第九章-食品干燥机械与设备

第九章食品干燥机械与设备主要内容第一节概述第二节喷雾干燥设备第三节滚筒干燥设备第四节流化床干燥设备第五节冷冻干燥设备第六节电磁辐射食品干燥设备作业第一节概述干燥的定义：从物体中除去水分的操作。干燥示意图

目的：防止变质;

便于贮存与运输。一、干燥方法

1、自然干燥2、人工干燥：机械干燥、热风干燥、真空干燥、冷冻干燥、介质接触干燥、辐射干燥。二、发展趋势（一）干燥设备向系列化、大型化发展

现国内干燥设备以中小型为主，大型设备具有热能消耗少和操作费用低等优点。现乳粉生产设备引进日处理200ｔ的国外乳品生产设备。气流、喷雾等干燥设备及热风炉等配套装置，均有系列产品。（二）改进和完善现有的干燥设备，强化干燥过程

如隧道式、带式干燥中物料与热风的流向，由平流改为穿流，可显著缩短干燥时间，改善干燥均匀性。（三）降低热能消耗

因干燥设备的热能消耗大，国内外均研究节能措施。如余热回收利用，改进热风炉结构，使燃料充分燃烧。提高设备的保温绝热效果等。（四）改善干燥工艺

如将带式干燥机的热风参数（温度、流量和相对湿度），由单温区改为多温区，以符合物料的干燥特性和要求，提高产品的质量和干燥效率。（五）联合干燥方法的应用

采用两种不同的干燥装置串联使用，如喷雾干燥与流化床干燥联合，制作速溶乳粉等。（六）消除对环境的污染

如粉尘的回收、降低噪音等。三、食品干燥设备的分类外热性干燥设备与内热性干燥设备之分外热性干燥设备：蒸汽、热空气对物料从外到内进行干燥的设备，如滚筒等常规干燥。内热性干燥设备：能量场的作用下产生分子运动对物料进行干燥的设备，如微波、红外线干燥等。按照被干燥的物料进行分类如下：(一)成件产品干燥设备：1、移动式干燥器：a、传送带式；b、车厢式；c、链板式。2、固定式干燥器：a、箱式；b、隧道式。(二)粉粒体物料干燥设备：1、重力下落式干燥器：a、竖井式；b、百叶窗式；c、百叶竖井复合式；d、瀑布式。2、机械搅拌式干燥器：a、转筒式（回转式、管式）；b、转子式；c、涡轮式；d、转盘式；e、盘式干燥塔；f、螺旋式；g、振动式。3、流化床干燥器：a、喷吹式；b、振动式；c、振吹式；d、单室式；e、多室式4、气流干燥器：a、管式；b、旋风分离器式；c、空气喷泉式；e、综合式。(三)块状物料干燥设备：1、流化床干燥器2、喷吹式流化床干燥器3、振动流化床干燥器4、振动喷吹式流化床干燥器(四)液态原料干燥设备：1、喷雾干燥设备：压力式，离心式，气流式。2、流化床干燥设备：振动气流式，气流式，气流喷吹式，振动喷吹式。3、滚筒式干燥设备。实验室用的烘干箱，它就是一个箱式干燥器实验室烘干箱

这是工厂常用的转筒干燥器这是工厂的气流干燥器真空耙式干燥器

第二节喷雾干燥原理：

通过机械的作用（压力或离心力），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。这是工厂的喷雾干燥器。喷雾干燥是比较新型的干燥，目前应用也比较广泛。比如奶粉，豆浆晶、各种中药冲剂，都是使用喷雾干燥器。喷雾干燥器一、喷雾干燥的优缺点（1）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。（2）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。（３）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。（４）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。（５）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。（６）连续作业，处理量大。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，处理1000~5000Kg/h鲜乳。（7）设备较庞大，投资费用、动力和热能消耗均较大。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。(3)要保证热风洁净。(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)对粘性物料，应采取措施尽量减少粘壁现象。三、雾化器的类型和性能

1、压力式喷雾原理：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。压力雾化器压力雾化器的特点优点结构简单、制造成本低、维修、更换方便；动力消耗较小．缺点：喷嘴易堵塞、磨损；操作弹性小，产量调节范围窄；不适用黏度高的物料。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。离心雾化器的类型优点：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：结构简单，动力消耗大，适用粘度范围大。四、喷雾干燥设备流程

