第八章食品干燥机械与设备

第八章食品干燥机械与设备第一节概述第二节真空干燥机械与设备第三节喷雾干燥机械与设备第四节流化床干燥机械与设备第五节冷冻干燥技术设备第六节电磁辐射干燥机械与设备第一节概述概念干燥是指在物料内部的溶剂借助于分子扩散作用从物料的固相溶质中相对完全地去除的一个过程。干燥后物料的水分（溶剂）一般在3%~11%左右，甚至更低。对象主要是经过滤、浓缩等操作后的固液体系的物料。目的便于物料的贮存和运输，扩大供应范围满足食品含水率要求，达到安全贮藏的目的制成风味和形状各异的产品提高食品的使用方便性干燥原理表面汽化控制：表面汽化速度小于内部扩散速度内部扩散控制：表面汽化速度大于内部扩散速度方法干燥人工自然外热性内热性对流干燥传导干燥（从外到内）（分子运动）辐射干燥介电加热干燥使干燥介质直接与湿物料接触，热能以对流的方式传递给物料，水分汽化后所产生的蒸汽被干燥介质带走的方法使热能通过传热的壁面，以传导的方式加热物料，产生并排除蒸汽从而干燥的方法湿物料接受热辐射源的电磁波，将辐射能转变为热能，从而使水分汽化并干燥的方法将需要干燥的物料置于高频电场内，使物料加热，水分汽化的干燥方法第二节真空干燥机械与设备在常压下的各种加热干燥方法，因物料受热，其色、香、味和营养成分均受到一定的损失。概念在低压条件下，可在较低温度下对物料进行干燥，能降低品质的损害,这种方法称为真空干燥基本原理气压越低，水的沸点也越低，因此，只有在低气压条件下才有可能用较低的温度来干燥物料。由于高真空干燥装置的设备造价高，操作费用大，真空干燥实际上是在非常稀薄的空气（低压）中进行，真空干燥时的干燥速度取决于真空度和物料受热强度，通常借助于传导或辐射向物料传递能量。自由水－较低的真空度和较低的温度（同真空浓缩）结合水－较高的真空度和较高的温度（结合力更大，产生的蒸气压更低）系统构成真空室：结构设计要考虑外界大气和内压差，它是物料干燥的场所，其高度和体积限制干燥量供热装置：用电热或循环液体加热搁板，也可以用红外线或微波辐射加热真空系统：指真空获得和维持装置，泵和管道水蒸汽收集装置：主要是冷凝器，装在真空室外真空泵之前分类间隙式连续式真空接触式箱式干燥器圆筒搅拌型真空干燥器单层带式真空干燥机多层带式真空干燥机2.1真空接触式箱式干燥器结构加热器箱体一个内藏保温层的箱式结构，内设多层框架，其上放置料盘。有的型式箱体只为一个空间，湿物料放在框架小车上推入箱内加热器有电热（一般小型烘箱采用）；翅片式水蒸汽排管和煤气加热等盘架保温层材料为耐火、耐潮的材料，如层压板、硬纤维、石棉等上固定装有各种型式的加热器件，如夹层加热板、加热列管或蛇管箱体加热器盘架结构加热器箱体料盘盘架物料放置在料盘中，料盘放置在加热器件上，选用传热系数高的材料。一般料盘以铝板或不锈钢板制成。对于粘性物料，还要考虑干燥后物料的脱盘问题，涂脱模剂。2.1真空接触式箱式干燥器工作过程被干燥物料放置在活动的料盘中，料盘放置在加热器件上。热源进入加热器件，物料就以接触传导的方式进行传热。干燥过程中产生的水蒸汽经与出口连接的冷凝器或真空泵（或水力喷射器）带走，若对于蒸汽中含有如香精之类有回收价值的组分时，则采用间壁式冷凝器予以回收应用适用于液体、桨体、粉体和散粒食品的干燥。但对于块、条状的食品则必须使被干燥物料与料盘具有平滑表面的接触；以保证传热效果泡沫真空干燥对被干燥物先进行发泡操作，使之产生泡沫，放入真空干燥箱内先进行低真空干燥，物料在减压下气体便膨胀形成泡沫层，干燥到一定程度后，物料形成较稳定的蜂窝状。再提高真空度进行强化干燥。干燥后便可得到组织蔬松、速溶性好的物料，但对高糖物料。为了防止制品软化，干燥后要快速进行冷却2.2圆筒搅拌型真空干燥器结构（耙式真空干燥器）传动轴卧式圆筒搅拌浆（耙齿）工作过程物料由上部进入，当耙齿正、反转时，使物料先由两边而后往中间移动，受到均匀搅拌；当物料与筒壁接触受热，同时由真空装置抽走汽化的水蒸汽2.3带式真空干燥机由干燥室、加热与冷却系统、原料供给系统、输送装置和真空系统等部分组成，用于液料或浆料的干燥。