第八章 干 燥
1.干燥：是利用热量使湿物料中水分等湿分被汽化去除，从而获得固体产品的操作。 2.去湿的方法——机械去湿法 化学去湿法 热能去湿法 ▲3.含水量
(1)湿基含水量.(w).(无量纲)——以湿基物料为基准的含水量(或含水百分率) 湿物料中水分的质量与湿物料质量之比 m m w 式中 m — 湿物料的质量，kg；
w?w? m m s w mw— 湿物料中所含水的? m质量，kg；
ms — 湿物料中所含有绝对干燥物料的质量，kg
w是习惯上常用的表示组分含量的方法，如未加说明，物料含水量即指湿基含水量。 (2)干基含水量.(x).(无量纲)——以绝对干物料为基准的含水量 湿物料中水分的质量与绝对干燥物料质量之比 m m w
x?w? msm?mwwx两种含水量的换算关系
x?w? 1?w1?x▲4.水分活度.(aw) — 一般把湿物料表面附近的水蒸汽压p与同温度下纯水的饱和蒸汽压p0之比作为湿物料水分活度aw的定义： aw=p/p0 aw的大小与食品中的含水量、所含各种溶质的类型和浓度以及食品的结构和物理特性都有关系。
▲5.吸湿和解湿
(1)当aw＞Φ 时 [Φ的定义式Φ=pv/ps] p＞pv即湿物料表面附近水蒸汽压p大于是空气中的水蒸气分压pv ,水分将从物料向湿空气中传递，这种过程称为物料的解湿。解湿使物料含水量x不断减少，这即是干燥过程。
(2)当aw＜Φ时,p＜pv,水分将不断从湿空气向物料传递，这种过程称为物料的吸湿。吸湿使物料含水量x不断增加。
(3)当aw=Φ时，p=pv，物料既不解湿，也不吸湿，两者相对于湿空气讲，此时物料的含水量x称为平衡含水量xe。 ▲6.物料中水分的分类
(1)按物料与水分的结合方式分类—化学结合水 物理化学结合水 机械结合水 (2)按水分去除的难易程度分类—结合水分 非结合水分 (3)按水分能否用于干燥的方法除去分类
自由水分—物料中的水分能被干燥除去的部分。
平衡水分—平衡水分代表物料在一定空气状态下的干燥的极限。 7.湿空气热力学
湿空气通常指干空气和水蒸气的混合物。
(1)湿密度：湿空气中所含水蒸气的质量mV与湿空气体积V之比，称为其湿密度ρV ρV=mV/V (kgv/m3)ρV值等于水蒸气分压pv下水蒸气的密度。 M v p v 18 . 02 ? 10 ?3 p v ? 3 p v ?v????2.16?10 RT8.314TT▲(2)相对湿度:湿空气中水蒸气分压pv与同温度下水蒸气饱和压力ps之比，称为湿空气的相
p 对绝对干燥的空气，相对湿度φ=0； 对湿度φ： ??v p s 对饱和空气，相对湿度φ=1。
由于ps随温度升高而增加，故当pv一定时，相对湿度φ随温度升高而减小。
▲(3)湿度(湿含量,湿度比或绝对湿度).(H).(kgv/kgd)—单位质量干空气中所含水蒸气的质量
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第八章 干 燥
湿空气中水蒸气的质量与干空气质量之比
H?0.622pvp?pvs湿空气饱和时的湿度(Hs) Hs?0.622P?ps
相对湿度：可以说明湿空气偏离饱和空气的程度，能用于判定该湿空气能否作为干燥介质，φ值与越小，则吸湿能力越大。绝对湿度：是湿空气含水量的绝对值，不能用于分辨湿空气的吸湿能力。
▲8.湿空气的比热(CH) —在常压下，将湿空气中1kg绝干空气及相应Ｈkg 水汽的温度升高
（或降低）1oC所需要吸收（或放出）的热量，称为比热，又称为 湿热 c H . 01 ? 1 .88 H 说明：湿空气的比热只是湿度的函数。 ? 1 湿空气的比容(VH) — 以1kg干空气作基准的是空气的体积，即在湿空气中，1kg绝干气
