食品机械与设备第十章

第十章物料干燥设备1.简介(1)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异的食品；(3)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。2.干燥原理1.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。2.内部扩散：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。2.1表面汽化控制表面汽化速率小于内部扩散速率，干燥过程由表面汽化控制；只要改变影响表面汽化的因素，就能使干燥速率发生变化；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。2.2内部扩散控制表面汽化速率大于内部扩散速率，此时干燥过程受内部扩散控制。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，整个干燥过程由内部扩散控制，是干燥速率不断减少的降速干燥。3.分类(1)按操作压力分类：常压干燥器和真空干燥器；(2)按操作方式分类：连续式和间歇式；(3)按相对运动方式分类：并流、逆流和错流；(4)按供热方式分类：对流干燥器、接触干燥器、辐射干燥器、介电干燥器；4.干燥设备的技术要求4.1供热方式对干燥设备的影响：对流、传导、辐射；4.2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5.1当地的资源与自然条件；5.2物料性能及干燥特性；5.3干燥产品的要求。第一节厢式干燥机间歇式对流干燥器，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。1.1箱式干燥器结构1.平流厢式干燥机2.穿流厢式干燥机1-保温层2-加热器3-料盘4-风机厢式干燥机1.搁架2.加热器3.风机4.排气口5.气流分配板6.小车7.厢体小车结构1.2主要影响因素(1)热风速率；(2)物料层的间距；(3)物料层的厚度；(4)风机的风量；(5)干燥器的小车。第二节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。1.活动门2.废气出口3.小车4.小车移动机构5.干燥介质进口6.湿物料进口7.干物料出口第三节圆筒式干燥机1.传动齿轮2.支承滚筒3.原料4.热空气5.产品出口6.废气排出口工作原理湿物料从左端上部加入，借助圆筒的缓慢转动，在重力、圆筒倾角和进料压力的作用下从高端向低端移动，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，干燥后的产品从右端下部收集。筒体内壁上装有抄板等，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。圆筒式干燥机的分类1.直接加热式圆筒干燥机被干燥物料与热风直接接触，以对流传热的方式进行干燥。按照热风与物料之间的流动方向，分为并流式和逆流式。2.间接加热式圆筒干燥机在这种干燥机中，载热体不直接与被干燥物料接触，而干燥所需的全部热量都是经过传热壁传给被干燥物料。圆筒式干燥机的分类3.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分由热空气通过壁面，以热传导的方式传给物料，另一部分通过热风与物料直接接触，以对流传热的方式传给物料。这样可提高热量的有效利用率，加快干燥速度。圆筒式干燥机的特点优点：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；缺点：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，不适合于对品质均匀性及食品质量要求严格的物料。第四节带式干燥器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。热风的流动方式水平气流式穿流气流式（有网眼的输送带）应用：茶叶的干燥，蔬菜的脱水，水果、蜜饯的烘干等。2.1单层带式干燥器输送带：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。2.2双段带式干燥器物料厚度：第一段75-180mm,第二段250-300mm。输送带长度：第一段9-18m,第二段为第一段的1/5。第五节流化床干燥器流化床：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。流化床干燥器又称沸腾床干燥器。流化过程：(1)固定床；(2)流化床；(3)气流输送特点(1)物料与干燥介质接触面大。(2)干燥速度高。(3)容易控制制品的含水率。(4)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。(6)对易结块物料容易产生与设备壁间粘结而不适用。(7)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a．固定床b．松动床c．流态化开始d．流态化展开e．气力输送床(1)固定床：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，物料层静止不动，高度不变，即固定床阶段。(2)松动层：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时，压力降等于单位面积床上物料层的实际重量时，床层开始松动，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，即松动层阶段。原理(3)流态化开始阶段：当气流的速度增大至气流临界流化速度，并继续增加时，颗粒开始被气流吹起并悬浮在气流中，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，即流化态开始阶段。(4)流态化展开段：当气流的速度进一步增大，床上物料处于稳定的流化状态，在物料流态化干燥时，热风气流的速度应稳定在CD范围内；(5)气力输送阶段：当气流速度再增大，气流对物料的作用力使物料颗粒被气流带走，即气力输送阶段。3.1单层沸腾干燥器流程3.2五层沸腾干燥器流程第六节喷雾干燥设备概念：喷雾干燥就是将液态或浆状食品喷成雾状液滴，悬浮于热空气中进行脱水干燥的过程。喷雾干燥示意图1.特点优点：(1)干燥速度快(5-40s)(2)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；(4)生产过程简化，操作控制方便；(5)制品纯度高；(6)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；(8)可满足对产品的各种要求。缺点：(1)占地面积大，投资较多；(2)结构复杂，费用高；(3)卫生条件要求高；(4)热及动力消耗大。2.常见液料雾化方法(1)压力喷雾法(2)离心喷雾法(3)气流喷雾法3.喷雾干燥室内热风与雾滴的运动形式3.1并流型3.2逆流型3.3混合流型3.1垂直下降并流型喷雾干燥3.2垂直上升逆流型喷雾干燥第八节电磁辐射干燥机利用微波的电磁感应或红外线辐射效应，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。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，尤其是热敏性食品的干燥效果更加令人满意。一、微波加热器微波干燥系统组成示意图箱式微波干燥器1.磁控管2.微波发射器3.被干燥原料4.工作面5.腔体6.电场搅拌器原理微波经导波装置传输至矩形箱体内，矩形各边尺寸都大于1/2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上。这样，微波能全部用于物料的加热干燥。第九节真空干燥设备在食品干燥中，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，所使用的加热温度比常压加热干燥低。特点(1)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，具有较好的溶解性、复水性、色泽、口感。(3)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，通用性好。(5)设备投资和动力消耗高，产量较低。1.真空干燥箱1-真空表2-抽气口3-压力表4-安全阀5-加热蒸气进阀6-冷却水排出阀7-疏水器8-冷却水进阀1.结构2.工作原理3.应用2.单层带式真空干燥机3.多层带式真空干燥机第十节升华干燥设备（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直接从冰态升华为水蒸气，从而使食品干燥的方法。1.升华干燥的原理水的三相图如果压力在三相点压力之下，物料中的冰则可不经过液态而直接升华为水汽。（在较高的真空度下，冰因直接升华为蒸汽而去除，物料即被干燥。）2.主要特点(1)物料在低压下干燥，能灭菌或抑制某些细菌的活力，防止氧化变质；(2)可以最大限度的保留食品原有成分、味道、色泽和芳香；(3)多孔结构的制品具有很理想的速溶性和快速复水性；(4)升华时溶于水的溶解物质就地析出，避免表面硬化现象；(5)脱水彻底，可长期保存；(6)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3.1预冻阶段(1)预冻温度（低于共熔点温度）(2)预冻时间(3)预冻速率3.2升华干燥阶段（第一阶段干燥）3.3解析阶段（第二阶段干燥）4.升华干燥装置的基本构成4.1冷冻干燥室4.2水汽冷凝器4.3真空系统4.4制冷系统4.5加热系统4.6控制系统箱式冷冻干燥设备组成示意图