食品机械与设备- 课件 食品干燥机械与设备ok

第11章食品干燥机械2023/11/111概述

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，从而变物料为固体制品的操作，统称干燥。干燥就是一种去除食品中水分的操作过程。根据这一定义，干燥的含义显然与过滤、压榨等滤干、榨干以及浓缩均有区别。2023/11/112食品干燥机械的分类食品干燥过程中发生的变化食品体积收缩，表面硬化，呈多孔性、疏松性以及复原不可逆性等物理和化学变化。根据物料的特性施以不同干燥方法，由于被干燥的食品其形状、含水量、热敏特性等千差万别，使得干燥所需的时间、温度、水汽化量、传热量等变化很大。干燥食品的分类按被干燥食品的状态分1.粉状食品物料：主要有淀粉、米粉、鱼粉、调味粉、果糖、各种氨基酸和食品添加剂等。2.片、条、块状食品物料：主要有干制的果蔬、饼干、茶叶、鱼虾干等海产品和猪牛肉等畜产品。3.浆状食品物料：主要有奶粉、豆粉、果胶、咖啡粉等。按被干燥食品的物理化学性质分1.液态食品：包括溶液、胶体溶液和非均相态食品。2.湿固态食品：包括晶体、胶体和生物组织体。4食品干燥机械的分类食品干燥设备可分为外热性干燥装备和内热性干燥装备。外热性干燥装备：用蒸汽、热空气等介质对物料的热交换从外到内进行的干燥法。外热性干燥装备分类：间歇式和连续式类型，此分类是以干燥操作的方法分类；常压式和真空式干燥，此分类是以干燥条件分类；直接加热式好间接加热式，此分类是以加热干燥的热源与物料接触的形式分类。食品干燥机械的分类内热干燥是指在整个干燥过程中，不施予物料热量，而是把物料至于能量场中，使被干燥物料在能量场的作用下产生分子运动而达到干燥的目的，如微波干燥、红外线干燥等。干燥机械的选择选择干燥方法应以所处理物料的化学物理性质、生物化学性能及其生产工艺为依据，例如物料的粘稠度、分散性、热敏性、失活性能等。根据热敏性可以分为（1）瞬时快速干燥设备，如滚筒干燥设备、喷雾干燥设备、气流干燥设备。干燥时间短，气流温度高，被干燥物料温度不会太高.干燥机械的选择（2）低温干燥设备，如真空干燥设备、冷冻干燥设备。在真空低温下进行，更适用于高热敏性物料的干燥，但干燥时间较长。其他类型的干燥设备，如远红外干燥器，微波干燥器.干燥机械的选择原则（1）产品的质量要求，如生物制品要求保持一定的生物活性，避免高温分解和严重失活，必须选择真空干燥设备或冷冻干燥设备。（2）产品的纯度，一般要求有一定纯度，且无杂质或杂菌污染，干燥设备应能在无菌和密闭的条件下操作，且应具有灭菌设施，以保证产品的微生物指标和纯度要求。干燥机械的选择原则（3）物料的特性，如颗粒状、滤饼状、浆状、水分的性质等应选择不同的干燥设备。颗粒状物料的干燥可考虑选择气流干燥，结晶状物料应选择固定床干燥，浆状物料可选择滚筒干燥或喷雾干燥。（4）产量及劳动条件，产量大且料浆均匀时，可选择喷雾干燥，粘稠较难雾化时可用离心喷雾或气流喷雾干燥，产量小可用滚筒干燥。选型的步骤按湿物料的形态、物理特性和对产品形态、水分等要求，初选干燥器的类型。按投资能力和处理量的大小，确定设备规模，操作方法，自动化程度。根据物料的干燥特性和对产品品质的要求，确定采用常压干燥或真空干燥，单温区干燥或多温区干燥。根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、设备及作业等费用，估算产品成本。食品干燥设备的发展大概经历了四个阶段：1、固体热风干燥阶段：箱式、床式干燥器（如：窑炉干燥、盘式干燥、隧道干燥、带式干燥）。主要利用流动的热风对产品加热干燥。2、液态物料干燥阶段：喷雾干燥、滚筒干燥。针对液态、泥状物料。喷雾干燥可得到均匀的粉末，但是不能太稠。固形物较高的物料可用滚筒干燥。（淀粉工业）2023/11/1112食品干燥设备的发展大概经历了四个阶段：3、热敏物料干燥阶段：冷冻干燥、渗透压脱水。物料浸渍于高渗透压的溶液（糖、盐溶液）。4、能量场干燥阶段：微波或无线电波射频干燥、组合干燥。可使物料内部及外部同时加热。2023/11/1113干燥用热源设备热源天燃气电油煤太阳能加热形式接触加热对流加热辐射加热接触热媒导热油蒸汽热水电对流热媒导热油蒸汽电烟道气2023/11/1114接触干燥机一、接触干燥设备的特点接触干燥是指湿物料贴在加热表面上（炉底、铁板、滚筒及圆柱体等）进行的干燥，热的传递取决于温度梯度的存在。特点：干燥强度大，能量利用率高。加速热的传递和湿气的迁移，尽可能使物料处于运动状态。