体积和相应的Hkg水气体积之和，亦称湿容积。
▲9.湿空气的温度
(1)干球温度：用一般温度计直接测得的湿空气的温度，称为湿空气的干球温度，它就是湿
空气的真实温度T。
(2)湿球温度：普通温度计的感温部分包以常湿纱布，置于湿空气中达稳定后，此温度计显
示的温度称为湿空气的湿球温度，用符号Tw表示。不饱和空气的湿球温度Tw低于干球温度T。
p
▲原理 [简答]
(3)露点(符号Td)：保持湿空气的压力和湿含量不变而使其冷却，达饱和状态时的温度，称湿
空气的露点温度。
露点是湿空气开始凝结的临界温度。
绝热饱和温度(Tas)：在绝热条件下，湿空气与足量水充分接触而达饱和时的温度，称为湿空?气的绝热饱和温度 v h 绝热饱和方程
Tas?T?cH(Has?H) 11
第八章 干 燥
绝热饱和温度是表明湿空气绝热冷却所能达到的极限温度。 10.干燥静力学
(1)水分蒸发量和产品量
对上图所示的干燥过程作总物料衡算： m 1?m2?W对绝干物料作物料衡算： ms?m1?1?w1??m2?1?w2?干燥的产品量： 水分蒸发量： 1?w1w?w2m2?m1W?m11
1?w21?w2
m(x?x)W(2)干空气消耗量L
L?s12?L(H2?H1)?ms(x1?x2)?W对进出干燥器的水分作衡算： 则 H2?H1H2?H1l?
如果新鲜空气进入干燥器前先通过预热器加热，由于加热前后空气的湿度不变，以H0表示进入预热器时的空气湿度，说明：单位空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而与干11燥过程所经历的途径无关。 l?? H2?H1H2?H0湿空气的消耗量为：
1H2?H1L??L(1?H1)?L(1?H0) 12
第八章 干 燥
干燥系统的热量衡算
Lh0?Qp?Lh1▲(1)耗热量
① 预热器的热量衡算：若忽略预热器的热损失，以1s为基准，则有 Q?L(h?h)p10② 干燥器的热量衡算： Lh1?m2h'1?QD?Lh2?m2h'2?QL QD?L(h2?h1)?m2(h'2?h'1)?QL③ 干燥系统消耗的总热量：
Q?Qp?QD
?L(h2?h0)?m2(h'2?h'1)?QL
湿物料的焓： h'?cs??Wcw??(cs?Wcw)?
Q?Qp?QD?L(h2?h0)?m2(h'2?h'1)?QL
?L (h2?h0)?m2(cs?2?cs?1)?QL?Wcw?1?L (h2?h0)?m2cs(?2??1)?QL?Wcw?1向系统输入的热量用于：加热空气、加物料、蒸发水分、热损失等四个方面。 ▲(2)干燥系统的热效率
定义： 蒸发水分所需的热量???100% 向干燥系统输入的总热量蒸发水分所需的热量为：Qv=W△Vh QW?h?vh?h? ? V ?100 V ? ? v ? % 式中 △Vh—水的汽化热（J/kg），可取热空气
QQql?h1?h0?湿球温度对应之值。 11.干燥动力学
干燥机理—当固体物料的含水量超过其平衡含水量时与干燥介质接触，虽在开始时水分均匀地分布在物料中，但由于湿物料表面水分的汽化，遂形成物料内部与表面的湿度差，由于物料内部的水分借扩散作用向表面移动而在表面汽化，汽化的水分被介质及时带走，从而达到使固体物料干燥的目的。
▲(1)干燥速率式—单位时间内在单位面积上除去的汽化水分量，用符号u表示，单位为
dWkgw/(m2·s)，常采用kgw/(m2·h)，其微分表达式为： u? AdtdW? u?W——蒸发水分量，Kg;?msdx?
