第九章食品干燥机械设备

第九章食品干燥机械设备第一节概述第二节对流式干燥器第三节传导式干燥器第四节辐射式干燥器了解干燥的基本原理。了解各种类型干燥器的工作原理及工作特点。掌握流化床干燥及喷雾干燥设备的工作过程。本章教学目标第九章食品干燥机械设备第一节概述第二节对流式干燥器第三节传导式干燥器第四节辐射式干燥器本章小结本章重点本章作业题第一节概述一、干燥定义二、干燥器的选用原则三、干燥器的选型步骤四、干燥器的发展趋势一、干燥定义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，从而将物料变为固体制品的操作，统称为干燥。传热传质干燥浓缩同时进行干燥过程表面汽化：热量从周围环境传递到物料表面使其表面水分蒸发。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；内部扩散：表面汽化的同时物料内部水分传递到物料表面。干燥末期，物料水分较少，整个干燥过程由内部扩散控制。二、干燥器的选用原则当地的资源与自然条件；（葡萄风干房）物料性能及干燥特性；干燥产品的要求。常见干燥机械设备的分类三、干燥器的选型步骤按湿物料的形态，物理特性和对产品形态，水分等要求，初选干燥器类型；按投资能力和处理量大小确定设备规模，操作方式，自动化程度；根据物料的干燥特性和对产品品质的要求，确定干燥方式；据热源条件和干燥方法确定加热装置；按处理量估算出干燥器的容积；按原料，设备及操作费用估算产品成本。四、干燥器的发展趋势干燥设备向系列化、大型化发展改进和完善现有的干燥设备，强化干燥过程降低热能消耗改善干燥工艺联合干燥方法的应用消除对环境的污染第二节对流式干燥器一、厢式干燥器二、网带式干燥器三、流化床干燥器四、喷雾干燥器五、间歇式洞道干燥器六、气流干燥器七、转筒干燥器一、厢式干燥器厢式干燥机主要由厢体，料盘，保温层，加热器，风机等组成。平流厢式干燥机：传热系数较低，热利用率较差，物料干燥不均匀；穿流厢式干燥机：干燥速率快，动力消耗大。厢式干燥器工作示意图二、网带式干燥器单级网带式干燥机多级网带式干燥机多层网带式干燥机(一)单级网带式干燥机各单元可独立控制运行参数，优化操作；穿流式带式干燥机，干燥效果较好；平流带式干燥机，一般用于处理不带黏性的物料；（二）多级网带式干燥机物料的蒸发面积增大，改善了透气性和干燥均匀性；干燥区数目较多，便于优化物料干燥工艺；设备的进出料口密封不严，易产生漏气现象；适用于各种脱水蔬菜，葡萄干，麦片等产品的干燥；（三）多层网带式干燥机多层带式穿流是在单层带式基础上，叠加而成，网带一般为3层或5层，来回往复式运动干燥，物料由顶层加入，逐层向下移动干燥，最后由底层送出产品。结构简单，常用于干燥速度低，干燥时间长的场合；广泛应用于谷物类的干燥；不适用于黏性物料及易碎物料的干燥；三、流化床干燥机（一）概念（二）原理（三）适用范围（四）干燥过程（五）特点（一）概念流化：“流化”是指固体颗粒被流体吹起呈悬浮状态，粒子可以相互分离，作上下、左右、前后运动，这种状态我们称作“流化”，或流态化，流动化或沸腾状态（即沸腾）。沸腾干燥：是指干燥介质使固体颗粒在沸腾状态下进行干燥的过程。（二）原理物料被大量气流吹起，呈悬浮状态，作上下、左右、前后运动，在沸腾状态下进行干燥。（三）适用范围沸腾干燥一般适用于30微米～6毫米颗粒状物料，或结团现象不严重的场合。对溶液或悬浮液的液体物料的干燥和造粒也很合适。尤其对含水要求很低的产品特别合适。（四）干燥过程固定床阶段：当气流速度增到某一值时，此时压降大致等于单位面积(床层横断面)上床层的实际重量，这时的床层称固定床。流化床阶段：把通入的气流速度增加，颗粒被吹起悬浮在气流中作自由运动，床高也上升。再提高流速，床层压力降仍不变。输送阶段：再提高气流速度到某一定值时，床层高度大于容器高度，固体颗粒开始吹出容器，再提高气流速度到极限速度时，颗粒全部分散，流化层消失。