食品工程原理课件

1、食品工程原理 重点：空气的焓湿图、干燥机理、干燥重点：空气的焓湿图、干燥机理、干燥 曲线、干燥时间的计算；曲线、干燥时间的计算；难点：空气的焓湿图、干燥机理；难点：空气的焓湿图、干燥机理；食品工程原理q去湿去湿：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的：除去物料中的水分和或其它溶剂（统称为湿分）的过程。过程。q去湿的方法去湿的方法：机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法机械去湿法：即通过过滤、压榨、抽吸和离心分离等方法除去湿分。除去湿分。物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸物理化学去湿法：用吸湿性物料如石灰、无水氯化钙等吸收水分。该法费用高，操作麻烦，只适用于小批

2、量固体物料收水分。该法费用高，操作麻烦，只适用于小批量固体物料的去湿，或用于除去气体中的水分。的去湿，或用于除去气体中的水分。 热能去湿法：如蒸发、干燥等热能去湿法：如蒸发、干燥等 用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸用加热的方法使水分或其它溶剂汽化，并将产生的蒸气排除，藉此来除去固体物料中湿分的操作，称为气排除，藉此来除去固体物料中湿分的操作，称为固体的干固体的干燥燥。 食品工程原理q干燥过程的分类干燥过程的分类 按操作压力：常压干燥、真空干燥按操作压力：常压干燥、真空干燥按操作方式：连续式、间歇式按操作方式：连续式、间歇式按传热方式：传导干燥、对流干燥、辐射干燥和按传热方式：传导

3、干燥、对流干燥、辐射干燥和介电加热干燥，以及由其中两种或三种方式组成的介电加热干燥，以及由其中两种或三种方式组成的联合干燥。联合干燥。 食品工程原理q在工业上应用最普遍的是对流干燥。通常使用的干燥介质是在工业上应用最普遍的是对流干燥。通常使用的干燥介质是空气，被除去的湿分是水分。空气既是载热体又是载湿体。空气，被除去的湿分是水分。空气既是载热体又是载湿体。q物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。物料的干燥过程是属于传热和传质相结合的过程。q干燥过程进行的条件：被干燥物料表面所产生水汽（或其干燥过程进行的条件：被干燥物料表面所产生水汽（或其它蒸汽）的压力大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分

4、压，它蒸汽）的压力大于干燥介质中水汽（或其它蒸汽）的分压，压差越大，干燥过程进行越快。所以干燥介质须及时将汽化压差越大，干燥过程进行越快。所以干燥介质须及时将汽化的水汽带走，以保持一定的汽化水的推动力。的水汽带走，以保持一定的汽化水的推动力。 食品工程原理ggvvMnMnH量湿空气中绝干空气的质湿空气中水气的质量gvvvgvnnpPppp1 1 水蒸气分压水蒸气分压pv 空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分空气中水蒸气分压愈大，水分含量就愈高，根据气体分压定律，则有压定律，则有2 2 湿度湿度( (humidity)H 又称为湿含量或绝对温度又称为湿含量或绝对温度( (absolu

5、te humidity)。它以湿空它以湿空气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示，使用气中所含水蒸汽的质量与绝对干空气的质量之比表示，使用符号，其单位为：符号，其单位为：kg水气水气/ /kg干空气干空气 。食品工程原理常温下，湿空气可视为理想气体，则有常温下，湿空气可视为理想气体，则有vvvvpPppPpH622. 0)(2918 在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压在饱和状态时，湿空气中水蒸气分压pv等于该空气温等于该空气温度下纯水的饱和蒸气压度下纯水的饱和蒸气压ps，则有则有ssspPpH622. 0 由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿空气的饱和由于水的饱和蒸气压仅与温度有关，故湿

6、空气的饱和湿度是温度和总压的函数，即湿度是温度和总压的函数，即),(PtfHs食品工程原理3 3 相对湿度相对湿度 %100svpp当当pv=0时，时，=0，表示湿空气不含水分，即为绝干空气。表示湿空气不含水分，即为绝干空气。当当pv=ps时，时，=1，表示湿空气为饱和空气。表示湿空气为饱和空气。 在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压在一定温度及总压下，湿空气的水汽分压pv 与同温度与同温度下水的饱和蒸汽压下水的饱和蒸汽压 pS 之比的百分数，称为相对湿度之比的百分数，称为相对湿度( (relative humidity)，用符号用符号表示，即表示，即 食品工程原理u相对湿度：可以说明湿空气偏

7、离饱和空气的程度，能用相对湿度：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，于判定该湿空气能否作为干燥介质，值与越小，则吸湿值与越小，则吸湿能力越大。能力越大。sspPpH622.0u湿度：是湿空气含水量的绝对值，不能用于分辨湿空气湿度：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。的吸湿能力。在一定总压和温度下，两者之间的关系为在一定总压和温度下，两者之间的关系为相对湿度和绝对湿度的关系相对湿度和绝对湿度的关系食品工程原理4 4 湿空气的比热湿空气的比热CH vgHHccc式中式中 cH湿空气的比热，湿空气的比热， kJ/(绝干气绝干气oC)； cg绝干空气

8、的比热，绝干空气的比热， kJ/(绝干气绝干气oC)； cv水气的比热，水气的比热， kJ/(水气水气oC)HcH88. 101. 1上式说明：湿空气的比热只是湿度的函数上式说明：湿空气的比热只是湿度的函数。 在常压下，将湿空气中在常压下，将湿空气中1 1kg绝干空气及相应绝干空气及相应kg 水汽的水汽的温度升高（或降低）温度升高（或降低）1 1oC所需要（或放出）的热量，称为比热，所需要（或放出）的热量，称为比热，又称为湿热，用符号又称为湿热，用符号CH表示，单位是表示，单位是kJ/(绝干气绝干气oC)，即即 在常用的温度范围内，有在常用的温度范围内，有食品工程原理5 5 湿空气的焓湿空气的

