食品干燥机械与设备

2019/8/51第八章食品干燥机械与设备2019/8/52第一节概述•定义：凡是使物料（溶液、悬浮液及浆液）所含水分由物料向气相转移，从而变物料为固体制品的操作，统称干燥。•根据这一定义，干燥的含义显然与过滤、压榨等滤干、榨干以及浓缩均有区别。2019/8/53•要使水分从物料转移到气相，物料必须受热，水分吸收热量才能汽化。•物料受热的方式仍然就是三种基本传热方式，即对流、传导和辐射。因此根据传热方式的不同，干燥分热风干燥、接触干燥和辐射干燥。•物料中水分的汽化可以在不同的状态下进行，水分是在液态下汽化的，倘若预先将物料中水分冻结成冰，而后在极低的压力下，使之直接升华而转入气相，这种干燥称为冷冻干燥或冷冻升华干燥。2019/8/54干燥的推动力：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。2019/8/55干燥食品的分类•按被干燥食品的状态分•1.粉状食品物料：主要有淀粉、米粉、鱼粉、调味粉、果糖、各种氨基酸和食品添加剂等。•2.片、条、块状食品物料：主要有干制的果蔬、饼干、茶叶、鱼虾干等海产品和猪牛肉等畜产品。•3.浆状食品物料：主要有奶粉、豆粉、果胶、咖啡粉等。•按被干燥食品的物理化学性质分•1.液态食品：包括溶液、胶体溶液和非均相态食品。•2.湿固态食品：包括晶体、胶体和生物组织体。2019/8/56干燥的方法•热风干燥：空气干燥法，此法直接以高温的空气作热源，即对流传热，将热量传给物料，使水分汽化同时被空气带走。•接触干燥法：此法是间接靠间壁的导热，将热量传给与间壁接触的物料。热源可为水蒸气、热水、燃气、热空气等。•辐射法：此法是利用红外线、远红外线、微波或介电等能源将热量产给物料。2019/8/572019/8/58•应用：干燥在国民经济各部门都有着重要意义。食品工业中干燥操作是一项最基本的单元操作，对于干燥食品它是一项主要的单元操作。例如：果蔬的干制，奶粉和蛋黄粉的制造，面包饼干的焙烤和淀粉的制造等等。另外发酵食品，味精，柠檬酸，酶制剂等等。啤酒生产中麦芽干燥，制糖生产中砂糖的干燥等。•目的：食品干燥目的是去除物料中的水分，减少其体积和重量，便于产品的储存和运输；可防止微生物在成品中繁殖。2019/8/59•干燥通常是产品生产过程中最后一道工序，因此与产品质量，最终产品有着重要关系。如果干燥过程控制不好，会使产品变质而受到损失。食品多为热敏性物料，在干燥过程中如果控制不好导致变质，破坏其色、香、味，影响产品质量。•干燥方法和干燥设备的选择，应根据产品的特点、产量、经济性等综合考虑。•目前食品产品的干燥广泛采用的是空气干燥法。2019/8/510热风干燥设备的分类•热风干燥：用对流方式将热空气的热量传递给物料，带走物料表面的水分。•特点：热风既是载热体又是载湿体，因此热风干燥设备结构简单，操作容易。•一、成件产品干燥设备：1、移动式干燥器：a、传送带式；b、车厢式；c、链板式。2、固定式干燥器：a、箱式；b、隧道式。2019/8/511第二节固定床和箱式干燥机•固定床干燥特点是结构简单，容易制造，投资小，通用性强；但设备装卸物料不便，生产率低。•烘房:它一般由烤架、加热炉、烟道、烟囱与烤架、烤盘等组成。烤房为土木砖结构，周围有保温层。•这种设备的优点是升温排湿快，烤房较高，空间利用率较大，热能利用较好。缺点是操作劳动强度大。•主要用于小批量土特产品、果品的干制。还可以在这类烘房内，利用蒸汽管道，间接加热，制作果脯等产品2019/8/512固定床干燥设备•循环干燥仓：•组成：热风装置，循环装置，料仓•特点：干燥速度快，处理量大，有贮存仓的作用。•搅拌器作用：降低干燥室垂直方向水分梯度。均化空隙，增加通风均匀性。2019/8/513固定床和箱式干燥机•二、箱式干燥器•平行流：热风从物料表面通过，料层薄(20～50mm)，干燥强度小。