工业上利用此方式作气流输送。动画示意图（五）特点——优点1、物料与干燥介质接触充分，传热效果好，温度分布均匀；2、干燥速度大，停留时间短，故适宜于热敏性物料干燥；3、干燥停留时间可根据产品含水量调整；4、床内纵向返混激烈，温度分布均匀，对物料表面水分可使用比较高的热风温度。1、对物料的颗粒度有一定的限制，一般要求不小于30微米，不大于4－6毫米为合适。2、在物料的湿含量高而且结团场合不适。3、对易结块物料与设备会粘壁或堵塞。（五）特点——缺点四、喷雾干燥器（一）原理（二）喷雾干燥的特点（三）对喷雾干燥机的要求（四）雾化器的类型和性能（一）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。动画示意图（二）喷雾干燥的特点采用喷雾干燥，不需要粉碎、分级等操作，直接制成粉末产品，简化了工序，节省了设备。适于处理热敏性物料物料微粒化后，表面积增大，干燥迅速（几秒到十几秒），防止物料过热变质。制品的溶解性和流动性好雾滴与热风接触，水分蒸发极快，可以形成中空球状或疏松团粒状的粉体，制品有良好的冲调性和流动性。容易改变操作条件，控制或调节产品的质量指标、改变原料的浓度、热风温度等喷雾条件，可获得不同水分和粒度的产品。可以满足对产品的各种要求，增加某些措施或运用操作上的灵活性，能制成不同形状（球形、粉末、疏松团粒）、性质（流动性、速溶性）、色、香、味的产品。连续作业，处理量大现国内中小乳粉厂，喷雾干燥设备的蒸发量为50－500kg/h。大、中型乳粉生产，每小时处理1000～5000kg鲜乳。设备较庞大，投资费用、动力和热能消耗均较大。（二）喷雾干燥的特点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。应采取措施防止焦粉，避免热空气产生逆流。要保证热风洁净。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。排风温度不允许超过要求，以保证产品质量和安全。对粘性物料，应采取措施尽量减少粘壁现象。（三）对喷雾干燥机的要求（四）雾化器的类型和性能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)喷成雾状小液滴喷入干燥室，与热空气直接接触，其表面水分迅速蒸发，在很短的时间内完成干燥。压力雾化器的特点1、压力式喷雾压力雾化器的特点优点①结构简单、制造成本低、维修、更换方便；②动力消耗较小．缺点：①喷嘴易堵塞、磨损；②操作弹性小，产量调节范围窄。2、离心喷雾干燥原理：利用在水平方向做高速旋转的圆盘，给浓料以离心力，将其成薄膜状甩出，受到空气的撕扯，变成细丝、雾状液滴喷入干燥室，与热空气直接接触，其表面水分迅速蒸发，在很短的时间内完成干燥。离心喷雾原理离心喷雾动画示意离心雾化器特点优点：①液料通道大，不易堵塞；②对液料的适应性强。高粘度、高浓度的液料均可；③操作弹性大，进液量变化±25％时，对产品质量无大影响。缺点：①结构复杂、造价高；②动力消耗比压力式大；③只适于顺流立式喷雾干燥设备。离心雾化器的特点3、气流式喷雾雾化原理：利用高速气流对液膜的摩擦分裂作用，把液体雾化。高速气流可用压缩空气或蒸汽。特点：动力消耗大，适用粘度范围大，结构简单。喷雾干燥机实物图五、间歇式洞道干燥器六、气流干燥器七、转筒干燥器第三节传导式干燥器一、滚筒式干燥器二、真空干燥器三、真空冷冻干燥机一、滚筒干燥器按滚筒数量：单滚筒，双滚筒，多滚筒干燥器；按操作压力：常压式，真空式；按滚筒的料液布膜方式：浸液式，喷溅式，铺辊式，顶槽式和喷雾式；滚筒干燥器动画双滚筒干燥器动画滚筒干燥设备特点传导式干燥器对流式干燥器滚筒干燥设备特点操作弹性大，适应性广；热效率高；干燥速度高，干燥时间短；产品质量较差，不适合于产品质量和溶解度要求高的物料；筒体及刮刀易磨损，使用周期短。