農(nóng)產(chǎn)物料干燥技術(shù)第四章物料干燥與貯藏.ppt

第四章 物料干燥與貯藏,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,一、物料的物理特性 1、物料比熱 物料溫度升高1度所需的熱量，稱為物料的熱容量。 使1kg物料溫度升高1度所需的熱量，稱為物料的比熱。 符號(hào)c表示，單位為J/kgK 物料不同，干物質(zhì)組成分不同，水分含量不同，其比熱 是不相同的。 cs=cg+(4186-cg) cs- 濕物料比熱 J/kgK cg- 絕干物料比熱 J/kgK - 物料濕基含水率 %,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,一、物料的物理特性 2、物料的導(dǎo)熱系數(shù) 物料傳導(dǎo)熱量的能力，稱為物料的導(dǎo)熱性。 符號(hào)表示，單位為W/mK 物料溫度上升的快慢主要決定于物料個(gè)體的導(dǎo)熱性、空 氣溫度以及空氣的比消耗量,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,一、物料的物理特性 3、物料的導(dǎo)溫系數(shù) 物料的導(dǎo)溫系數(shù)是衡量物料受熱后溫度傳遞變化大小的一 個(gè)重要參數(shù)，符號(hào)d表示，單位為m2/s 。 物料的導(dǎo)溫系數(shù)d與物料的導(dǎo)熱系數(shù)成正比，與比熱和密 度成反比。 d = /c 式中 d導(dǎo)溫系數(shù)（m2/s） 導(dǎo)熱系數(shù)（W/mK） c 物料比熱（J/kgK） 物料密度（kg/m3）,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,一、物料的物理特性 4、物料受熱的允許溫度 物料在干燥過程中，除脫水之外，還伴隨發(fā)生生化變 化。假如物料溫度掌握的得不適當(dāng)，就可能導(dǎo)致變質(zhì)。 如：糧食 作為種籽糧為要保證其發(fā)芽能力，又要?dú)缦x害，糧溫以43為限（多數(shù)谷物在52時(shí)就會(huì)殺死胚芽）；作為商品糧，為了減小其爆腰傾向和防止蛋白質(zhì)變性，糧溫一般不超過50為好，但用于磨粉時(shí)糧溫可高達(dá)60；飼料糧的糧溫允許更高一些（極限溫度可接近90）。,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,二、物料含水率及其測(cè)定 1、物料含水率 物料含水率系指100g物料中所含水分的克數(shù)，以百分 數(shù)或小數(shù)表示。 物料含水率有濕基含水率和干基含水率兩種表達(dá)方式。 濕基含水率以100g濕物料為計(jì)算基準(zhǔn)，其計(jì)算式： 式中 物料濕基含水率 W 100克濕物料的含水量（g） mg 100克濕物料的絕干物質(zhì)含量（g）,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,二、物料含水率及其測(cè)定 1、物料含水率 干濕基含水率以100g濕物料中的絕干物料量為計(jì)算基 準(zhǔn)，其計(jì)算式： 式中 g 物料濕基含水率 濕基含水率與和干基含水率的換算關(guān)系：,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,二、物料含水率及其測(cè)定 2、物料含水率的測(cè)定 含水率測(cè)定方法有直接和間接法兩類 烘箱法 應(yīng)用最廣泛的、精確的直接測(cè)定方法 電阻水分測(cè)定儀（間接法） 利用物料電阻隨水分含量而變化的特性制成的。 電容式水分測(cè)定儀（間接法） 利用電容器電容量隨置于電容器兩極之間的物料水分含量而變化的特性制成的。