9、焓 IHHHrtHccIvg2490)88. 101. 1 ()(00 湿空气中湿空气中1 1kg绝干空气的焓与相应水汽的焓之和，称为绝干空气的焓与相应水汽的焓之和，称为湿空气的焓，用符号湿空气的焓，用符号I表示，单位是表示，单位是kJ/kg干空气。干空气。 注：空气的焓是根据干空气及液态水在注：空气的焓是根据干空气及液态水在0 0 oC时焓为零作基准而计算的，时焓为零作基准而计算的，因此，对于温度为因此，对于温度为t 及湿度为的湿空气，其焓包括由及湿度为的湿空气，其焓包括由0 0o C的水变为的水变为0 0o C的水汽所需的潜热及湿空气由的水汽所需的潜热及湿空气由0 0oC升温至升温至t o

10、C所需的显热之和，即所需的显热之和，即 I=Ig+IvH 式中式中湿空气的焓，湿空气的焓，kJ/kg绝干气；绝干气； Ig 绝干空气的焓，绝干空气的焓，kJ/kg绝干绝干气；气； Iv水气的焓，水气的焓，kJ/kg水气。水气。 食品工程原理6 6 湿空气的比容湿空气的比容vH 绝干气水气绝干气kgmmvH33PtHPtHvH5510013. 12732734 .22)244. 1772. 0(10013. 12732734 .22)18291( 在湿空气中，在湿空气中，1 1kg绝干气体积和相应的绝干气体积和相应的Hkg水气体积之水气体积之和，称为湿空气的比容，亦称湿容积和，称为湿空气的比容，

11、亦称湿容积( (humid volume)，用符用符号号v vH表示，单位为：表示，单位为：m3湿空气湿空气/ /kg绝干气。绝干气。 食品工程原理7 7 露点露点 td dddtststspPpH,622. 0dddtststsHPHp,622. 0 不饱和的空气在湿含量不变的情况下冷却，达到饱不饱和的空气在湿含量不变的情况下冷却，达到饱和状态时的温度，称为该湿空气的露点和状态时的温度，称为该湿空气的露点( (dew piont),用符号用符号td表示。表示。 当空气从露点继续冷却时，其中部分水蒸汽便会以露珠当空气从露点继续冷却时，其中部分水蒸汽便会以露珠的形式凝结出来。空气的总压一定，露点

12、时的饱和水蒸汽压的形式凝结出来。空气的总压一定，露点时的饱和水蒸汽压ps,td 仅与空气的湿度仅与空气的湿度Hs,td有关，即有关，即 ps,td=f(Hs,td) 或或 td= (Hs,td) 湿度越大，湿度越大，td 越大。越大。在露点时，空气的湿度为饱和湿度，在露点时，空气的湿度为饱和湿度，=1。食品工程原理8 8 干球温度干球温度t和湿球温度和湿球温度twtw补充液，温度补充液，温度tw空气空气湿度湿度H温度温度t干球温度干球温度t：空气的温度空气的温度 湿球温度湿球温度tw：不饱和空气的湿球温度不饱和空气的湿球温度tw低于干球温度低于干球温度t。形成原理（如图所示）：形成原理（如图所

13、示）： 干球温干球温t和湿和湿球温度球温度tw食品工程原理l对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温对于某一定干球温度的湿空气，其相对湿度越低，湿球温度值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。度值越低。对于饱和湿空气而言，其湿球温度与干球温度相等。 在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为：在稳定状态时，空气向湿纱布表面的传热速率为： Q=S（t-tw）)(,HHrktttwstwHw对空气对空气 水蒸气系统而言，水蒸气系统而言， /kH=1.09气膜中水气向空气的传递速率为：气膜中水气向空气的传递速率为：N=kH（Hs,tw-H）S在稳定状态下，穿热速率和传质速率之

14、间的关系为：在稳定状态下，穿热速率和传质速率之间的关系为：Q=Nrtwl湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的湿球温度实际上是湿纱布中水分的温度，而并不代表空气的真实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其真实温度，由于此温度由湿空气的温度、湿度所决定，故称其为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种为湿空气的湿球温度，所以它是表明湿空气状态或性质的一种参数。参数。强调：强调：食品工程原理9 9 绝热饱和温度绝热饱和温度tas 空气空气tas，Has，I2空气空气t，H，I1补充水补充水 tas水水tas绝热降温增湿过程及等焓过程绝热降温增湿过程及等焓过程

15、在空气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得到的在空气绝热增湿过程中，空气失去的是显热，而得到的是汽化水带来的潜热，空气的温度和湿度虽随过程的进行而变是汽化水带来的潜热，空气的温度和湿度虽随过程的进行而变化，但其焓值不变。化，但其焓值不变。 形成原理：形成原理： 绝热增湿过程进行到空气被水绝热增湿过程进行到空气被水汽所饱和，则空气的温度不再下降，汽所饱和，则空气的温度不再下降，而等于循环水的温度，称此温度为而等于循环水的温度，称此温度为该空气的绝热饱和温度，用符号该空气的绝热饱和温度，用符号tas 表示，其对应的饱和湿度为表示，其对应的饱和湿度为as，此此刻水的温度亦为刻水的温度亦为tas。食

