机械与工程期末综述论文-食品干燥设备发展的新进展

1食品干燥设备发展的新进展课程名称：食品机械与工程原理班级：12级姓名：学号：指导老师：2014年12月26日2摘要本文主要综合了近三年来有关于食品干燥技术与设备的文献，指出了目前国内较为广泛使用的食品干燥技术有热风干燥、低温真空干燥、微波干燥、太阳能干燥，较为创新的食品干燥技术有微波真空干燥、真空连续干燥法、过热蒸汽干燥、远红外干燥，较少使用但是有发展前景的有折射窗干燥技术，也给出了在国外处于科技前沿的四种干燥设备分别是加压2种流体喷嘴式喷雾干燥系统、媒体流化床干燥系统、粉碎干燥一体机、旋转流化床干装置。同时指出食品干燥设备发展的趋势是综合应用多种传热形式、设备的大型化开发、设备专用化、多级组合干燥以及设备多功能化，进而实现一直以来食品干燥设备行业所追求的节能、环保、产品质量好三个目标。关键词食品干燥技术干燥设备干燥原理研究进展3目录0前言..................................................................41常见食品干燥技术......................................................41.1热风干燥...........................................................41.2低温真空干燥.......................................................41.3微波干燥...........................................................51.4太阳能干燥.........................................................52新式干燥技术.........................................................52.1微波真空干燥.......................................................52.2真空连续干燥.......................................................62.3过热蒸汽干燥.......................................................62.4远红外干燥.........................................................62.5折射窗干燥技术.....................................................73国外创新干燥技术......................................................73.1加压2种流体喷嘴式喷雾干燥系统.....................................73.2媒体流化床干燥系统.................................................73.3粉碎干燥一体机.....................................................83.4旋转流化床干装置...................................................84干燥设备的发展趋势....................................................95结语..................................................................940前言干燥保藏是食品最重要的保藏方法之一，干燥技术能够有效的抑制微生物的生长繁殖，达到食品长期保藏的目的，而且食品经干燥处理后质量减轻、体积缩小、可节省包装储藏和运输费用，带来了方便性[1]。我国南方地区气候较为湿润，不利于粮食的储存，因此必须要利用粮食干燥设备对粮食进行干燥储存。就目前的情况来看我国的粮食干燥工作的进行并不是十分顺利。据统计我国的粮食在贮存过程中损失惨重,这些问题很大程度上都与粮食的干燥程度有关[2]。因而食品干燥技术与设备是影响国家食品行业和经济发展的一个重要因素。专家称，在探索干燥技术的新型发展道路时，必须对能效、环保以及产品的质量进行综合考虑，以求得全面、协调和可持续地发展[3]，即节能、环保、产品质量上乘是干燥技术不断追求的目标。近几年来，出现了多样化的干燥技术和设备，主要是基础干燥技术的复合，例如真空微波干燥技术、粉碎干燥一体技术、红外辐射真空过热干燥技术、红外辐射热风振动流化稻谷装置、远红外联合低温真空干燥技术设备[4]。这些技术涉及到了物理学、低温制冷、流体力学、化工学、原料学、传热传质学、数学、自动控制等学科,也是这些学科交叉发展的产物,因此是一项综合性极强的应用性技术[5]，广大研究者也不断进行试验得出各种复合干燥技术的最佳参数。1常见食品干燥技术[2]1.1热风干燥热风干燥是一种传统的干燥技术其操作简单成本低廉,无地域限制因此也是目前应用最为广泛的粮食干燥方法。它的工作原理是利用一定温度的热空气带走粮食内部的水分,常以热空气对流方式为主。热空气的主要来源是煤炭、秸秆等可燃物的燃烧厂般都会在较高的温度下进行。当然这种方式也存在相应的弊端例如高温的环境会将粮食损伤造成品质降低,同时能量利用率较低会造成浪费和空气污染。1.2低温真空干燥低温真空干燥设备的主要工作原理是根据粮食水分沸腾蒸发温度的高低随环境压力大小而变化的原理,利用蒸汽射流真空技术形成具有一定真空度的空间,在真空低温5状态下连续对含水率高的粮食进行脱水干燥。这种干燥设备相对于热风干燥设备来说温度较低便于储藏和运输不会造成能量的散失和一定程度上的空气污染而且也不会影响粮食的品质。