,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,三、物料干燥機(jī)理 物料干燥是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程。物料的干燥過程，伴隨著水分和能量的交換與轉(zhuǎn)移。 1、自由表面水分的汽化 空氣與個(gè)體物料接觸的表面稱為自由表面。 物料個(gè)體的干燥，最后都是通過個(gè)體表面進(jìn)行的。 水在自由表面的蒸發(fā)與汽化有如下特點(diǎn)：,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,三、物料干燥機(jī)理 1、自由表面水分的汽化 當(dāng)物料濕度大的時(shí)候，自由表面被飽和水蒸汽所包圍； 水蒸汽層的水蒸汽分壓力，等于水在相同溫度下的飽和 水蒸汽壓力。溫度越高，其值越大；溫度越低，其值越小。 此時(shí)物料的干燥有賴于水蒸汽層水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和空氣 的流動(dòng)速度。 溫度高，水蒸汽分壓力增大，水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加??；空 氣流速大，可以減薄水蒸汽層的厚度。 故提高溫度和增加氣流速度，可以加快物料的干燥過程。,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,三、物料干燥機(jī)理 1、自由表面水分的汽化 當(dāng)物料濕度低時(shí)，自由表面不再被飽和水蒸汽所包圍， 尤其是在物料個(gè)體內(nèi)部水分?jǐn)U散速度跟不上表面汽化速度 時(shí)更是如此。 但是，只要物料內(nèi)的水分高于平衡水分，自由表面的 水蒸汽分壓力也總是高于空氣的水蒸汽分壓力，物料干燥 過程將繼續(xù)進(jìn)行，直到平衡為止。,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,三、物料干燥機(jī)理 2、水分與物料干物質(zhì)的結(jié)合形式 根據(jù)水分與物料的結(jié)合能把水分和物料的結(jié)合形式分為4類。 （1）化學(xué)結(jié)合水分 這種水分與物料的結(jié)合有準(zhǔn)確的數(shù)量關(guān)系，結(jié)合得非常牢固，只有在化學(xué)作用或非常強(qiáng)烈的熱處理（如煅燒）時(shí)才能將其除去。通常干燥時(shí)不能排除化學(xué)結(jié)合水分。 (2)物理-化學(xué)結(jié)合水 這種水分與物料的結(jié)合無嚴(yán)格的數(shù)量關(guān)系，又稱為吸附結(jié)合水。這種水分只有變成蒸汽后，才能從物料中排除。,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,三、物料干燥機(jī)理 2、水分與物料干物質(zhì)的結(jié)合形式 （3）物理-機(jī)械結(jié)合水分 毛細(xì)管中的水分屬于此類。對(duì)于大毛細(xì)管（10-7m）,這種毛細(xì)管只有直接與水接觸才能充滿。對(duì)于微毛細(xì)管（10-7m），可以通過吸附濕空氣中的水蒸氣使微毛細(xì)管充滿液體，但這種水分仍屬游離水。水是毛細(xì)管中既可以液體形式，也可以蒸汽形式移動(dòng)（水蒸氣分子的自由行程平均為10-7m）。 （4）可用機(jī)械方法（如過濾）除去的水分 留在物料細(xì)小容積骨架中的水分是生產(chǎn)過程中保留下來的。脫除這種水分只需克服流體流經(jīng)物料骨架的流體阻力即可。,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,三、物料干燥機(jī)理 3、物料的水分汽化過程 物料水分的汽化首先是從表面開始的。接著便因?yàn)槲锪蟼€(gè)體內(nèi)外形成濕度差而導(dǎo)致內(nèi)部水分逐漸向外轉(zhuǎn)移；而溫度（熱量）則逐漸向內(nèi)傳遞，并形成溫差。 