16、品工程原理塔顶和塔底处湿空气的焓分别为：塔顶和塔底处湿空气的焓分别为：002001)()(rHtcHcIHrtHccIasasvasgvg 由于和由于和as值与值与l相比皆为一很小的数值，故可视为相比皆为一很小的数值，故可视为CH 、CHas不随湿度而变，即不随湿度而变，即CH=CHas 。则有则有)(00HHcrttasHas湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程，即：湿空气在绝热增湿过程中为等焓过程，即：I1=I2 食品工程原理 实验测定表明，对于在湍流状态下的空气水蒸气系实验测定表明，对于在湍流状态下的空气水蒸气系统而言，统而言，a/kH CH ， 同时同时 r00 rtw，故在一定温度故在一

17、定温度t和湿度和湿度H下，有下，有aswtt强调：绝热饱和温度强调：绝热饱和温度tas与湿球温度与湿球温度tw是两个完全不的概念。是两个完全不的概念。但是两者都是湿空气状态但是两者都是湿空气状态( (t和和H)的函数。特别是对空气水的函数。特别是对空气水气系统，两者在数值上近似相等，对其他系统而言，不存在气系统，两者在数值上近似相等，对其他系统而言，不存在此关系。此关系。食品工程原理 对空气水蒸气系统对空气水蒸气系统 ，干球温度、绝热饱和温度（或，干球温度、绝热饱和温度（或湿球温度）及露点之间的关系为：湿球温度）及露点之间的关系为：对于不饱和湿空气：对于不饱和湿空气： ttas（或或tw）td

18、 对于饱和的湿空气：对于饱和的湿空气： t tas（或或tw） td 食品工程原理 在工程计算中，常用的是以湿空气的焓值在工程计算中，常用的是以湿空气的焓值I为纵坐标，为纵坐标，湿度湿度H为横坐标的焓湿图，即为横坐标的焓湿图，即I-H图。图。 图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度图上共有五种线，图上任一点都代表一定温度t和湿度和湿度的湿空气状态。的湿空气状态。 l等湿度线等湿度线( (等等H H线线) )：l等焓线等焓线( (等等I I线线) )：l等温线等温线( (等等t t线线) )：l等相对温度线（等等相对温度线（等线）线）l水蒸汽分压线：水蒸汽分压线：食品工程原理1 1 等湿度线等

19、湿度线( (等等H线线) )2 2 等焓线等焓线( (等等I线线) )3 3 等温线等温线( (等等t线线) )I=(1.88t+2490)H+1.01t 当空气的干球温度当空气的干球温度t不变时，不变时，I与与H成直线关系，故在成直线关系，故在I-H图中对应不同的图中对应不同的t，可作出许多等可作出许多等t线。线。 各种不同温度的等温线，各种不同温度的等温线，其斜率为其斜率为(1.88(1.88t+2492)，故温度愈高，其斜率愈大。因此，这故温度愈高，其斜率愈大。因此，这许多成直线的等许多成直线的等t线并不是互相平行的。线并不是互相平行的。 一组与纵轴平行的直线。在同一条等一组与纵轴平行的

20、直线。在同一条等H线上，湿空气的线上，湿空气的露点露点td不变。不变。 一组与横轴平行的直线一组与横轴平行的直线 。在同一条等。在同一条等I线上，湿空气的线上，湿空气的温度温度t随湿度随湿度H的增大而下降，但其焓值不变。的增大而下降，但其焓值不变。食品工程原理4 4 等相对温度线（等等相对温度线（等线）线）sspPpH622.0HHPpv622. 0 当湿空气的湿度当湿空气的湿度为一定值时，温度愈高，其相对湿度为一定值时，温度愈高，其相对湿度值愈低，即其作为干燥介质时，吸收水汽的能力愈强，故湿空值愈低，即其作为干燥介质时，吸收水汽的能力愈强，故湿空气进入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度，目

21、的除了提气进入干燥器之前必须经过预热器预热提高温度，目的除了提高湿空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度高湿空气的焓值使其作为载热体外，也是为了降低其相对湿度而作为载湿体。而作为载湿体。5 5 水蒸汽分压线水蒸汽分压线 该线表示空气的湿度该线表示空气的湿度与空气中的水蒸汽分压与空气中的水蒸汽分压pv之间关系之间关系曲线。当湿空气的总压曲线。当湿空气的总压不变时，水蒸汽的分压不变时，水蒸汽的分压pv随湿度而随湿度而变化。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为变化。水蒸汽分压标于右端纵轴上，其单位为kN/m2。 食品工程原理AEDFBCtwtd =1HpI 干球温度干球温度t、露点露点td

22、、湿球湿球温度温度tw（或绝热饱和温度或绝热饱和温度tas）都是由等都是由等t线确定的。线确定的。 根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在根据湿空气任意两个独立的参数，就可以在H-I图上确定图上确定该空气的状态点，然后查出空气的其他性质。该空气的状态点，然后查出空气的其他性质。 非独立的参数如：非独立的参数如：tdH，pH，tdp，twI，tasI等，它们等，它们均在同一等均在同一等H线或等线或等I线上。线上。食品工程原理 通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已通常根据下述已知条件之一来确定湿空气的状态点，已知条件是：知条件是： 0 0HA =1ttwI12 23 30 0HA =1