二、真空干燥器干燥过程物料温度低，无过热现象，所需时间短，所得产品具有较好的溶解性，复水性，色泽和口感；产品的最终含水量低；热量利用经济，干燥速度高；干燥时所采用的真空度和加热温度范围较大，通用性好；设备投资和动力消耗高于常压热风干燥，且产量较低。类型真空干燥设备类型带式真空干燥机：干燥时间短；可直接用于干燥高浓度，高黏度物料；可获得多孔结构制品。搅拌型圆筒真空干燥机：适用于高湿的固体物料。三、真空冷冻干燥（升华干燥）（一）升华干燥技术概述（二）升华干燥的原理（三）升华干燥的特点（四）干燥过程的三个阶段（五）升华干燥装置的基本构成（六）食品升华干燥设备的类型（一）升华干燥技术概述发明于1811年，生物行业；20世纪40年代食品加工。主要应用于速溶固体饮料（咖啡、茶、速溶果汁等）、水果类（切片香蕉、杏、柠檬等）、水产类（对虾、鱼片、蟹棒等）、肉类（牛肉粉、牛肉丁、猪肉丁等）、禽蛋类（蛋粉、蛋白粉、蛋黄粉等）。（二）升华干燥的原理只要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。水的三相点分布图（三）升华干燥的特点低温低氧灭菌、抑活，防氧化；可最大限度保留食品中易挥发及热敏性成分；含水量低，延长保质期；干制品可保持原有形状，复水性好；冻干过程时间长，产品成本高。（四）干燥过程的三个阶段预冻阶段：温度要比共熔点温度低5-10度；在产品达到预冻温度后，需要保持2小时左右时间；应选择适宜的冷却速度；升华干燥阶段：操作温度和压力都必须控制在产品共熔点以下；解析干燥：温度应足够高，箱内要处于高真空状态。（五）升华干燥装置的基本构成冷冻干燥室；水汽冷凝器；真空系统；制冷系统；加热系统；控制系统。冷冻干燥原理示意（六）食品升华干燥设备的类型-间歇式间歇式升华干燥设备：结构简单，造价低，使用和维修方便；预操作占用时间多，设备利用率较低；适应多品种小产量生产，季节性强的食品生产。连续式升华干燥设备：处理能力大，设备利用率高；便于实现自动化，劳动强度低；不能控制在不同真空度下进行；设备复杂，庞大，投资费用大；仅适合于单品种大批量生产。动画示意（六）食品升华干燥设备的类型-连续式第四节辐射式干燥器辐射式干燥器利用电磁感应加热（如高频，微波等）或红外线辐射效应来干燥食品。微波干燥设备远红外干燥设备一、微波干燥设备（一）微波干燥的发展（二）微波加热干燥原理（三）微波加热与一般加热比较（四）微波干燥特点（五）微波干燥器类型（一）微波干燥的发展微波食品加工始于1946年．但1960年以前，微波加热只限于在食品烹调和解冻上。60年代起，人们开始将微波加热应用于食品加工业。60年代中期，美国和欧洲的许多生产厂家用微波加热干燥土豆片，并获得了色泽有很大改善的产品，这是食品工业中早期应用微波加热的成功例子60年代后期，其应用领域进一步扩展到食品杀菌、消毒、脱水、漂烫和焙烤等领域。（二）微波加热干燥原理物料的偶极子在电场作用下会定向排列，如果改变电场方向，偶极子的取向也会改变，而如果电场改变频率极高，则会引起由偶极子改变方向而产生热效应。（四）微波干燥特点加热速度快加热均匀性好加热易于瞬时控制选择性吸收加热效率高（五）微波干燥器类型-连续式连续式微波干燥器动画示意图（五）微波干燥器类型-间歇式间歇式微波加热器工作原理图（三）微波加热与一般加热比较一般干燥过程：食品首先外部受热干燥，然后向内部传递。而热量传递与水分扩散传递的方向相反。结果：热量向内层传递愈来愈慢，水分向外层传递也愈来愈慢。微波加热过程：内部加热。物品的最内层首先干燥，最内层水分蒸发迁移至次内层、外层。结果：水分由内层向外层的迁移速度很快，即干燥速度比一般的干燥速度快很多．特别是在物料的后续干燥阶段。二、远红外干燥设备70年代我国就开始利用远红外加热技术干燥谷物等农作物以及中草药，并取得了良好的干燥效果。特别是远红外烘干粮食的技术，无论是设备和操