逆溫差對(duì)內(nèi)部水分的轉(zhuǎn)移是不利的。但是，濕度差卻有利于內(nèi)部水分的轉(zhuǎn)移；濕度差（即濕度梯度）越大，內(nèi)部水分向外轉(zhuǎn)移速度亦越快。,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,三、物料干燥機(jī)理 3、物料的水分汽化過程 水分的汽化畢竟主要靠表面進(jìn)行，而且表面汽化較內(nèi)部來得容易、省能，所以要盡量創(chuàng)造表面汽化的條件，比如適當(dāng)增大干燥介質(zhì)流速和交替冷卻物料表面等。 采用干燥緩蘇交替 另外，由于物料個(gè)體內(nèi)部水分的轉(zhuǎn)移總是要有一定的時(shí)間，而對(duì)某些物料來說，溫度梯度和濕度梯度的增大，會(huì)使熱應(yīng)力和組織應(yīng)力隨之增大，而當(dāng)應(yīng)力增大到一定程度時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致物料個(gè)體的物理?yè)p傷。 所以，物料的干燥速度應(yīng)受到一定的限制。,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,三、物料干燥機(jī)理 4、物料的平衡水分和吸濕過程 物料水分的汽化是依賴物料個(gè)體表面的水蒸汽分壓力與空氣中水蒸汽分壓力的差值（即壓差）而進(jìn)行的； 如果沒有壓差，水分的汽化也便停止；如果出現(xiàn)反壓差，即空氣中的水蒸汽分壓力大于物料個(gè)體表面的水蒸汽分壓力，則物料從空氣中吸收水分。,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,三、物料干燥機(jī)理 4、物料的平衡水分和吸濕過程 當(dāng)空氣的水蒸汽分壓力等于物料個(gè)體表面的水蒸汽分壓力時(shí)，物料的水分汽化與吸濕便達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)物料所含的水分便稱為平衡水分，以符號(hào)p表示。 平衡水分與空氣相對(duì)濕度、空氣溫度、物料種類及其成熟度等有關(guān)。 相對(duì)濕度大，則平衡水分高； 溫度高，則平衡水分低； 含油量物料，比高淀粉物料的平衡水分低。,第一節(jié) 物料干燥機(jī)理,三、物料干燥機(jī)理 4、物料的平衡水分和吸濕過程 吸濕等溫曲線：在一定的大氣壓力和,吸濕和解吸等溫曲線,第二節(jié) 物料干燥工藝,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲線 在一定干燥條件下的物料的水分變化與時(shí)間的關(guān)系，用圖線表示出來，這個(gè)圖線就是該物料在特定條件下的干燥曲線。 物料不同，干燥條件不同，干燥曲線是不相同的。,第二節(jié) 物料干燥工藝,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲線 （以小麥干燥曲線為例） 在干燥的最初階段，物料水分的降低是按直線進(jìn)行的，即物料處于等速干燥階段（或稱恒率干燥階段）。 AB階段,第二節(jié) 物料干燥工藝,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲線 （以小麥干燥曲線為例） 經(jīng)過一段時(shí)間后，從B點(diǎn)開始物料水分的降低按曲線進(jìn)行，即物料處于降速干燥階段（亦即減速干燥階段）。 BC階段,第二節(jié) 物料干燥工藝,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲線 （以小麥干燥曲線為例） 當(dāng)?shù)竭_(dá)C點(diǎn)后，物料便在特定條件下處于平衡狀態(tài)，水分不再降低。 