适合液体状态的食品干燥。2023/11/1115接触干燥设备的工作原理及结构﹙一﹚滚筒干燥机工作原理：滚筒干燥机是一种内加热传导型转动干燥设备,在烘干过程中，滚筒内通入加热介质（蒸汽），通过转动的滚筒，物料在滚筒表面形成一层薄膜，热量由鼓内壁传到鼓外壁，再传到料膜，将附在滚筒简体外壁上的液相物料或带状物料进行干燥，脱除水分，达到所要求的含水率，可连续操作，主要用于液体物料、带状物料、膏状物料和粘稠状物料的干燥,在滚筒内通入冷却介质，可成为滚筒结片机，用于熔融物料的冷却结晶制片。2023/11/1116滚筒干燥特点1.

热效率高因主要传热方式为热传导，传热方向在整个传热周期中保持一致，所以滚筒内大部分热量用于物料的汽化，热效率达80%-90%。2.干燥速率大筒壁上湿料膜的传热和传质过程，方向一致，温度梯度大，使料液表面保持较高的蒸发速度。一般可达到30-70kg/（m2.h）3.产品的干燥质量稳定供热方式便于控制，传热速率相对稳定。缺点：滚筒表面湿度较高，对一些物料会因过热有损风味或呈现不正常的颜色。18其他形式的接触式干燥机1、圆盘干燥机2023/11/1119其他形式的接触式干燥机圆盘干燥机2023/11/1120对流干燥设备传热介质主要是热空气。对流干燥的特点(1)热空气是热的载体，也是水蒸汽的载体。空气自然或强制对流循环的方式环绕湿物料进行干燥。热空气的流动靠风扇、鼓风机和折流板加以控制。

(2)空气对流干燥一般在常压下进行，有间歇式（分批）和连续式。

(3)应用广泛，被干燥的湿物料可以是固体、膏状物料以及液体。

2023/11/1121对流干燥设备基本过程：虽然对流干燥设备种类繁多，但其基本干燥原理是一致的，就是促进物料内部水分从内部向外部转移，在表面汽化的热量是以对流的方式从干燥介质中获得，蒸发后的水分是由物料表面的对流体携带出去。1、物料给湿过程2、物料导湿过程或内部水分扩散过程2023/11/1122二、箱式干燥机二、箱式干燥器水平气流：热风从物料表面通过，料层薄(20～50mm)，干燥强度小。穿流：热风从料层中通过，料层厚(45～65mm)，干燥强度大。2023/11/11232023/11/1124三、隧道式干燥设备一、结构和工作过程（一）隧道体

（二）料盘与装料

（三）料车与装料盘

（四）料车的运行有人工推车和链爪推车两种方式。１．人工推车２．链爪推车（五）门的结构与开闭

双扉式，旁推式或升降式

（六）风机（七）加热装置2023/11/1125二、类型和特点（一）顺流型隧道式干燥机

风机、加热器多设在隧道顶的上边。料车从隧道一端推人，湿物料先与高温热风接触，对高水分物料，可采用较高的热风温度，也不致损伤产品品质。而物料接近干燥成品时，热风温度降低，可防止产品过热，但难以获得低水分产品。2023/11/1126带式干燥机