23、ttdI1230 0HA =1tI1 12 2（）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和湿球温度和湿球温度tw； （）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和露点和露点td ； （）湿空气的干球温度（）湿空气的干球温度t和相对湿度和相对湿度。食品工程原理例：例： 已知湿空气的总压为已知湿空气的总压为101.3101.3kN/m2 , 湿度为湿度为H=0.02 kg水水/ /kg干空气，干球温度为干空气，干球温度为7070o C。试用试用I-H图求解：图求解： ( (a)水蒸汽分压水蒸汽分压p； (b)相对湿度相对湿度 ； (c)热焓热焓； ( (d)露点露点td ； (e)湿球温度湿球温度t

24、w ； 解解 由已知条件：由已知条件：101.3101.3kN/m2， H=0.02 kg水水/ /kg干空气，干空气，t=20o C，在在I-H图上定出湿空气的状态点点。图上定出湿空气的状态点点。 pv=3kN/m2 =10% I122kJ/kg干空气干空气 td=24oC tw=33o C食品工程原理tBtABAtBtABA=1HI1 1 间壁式加热和冷却间壁式加热和冷却 若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量若空气的温度变化范围在露点以上，则空气中的含水量始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直始终保持不变，且为不饱和状态，为等湿过程，过程线为垂直线。线。食品工程

25、原理2 2 间壁式冷却减湿间壁式冷却减湿BA =1HIHAHB 利用上述方法，如果利用上述方法，如果将凝结出来的水分设法除去，将凝结出来的水分设法除去，再将所得的饱和空气加热，再将所得的饱和空气加热，则不会恢复原来的状态，而则不会恢复原来的状态，而空气的湿度小于原空气的湿空气的湿度小于原空气的湿度，即达到减湿的目的。度，即达到减湿的目的。 上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，上述间壁式冷却过程当进行至露点，空气即达到饱和状态，继续冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断继续冷却时，水蒸气就在冷却壁面上凝结出来，而且温度不断降低，但空气始终在饱和状态。降低，但空气始终在

26、饱和状态。食品工程原理3 3 不同状态空气的混不同状态空气的混合合212211GGHGHGHn212211GGIGIGIn 若混合后的空气状态点若混合后的空气状态点落入超饱和区，例如图中落入超饱和区，例如图中3-3-4 4直线上的直线上的d点，则混合物将点，则混合物将分成气态的饱和空气和液态分成气态的饱和空气和液态的水两部分，前者的状态点的水两部分，前者的状态点为过为过d点的等温线与点的等温线与=1线线的交点的交点e。 =1HII1InI2H1HnH2123 34 4detI 设有状态不同的空气设有状态不同的空气1 1和和2 2，对应的干空气的量为，对应的干空气的量为G1和和G2，对应的状态为

27、（对应的状态为（H1，I1），（），（H2，I2）。）。两空气混合后，由物两空气混合后，由物料衡算和热量衡算，可求得料衡算和热量衡算，可求得食品工程原理4 4 绝热冷却增湿过程绝热冷却增湿过程BA =1HItAtas 绝热饱和过程的进行，其绝热饱和过程的进行，其结果一方面表现为空气的冷却，结果一方面表现为空气的冷却，另一方面表现为空气的增湿，另一方面表现为空气的增湿，故称为绝热冷却增湿过程。故称为绝热冷却增湿过程。 空气和水直接接触时，空气的状态变化可视为空气和液空气和水直接接触时，空气的状态变化可视为空气和液态水表面边界层内的饱和空气不断混合的过程。态水表面边界层内的饱和空气不断混合的过程。

28、 若空气（以若空气（以A点表示）与温度为点表示）与温度为tas的冷却水（其表面的的冷却水（其表面的饱和空气以饱和空气以B点表示）相接触，由于水温保持点表示）相接触，由于水温保持不变，不变，B B点的位点的位置也固定不变，则空气的不断混合过程就表现为空气状态从置也固定不变，则空气的不断混合过程就表现为空气状态从A点不断向点不断向B点移动。点移动。食品工程原理第三节第三节 干燥过程的物料衡算和热量衡干燥过程的物料衡算和热量衡算算 湿物料的总质量湿物料中水分的质量w 干燥过程的计算中应通过干燥器的物料衡算和热量衡算干燥过程的计算中应通过干燥器的物料衡算和热量衡算计算出湿物料中水分蒸发、空气用量和所需

29、热量，再依此选择计算出湿物料中水分蒸发、空气用量和所需热量，再依此选择适宜型号的鼓风机、设计或选择换热器等。适宜型号的鼓风机、设计或选择换热器等。一、物料含水量的表示方法一、物料含水量的表示方法 1 1 湿基含水量湿基含水量w以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数。以湿物料为计算基准的物料中水分的质量分率或质量百分数。干燥过程的物料衡算和热量衡算干燥过程的物料衡算和热量衡算一、物料含水量的表示方法一、物料含水量的表示方法食品工程原理 不含水分的物料通常称为绝对干物料或称干料。以绝对干不含水分的物料通常称为绝对干物料或称干料。以绝对干物料为基准的湿物料中含水量，称为干基含水量，亦即

30、湿物料中物料为基准的湿物料中含水量，称为干基含水量，亦即湿物料中水分质量与绝对干料的质量之比，单位为水分质量与绝对干料的质量之比，单位为kg水分水分/ /kg绝干料。绝干料。 量湿物料中绝对干料的质湿物料中水分的质量X两种含水量之间的换算关系为两种含水量之间的换算关系为XXw1wwX1注：工业上常采用湿基含水量。注：工业上常采用湿基含水量。2 2 干基含水量干基含水量：食品工程原理新鲜空气新鲜空气L，H1干燥产品干燥产品G2，X2废气废气L，H2湿物料湿物料G1，X1L绝干空气的消耗量，绝干空气的消耗量，kg绝干气绝干气/ /s；H1，H2分别为湿空气进出干燥器时的湿度，分别为湿空气进出干燥器