Adt??u?AdtdW??msdx??A——干燥面积，m2;t——干燥时间，s或h。13
第八章 干 燥
▲干燥速率曲线——表示物料干燥速率u与物料含水量x关系的曲线，称为干燥速率曲线。
干燥速率曲线主要以C点为界分为两部分。BC段，干燥速率保持u0不变，称为恒速干燥阶段。CE段，随着干燥进行即x的降低，干燥速率u不断下降，知道x降至平衡含水量xe时，干燥速率为零，此段成为降速干燥阶段。
恒速干燥阶段：在此阶段，整个物料表面都有充分的非结合水分，物料表面的蒸汽压与同温度下水的蒸汽压相同。所以在恒定干燥条件下，物料表面与空气间的传热和传质过程与测定湿球温度的情况类似。此时物料内部水分扩散速率大于表面水分汽化速率，故属于表面汽化控制阶段。空气传给物料的热量等于水分汽化所需的热量，物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度。该阶段干燥速率的大小，主要取决于空气的性质，而与湿物料性质关系很小。 由于此阶段热空气对物料的对流传热量等于物料水分汽化吸热，可有： dW ? ? vh q ?
?T?Tw?u0??q???T?Tw???u0?vh ?vh?vhAdt
干燥临界点：由恒速干燥阶段到降速干燥阶段的转折点C，成为干燥过程的临界点。干燥速率的转折标志干燥机理的转折，临界点是干燥由表面汽化控制到内部扩散控制的转折点，是物料由去除非结合水到去除结合水的转折点。物料干燥达临界点C时的物料含水量xc，成为临界含水量。临界含水量xc不仅因物料性质不同而异，也因外界干燥条件有关。同一物料，如干燥速率加快，则xc增大。在一定干燥速率下，料层愈厚，xc愈大。干燥时翻动物料，会使xc降低。
降速干燥阶段：当物料含水量降至临界含水量Xc以后，干燥速率随含水量减少而降低。这是由于水分由物料内部向物料表面迁移的速率低于湿物料表面水分气化的速率，在物料表面出现干燥区域，表温逐渐升高，随着干燥的进行，干燥区域逐渐增大，而干燥速率的计算是以总表面积为基准的，所以干燥速率下降。此为速降干燥阶段的第一部分，称为不饱和表面干燥。最后物料表面的水分完全气化，水分的汽化面由物料表面移向内部。随着干燥的进行，水分的气化面继续内移，直至物料的含水量降至平衡含水量xe时，干燥停止。 在降速阶段，干燥速率主要取决于水分在物料内部的迁移速率，这时外界空气条件不是影响干燥速率的主要因素，主要因素是物料的结构、形状和大小等。
mdxm▲(2)干燥时间 u0??s?dt1??sdx?Adtu0A恒速干燥阶段的干燥时间t1
m t1?s?x1?xc?Au0降速干燥阶段的干燥时间t2
干燥速率曲线中，连接CE段成直线，即干燥速率与物料中的自由水分含量(x-xe)成正比
mdx ?u0??s?k?x?xe?u0mx?x?Adtt2?slnce??k? xc?xeAkx2?xe?k——比例系数，为CE线的斜率? 干燥的总时间t m?x?xx?x?t?t1?t2t?1c??lnce??Ak?xc?xex2?xe??s 14
第八章 干 燥
12.干燥设备
▲喷雾干燥—用雾化器将料液分散成雾滴，与热空气等干燥介质直接接触，使水分迅速蒸发的干燥方法。 ▲喷雾干燥流程 料液由料液槽，经过滤器2由料泵3送到雾化器8，被分散成无数细小雾滴。作为干燥介质的空气经空气过滤器4由风机5经加热器6加热，送到干燥塔10内。热空气经过空气分布器7，均匀地与雾化器喷出的雾滴相遇，经过热、质交换，雾滴迅速被干燥成产品进入塔底。已被降温增湿的空气经旋风分离器9等回收夹带的细微产品粒子后，由排风机排入大气中。 冷冻干燥
冷冻干燥又称冷冻升华干燥或真空冷冻干燥，简称冻干。它是将湿物料降温冻结，然后在真空条件下使物料中的水分由固态冰直接升华为水蒸气而排除，达到脱水干燥的目的。冻干制品具有优异的特性。可用于生物标本的制作，以及生物制品和药品的干燥。 冷冻干燥过程：物料的预冻 升华干燥 解吸干燥
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第八章 干燥（食品工程原理 笔记）
