《食品加工机械》干燥机械与设备

食品加工机械与设备•任课教师：第四章干燥机械与设备第一节喷雾干燥设备第二节电磁辐射干燥设备第三节其他干燥设备浓缩与干燥的概念区别干燥：是将潮湿的固体、膏状物、浓缩液及液体中的水或溶剂从食品或食品物料中除去水分的过程。物料的水分（溶剂）含量一般可在3%～11%左右，甚至更低。常用的干燥方法有：自然干燥晒干、风干和人工干燥常压加热干燥、真空加热干燥、冷冻升华干燥（外热性）；红外线干燥、微波干燥（内热性）浓缩：是从低浓度的溶液除去水或溶剂变为高浓度的溶液。溶剂在液相表面去除，物料处于低溶剂含量（约30%）的相对稳定状态。常用的浓缩方法：常压加热浓缩、真空浓缩、冷冻浓缩、结晶浓缩。浓缩与干燥的目的区别•1．浓缩的目的（1）除去食品原料中的大部分水分，以减少包装、贮藏和运输的费用；（2）通过提高制品的浓度，达到增加制品贮藏性的目的；（3）满足食品加工的工艺过程要求，如作为产品干燥脱水或结晶的预处理。（4）在浓缩过程中，可提取果汁中的芳香物质。•2．干燥的目的（1）便于物料的贮藏和运输，扩大供应范围；（2）满足食品含水率的要求，达到安全贮藏的目的；（3）抑制贮藏中的生化反应，保证产品质量；（4）经干燥和其它工艺处理，制成风味和形状各异的产品。干燥的推动力（机理）水分在气相传递的推动力为物料表面附近的一层气膜的蒸气分压与气相主体中蒸汽分压之差。由于物料水分汽化是在表面进行，故逐渐形成从物料内部到表面的湿度梯度，此湿度梯度即为干燥的推动力。温度梯度也可以使物料内部水分传递，称为热传递。水分将从温度高处向低温处转移。对于任一种干燥方法，上述两梯度均存在于物料内部。干燥示意图二、干燥设备技术要求（一）干燥设备分类(1)按干燥器操作压力分：常压式和真空式干燥器。(2)按干燥器操作方式分：间歇操作和连续操作干燥器。(3)按被干燥物料的形态分：块状物料、带状物料、粒状物料、膏状物料、溶液或浆状物料干燥器等。干燥过程当物料受热干燥时，相继发生以下两个过程：表面汽化：热量从周围环境传递至物料表面使其表面水分蒸发。内部扩散：物料内部水分传递到物料表面。(4)按干燥器供给物料热量的方法分：传导加热、对流加热、辐射加热、高频加热干燥器等。(5)按干燥器使用干燥介质的种类分：空气、烟道气、过热水蒸气、惰性气体干燥介质的干燥器。(6)按干燥器的结构分：喷雾干燥器、流化床干燥器、气流干燥器、回转圆筒干燥器、滚筒干燥器、真空耙式干燥器、各种箱式和带式干燥器等。(7)按干燥器的干燥过程分：绝热干燥过程和非绝热干燥过程，前者又可分为小颗粒物料干燥器和块状物料干燥器；后者也可分为真空干燥器、传导传热干燥器以及辐射传热干燥器。（二）干燥器的选型主要应根据物料的形态、性质、干燥产品的要求、产品的大小、处理方式以及所采用的热源等为出发点，结合干燥器的分类进行对比，确定所适合的干燥器的类型。至于选用何种干燥器，一方面可借鉴目前生产采用的设备，另一方面可利用干燥设备的最新发展，选择适合该任务的新设备。如这两方面都无资料，就应在实验的基础上，再经技术经济核算后作出结论，才能保证选用的干燥器在技术上可行，产品质量优良，且经济合理。(1)喷雾干燥器：用于奶粉、奶油粉、乳清粉、蛋粉、果汁粉、速溶咖啡、速溶茶、蛋白粉等物料的干燥。(2)流化床干燥器：用于食盐、谷物、玉米胚芽、糖粉、奶粉等物料的干燥。