31、时的湿度，kg水气水气/ /kg绝干气；绝干气；X1，X2分别为物料进出干燥器时的干基含水量，分别为物料进出干燥器时的干基含水量，kg水气水气/ /kg绝干料；绝干料；G1，G2分别为物料进出干燥器时的流量，分别为物料进出干燥器时的流量，kg湿物料湿物料/ /s；G绝干物料的流量，绝干物料的流量，kg绝干料绝干料/ /s。 通过物料衡算可确定将湿物料干燥到规定的含水量所通过物料衡算可确定将湿物料干燥到规定的含水量所蒸以的水分量、空气消耗量、干燥产品的流量。蒸以的水分量、空气消耗量、干燥产品的流量。 食品工程原理1 1 水分蒸发量水分蒸发量w )()(21122211XXGHHLwGXLHGXL

32、H2 2 干空气消耗量干空气消耗量 L)()(2112XXGHHL121221)(HHwHHXXGL对上图对上图所示的连续干燥器作水分的物料衡算，以所示的连续干燥器作水分的物料衡算，以1s为基准。为基准。 食品工程原理 令令l=L/W，称为比空气用量，其意义是从湿物料中气化称为比空气用量，其意义是从湿物料中气化1 1kg水分所需的干空气量。水分所需的干空气量。121HHwLl 如果新鲜空气进入干燥器前先通过预热器加热，由于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表示进入预热器时的空气湿度，则有度，则有0212

33、11HHHHl 上式说明：上式说明：比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，比空气用量只与空气的最初和最终湿度有关，而与干燥过程所经历的途径无关。而与干燥过程所经历的途径无关。 食品工程原理3 3 干燥产品的流量干燥产品的流量G2)1 ()1 (1122wGwGG21121)1 (wwGG式中式中 w1、w2物料进出干燥器时的湿基含水量物料进出干燥器时的湿基含水量湿空气的消耗量为：湿空气的消耗量为：)1 ()1 (01HLHLL食品工程原理例：在一连续干燥器中，每小时处理湿物料例：在一连续干燥器中，每小时处理湿物料10001000kg，经干燥后经干燥后物料的含水量有物料的含水量有10%10%降

34、至降至2%2%（wb）。）。以热空气为干燥介质，初以热空气为干燥介质，初始湿度始湿度H1=0.008kg水水/ /kg绝干气，离开干燥器时湿度为绝干气，离开干燥器时湿度为H2=0.05 kg水水/ /kg绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸绝干气，假设干燥过程中无物料损失，试求：水分蒸发量、空气消耗量以及干燥产品量。发量、空气消耗量以及干燥产品量。绝干料水绝干料水kgkgwwXkgkgwwX/0204.002.0102.01/111.01.011.01222111进入干燥器的绝干物料为进入干燥器的绝干物料为G=G1（1-w1）=1000（1-0.1）=900kg绝干料绝干料/ /h解

35、：（解：（1 1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，即水分蒸发量为水分蒸发量为W=G（X1-X2）=900（0.111-0.0204）=81.5kg水水/ /h食品工程原理（2 2）空气消耗量）空气消耗量hkgHHwL/1940008. 005. 05 .8112绝干气原湿空气的消耗量为：原湿空气的消耗量为：L=L（1+H1）=1940（1+0.008）=1960kg湿空气湿空气/ /h水绝干气 kgkgHHl/8 .23008. 005. 01112（3 3）干燥产品量）干燥产品量hkgwGGhkgwwGG/5 .9185 .

36、811000/4 .91802. 011 . 01100011122112单位空气消耗量（比空气用量）为：单位空气消耗量（比空气用量）为：食品工程原理Qp预热器的传热速率，预热器的传热速率，kw；QD向干燥器中补充热量的速率，向干燥器中补充热量的速率，kw；QL干燥器的热损失速率，干燥器的热损失速率，kw LH0,t0,I0LH1,t1,I1QpQDG2,X2,2,I2LH2,t2,I2G1,X1,1,I1QL预热器预热器干燥器干燥器 通过干燥器的热量衡算可以确定物料干燥所消耗的热量通过干燥器的热量衡算可以确定物料干燥所消耗的热量或干燥器排出空气的状态或干燥器排出空气的状态( (H2，t2，I

37、2 )。 食品工程原理1 1 预热器的热量衡算预热器的热量衡算)(0110IILQLIQLIpp2 2 干燥器的热量衡算干燥器的热量衡算LDLDQIIGIILQQIGLIQIGLI)()(121222113 3 干燥系统消耗的总热量干燥系统消耗的总热量LDpQIIGIILQQQ)()(1202若忽略预热器的热损失，以若忽略预热器的热损失，以1 1s为基准，则有为基准，则有食品工程原理湿物料的焓湿物料的焓mwswscXccXccI)(LmvgLmmvgvgLDpQGcHHIttcLQccGIHtcIHtcLQIIGIILQQQ)()()()()()()()(1202202112200022212

38、02假设：假设： （1 1）新鲜空气中水蒸气的焓等于离开干燥器时废空气中水蒸）新鲜空气中水蒸气的焓等于离开干燥器时废空气中水蒸气的焓，即：气的焓，即：Iv0=Iv2。 （2）进出干燥器的湿物料比热相等，即：进出干燥器的湿物料比热相等，即：Cm1=Cm2=Cm。食品工程原理由于由于)(02HHLw2002tcrIvvLmLmvgDpQGctwttLQGctcrwttLcQQQ)()88. 12490()(01. 1)()()(122021220002 由上式可以看出：向系统输入的热量用于：加热空气、由上式可以看出：向系统输入的热量用于：加热空气、加热物料、蒸发水分、热损失等四个方面。加热物料、蒸