压力式干燥过程在密闭状态下进行，室内具有一定的负压。采用平底，有利于人进入清理，但出粉比较困难。（一）箱式平底型喷雾干燥浓缩液料从贮料罐通过高压泵和雾化器喷入干燥室。空气经蒸汽间接加热，形成热风亦送入干燥室。干燥成品至干燥室下部用冷风冷却，然后从底部卸出。废气中挟带的粉末经分离器重进入干燥室。（二）带冷却器的塔式喷雾干燥机离心喷雾

（一）安海德罗式离心喷雾流程特点干燥室底部为平底型式，喷雾空间高度可降低，相应厂房总高度也降低。干燥后粉与废气全部一次就由气流输送至旋风分离器，因为刮板式刮粉器每分钟回结一周，使粉在短时间脱离干燥室的高温。干粉与废气在旋风分离器内分离时，由于外界引入冷空气，使得在分离过程，成品得到冷却，但冷却效率不高。气流输送，摩擦大。（二）丹麦“尼罗”离心喷雾干燥机操作流程：浓乳从物料平衡槽１，经双联过滤器２滤去浓乳中的杂质后，由螺杆泵３泵至塔顶离心喷雾机４，将浓乳喷成雾状，与经蜗壳式热风盘５送入的热空气进行热交换，瞬时被干燥成粉粒落入干燥塔６下部锥体部分，由振动器７输送到沸腾冷却床８进一步干燥、冷却，再送至振动筛９过筛后，落入粉箱10被真空吸至贮粉罐11充氮贮存。新鲜空气经空气过滤器21过滤后，由燃油热风炉进风机22鼓入燃油热风炉23加热，使温度提高到220℃左右，输入蜗壳式热风盘５进入干燥塔６，与雾状浓乳热交换后，由旋风分离器13回收夹带的粉尘，废气则由排风机19排入大气。沸腾冷却床８所用冷空气，先经空气过滤器25过滤，由风机26鼓入减湿冷却器27降低所含水分后进入沸腾冷却床８。从干燥塔６来的粉粒在床上呈沸腾状态得到进一步的干燥和冷却，排出的废气由细粉回收旋风分离器14，回收夹带的细粉后经排风机20排入大气。

1、主要部件（1）尼罗离心喷雾盘（2）冷却沸腾床进来的新鲜空气，在壳腔内与通入冷水或盐水的换热管道进行热交换，使空气冷到露点以下，使所含湿气凝结----冷却＋减湿（3）空气减湿器2、尼罗式流程的特点二级干燥（喷雾＋沸腾)喷雾盘盘弯曲槽，可减少成品中的空气。进热风处有蜗壳式热风分配盘，使热风分配均匀，防止产生焦粉、粘粉现象。在干燥以后操作中，设计有沸腾冷却床和空气减湿器。五、喷雾干燥室的设计

1、干燥室形式

平底：排料困难。锥底：排料方便。

2．热风进口位置及热风分配室热风进干燥室之前经热风分配室。目的热空气能较均匀地分布。使热空气进口与喷雾位置尽可能靠近。使其与颗粒充分进行热交换。不产生涡流，避免或尽量减少焦粉。(1)压力式①均风板形式热风通过均风板使干燥室内气流形成直线流或螺旋状的气流。②锥形气流调节装置垂直下降塔式的干燥室在塔顶的热风分配器为导管。每个热风导管中心装喷枪。上下具有锥形体的增速套筒。导管上装活动套管，故其高度可调节。每个导管中的风速保证相等。离总管近的导管上，套管装得高一些。离总管远的导管上，活动套管装得低一些。（2）离心式

喷雾干燥热风分配盘由热风盘、锥形支座、导板、空气分散器、冷却风圈、细粉回收器、离心机、均风板等组成。特点：热风是以切线方向进入分配器，通过多孔板，在导板空气分散器作用下，热风就能均匀地，螺旋式进入塔内。①热风盘的结构由内、外骨架和分别焊在内外骨架上的铺板所组成。中间是50毫米厚的保温层。在热风盘的进风圆周内装有不锈钢制成的均风网（第一次均风）。②导板及空气分散器调节导板的调节：(第二次均风）必须与锥体轴线成25～30度角。进入的热风成圆形转动，热空气螺旋式地沿锥体下吹。

空气分散器调节（第三次均风）

由三个挂钩支架悬挂在导板上，风均匀地进入塔内，防止雾滴粘壁。空气分散器的圆心必须稳定在热风分布器的同心圆上，并保持水平。最佳位置是空气分散器的上缘达到环状的热风输出圆锥一半处位置。若降低它的高度，液滴向下旋转，升高它的高度，雾向外旋转。六、喷雾干燥的附属装置(一)气粉分离装置：