干燥室内设置有传送带，带下设加热装置、冷却装置。结构经预热的料液由液料泵泵入密闭的干燥室内,并均匀分布到干燥室内的输送带上，在随传送带移动过程中,顺序受到加热而使水分得以蒸发,干燥并冷却后形成的片状产品送至出口处的粉碎机粉碎成颗粒状成品．最后由卸料装置卸出。工作过程在干燥塔内充满热空气气流，液状物料通过塔顶的雾化器雾化成直径为10~100μm的雾滴，从而大大提高了表面积，液滴与热风气流接触后，在瞬间进行强烈的热交换和质交换，水分迅速被蒸发并被空气带走，产品干燥后形成微细粉末，由于重力作用，大部分沉降于底部进行产品收集，热风与雾滴接触后温度显著降低，湿度增大，作为废气由排风机抽出，废气中夹带的少量微粒用回收装置回收第三节喷雾干燥设备概念将液状物料通过雾化器形成喷雾状态（细微分散状态），雾滴在沉降过程中水分被热空气气流蒸发而进行脱水干燥的过程，干燥后得到的粉末状或颗粒状产品和空气分开后收集起来，在这一个工序同时完成喷雾与干燥两种工艺过程基本原理基本原理预热阶段雾滴升到一定温度以便干燥，这一阶段在干燥热敏性物料的高塔设备中更能体现出来等速阶段热交换和质交换仍在进行，即微粒进一步失去水分，同时微粒本身温度也在升高，因此，最后干燥出来的产品具有一定的温度水分蒸发在液滴表面发生，蒸发速度取决于周围热风和液滴的温度差，温差越大蒸发速度越快，此时水分通过微粒的扩散速度大于蒸发速度，当扩散速度降低而不能维持微粒表面的水分饱和值时蒸发速度开始减慢，进入减速阶段减速阶段特点优点干燥速度快。料液物化后，表面积增大万倍以上产品质量好。特别适合于热敏性食品加工，产品基本上能保持与雾滴相近似的空心颗粒或疏松团粒，具有良好的分散性、流动性和溶解性工艺简单、控制方便，既保证了卫生条件又避免粉尘飞扬生产率高，可组成连续的大规模生产作业线，操作人员少，劳动强度低缺点设备较复杂，占地面积大，一次性投资较多能耗大，热效率不高，动力消耗大在生产粒径较小的产品时，废气中夹带有20%左右的微粒，需选用高效的分离装置，附属装置比较复杂，费用较高干燥室内壁易于粘附产品微粒，腔体体积大，设备的清洗工作量大结构空气加热系统干燥室雾化系统产品收集系统废气排放及微粉回收系统系统控制装置及废热回收系统热风热风结构空气加热系统干燥室雾化系统产品收集系统废气排放及微粉回收系统系统控制装置及废热回收系统雾化原理：物料通过高压泵，在7~20MPa的压力下，将料液从直径0.5~1.5mm的喷孔中喷出，由于压力大，喷孔小，料液很快雾化成直径很微小的雾滴。雾的形状有锥形和空心锥形。压力雾化器有旋涡型和离心型：旋涡型：中空，无芯，料液切向导入离心型：有芯，料液切向或螺旋形导入旋涡室料液以切线或接近切线的角度进入旋涡室中。料液在旋涡室中急剧旋转向下，通过下部孔口形成液膜喷出，形成圆锥空心雾沫。旋涡型压力喷雾器离心雾化器离心喷雾是利用在水平方向作高速旋转的圆盘给予溶液以离心力，使其以高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，同时又受到周围空气的摩擦、阻碍和撕裂等作用使之形成细雾。雾化原理：常见的类型光滑圆盘：液体的流通表面是光滑的，无任何限制流体运动的结构。有较大的润湿表面，使溶液形成扁平的薄膜，可以得到比较均匀的喷雾，结构比较简单。其缺点是表面平整，料液易产生滑动，越近盘边缘，线速度越高，滑动就越大，因而喷雾速度不高。多叶圆盘在盘盖和圆盘之间有许多辐射状分布的叶板分隔。设置叶板的目的是为了防止料液滑动，增加润湿面的周边，使薄膜沿叶板槽垂直面移动。多叶圆盘叶板分布间距越小，喷出的液滴越细，反之，则越粗。多喷管圆盘周边镶有许多喷管，料液受离心力的作用由盘周边喷管高速喷出，喷出的雾滴较为均匀，孔径大小决定雾滴粗细。气流式雾化器高速气流把液膜拉成细丝并断裂成雾滴。