39、发水分、热损失等四个方面。食品工程原理4 4 干燥系统的热效率干燥系统的热效率%100量向干燥系统输入的总热蒸发水分所需的热量蒸发水分所需的热量为：蒸发水分所需的热量为：%100)88. 12490(2Qtw定义定义：若忽略湿物料中水分代入系统中的焓，则有若忽略湿物料中水分代入系统中的焓，则有Qv=w(2490+1.88t2)-4.1871w食品工程原理u使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（注意吸湿性物使离开干燥器的空气温度降低，湿度增加（注意吸湿性物料）；料）；u提高热空气进口温度（注意热敏性物料）；提高热空气进口温度（注意热敏性物料）；u废气回收，利用其预热冷空气或冷物料；废气回收，利用

40、其预热冷空气或冷物料；u注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的热损失。注意干燥设备和管路的保温隔热，减少干燥系统的热损失。食品工程原理例：例：某糖厂的回转干燥器的生产能力为某糖厂的回转干燥器的生产能力为40304030kg/h（产品），湿糖含水量为产品），湿糖含水量为1.27%1.27%，于，于31310 0C进入干燥器，离开干燥器时的温度为进入干燥器，离开干燥器时的温度为36360 0C ，含水量为含水量为0.18%0.18%，此时糖的比热为此时糖的比热为1.261.26kJ/kg绝干料绝干料 0 0C 。干燥用空气的初始状况为：干球温干燥用空气的初始状况为：干球温度度20200 0C

41、 ，湿球温度湿球温度17170 0C ，预热至预热至97970 0C后进入干燥室。空气自干燥室排出时，后进入干燥室。空气自干燥室排出时，干球温度为干球温度为40400 0C ，湿球温度为湿球温度为32320 0C ，试求：试求： （1 1）蒸发的水分量；（）蒸发的水分量；（2 2）新鲜空气用量；（新鲜空气用量；（3 3）预热器蒸气用量，加热蒸气压为）预热器蒸气用量，加热蒸气压为200200kPa（绝压）；绝压）；（4 4）干燥器的热损失，）干燥器的热损失，QD=0；（；（5）热效率。热效率。 t0=200C tw0=170C t1=970CQpQD=0G2=4030kg/h w2=0.18%

42、2=360C t2=400C tw2=320C 1=310C w1=1.27%QL预热器预热器干燥器干燥器食品工程原理解：解：绝干料水绝干料水kgkgwwXkgkgwwX/0018. 0%18. 01%18. 01/0129. 0%27. 11%27. 11222111进入干燥器的绝干物料为进入干燥器的绝干物料为G=G2（1-w2）=4030（1-0.18%）=4022.7kg绝干料绝干料/ /h水分蒸发量为水分蒸发量为W=G（X1-X2）=4022.7（0.0129-0.0018）=44.6kg水水/ /h（1 1）水分蒸发量：将物料的湿基含水量换算为干基含水量，）水分蒸发量：将物料的湿基含

43、水量换算为干基含水量，即即食品工程原理（2 2）新鲜空气用量：首先计算绝干空气消耗量。）新鲜空气用量：首先计算绝干空气消耗量。hkgHHwL/4 .2877011. 00265. 06 .4412绝干气绝干空气消耗量为：绝干空气消耗量为：新鲜空气消耗量为：新鲜空气消耗量为：L=L（1+H0）=2877.4（1+0.011）=2909kg新鲜空气新鲜空气/ /h由图查得：当由图查得：当t0=200C，tw0=170C时，时，H0=0.011kg水水/ /kg绝干料；绝干料； 当当t2=400C，tw2=320C时，时，H2=0.0265kg水水/ /kg绝干料。绝干料。食品工程原理查查H-I图，

44、得图，得（3 3）预热器中的蒸气用量）预热器中的蒸气用量 查饱和蒸气压表得：查饱和蒸气压表得：200200kPa（绝压）的饱和水蒸气的潜热绝压）的饱和水蒸气的潜热为为2204.6 2204.6 kJ /kg，Qp=L(I1-I0)=2877.4（127-48）=2.27 105kJ /h故蒸气消耗量为：故蒸气消耗量为： 2.27 2.27 10 105 5/2204.6=103/2204.6=103kg/hI0=48kJ/kg干空气；干空气；I1= 127kJ/kg干空气；干空气；I2= 110kJ/kg干空气干空气食品工程原理（4 4）干燥器的热损失）干燥器的热损失hkJGctwttLQQQ

45、mDpL/109 . 2)3136(26. 17 .4022)4088. 12490(6 .44)2040(4 .287701. 101027. 2)()88. 12490()(01. 14512202（5 5）热效率）热效率%4 .501027. 2)4088. 12490(6 .44%100)88. 12490(52Qtw若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则有若忽略湿物料中水分带入系统中的焓，则有食品工程原理在常压连续理想干燥器中，用通风机将空气送至预热器，经在常压连续理想干燥器中，用通风机将空气送至预热器，经1201200 0C饱和蒸气加热后进入干燥器以干燥某种物料。已知空气饱和蒸气加热