1、布袋过滤器能捕集极细粉尘。捕集废气中粉尘效率达99％。在较低的过滤速度下，达到100％。结构简单2、旋风分离器工作原理：干燥塔排出的废气中所夹带着粒径较小而微细的粉末，进入旋风分离器，形成一种回旋运动。粉末因受离心力的作用撤向分离器内壁，并与器壁撞击而失去速度，然后在重力的作用下沿壁下，从出料口排出。净化后的气流，则从旋风分离温上部的中央管排出。（二）排料装置1、鼓形阀（旋转阀、星形阀、锁气排料阀）

作用：将粉状物料连续排出。又达到锁气的作用。适用于产品风力输送场合。形状同旋风分离器圆柱部分。不同是圆筒底部密封，增加一个切线方向空气排出口。2、涡旋气封阀第三节滚筒干燥设备滚筒干燥机又称转鼓、回转干燥机，是接触式内加热传导型连续式设备。有单滚筒、双滚筒及多滚筒；常压、真空；顶端进料、浸液式、喷溅式等之分。适用干燥膏状和高黏度特别是预糊化的物料。一、滚筒干燥机的工作过程及特点1、工作过程：物料----布膜----汽化----脱水----刮料----送料----粉碎----包装2、特点：热效率高—80~90%速率大—30~70Kg/m2.h质量稳定缺点：筒壁温度高会引起颜色的变化和风味的损失二、滚筒干燥机的干燥原理1、料膜的形成：是干燥的前提，成膜与物料的性质（形态、表面张力、粘附力及黏度等）、滚筒的线速度、筒壁温度、筒壁材料及布膜方式等有关。2、料膜在干燥过程中的传质与传热：预热阶段—对流传热、蒸发不明显等速阶段—蒸发开始、恒汽化速度降速阶段—汽化速度下降三、滚筒干燥机的形式1、驵成：滚筒、布膜装置、刮料装置、传动装置、支架及抽气或密封装置、产品输送及最后干燥器等。2、具体的设备：单滚筒干燥机双滚筒干燥机—对滚式与同槽式真空式滚筒干燥机第四节流化（沸腾）床干燥机一、沸腾干燥概述（一）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。出现三个阶段：固定床阶段—固体颗粒不发生变动流化床阶段—颗粒悬浮在气流中气流输送阶段—干燥的颗粒被气流带走（二）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。

（二）特点缺点：

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。（三）分类被干燥的物料：粒状、膏状、悬浮液、溶液操作方式：连续式、间歇式设备结构：单层、多层、卧式分室、喷动、脉冲等二、设备

1、单层沸腾干燥器

结构简单，操作方便，生产能力大，应用广泛。适宜易干燥或干燥强度要求不严格的粒状物料。设有间距可调隔板，延长干燥时间，使物料均匀干燥。生产能力大。使用灵活。可对不同干燥室，通入不同风量和风温，最后一室的物料还可用冷风进行冷却。物料过湿易在前一、二干燥室产生结块。适合难干燥和热敏感性物料的干燥。2、卧式多室沸腾干燥器在多孔板上按一定间距设置隔板，构成多个干燥室，隔板间距可以调节。物料从加料口先进入最前一室，借助于多孔板的位差，依次由隔板与多孔板间隙中顺序移动，最后从末室的出料口卸出。空气加热后，统一或通过支管分别进入各干燥室，与物料接触进行干燥。夹带粉末的废气经旋风分离器，分离出的物料重回人干燥室，净化废气由顶部排出。

