(图9.24),147,冷阱的本质与形式,本质上: 间壁式热交换器。 形式：列管式、螺旋管式、盘管式、板式等。 内置式低温冷凝器 外置式低温冷凝器,148,149,一般呈圆筒状，具有一大一小两个管口，串联在干燥箱和真空泵之间，图9.41所示为几种外置式低温冷凝器。,150,二、常见冷冻干燥装置,冷冻干燥装置按操作的连续性可分为间歇式、连续式和半连续式三类，在食品工业中应用最多的是间歇式和半连续式装置。 （一）间歇式冷冻干燥机 （二）半连续式冷冻干燥系统 （三）连续式冷冻干燥系统 (自学),151,（一）间歇式冷冻干燥机,有许多适合食品生产的特点，因此绝大多数的食品冷冻干燥装置均采用这类装置。 间歇式冷冻干燥装置 特点,152,特点,优点： 适应多品种小批量的生产，特别是季节性强的食品生产； 单机操作，一台设备发生故障，不会影响其它设备的正常运行； 便于设备的加工制造和维修保养； 便于在不同的阶段按照冷冻干燥的工艺要求控制加热温度和真空度。 缺点： 由于装料、卸料、启动等预备操作占用的时间长，设备利用率低； 若要满足一定的产量要求，往往需要多台单机，并要配备相应的附属系统，导致设备的投资费用增加。,153,干燥箱与一般的真空干燥箱相似，属盘架式。室多为圆筒形。盘架可固定式，也可做成小车出入干燥箱，料盘置于各层加热板上。如采用辐射加热方式，则料盘置于辐射加热板之间，物料可于箱外预冻后装入箱内，或在箱内直接进行预冻。若为直接预冻，干燥箱必须与制冷系统相连接，见图9.43。,间歇式冷冻干燥装置,154,（二）半连续式冷冻干燥系统,多箱式: 如图9.44所示。升华干燥过程是在大型隧道式真空箱内进行的，料盘以间歇方式通过隧道一端的大型真空密封门进入箱内，以同样的方式从另一端卸出。这样，隧道式干燥机就具有设备利用率高的优点，但不能同时生产不同的品种，且转换生产另一品种的灵活性小。,155,隧道式:如图9.44所示。 升华干燥过程是在大型隧道式真空箱内进行的，料盘以间歇方式通过隧道一端的大型真空密封门进入箱内，以同样的方式从另一端卸出。 这样，就具有设备利用率高的优点，但不能同时生产不同的品种，且转换生产另一品种的灵活性小。,（二）半连续式冷冻干燥系统,156,多箱间歇式半连续式设备,多箱间歇式设备 由一组干燥箱构成，每两箱的操作周期互相交错。 在同一系统中，各箱的加热板加热、低温冷凝器制冷以及真空抽气均利用同一个集中系统，但每箱可单独控制。 这种装置也可用于同时生产不同的品种，提高了设备操作的灵活性。,真空泵,制冷机,加热器,干燥箱,157,（三）连续式冷冻干燥系统,连续式冷冻干燥装置的关键 进料输送及加热部件 连续式冷冻干燥装置举例 特点,158,进料输送及加热部件,在室外单体冻结的小颗粒状物料，可以利用闭风阀，送入冻干室。 物料进入冻干室后在输送器传送过程中得到升华干燥，最后干燥产品也通过闭风阀出料。 连续式冻干室内的物料输送装置可以是水平向输送的钢带输送机，也可以是上下输送的转盘式输送装置。 加热板元件应根据具体的输送装置而设置，以使物料得到均匀的加热。,159,连续式冷冻干燥装置的关键,连续式冷冻干燥装置的关键是在不影响干燥室工作环境条件下连续地进出物料。 根据物料状态不同可有多种实现冻干箱连续进出物料的方式。 连续式冷冻干燥装置一般均采用室外预冷冻 (除了前面所提到的用于液体物料的喷雾冷冻连续冻干方式以外) 。,160,连续式冷冻干燥装置的特点,优点： 处理能力大，适合单品种生产； 设备利用率高； 便于实现生产的自动化； 劳动强度低。 缺点： 不适合多品种小批量的生产； 在干燥的不同阶段，虽可控制不同的温度，但不能控制不同真空度； 设备复杂、庞大，制造精度要求高，投资费用大。,161,预冻好的原料装在浅盘上，通过空气锁连续地送入冻干室内，冻干好的物料也通过空气锁连续地将料盘送出。 干燥过程,连续式冷冻干燥装置,162,干燥过程,干燥过程大致为： 装有适当厚度预冻制品的料盘从预冻间被送至干燥机入口，通过空气锁进入干燥室内的料盘升降器，每进入一盘，料盘就向上提升一层。 等进入的料盘填满升降器盘架后，由水平向推送机构将新装入料盘一次性向前移动一个盘位。 这些料盘同时又推动加热板间的其它料盘向前移动，干燥室内另一端的料盘就被推出到出口端升降器。 出口端升降器以类似方式逐一将料盘下降，再通过出口空气锁送出室外。 室外的料盘也是连续输送的。装有干燥产品的料盘由输送链送至卸料机，卸料后的空盘再通过水平和垂直输送装置送到装料工位。如此周而复始，实现连续生产。,163,1,2,3,4,进料,5,6,7,8,5,9,10,9,3,1,2,10,压力式喷雾干燥机,空气-过滤器-洁净空气-风机吸入送-加热器-高温空气-塔顶热风分配器(由呈锥形均风器和调风管组成) -塔体-热风均匀地呈并流状以一定速度在喷嘴周围与雾化浓缩液微粒进行热质交换。 干燥粉粒落到塔体下部的圆锥部分，与布袋过滤器下螺旋输送器送来的细粉混合。不断由塔下转鼓阀卸出。塔体下部装在空气振荡器。可定时轮流对敲击锥体，使积粉松动而沿塔壁滑下。 尾气经布袋过滤器过滤后由抽风机排出.,164,离心式喷雾干燥机,165,喷雾干燥原理,雾化产生10100 m雾滴，巨大表面积，与热空气(200C)接触，可在瞬间(0.010.04s)发生强烈的热质交换，使绝大部分水分迅速蒸发气化并被干燥介质带走。包括雾滴预热、恒速干燥和降速干燥等三阶段，只需1030s便完成干燥过程。 水分蒸发吸收气化潜热，液滴表面温度一般为空气湿球温度(70C)。 干燥产品(90C)重力作用沉降于底部，少量微细粉末随废气进入粉尘回收装置得以回收。,166,本章小结,不同状态的食品物料可采用不同型式的干燥设备进行干