(3)箱式和带式干燥器：用于糖、味精等物料的干燥。(4)微波干燥器：用于薄片食品(如饼干、肉干、快速面)、饮料、巧克力、蜂乳晶等的加热干燥及包装食品的加热杀菌。(5)红外线干燥器：用于谷物、蔬菜、水果、食糖、糕点制品、面包、熏烤肉、鱼、香肠制品等物料的干燥。(6)升华(冷冻)干燥器：用于鱼类、高级蔬菜(如蘑菇等)、汤粉、饮料等物料的干燥。(7)气流干燥器：用于淀粉、面粉、葡萄糖、食盐、味精、切成碎块的马铃薯及肉丁等食品的干燥。(8)真空干燥器：用于液体、浆体、粉体和散粒食品的干燥。一、喷雾干燥的原理及分类：原理：通过机械的作用，将需干燥的物料，分散成很细的雾状微粒(以增大水分蒸发面积，加速干燥过程)，与热空气接触后，在一瞬间将大部分水分除去，而使物料中的固体物质干燥成粉末。第一节喷雾干燥设备喷雾干燥主要是将流体物料干燥成粉状物料，如乳粉、果汁粉、蛋清粉等。分类：1、按照料液微粒化的方法分：压力喷雾干燥和离心喷雾干燥。2、按照干燥时热风和被干燥物料之间的运动方向分：并流、逆流和混合型。二、喷雾干燥设备及流程（一）、压力喷雾干燥设备及流程原理：主要是采用高压泵，以70～200大气压的压力，将浓缩后的浓料通过雾化器(喷枪)喷成雾状小液滴（10～200μm）喷人干燥室，与热空气直接接触，其表面水分瞬间（0.01～0.04s）蒸发，在很短的时间内完成干燥。1、水平箱式并流型压力喷雾干燥设备流程（卧式喷雾干燥设备）主要有干燥室、高压泵、空气加热器、螺旋输送机、布袋过滤器、排风机等部分组成。干燥过程在密闭状态下进行，室内具有一定的负压。采用平底，有利于人进入清理，但干燥产品质量不宜均匀，出粉比较困难。2、立式并流型压力喷雾干燥设备流程（塔式喷雾干燥设备）•主要有干燥室（5m以上）、高压喷头、进风机、预热器、布袋过滤器、排风机等组成。•特点：产品质量稳定，出料方便。•新鲜空气被预热130～160度，由热空气分配室均匀进入干燥室，液料有高压泵经喷头雾化喷出，在干燥室与热空气相遇干燥，使水分蒸发。2.喷雾干燥的特点(1)优点：a)干燥过程非常迅速。雾滴直径10～200μm，瞬间可蒸发95～98%的水分，时间仅需5～40s左右；b)产品具有良好的溶解性、流动性和分散性；c)生产过程简化，操作控制方便；d)制品纯度高；e)适宜于连续化大规模生产。(2)缺点：a)设备比较复杂，一次性投资较大。b)废气夹带的微粉，需要一套高效的分离装置，结构复杂、费用较贵。c)因设备庞大，且卫生条件要求高，设备清理工作量大。d)设备的热效率不高，热消耗大，热效率约30%~40%，动力消耗大。e)喷嘴孔径很小，一般在φ1mm以下，极易堵塞，不适于高粘度料液。喷嘴易磨损，需经常更换。（二）离心喷雾干燥设备离心式雾化器是液体在流经高速旋转盘内腔或表面时因获得的离心力而被雾化。当料液被送至高速旋转圆盘上后，在自身惯性力离心力和重力作用下得到加速而分离雾化，其中离心力远大于重力，称为离心雾化；液体和周围空气接触面处的摩擦力作用，促使形成液滴，称为速度雾化。这两种雾化同时存在，随着料液量和雾化器转速的增大，顺序发生直接分裂成液滴、丝状割裂成液滴和膜状分裂成液滴三种雾化形式。利用离心力将物料雾化，喷入干燥室的设备离心喷雾原理（a）直接分裂成液滴（b）丝状割裂成液滴（c）膜状分裂成液滴1.安海德罗式离心喷雾干燥设备流程图：矩形通道的叶轮式离心雾化器1.