带式干燥机是将物料置于输送带上，在随带运动的过程中与热风接触而干燥的设备．因结构和流程不同，有多层。单级和多级等各种类型。一、多层带式干燥机2023/11/1127气流干燥机气流干燥机是利用高速流动的热气流使湿淀粉悬浮在其中，气流干燥也称“瞬间干燥”，是固体流态化输送在干燥方面的应用。该法是使加热介质和待干燥固体颗粒直接接触，并使待干燥固体颗粒悬浮于流体中，因而两相接触面积大，强化了传热传质过程，广泛用于散状物料的干燥单元操作。28气流干燥机（一）干燥强度大（二）干燥时间短、物料温度低干燥管长10～20m，物料的干燥时间0.5～2s。干燥管的进风温度为134～144℃，物料在干燥管出口的温度为55～70℃。（三）结构简单、处理量大除干燥管外，只需风机、热源、加料器及产品回收装置等，设备投资费用较少。占地面积亦较小。（四）适应性

要求被干燥物料的颗粒粒径在0.5～0.7mm以下。对块、膏糊状湿物料，需先进行粉碎再气流干燥。对产品的水分要求在3％以下或要求保持结晶形状、光泽及易粘附于干燥管的物料不适用。（五）动力消耗较大

由于使用较高速气流，需选用高、中压离心风机，动力消耗较大。29（一）喷雾干燥原理利用不同的喷雾器（机械），将需干燥的物料喷成雾状，形成具有较大的表面积的分散微粒（10-200um），同热空气发生强烈的热交换，迅速排除本身的水分，在几秒至几时秒内获得干燥。如与高温400-500℃的热风接触需0.01-0.04秒内就完成干燥，与100-150℃的热风接触需1-3秒就完成干燥。成品以粉末状态沉降于干燥器的底部排出。喷雾干燥机2023/11/11302023/11/1131一、喷雾干燥的优缺点32喷雾干燥适宜干燥的物料：33二、对喷雾干燥机的要求

（1）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。（2）应采取措施防止焦粉，避免热空气产生逆流，满足工艺要求。

(３)要保证热风洁净，检查风管和加热器中是否有铁锈或渗漏保温材料，以防混入产品。

(４）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。（５）排风温度不允许超过要求，以保证产品质量和安全。（６）为提高干燥室的热效率。喷雾时被干燥的料液和热空气均匀接触，加热器、干燥室和热风管，需隔热保温。（7）对粘性物料，应采取措施尽量减少粘壁现象。二.喷雾干燥器的分类（一）按生产流程分类（二）按喷雾和气体流动方向分类（三）按雾化方法分类2023/11/1135喷雾干燥的应用喷雾干燥作为现代对流干燥方法之一被广泛地应用于化工、食品、生物、制药等工业中，用于干燥真溶液、胶体溶液、悬浊液、乳浊液、浆料液和可流动的膏状料，特别是用来干燥乳及乳制品、蛋、酵母、维生素、酶制剂、血液和血浆代用品、咖啡、粉末油脂等。2023/11/1136流化床干燥器又称沸腾床干燥器，是20世纪60年代发展起来的一种新型干燥设备。所谓流化床，是指在一个设备中，将颗粒物料堆放在分布板上，当气流由设备的下部通向床层，随着气流速度加大到某种程度，固体颗粒在床内就会产生沸腾状态，这种床层称为流化床，采用这种方法干燥成为流化床干燥。流化床干燥在食品中应用，主要应用于干燥碎麦芽、汤料粉、大麦、果汁颗粒、砂糖、干酪素、葡萄糖、人造肉等。流化床及喷动床干燥机2023/11/1137