气流速度越大，进料量越少，料液流动性越好，则雾滴越细第四节流化床干燥机械与设备4.1概念在一个设备中，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，团体颗粒在床内就会产生沸腾状态，这种床层就称为流化床。采用这种方法进行物料的干燥则称为流化床干燥。流化床干燥器又称沸腾床干燥器。4.2流化原理：根据物料在空气中的力学特性设计，流化过程分3个阶段：1）固定床阶段：气流速度小，物料落在多孔板上，虽然与气流接触但不发生相对位置变动。2）流化床阶段：通入的气流速度增大，物料颗粒被吹起，床面升高，呈现沸腾状态的流体。气流在一定速度内变化，床层压力降不变。3）气流输送阶段：气流速度增大到超过物料颗粒的沉降速度时，床层高度大于容器高度，物料颗粒被气流带走4.3常见的流化床干燥器A单层流化床干燥器结构最为简单的型式一般使用于床层颗粒静止高度较低（300~400mm）的情况，物料较易干燥或干燥要求不严的情况。B多层流化床干燥器溢流管式穿流板式溢流管式多层流化床干燥器其操作过程为，物料由料斗送入，有规律地自上溢流而下，热空气则由底部进入，自下而上运动将湿物料沸腾干燥，干燥后的物料由出料管卸出。这种型式的干燥器，溢流管是主要部件，起下料和挡风作用,对其设计和操作是关健。菱形堵头式铰链活门式溢流管穿流板式流化床干燥器物料直接从筛孔板由上而下流动，气体则通过筛孔由下而上运动，在每块板上形成沸腾床。废气废气热风湿料干料4.5流化床干燥器的主要部件分布板分布板的主要作用：支承固体颗粒物料；使气体通过分布板时能得到均匀分布：分散气流，在分布板上方产生较小的气泡。分布板型式：直流式风帽侧流式气体预分布器加料器热风吸口第五节冷冻干燥技术设备冷冻干燥是利用冰晶升华的原理，在高真空的环境下，将已冻结了的食品物料的水分不经过冰的融化直接从冰态升华为蒸汽，从而使食品干燥的方法，所以又称为真空冷冻干燥或升华干燥。5.1概念5.2原理只要压力在三相点压力之下(图中压力为646.5Pa以下，温度0℃以下)，物料中的水分则可从冰不经过液相而直接升华为水汽。加热系统第六节电磁辐射干燥机械与设备6.1概念是采用电磁感应加热(如高频、微波等)或红外线辐射效应来干燥食品，是一种内热式加热干燥过程。由于这种感应和辐射效应是使食品物料中的有极分子(主要是水分子)在激烈的运动中产生摩擦而发热，所以食品物料能从外部到内部同时均匀发热而干燥，且具有选择性，外部形状的保持也比其他干燥方法好。6.2微波干燥设备微波加热干燥是利用微波（快速变化的高频电磁场）与物质分于相互作用，微波被吸收而产生热效应，把微波能量直接转换成介质热能，从而达到干燥的目的。目前广泛使用的频率是915MHz和2450MHz两种原理分子受到变化的高频磁场作用，产生反复极化运动，分子之间强烈摩擦而产热。由于热是分子摩擦产生，是一种内热，所以加热快且较均匀，分子极化程度不同，故具有选择性。导体：反射微波。铜、铝、银等绝缘体：不吸收微波，对微波透明。玻璃、陶瓷介质：对微波的透性介于上两者之间主要组成包括：微波发生器、连接波导、变压器及冷却系统等微波发电器主要有磁控管和速调管两种6.3远红外干燥远红外加热干燥是利用远红外辐射源发出的远红外线被待加热物体所吸收，直接转变为热能，使物体升温而达到加热干燥的目的。远红外线是波长在5.6mm以上的红外线。加热干燥原理当被加热物体中的固有振动频率和射入该物体的远红外线频率一致时，就会产生强烈的共振，使物体中的分子运动加剧，因而温度迅速升高，即物体内部分子吸收到红外辐射能而直接转变为热能而实现干燥。是匹配辐射加热。远红外辐射元件远红外辐射元件一般由三个部分组成热源：可为电热器、煤气或蒸汽加热器。基体：用金属、碳化硅或使用陶瓷、耐火材料。涂覆层：使用金属氧化物。由热源发出的热，通过基体传递到远红外辐射涂层，在涂层的表面辐射出远红外线。远红外辐射元件的形式：本章习题1.喷雾干燥的概念、设备系统构成2.压力雾化器和