主轴2.进料管3.分槽4.转盘5.喷孔特点•干燥室底部为平底型式，喷雾空总高度可降低，相应厂房总高度也降低。•干燥后粉与废气全部一次就由气流输送至旋风分离器，因为刮板式刮粉器每分钟回转一周，使粉在短时间脱离干燥室的高温。•干粉与废气在旋风分离器内分离时，由于外界引入冷空气，使得在分离过程，成品得到冷却，但冷却效率不高。•气流输送，摩擦大。2、尼罗式喷雾干燥设备流程系统组成：1、进料和出粉2、干燥塔的进风和排风3、冷却沸腾床的进风和排风4、细粉回收系统5、控制系统尼罗式流程的特点：1、二级干燥（喷雾＋沸腾)2、喷雾盘盘弯曲槽，可减少成品中的空气、以减少氧化。3、进热风处有蜗壳式热风分配盘，使热风分配均匀，防止产生焦粉、粘粉现象。4、在干燥以后操作中，设计有沸腾冷却床和空气减湿器，减少细生成量，能连续出粉又能连续筛粉，尤其是能及时冷却、连续包装。三、喷雾粒化装置喷雾器是喷雾干燥的主要设备，要求能使物料稳定的喷洒成大小均匀的雾滴，均匀分布在干燥室的有效部分，并能与热空气良好接触，洒到干燥室壁面，也不能相互碰撞。喷雾器类型：目前我国广泛使用的压力喷雾器有M型和S型两种。（一）、M型压力喷雾器•结构：喷嘴、分配孔板（多孔板）、喷嘴座、管接头、旋转室、导流沟槽（环形和切线）。•喷头孔较大，并用人造宝石制成，采用激光钻孔，孔径为0.8-2㎜，对于一般物料，其使用寿命可达一年之久，大大超过不锈钢、钨钢制的寿命。•工作原理：•由喷嘴上面套入多孔板，溶液流进入漩涡室时，呈均匀状态通过切线沟槽，小孔进入环形导流沟，再经导流槽使物料切线方向进入旋转室，喷入喷头孔，并自喷孔喷出，从而产生雾状。•此型喷嘴流量大，适用于生产能力较大的设备。（二）.S型喷嘴•结构：喷嘴、喷芯、喷嘴座、管接头、旋转室、导流沟槽等。•喷芯及喷嘴必须用耐磨材料制造。常用的为硬质合金钢，粉末冶金、炭化钨、人造宝石、陶瓷等。在乳品生产中现多为不锈钢喷嘴。喷头小孔为0.5-1.4mm.•工作原理：•液体从任意角度进入喷芯的沟槽。由于沟槽与轴线倾斜成一定角度，液流是螺旋状进入旋室，产生离心力，在喷嘴出口处喷雾。•喷芯的沟槽一般为2-6条，喷芯在喷嘴座里不固定，经高压推动力，压紧在喷嘴锥面上，高压液体必须流进沟槽，进入旋室从喷嘴喷出。三、喷雾干燥的特点•优点：•1）干燥过程非常迅速，几秒内结束；•2）干燥过程中液滴温度不高,产品质量较好；•3）喷雾干燥后产品不需进一步磨碎，简化工序；•4）喷雾干燥时，可以调节改变干燥条件而调整产品质量指标（如.粉末的容积密度，粒大小等）；•5）产品具有良好的分散性，流动性和溶解性。因为干燥在空气中完成，产品基本能保持与液滴相似的中空球状或疏松的粉末状，具有良好的分散性；•6）密闭且负压，保证了生产的卫生条件。•(1）物料在干燥过程中，凡与物料相接触的设备部位，必须便于清洗灭菌。•(2)应采取措施防止焦粉，避免热空气产生逆流。•(3)要保证热风洁净。•(4)为了提高产品的溶解度，速溶性，干燥的产品，应迅速从干燥室连续排出，经冷却后包装。•(5)排风温度不允许超过要求，以保证产品质量和安全。•(6)对粘性物料，应采取措施尽量减少粘壁现象。四、对喷雾干燥机的要求小结主要了解喷雾干燥的原理、设备分类、主要结构以及主要装置的功用；理解喷雾干燥的特点。作业P91：1、2、3