B點(diǎn)稱為降水速率轉(zhuǎn)變點(diǎn)（也稱為臨界含水率）。,第二節(jié) 物料干燥工藝,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲線 在等速降水階段，物料個(gè)體表面為自由水分和飽和水蒸汽所包圍，這時(shí)提供給干燥作業(yè)的熱量幾乎全部用于水分汽化，物料溫度保持不變。 等速階段的持續(xù)時(shí)間將取決于物料的原始濕度、水分氣化速度及料層厚度。 等速降水階段的結(jié)束點(diǎn)是不固定的、有條件的。,第二節(jié) 物料干燥工藝,一、物料干燥速度 1、物料干燥曲線 隨著干燥過程的進(jìn)行，物料個(gè)體表面的自由水分消失，物料水分的汽化依賴于內(nèi)部水分的向外轉(zhuǎn)移；與此同時(shí)，物料溫度逐漸上升，并形成內(nèi)外溫度差。這種逆溫差會(huì)阻礙內(nèi)部水分向外轉(zhuǎn)移，再加上物料個(gè)體表面毛細(xì)管的干燥收縮作用，出現(xiàn)了降速降水階段。 介質(zhì)溫度越高、流速越大，降速階段開始越早。 到達(dá)C點(diǎn)后，物料處于平衡水分狀態(tài)，物料溫度也與介質(zhì)溫度處于平衡狀態(tài)。 降速階段的干燥包含內(nèi)部水分向表面轉(zhuǎn)移和從物料 表面除去水分兩個(gè)過程。,第二節(jié) 物料干燥工藝,一、物料干燥速度 2、物料干燥速度曲線 物料干燥速度是表示單位時(shí)間內(nèi)物料水分的變化程度。 干燥速度曲線可以用干燥速度與物料含水率（干基含水率）的關(guān)系來表示。,第二節(jié) 物料干燥工藝,一、物料干燥速度 3、影響物料干燥速度的主要因素 干燥介質(zhì)溫度與相對(duì)濕度 介質(zhì)溫度越高，水分的蒸發(fā)和汽化速度就越大； 相對(duì)濕度越低，物料內(nèi)部水分的擴(kuò)散速度及物料表面水分的蒸發(fā)速度也越大； 溫度提高是有限度的。顯著因素、主導(dǎo)因素 干燥介質(zhì)流動(dòng)速度 介質(zhì)流動(dòng)速度越大，干燥速度也隨之增大； 當(dāng)料層內(nèi)氣流處于湍流狀態(tài)（雷諾數(shù)大于100） 時(shí)，氣流速度繼續(xù)增大對(duì)干燥速度影響不明顯。,第二節(jié) 物料干燥工藝,一、物料干燥速度 3、影響物料干燥速度的主要因素 物料原始含水率及機(jī)械結(jié)合水含量 原始含水率越高，機(jī)械結(jié)合水含量越大，失水就越 容易。 物料的組成、尺寸及致密度 物料的組成、尺寸及致密度不同，干燥速度也不同。 纖維類物料具有多孔性，內(nèi)部水分遷移阻力小，易于干燥； 塊狀物料隨尺寸的增大，水分的遷移距離也增大（遷移時(shí)間 增長(zhǎng)），干燥速度相應(yīng)減慢； 物料結(jié)構(gòu)越致密，干燥也越困難。,第二節(jié) 物料干燥工藝,一、物料干燥速度 3、影響物料干燥速度的主要因素 其他因素 干燥速度還與料層的總厚度 介質(zhì)與物料的移動(dòng)方向 干燥設(shè)備結(jié)構(gòu) 傳熱方式,第二節(jié) 物料干燥工藝,二、物料干燥工藝 1、茶葉干燥工藝 茶葉的熱加工工序指殺青、炒干（炒青）和烘干（烘青）。 茶葉的主要審評(píng)指標(biāo)是香氣、滋味、湯色、葉底色及外形。 殺青靠傳導(dǎo)傳熱和冷熱空氣自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流來達(dá)到失水的要求；要求高溫快殺和及時(shí)透發(fā)水分。 是利用鍋的高溫來破壞茶葉中酶的活性，蒸發(fā)水分，散發(fā)青草氣味，增加農(nóng)香氣。綠茶殺青葉含水率在58-64%之間。 