第12章 食品干燥原理 本章的学习目的与要求 能够完成食品干燥最佳工艺优化工作； 12－1 湿空气的热力学性质 绝对湿度和相对湿度 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 12－2 焓湿图 两种图的关系 前次课堂内容的简单回顾 湿空气＝干空气+水蒸气 水分性质 组织结构束缚 湿物料的含水量   平衡水分 Me 12-4 常压热风干燥 干燥计算               ——质量衡算 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。 干燥计算             ——质量衡算 干燥计算             ——热量衡算 热损失分析 废气带走热量； 干燥器热效率、干燥效率和蒸发效率 例题-1 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-2 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？   例题-3 要在10小时内将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)？  解题步骤分析 12-5 干燥理论 物料干燥过程的推动力和阻力 干燥过程 预热阶段    等速干燥阶段 降速干燥阶段 缓苏阶段 冷却阶段	 等速干燥计算 降速干燥 例题 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。    3)由已知条件确定公式中各参数 课堂小结 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。 思考题 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？ 冷冻干燥原理 传热控制过程：热量不足引起升华速率下降。 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：  共晶点、共溶点、塌陷温度与玻璃化温度  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：   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。 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。 药品中的挥发性成份能得以尽可能的减少。 药品中微生物的生长和酶的作用几乎无法进行。 药品冻干后能最好地保持药品原来的形状。 药品冻干后具有较好的复水性。 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。 冻干设备的初期投资较大、冻干过程能耗较高  主要组成 压力与蒸气体积(冷阱的必要性） 冻干机结构 食品冻干工艺 预冻方法（制冷部分1） 机内： 机外：  慢速冻结 快速冻结 捕水器与冻干机性能（制冷部分2） 捕水器是冻干系统中能耗最大的部件 升华阶段负荷大，解析阶段负荷小。 捕水器结构优化设计是提高系统性能的关键之一 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 真空度过高，虽然降低全压，但对传热不利。 真空泵抽出系统渗入的不凝性气体 捕水器抽出水蒸气 开始阶段真空泵负荷大 加热系统 微波加热法  接触加热法  辐射加热法  接触、辐射混合加热法  冻干赋形/保护剂 赋形剂 保护剂 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）    本章结束 表面汽化控制和内部扩散控制 表面汽化控制： 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 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。 4)由图确定公式中各参数 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。 了解常用的干燥设备结构与特性。 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？ 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？ 为什么干燥完成后，还要冷却？ 1Torr（托）＝1mmHg＝133Pa 冬天结冰衣服风干？ 真空冷冻干燥　 1、增加压差 2、减少阻力 1228 2477.1 10 3.9 2837.8 -50 12.8 2838.6 -40 1.08 2836.3 -60 38.0 2838.7 -30 103.3 2838.0 -20 259.9 2836.5 -10 611.2 2500.8/2835 0 饱和蒸气压 Pa 升华/汽化热 kJ/kg 温度 ℃ 冻干过程 除自由水（游离水） 除束缚水（结合水） 稳态传热与传质  B C D 优质：基本保持食品原有的色、香、味、形，维生素和蛋  白质等营养物质损失少。 方便：食用或加工前，复水快，可直接食用或烹调。 不用冷藏：密封包装后，可在常温下长期贮存、运输和销售。 重量轻：满足宇航、旅游等人员需求。 成本高：冻干食品成本是热风干燥食品的4～6倍。  冻干食品的特点 清洗 消毒 体积 1200000毫升 100Pa，-20℃下 1毫升 常温常压下 1克水 结构 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 表层区 柱状区 晶粒区 冰晶 冰间质 搁板 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。 * * 掌握湿空气的热力学性质，熟练使用焓湿图； 掌握食品材料的水分性质，能够设计计算干燥设备； 了解食品真空冷冻干燥技术原理与装备。 湿含量 湿空气的比热容和比体积 湿空气的热含量 干球温度、湿球温度和露点温度 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。 湿球温度是绝热饱和温度，露点温度是等湿饱和温度。 12-3 湿物料的性质 分子间力的束缚 自由水 化学结合水 物理化学结合水 干基水分 湿基水分 水分活度 L,T0,d0,Φ0,h0  Θ1,MW1,m1 Θ2,MW2,m2 L,T2,d2,Φ2,h2  L,T1,d1,Φ1,h1  已知：干制产品量；产品含水量；
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