•穿流：热风从料层中通过，料层厚(45～65mm)，干燥强度大。2019/8/5142019/8/515第三节隧道式干燥设备•一、结构和工作过程•（一）隧道体•（二）料盘与装料•（三）料车与装料盘•（四）料车的运行有人工推车和链爪推车两种方式。•１．人工推车•２．链爪推车•（五）门的结构与开闭•双扉式，旁推式或升降式•（六）风机•（七）加热装置2019/8/516二、类型和特点•（一）顺流型隧道式干燥机•风机、加热器多设在隧道顶的上边。料车从隧道一端推人，湿物料先与高温热风接触，对高水分物料，可采用较高的热风温度，也不致损伤产品品质。而物料接近干燥成品时，热风温度降低，可防止产品过热，但难以获得低水分产品。2019/8/517•（二）逆流型隧道式干燥机上述两种隧道式干燥机的共同优缺点是：（1）构造简单，容易制做，投资较少，操作方便．（2）适应性强。可用做多种果蔬、土特产、中草药与经济作物产品的干燥。（3）生产能力较大。适于大中型生产规模。（4）隧道排出的部分废气，可与新鲜空气混合，经加热器，重新进入隧道，进行废气再循环，以提高热能的利用、调节热风湿度，适应物料的干燥要求。（5）物料干燥过程中处于静止状态，形状无损伤。物料与热风接触时间较长，热能利用较好。（6）热耗大。（7）结构庞大。如砖混结构的隧道干燥设备的总高约3m，宽2m，长数几米到十米。图9－5逆流型隧道式干燥机2019/8/518•（三）混合式隧道干燥机•湿物料入隧道先与高温而湿度低的热风作顺流接触，可得到较高的干燥速率；随着料车前移，热风温度逐渐下降、湿度增加，然后物料与隧道另端进入的热风作逆流接触，使干燥后的产品能达较低的水分。两段的废气均由中间排出，亦可进行部分废气再循环．•这种设备与单段隧道式干燥设备相比，干燥时间短、产品质量好，兼有顺流、逆流的优点，但隧道体较长。2019/8/519•（四）穿流型隧道式干燥机•在隧道体的上下分段设有多个加热器。在每一个料车的前侧固定有挡风板，将相邻料车隔开。热风垂直穿过物料层，并多次换向。热风的温度可以分段控制。•国外有一种两隧道并列的穿流型干燥设备，沿整个隧道纵向分若干干燥段，在两列隧道各干燥段的上部装一轴流风机，使热风在段内穿过两列隧道的物料层，同时输入一定量外界空气，排出一定量废气，进行部分废气再循环。•这类穿流型隧道干燥机的特点是干燥迅速，比平流型的干燥时间缩短，产品的水分均匀，但结构较复杂，消耗动力较大。2019/8/520第四节带式干燥机•带式干燥机是将物料置于输送带上，在随带运动的过程中与热风接触而干燥的设备．因结构和流程不同，有多层。单级和多级等各种类型。•一、多层带式干燥机2019/8/521二、单级穿流带式干燥机•由一个循环输送带、两个空气加热器、三台风机和传动变速装置等组成。全机分成两个干燥区。第一干燥区的空气自下而上经加热器穿过物料层。第二干燥区是空气自上而下经加热器穿过物料层．每个干燥区的热风温度和湿度都是可以控制的，亦可以在干燥过程中，对物料上色和调味。2019/8/522三、多级穿流带式干燥机•它用于制作各种脱水蔬菜、葡萄干、麦片、酵母等产品。优缺点是；•（1）物料在干燥过程中，不受振动或冲击，不损伤，粉尘飞扬少。•（２）物料在带间转移时，得到松动和翻转，使物料的蒸发表面积增大，改善通气性和干燥均匀性。•（３）干燥区的数目较多，每一区的热风流量、流向、温度和湿度均可控制，符合物料干燥工艺的要求。•（４）结构较复杂，设备费用高。•（５）设备的进出料口，密封不严，易产生漏气。2019/8/523第五节气流干燥机•一、特征•（一）干燥强度大•（二）干燥时间短、物料温度低•干燥管长10～20m，物料的干燥时间0.5～2s。干燥管的进风温度为134～144℃，物料在干燥管出口的温度为55～70℃。•（三）结构简单、处理量大•除干燥管外，只需风机、热源、加料器及产品回收装置等，设备投资费用较少。