3、振动流化床干燥器流化床的机壳可振动。流化床的前半段为干燥段，后半段为冷却段。可做干燥或冷却机用。速溶奶粉生产中与喷雾干燥联合使用。第五节冷冻干燥设备一、冷冻干燥的原理、特点与应用原理：将含水物料先行冻结，然后使物料中的水分在高真空下不经液相直接从固相变为水汽排出达到干燥，又称升华干燥法，或称冷冻升华干燥法。升华的温度在-5~-20℃左右，相应的压力在1mm汞柱左右。三阶段：预冻、升华干燥、解析干燥冷冻干燥的特点：(1)在低温下操作，能保存食品的色、香、味。对热敏感性物质特别适合。(2)在真空操作，易氧化的物质(如油脂类)得到了保护。(3)复水快，食用方便。因为水分是在结冰状态下直接蒸发的，故在干燥过程中，水汽不带动可溶性物质移向物料表面，不会在物料表面沉积盐类，不会形成硬质薄皮；亦不会因收缩引起变形，故极易吸水恢复原形。(4)能排除95～99％以上的水分，产品能长期保存。(5)费用高。冷冻干燥的应用：(1)土特产，如菌类、野菜等。(2)快食类，如快食面中的蔬菜、葱等。(3)调味品，如天然色素、香精等。(4)保健品，如蜂胶、花粉等。(5)饮料品，如麦乳精、果蔬晶等。(6)特殊食品，如远洋、宇航、军队、探险等。二、冷冻干燥设备的组成冷冻干燥设备由制冷系统、真空系统、加热系统、干燥系统、控制系统和消毒系统组成。1、冷冻干燥室：圆筒形、矩形等；耐受且能达到-40~+50℃；还能抽真空；密封性要高；有数层放料的隔板；间冷、间热、直冷与直热组合方式加热与冷却。2、冷阱：蒸发器，要有足够低的温度（-40~-80℃），能排出干燥室内的水蒸汽，有螺旋盘管式和平板式（图9-64）。二、冷冻干燥设备的组成3、真空系统：干燥的动力；一定的时间内抽走水蒸汽和干空气，维持一定的真空度；一般采用多级蒸汽喷射器。4、制冷系统与加热系统：制冷系统由冷冻机组与干燥室、冷凝器内的管道组成；一或两套系统；单级或双级，氨或氟利昂压缩机。加热系统分直接或间接加热；用电或其它热源通入干燥室内或隔板上。5、控制系统：各开关、安全装置、自动控制元件和仪表等保证设备操作平稳。三、冷冻干燥设备的形式1、间歇式冷冻干燥设备：适合多品种、小批量、季节性强；便于控制加热温度与真空度；应用广泛。接触导热式真空冷冻干燥机（图9-65）辐射传热式真空冷冻干燥机（图9-66）2、连续式冷冻干燥设备：适合单品种、大批量；设备处理量大、利用率高、生产自动化；不能控制真空度。隧道式连续式冷冻干燥机（图9-67）螺旋式连续式冷冻干燥机（图9-68）第六节电磁辐射食品干燥设备利用不同力场作用下给食品物料和它周围的介质施加振动，使物料加热和干燥过程加速，强化干燥过程。常用的场：脉冲场、电磁感应（高频、微波）、红外线特点：分子振动，受热均匀主要介绍：微波、红外干燥一、微波干燥微波一般是指波长在1mm～1m范围(频率为300～300000MHz)的电磁波。也称做超高频。微波的传统应用是将微波作为一种传递信息的媒介，应用于雷达、通讯、测量等方面。近年来，除了传统的微波应用继续发展外，微波作为一种能技术也迅速发展，将微波能广泛用于对物体进行加热和干燥。目前915MHz和2450MHz2个频率已广泛地为微波加热所采用。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。微波加热在食品加工的应用微波食品加工始于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。

1、原理

被加热的介质由许多极性分子组成。在没有电场的作用下，这些偶极子在介质中作杂乱无规则的运动。当介质处于直流电场作用之下时，偶极分子就重新进行排列。带正电的一端朝向负极，带负电的一端朝向正极。若改变电场的方向，则偶极子的取向也随之改变。若电场迅速交替也改变方向，则偶极子亦随之作迅速的摆动。

1、原理由于分子的热运动和相邻分子间的相互作用，偶极子随外电场方向改变而作的规则摆动便受到干扰和阻碍，即产生了类似摩擦的作用，使分子获得能量，并以热的形式表现出来，表现为介质温度的升高。2、特点(1)加热速度快微波加热是内部加热，不靠热传导的作用，因此可以令物体内部温度迅速提高，所需加热时间短。一般只需常规方法的1/10一1/l00的时间就可完成整个加热过程。

(2)加热均匀性好微波加热是内部加热，容易达到均匀加热的目的，避免了表面硬化及不均匀等现象的发生。

(3)加热易于瞬时控制微波加热的热惯性小，可以立即发热和升温，易于控制，有利于配制自动化流水线。(4)选择性吸收

微波吸收与物质的介电系数有关，水的介电系数高，这有利于水分的蒸发。干物质吸收的微波能少，温度低，不过热，而且加热时间又短，因此能够保持食品的色、香、味等。

(5)加热效率高由于加热作用始自加工物料本身，基本上不辐射散热，所以热效率高，热效率可达到80％。3、微波设备

微波发生器由电源提供直流高压电流并使输入能量转换成微波能量。加热器微波能量通过连接波导传输到加热器，对被加热物料进行加热。冷却系统用