46、后进入干燥器以干燥某种物料。已知空气状况为：进预热器前湿空气中水蒸气分压状况为：进预热器前湿空气中水蒸气分压p0=1.175kPa，温度温度为为15150 0C，进干燥器前的温度为进干燥器前的温度为90900 0C，出干燥器后的温度为出干燥器后的温度为50500 0C。物料状况为：进干燥器前物料状况为：进干燥器前X1=0.15kg水水/ /kg绝干料，出干绝干料，出干燥器后燥器后X2=0.01kg水水/ /kg绝干料。干燥器的生产能力为绝干料。干燥器的生产能力为250250kg/h（按干燥产品计），预热器的总传热系数为按干燥产品计），预热器的总传热系数为5050w/m20C。试求试求通风机的送

47、风量和预热器的传热面积。通风机的送风量和预热器的传热面积。食品工程原理aw含含水水量量水分活度：水蒸气分压水分活度：水蒸气分压pv与同温度下纯水的饱和蒸气压与同温度下纯水的饱和蒸气压ps之比。之比。 物料的水分活度与其含水量和温度有关。一定温度下水分物料的水分活度与其含水量和温度有关。一定温度下水分活度与含水量的关系曲线称为吸着等温线。活度与含水量的关系曲线称为吸着等温线。 水分活度不仅与物料的贮藏性有关，水分活度不仅与物料的贮藏性有关，而且决定了干燥进行的方向。而且决定了干燥进行的方向。aw时，解吸水分（干燥）；时，解吸水分（干燥）；食品工程原理划分依据：物料所含水分能否用干燥方法除去。划分

48、依据：物料所含水分能否用干燥方法除去。 物料中的水分与一定温度物料中的水分与一定温度t、相对湿度相对湿度的不饱和湿空气的不饱和湿空气达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件达到平衡状态，此时物料所含水分称为该空气条件( (t、 )下物下物料的料的平衡水分平衡水分。 在干燥过程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的在干燥过程中能除去的水分只是物料中超出平衡水分的那一部分，称为那一部分，称为自由水分自由水分。 l平衡水分随物料的种类及空气的状态平衡水分随物料的种类及空气的状态( (t，)不同而异。不同而异。l平衡水分代表物料在一定空气状况下可以干燥的限度。平衡水分代表物料在一定空气状况下可以干

49、燥的限度。食品工程原理划分依据：根据物料与水分结合力的状况划分依据：根据物料与水分结合力的状况1 1 结合水分结合水分 包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水包括物料细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分、及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。分、及以结晶水的形态存在于固体物料之中的水分等。 特点：籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力特点：籍化学力或物理化学力与物料相结合的，由于结合力强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程强，其蒸汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，致使干燥过程的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。的传质推动力降低，故除去结合水分较困难。 食品

50、工程原理2 2 非结合水分非结合水分 包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表包括机械地附着于固体表面的水分，如物料表面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。面的吸附水分、较大孔隙中的水分等。特点：物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温特点：物料中非结合水分与物料的结合力弱，其蒸汽压与同温度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水分较容度下纯水的饱和蒸汽压相同，干燥过程中除去非结合水分较容易。易。 l物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性物料的结合水分和非结合水分的划分只取决于物料本身的性质，而与干燥介质的状态无关；质，而与干燥介质的状态无关；l平衡水分与自由水分则还取

51、决于干燥介质的状态。干燥介质平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状态。干燥介质状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。状态改变时，平衡水分和自由水分的数值将随之改变。强调：强调：食品工程原理 物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结物料的总水分、平衡水分、自由水分、结合水分、非结合水分之间的关系见图示。合水分之间的关系见图示。总总水水分分自自由由水水分分平平衡衡水水分分非结合水分非结合水分结结合合水水分分x*x0 x1空气相对湿度空气相对湿度100%100%物物料料的的含含水水量量0食品工程原理 在干燥过程中物料内外的温度不一致，温度梯度促使水在干燥过程中物料内外的温度不一致

52、，温度梯度促使水分传递（称为热导湿），方向是从高温到低温。分传递（称为热导湿），方向是从高温到低温。1 1 湿度梯度的形成湿度梯度的形成以上两种梯度导致的水分传递称为以上两种梯度导致的水分传递称为内部扩散内部扩散。 湿物料表面水分的汽化，遂形成物料内部与表面的湿湿物料表面水分的汽化，遂形成物料内部与表面的湿度差，促使物料内部的水分向表面移动。度差，促使物料内部的水分向表面移动。2 2 温度梯度的形成温度梯度的形成食品工程原理造成该分压的原因是：造成该分压的原因是：3 3 外部的传质推动力：外部的传质推动力： 水分由物料内部扩散到表面后，便在水分由物料内部扩散到表面后，便在表面气化表面气化，可认

53、为，可认为在表面附近存在一层气膜，在气膜内水蒸气分压等于物料中水在表面附近存在一层气膜，在气膜内水蒸气分压等于物料中水分的蒸气压，水分在气相中的传质推动力为此蒸气压与气相主分的蒸气压，水分在气相中的传质推动力为此蒸气压与气相主体中水蒸气分压之差。体中水蒸气分压之差。u对对流干燥，由于介质的不断流动，带走气化的水分；对对流干燥，由于介质的不断流动，带走气化的水分；u对真空干燥而言，则是气化的水分被真空泵抽走。对真空干燥而言，则是气化的水分被真空泵抽走。 水分的内部扩散和表面汽化是同时进行的，但在干燥过水分的内部扩散和表面汽化是同时进行的，但在干燥过程的不同阶段其速率不同，从而控制干燥速率的机理也