占地面积亦较小。•（四）适应性•要求被干燥物料的颗粒粒径在0.5～0.7mm以下。对块、膏糊状湿物料，需先进行粉碎再气流干燥。对产品的水分要求在3％以下或要求保持结晶形状、光泽及易粘附于干燥管的物料不适用。•（五）动力消耗较大•由于使用较高速气流，需选用高、中压离心风机，动力消耗较大。2019/8/524二、类型和性能•（一）单级气流干流机•它属于直管式小型生产设备，用于制做淀粉，按含水率为１３．５％的成品计，生产率为０.２～０．5t/h；采用蒸汽加热的翅片式空气预热器，蒸汽压为５～７ｋｇ／cm2；干燥管高７～１２ｍ，管径３０～４０ｃｍ，管内风速２０m/s。2019/8/525（二）两级气流干燥机•该机是直管中型生产设备。用于制做淀粉，按含水率13.5％的成品计，生产率为1.2～3.2t/ｈ。采用二级干燥管可以节约热能，降低管的高度。其蒸汽压力、风温、风速、管径等与一级干燥机基本相同。2019/8/526•（一）喷雾干燥原理•利用不同的喷雾器（机械），将需干燥的物料喷成雾状，形成具有较大的表面积的分散微粒（10-200um），同热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几时秒内获得干燥。•如与高温400-500℃的热风接触需0.01-0.04秒内就完成干燥，与100-150℃的热风接触需1-3秒就完成干燥。成品以粉末状态沉降于干燥器的底部排出。第六节喷雾干燥机2019/8/527一、喷雾干燥的优缺点2019/8/528喷雾干燥适宜干燥的物料：2019/8/529•二、对喷雾干燥机的要求•（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，满足工艺要求。•(３)要保证热风洁净，检查风管和加热器中是否有铁锈或渗漏保温材料，以防混入产品。•(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）为提高干燥室的热效率。喷雾时被干燥的料液和热空气均匀接触，加热器、干燥室和热风管，需隔热保温。•（7）对粘性物料，应采取措施尽量减少粘壁现象。2019/8/530二.喷雾干燥器的分类•（一）按生产流程分类•（二）按喷雾和气体流动方向分类•（三）按雾化方法分类2019/8/531（一）按生产流程分类•1.开放式喷雾干燥系统•特点：载热体在系统中只使用一次就排入大气中，不再循环使用，结构简单，适用于废气中湿含量较高，无毒无臭气体。缺点：载热体消耗量大。•简述流程：•压力喷雾，离心喷雾，气流喷雾都可以按照开放式系统设计。2019/8/5322.封闭循环式喷雾干燥系统•特点：载热体在系统中组成一个封闭的循环回路，有利于节约载体热。回收溶剂，防止污染大气，载热体大多使用惰性气体。•流程：从干燥塔排除的废气，经旋风除尘器除去微细粒子，然后进入冷凝器。•冷凝器的作用:是将废气中的溶剂（或水分）冷凝下来，除湿后的尾气经鼓风机升压，进入一个间接式加热器后又变为热风，如此往复循环使用。•适用于可燃性溶剂系统，溶剂需回收，产生有污染的臭气。2019/8/5333.自惰循环式喷雾干燥系统•自惰就是指系统中有一个自制惰性气体的装置。在这个装置中，引入空气和可燃性气体进行燃烧，将空气中的氧气烧掉，剩下氮气和二氧化碳（惰性气体）作为干燥介质。•为使系统中气体压力平衡，在鼓风机出口处安装一个放气减压装置，部分空气可排放到大气中。•适用于：有臭气发出，产品有高度爆炸性，着火危险，通过燃烧消除掉臭气和产品粉末。2019/8/534（二）按喷雾和气体流动方向分类•并流、逆流和混合型三种•1.并流式：在喷雾干燥室内，液滴与热风呈同方向流动.•常用的基本形式：垂直下降并流、垂直上升并流行型、水平并流型2019/8/535•垂直下降并流特点是塔壁粘粉比较少。•垂直上升并流行型要求干燥塔截面风速要大于干燥物料