一、流化床干燥的特点

（1）物料与热风的接触面积大，体积传热系数较高，一般在8.36～25.08MJ/（m2

·ｈ·℃）。

（２）干燥速率大，物料在设备内停留时间短，适宜于热敏性物料的干燥。

（３）物料受热时间的调节范围大，可使产品的终水分达较低程度。

（４）所用设备结构简单，造价低廉，运转稳定，操作维修方便。（5）密封性好，机械运转部分不与物料直接接触，对卫生指标要求高的食品干燥十分有利。（6）对被干燥物料的颗粒有一定的限制。（7）对易结块物料因容易产生与设备壁间粘结而不适用。（8）单层流化床难以保证物料干燥均匀。38流化原理流化三种情况：39三、流化床干燥机的类型、组成和特点按结构形式分为单层型、多层型、多室型。立式和卧式。按附加装置分有带振动器和间接加热器的．按作业方式分为连续式和间歇式。以下介绍几种常用的流化床干燥机．402023/11/1141真空干燥机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损失。若在低压条件下，对物料加热进行干燥，能减少品质的损失。这种方法称为真空干燥．特征和类型特征：①物料在干燥过程中的温度低、避免过热。水分容易蒸发，干燥时间短，同时可使物料形成多孔状组织，产品的溶解性、复水性。色泽和口感较好；②能将物料干燥到很低的水分；③可用较少的热能。得到较高的干燥速率，热量利用经济；④适应性强，对不同性质、不同状态的物料，均能适应；⑤与热风干燥相比，设备投资和动力消耗较大，产量较低。型式：箱型、转筒型、带式连续型、喷雾薄膜型等。真空干燥设备带式连续真空干燥设备：加工对象：液态食品产品：泡沫片状，颗粒状特点：干燥时间短，能形成多孔状制品，能避免混入异物防止污染，可直接干燥高浓度，高粘度的物料。2023/11/11432023/11/11442023/11/1145带式真空干燥机

真空干燥设备应用2023/11/1146冷冻干燥机械设备冷冻干燥，也叫升华干燥，就是将待干燥的湿物料在较低温度下冻结成固态后，在高真空度的环境下，将已冻结了的物料中的水分，不经过冰的融化而直接从固态升华为气态，从而达到干燥的目的。冷冻干燥的基本原理