單鍋殺青 最高投葉鍋溫約480 正常殺青溫度380-420 出鍋溫度降至200，殺青時(shí)間8-12min,第二節(jié) 物料干燥工藝,二、物料干燥工藝 1、茶葉干燥工藝 雙鍋連續(xù)殺青 前鍋溫度380-420 后鍋溫度270 三鍋連續(xù)殺青 前鍋 380-420 中鍋 270-280 后鍋 170-180 滾筒及槽式殺青 投葉出葉 溫度為480-500540-560170-180； 殺青時(shí)間槽殺為4-6min，滾筒殺3-5min； 出葉時(shí)葉溫60-70。,第二節(jié) 物料干燥工藝,二、物料干燥工藝 2、糧食烘干工藝 糧食主要由淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、水分、纖維素等組成。 淀粉加熱溫度在60以內(nèi)，其品質(zhì)變化不顯著； 蛋白質(zhì)的熱變溫度約50（熱變后具有不可逆變性）。 要保持胚芽活力，糧食溫度要求控制在4243以下。 對(duì)于種子糧，當(dāng)采用固定床一次烘干時(shí)，熱風(fēng)溫度應(yīng)控制在4045，風(fēng)速0.5ms左右，降水率一般不超過0.5%/h； 當(dāng)采用流化床進(jìn)行循環(huán)干燥時(shí)，熱風(fēng)溫度可以提高，但要以來糧溫不超過4243為前提。,第二節(jié) 物料干燥工藝,二、物料干燥工藝 2、糧食烘干工藝 食用糧的糧溫以50為宜。 工業(yè)用糧的糧溫可以高達(dá)5566。 降水速率與干燥方式有關(guān)： 對(duì)于商品糧，固定床降水速率一般控制在11.5%/h，風(fēng)溫5565，風(fēng)速0.5m/s左右； 對(duì)于有足夠緩蘇時(shí)間的流化床，風(fēng)溫140160，平均降水速率可高達(dá)45%/h； 實(shí)行干燥緩蘇輪流作業(yè)的移動(dòng)床和雙室固定床干燥機(jī)， 風(fēng)溫6080，平均降水速率可控制在22.5%/h；,凡風(fēng)溫超過6065 ，必須有緩蘇工序,第二節(jié) 物料干燥工藝,二、物料干燥工藝 3、面條烘干工藝 面條烘干設(shè)備有隧道連續(xù)式烘房和固定式烘房。 烘干溫度有高溫和低溫兩類。烘干過程大致分成冷風(fēng)定條、保潮出汗、升溫蒸發(fā)、降溫蒸發(fā)和冷卻出烘等階段。 隧道烘房高溫烘干工藝： 冷風(fēng)定條 27-36,15min,相對(duì)濕度64-100%； 保潮出汗 34-44,28min,相對(duì)濕度100-81%； 升溫蒸發(fā) 44-50,35min,相對(duì)濕度81-56%； 降溫蒸發(fā) 50-46,15min,相對(duì)濕度56-58%； 冷卻過渡 46-33,20min,相對(duì)濕度58-37%； 全程113min,第二節(jié) 物料干燥工藝,二、物料干燥工藝 3、面條烘干工藝 長(zhǎng)方形固定烘房低溫烘干工藝： 始烘段溫度 25-36,相對(duì)濕度85-92%, 時(shí)間60min ； 經(jīng)過3.5h溫度逐漸升至42,相對(duì)濕度下降至55%；最后冷卻20min,溫度降至32,相對(duì)濕度下降至38%。 全程4.83h,第二節(jié) 物料干燥工藝,二、物料干燥工藝 4、食用菌烘干工藝 食用菌含有大量的蛋白質(zhì)、氨基酸和多種維生素，而脂肪含量低，且味道鮮美，因此具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值。 烘香菇的目的是去除游離水和部分結(jié)合水，達(dá)到貯藏要求（貯藏含水率為12-13%），同時(shí)要保持香菇本色，有香味，不破碎，無焦黑。 香菇烘房烘干工藝： 始烘溫度38左右,保持良好的排氣狀態(tài)；以后每隔3-4h溫度升高5；烘至五六成干時(shí)，翻轉(zhuǎn)菇體，調(diào)整烤架位置。干燥結(jié)束前1-2h,烘房溫度達(dá)到60左右。 全程16h,第二節(jié) 物料干燥工藝,二、物料干燥工藝 5、其他農(nóng)產(chǎn)品的烘干 高糖類物料不宜超過40； 高淀粉類和高蛋白類