54、不相同。程的不同阶段其速率不同，从而控制干燥速率的机理也不相同。原因在于受到物料的结构、性质、湿度等条件和干燥介质的影响。原因在于受到物料的结构、性质、湿度等条件和干燥介质的影响。食品工程原理强化措施（对对流干燥而言）强化措施（对对流干燥而言） ：提高空气的温度，降低相对：提高空气的温度，降低相对湿度，改善空气与物料的接触和流动情况，均有助于提高干燥湿度，改善空气与物料的接触和流动情况，均有助于提高干燥速率。速率。在干燥过程中，当物料中水分表面汽化的速率小于内部扩散在干燥过程中，当物料中水分表面汽化的速率小于内部扩散的速率时，称为的速率时，称为表面汽化控制表面汽化控制；当物料中水分表面汽化的速

55、率大于内部扩散的速率，称为当物料中水分表面汽化的速率大于内部扩散的速率，称为内部扩散控制内部扩散控制。强化措施：从改善内部扩散着手，如：减少物料厚度、使物料强化措施：从改善内部扩散着手，如：减少物料厚度、使物料堆积疏松、搅拌或翻动物料、采用微波干燥等。堆积疏松、搅拌或翻动物料、采用微波干燥等。食品工程原理干燥速率：单位时间内在单位干燥面积上汽化的水分量干燥速率：单位时间内在单位干燥面积上汽化的水分量W。恒定干燥条件：干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接恒定干燥条件：干燥介质的温度、湿度、流速及与物料的接触方式，在整个干燥过程中均保持恒定。触方式，在整个干燥过程中均保持恒定。 u=dw/Ad

56、式中式中 u干燥速率干燥速率, ,kg/m2h ； W汽化水分量汽化水分量, ,kg A干燥面积干燥面积, ,m2； 干燥所需时间干燥所需时间, ,h 食品工程原理dW=-GdX u=dW/Ad=-GdX/Ad 式中式中 湿物料中绝对干料的量湿物料中绝对干料的量, ,kg ； X湿物料中干基的含水量湿物料中干基的含水量, ,kg水水/ /kg干物料；干物料； 负号表示物料含水随着干燥时间的增加而减负号表示物料含水随着干燥时间的增加而减少。少。 u=dw/Ad 食品工程原理影响干燥速率的因素影响干燥速率的因素（对对流干燥而言）（对对流干燥而言）湿物料的性质与形状：包括物理结构、化学组成、形状大小

57、、湿物料的性质与形状：包括物理结构、化学组成、形状大小、料层厚薄及水分结合方式。料层厚薄及水分结合方式。物料的湿度：物料的水分活度与湿度有关，因而影响干燥速物料的湿度：物料的水分活度与湿度有关，因而影响干燥速率。率。物料的温度：温度与水分的蒸气压和扩散系数有关。物料的温度：温度与水分的蒸气压和扩散系数有关。干燥介质的状态：温度越高，相对湿度越低，干燥速率越大。干燥介质的状态：温度越高，相对湿度越低，干燥速率越大。干燥介质的流速：由边界层理论可知，流速越大，气膜越薄，干燥介质的流速：由边界层理论可知，流速越大，气膜越薄，干燥速率越大。干燥速率越大。介质与物料的接触状况：主要是指介质的流动方向。流

58、动方介质与物料的接触状况：主要是指介质的流动方向。流动方向垂直于物料表面时，干燥速率最快。向垂直于物料表面时，干燥速率最快。食品工程原理ABCDEX表表面面温温度度干燥时间干燥时间ABCDEABCDEXU1 1 干燥曲线：干燥过程中物料含水量干燥曲线：干燥过程中物料含水量X与干燥时间与干燥时间t、物料表面物料表面温度温度的关系曲线。的关系曲线。 2 2 干燥速率曲线：物料干燥速率干燥速率曲线：物料干燥速率u与物料含水量与物料含水量X的关系曲线。的关系曲线。 食品工程原理干燥过程分为干燥过程分为恒速干燥恒速干燥和和降速干燥降速干燥两个阶段。两个阶段。 3 3 恒速干燥阶段：恒速干燥阶段： 如如B

59、C段所示（段所示（AB段为物料预热段，此段所需时间很短，段为物料预热段，此段所需时间很短，一般并入一般并入BC段考虑）。段考虑）。l除去的水分是非结合水；除去的水分是非结合水；l属于表面汽化控制阶段；属于表面汽化控制阶段；l物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度；物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度；l干燥速率的大小，主要取决于空气的性质，而与湿物料的性干燥速率的大小，主要取决于空气的性质，而与湿物料的性质关系很小。质关系很小。 此阶段特点：此阶段特点：食品工程原理 在恒速干燥阶段中，空气传给物料的热量等于水分汽化所在恒速干燥阶段中，空气传给物料的热量等于水分汽化所需的热量，即需的热量，即d

60、wrdQtw在干燥过程中，传热速率为在干燥过程中，传热速率为)(wttAddQ传质速率为：传质速率为：)(,HHkAddwtwsH所以，恒速干燥阶段的干燥速率为所以，恒速干燥阶段的干燥速率为)()(,wtwtwsHtwttrHHkAdrdQAddwU食品工程原理4 4 降速干燥阶段：如降速干燥阶段：如CE段所示段所示临界点：临界点：C点，该点的干燥速率点，该点的干燥速率Uc等于等速阶段的干燥速率。等于等速阶段的干燥速率。临界含水量：临界含水量： Xc越大，则会过早的转入降速干燥阶段，使在越大，则会过早的转入降速干燥阶段，使在相同的干燥任务下所需的干燥时间加长。临界含水量与物料的相同的干燥任务下