水的相图

47食品冷冻干燥的三个阶段：1.预冻阶段，目的将物料溶液中的自由水分固化，使干燥后的产品与干燥前的形态基本相同，防止在抽真空干燥时出现气泡、收缩等不可逆现象。2.升华干燥阶段，此阶段约可除去物料水分的90%。3.解析干燥，解析未被冻结的毛细管壁和极性基团上吸附的部分水分，通过更高的真空度完成此阶段，结束后，产品含水量在0.5%-4%之间。2023/11/1148冷冻干燥特点（1）干燥温度低，特别适合于高热敏性物料的干燥；（2）能保持原物料的外观形状；（3）冻干制品具有多孔结构，因而有理想的速溶性和快速复水性；（4）冷冻干燥脱水彻底，产品质量轻、保存期长，若采用真空密封包装，常温下即可运输、保存，十分简便；（5）冷冻干燥需要较昂贵的专用设备，干燥周期长，能耗较大，产量小，加工成本高49冷冻干燥机械设备组成部件冷冻干燥室、冷凝器、真空系统、制冷系统和加热系统、控制系统等。食品冷冻干燥机主要有间歇式和连续式两种形式。2023/11/1150冷冻干燥在食品工业中的应用冷冻干燥在食品工业中常用于肉类、水产类、蔬菜类、速溶咖啡、香料等的干燥。在军需食品、远洋食品、宇航食品、登山食品等领域有非常好的应用前景。目前，使用冷冻干燥方法的食品主要有：土特产品，如野菜类食品；快食类食品，如方便面中的脱水蔬菜；调味品，如香精、香料、天然色素等；保健品，如花粉、名贵中草药提取物等；饮料产品，如麦乳精和其他颗粒型饮料制剂等；特殊用途食品，如远洋、宇航、军队等行业所需食品。51电磁辐射食品干燥机械与设备电磁辐射干燥食品指的是利用不同力场作用给食品物料和它周围的介质施加运动，使食品物料的加热和干燥过程加速，干燥过程得到大大强化。目前，主要利用电磁感应加热（高频、微波）或红外线辐射效应干燥食品。电磁辐射是一种能量而不是热量，但可以在电介质中转化为热量，离子传导和偶极子转动是电磁辐射的主要原因。2023/11/1152微波干燥及其主要设备微波是指波长在1mm~1m范围的电磁波，其相应的频率范围在300-300000MHz。微波的传统应用是作为传递信息的媒介，应用于雷达、通讯等领域。近年来，最为一种能量场广泛用于干燥和加热操作中。目前广泛使用的是915MHz和2450MHz两个频率。微波加热基本原理通过电场直接作用于被干燥物料的分子，使其运动、相互摩擦而发热，由于发热而产生温度梯度，推动水分子自物料内部向表面移动，达到干燥的目的。53微波干燥的特点（1）加热速度快；（2）加热均匀；（3）加热具有选择性；（4）过程控制迅速；（5）节省投资。微波干燥设备的主要组成直流电源、微波发生器、冷却装置、微波传输元件，加热器、控制及安全保护系统等。2023/11/11542023/11/1155箱式微波加热器主要有矩形谐振腔、输入传导、反射板和搅拌器等组成。由于在操作中谐振腔是密封的，故微波能泄漏很少，安全性很高。2023/11/1156远红外热辐射干燥远红外干燥利用远红外辐射发出的远红外线为被加热物质吸收，直接转化为热能，使物体升温而达到加热干燥的目的。此技术具有高效、优质、低耗等特点，在食品行业中广泛用于面包、饼干的烘烤操作。远红外辐射加热原理远红外线是波长在5.6μm以上的红外线。其加热干燥的原理是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的频率一致时，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，直接转变为热能而实现干燥。2023/11/1157远红外辐射元件一般有三部分组成：热源（电热器、煤气或蒸汽加热器）、基体（金属、碳化硅、陶瓷或耐火材料等）和涂覆层（主要为金属氧化物）其工作顺序：有热源发出的热，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。常用的有金属氧化镁管远红外辐射加热器、碳化硅管远红外辐射加热器和乳白石英管红外辐射加热器。2023/11/1158远红外干燥设备远红外加热干燥炉带式炉：以钢丝带或履带传送物体，物料可直接放在带面上，适用于烘烤饼干等食品；链式炉：以两条或多条平行的同轴传动的链条作传动带，物料用盘子装载后放在链上送入炉内，适用于面包的烘烤等。远红外干燥灭菌烘箱（见右图）2023/11/1159干燥设备的选型一、选型前需要确定的条件和要求（一）当地的资源与自然条件１.热源和动力可提供的煤、电、油等情况。２．原料来源地、批量与供料季节、方式等。３．自然条件温度、相对湿度等。４．交通运输道路与运输设备等。（二）物料性能及干燥特征１．物料的形态包括大小、形状、固态或液态等。２．物料的物理特性包括密度、粘附性和含水量及其结合状态等。３．干燥特性包括热敏性和受热收缩、表层结壳等性质。（三）对干燥产品的要求１．对产品产量的要求按单位时间的成品产量或原料处理量或水蒸发量计量。２．对产品形态的要求包括几何形状，结晶光泽和结构等。３．对产品水分的要求产品水分高低。４．对产品干燥均匀性的要求。５．对产品的卫生要求符合卫生标准。60二、选型的步骤（1）首先按湿物料的形态、物理特性和对产品形态、水分等要求，初选干燥器的类型。（２）按投资能力和处理量的大小，确定设备规模，操作方法（连续作业或间歇作业），自动化程度。（３）根据物料的干燥特性和对产品品质的要求，确定采用常压干燥或真空干燥；单温区干燥或多温区干燥。（4）根据热源条件和干燥方法，确定加热装置。（５）按处理量估算出干燥器的容积。（６）按原料、设备、及作业等费用，估算产品成本。2023/11/1161国内外干燥机械技术研究进展国内外在干燥技术上发展总的趋势是：装