但是其成本较高同时对环境的要求较高,氧气含量只有常压干燥的1/20方可用于粮食种子的干燥。1.3微波干燥微波干燥设备顾名思义就是利用高频电磁波来引发粮食颗粒内部的分子热运动使运动速度达到与微波频率相同分子的热运动会使分子内部产生一定的温度,直接使水分从粮食颗粒内部溢出进而达到干燥的目的。这种方法干燥效率较高而且易于控制但是由于微波的波长较短穿透力较小,因此不适合大规模的投入粮食干燥的使用。1.4太阳能干燥太阳能干燥设备就是利用太阳能的辐射对粮食进行干燥,这种干燥设备利用的是纯自然的能源绿色且环保。太阳能干燥设备从简易的角度来说就是以空气或水为介质,可以将粮食拿到干净、阳光充足的环境下照射另一种情况就是利用太阳能热水器将水温加热到一定温度利用热水来对粮食进行干燥。从更加全面的角度来考虑太阳能的利用受天气环境的影响较大在下雨阴天等天气情况下不能利用这就需要建设暖房将需要干燥的粮食投入暖房内干燥这种暖房干燥虽说不受天气影响但是成本较高不适宜粮食储量较少的粮仓使用。2新式干燥技术2.1微波真空干燥[6]微波真空干燥设备是微波能技术与真空技术相结合的一种新型微波能应用设备，它兼备了微波及真空干燥的一系列优点，克服了常规真空干燥周期长、效率低的缺点，在一般物料干燥过程中，可比常规方法提高工效4——10倍。具有干燥产量高、质量好，加工成本低等优点，微波真空干燥设备是一项集电子学、真空学、机械学、热力学、程控学等多种学科为一体的高新技术产品，是在干燥过程中对物质的物理变化、内外热质交换以及真空条件下水分迁移过程的深入研究的基础上，发展起来的一项新技术、新工艺。62.2真空连续干燥[6]与当前常用的烘箱干燥法、喷雾干燥法等相比，真空连续干燥法有许多独特的优点，能保证产品质量大大高于使用其他干燥方法的产品。真空连续干燥设备及技术由于具有低温干燥、有效成分破坏少、疏松易溶化吸收、干燥和灭菌同时进行的优点，从而能确保产品有效成分高、无菌指标高、口服吸收好。业内人士指出，国内企业已经加快研究真空干燥技术，某些企业还取得了突破性的进展，一定程度上降低了能耗，减轻了污染，为社会带来了更多的效益和价值2.3过热蒸汽干燥[7]过热蒸汽干燥技术是利用物料内水分蒸发所形成的过热蒸汽与物料接触的干燥介质，通过再热器或间接提供干燥所需要的能量。系统闭路循环，全部为惰性无氧气氛环境。干燥所产生的物料内水分蒸发所形成的过热蒸汽被排出系统后，可以回收全部干燥所供给的热量，蒸汽耗量小,热效率大大提高。目前过热蒸汽干燥技术应用较多的对象为食品，如稻米、玉米、土豆、香蕉、大豆、甜菜渣、鱼等。过热蒸汽干燥技术的优点是热效率高、节能，安全，干燥速率快，干燥后产品质量好，具有消毒灭菌作用。缺点是设备复杂，启动和停车时容易出现凝结现象，也不适合干燥热敏性物料。由于过热蒸汽干燥过程的复杂性，对该技术的研究还远未成熟，在理论和应用中仍存在大量工作需要开展。因此针对过热蒸汽干燥技术的研究仍将继续和深入。2.4远红外干燥[8]远红外干燥是利用远红外线辐射元件发生的远红外线为被加热物体所吸收，直接转变为热能而使水分得以干燥。红外线是波长在0.72~1000um范围的电磁波，一般把5.6~1000um区域的红外线称为远红外线，而把5.6um以下的称为近红外线。远红外线在食品干燥领域中发展很快。因为在干燥过程中食品物料表面及内部分子可同时吸收远红外线，因此干燥速度快、生产效率高，干燥时间一般为近红外干燥时间的1/2，为热风干燥的1/10。远红外干燥可以节约能源，耗电量仅为近红外干燥的1/2左右，且设备规模小、建设费用低，干燥后产品质量好。72.5折射窗干燥技术折射窗干燥技术是一种新的薄层干燥技术，在常压下采用95~97℃的热水作为热源，将透明聚酯薄膜覆盖于热水的表面上，湿物料喷涂于聚酯薄膜上，热量通过聚酯薄膜传至湿物料，物料蒸发的水分通过抽风排除，物料与聚酯薄膜分离达到干燥终点。其优点为低能耗、低水耗、易清洗、条件温和、氧化少、产品营养破坏少等[9][10]。目前，折射窗干燥技术还处于开发和提高的阶段，因此还有很多值得于燥界工作者进行改进和提髙的地方，例如，考虑干燥器所需的干燥气体的调节，包括气体量、温度和其相对湿度的匹配等。另外，虽然这种干燥设备是一种较为节能的设备，但过大的占地面积也会影响它的推广运用[10]。3国外创新干燥技术[11]3.1加压2种流体喷嘴式喷雾干燥系统喷雾干燥系统主要有4种类型：旋转圆盘式、加压喷嘴式、2种流体喷嘴式、加压2种流体喷嘴式。加压2种流体喷嘴式结构如图1所示，这种结构能防止运行中液滴控制困难的问题，顶端由高速空气吹出，使液滴成为微粒化，而且干燥时间短，温度低，制品色泽和风味的变质也少。因此，近年来得到广泛的应用。如日本大川原化工机械公司研发的L型喷雾干燥机，其中L/OC型具有喷嘴组，且能够回收平均粒径在10μm以下的微粒粉。德国GEA（globalengineeringalliance）公司生产的MSD喷雾干燥系统应用于乳粉。3.2媒体流化床干燥系统8媒体流化床干燥系统由日本奈良机械制作所开发。如图2所示，该机型的特征是由浓浆料泵将浆状原料打入到流动塔内，流动塔内充满数毫米直径的媒体粒子，这媒体粒子由陶瓷粒子或耐热树脂粒子组成，在所设定温度下，由加热热风完全混合达到流动化状态。该系统装置所构成的部件具有无金属沾污，从而解决了构成材料的磨耗沾污问题。同时，由于具有高速搅拌的分散机构，还避免了干燥后粘集产品再粉碎形成的粉碎装置而出现的磨耗沾污问题。因此，该系统能干燥20000cP的高黏度的原料。普遍使用在对乳粉的二次干燥、附聚、冷却和连续出料等工序。3.3粉碎干燥一体机由日本ホソカワミクロン（株）开发的粉碎干燥一体机，其立式圆筒型，内部安装强烈粉碎机构和精密的分级机构，湿的原材料供给，微小粒子既受到强力的粉碎分散作用，又同时受到来自底部流入的热气流接触，在瞬间进行热交换，蒸汽与干粉马上就分离。3.4旋转流化床干燥装置图4是由日本ダルトン公