干燥动力学知识.ppt

第三节 干燥动力学 一、物料中所含水分的性质 二、干燥机理 三、干燥时间的计算 物料衡算 热量衡算 干燥介质的消耗量 水分的蒸发量 消耗的热量 完成一定干燥任务 需要的 干燥静力学 干燥器的尺寸 干燥周期等 完成一定干燥任务 需要的 干燥动力学 通过 干燥过程速率计算 称 为 1 湿物料中的水分 干藏就是通过对产品中水分的脱除，进而降低产品的水分 活度，从而限制微生物生物活动以及化学反应的进行，达到长 期保藏的目的。 水分活度是确定贮藏期限的一个重要因素。水分活度还决 定了产品（如食物）中酶和维生素的活度，并且对它们的颜色、 口味和香味能起决定性的作用。 食品的 水分活度 直接关系到食品的 保藏性 ，是干燥的重要 因素。 水分活度 指湿物料中 水汽分 压 与同温下 纯水的蒸汽压 之比。 物料的 水分活度与含水量及 温度有关 。一定温度下水分的活 度与含水量的关系称 吸着等温线。 （ Moisture Sorption Isotherms ） 吸着等温线 与温度有密切 的关系， 同一水分含量，温度 愈高， 水分活度 也愈大。亦即 食品的 水分活度 随温度的 提高而提高。 1 ）由于水的转移程度与 水分活度 有关 , 从 MSI 图可以看出食 品脱水的难易程度 , 也可以看出如何组合食品才能避免水 分在不同物料间的转移。 2 ）据 MSI 可预测含水量对食品稳定性的影响。 3 ）从 MSI 还可看出食品中非水组分与水结合能力的强弱。 水分活度较低，对食品的固形物不产生增塑效应，微生物不能 利用，因此在低湿度的环境条件下，干燥食品是比较稳定的。 吸着等温线的应用： （ 1 ）平衡水分 能否用干燥方法除去 划分依据 2 平衡水分与自由水分 ( 举例说明 ) 绝干物料 含较多水 分的物料 固定空气 状态下 直到物料表面所产生的蒸汽压与空气中的水气分压相等 ，此时，物料中水分与空气达平衡并且不再因与空气接触 时间延长而变化，物料中所含的水分称为该物料的 平衡水 分， 又称 平衡湿含量 或 平衡含水量。 吸收空气水分 向空气中释放 水分 用 X* 表示 , 单位 : kg 水分 /kg 绝干物料 （ 1 ）对同一状态的空气，不同 物料有不同的平衡含水量。 （ 2 ） 同一物料的平衡水分随空 气状态而定 。 （ 3 ） j =0 时 , 各种物料的 X * 均 为零 , 即湿物料只有与绝干空 气相接触才能获得绝干物料 。 各种物料的平衡含水量由实验测得。 （ 2 ）自由水分 在干燥过程中所能除去的超出平衡水分的那一部分水分。 水分除去的难易程度 划分依据 3 结合水分和非结合水分 水分与物料的结合方式： （ 1 ）化学结合：如结晶水，不能用干燥方法除去。 （ 2 ）物化结合：如吸附水、渗透水分和结构水分。 （ 3 ）机械结合（毛细管水、润湿水、孔隙水） 结合水分： 与物料之间有物理化学作用，结合力强，因而产生的 蒸 汽压低于同温度下纯水的饱和蒸汽压，干燥中水气至空气主 体扩散推动力（ P-P 水 ）下降，故较纯水难以除去。 包括物 化结合水分和小毛细管中的水分，水分活度小于 1 。 非结合水分 ： 机械地附着在物料表面，与物料的结合力弱，其水分的 蒸汽压等于同温度下纯水的饱和 蒸汽压，故非结合水气化与 纯水相同，较易除去。 包括物料中的吸附水分和大孔隙中的 水分。 如何确定物料中的结合水分与非结合水分？ 物料表面 水气的分 压 p 等于 同温度下 纯水的 p s B 平衡曲线 : 即 X * = f ( j ) 曲线 ； X 0 X 1 X * 结合水分 : B 点以下 p w p s ； 如 : 细跑壁内的水分及小毛细管内的水分 非结合水分 : B 点以上 汽化与纯水相同 , 较易除去。 如：吸附水分和孔隙中的水分。 平衡水分 : X* 自由水分 : 物料中超出 X * 的水分； B 点 : 曲线与 j =100% 交点 由以上分析可知： （ 1 ）结合水分和非结合水 分只与物料的性质有关， 而与空气的状态无关。这 是与平衡、自由水分划分 的主要差别。 （ 2 ）平衡水分一定是结合 水分；自由水分包括了全 部非结合水分和一部分结 合水分 。 物料表面 水气的分 压 p 等于 同温度下 纯水的 p s B X 0 X 1 X * 湿 物 料 热 空 气 气膜 δ θ p W p 水汽分压 W 水分汽化量 Q t 1 干燥介质（热空气）将热量传给 湿物料； 2 物料表面湿分汽化，并通过表面 处气膜向气流主体扩散； 3 由于表面湿分汽化，使物料内部 与表面间产生湿分差，湿分以气态或 液态由固体内部向表面扩散。 物料表面湿分分压 p W ? 空气 中湿分的分压 p 干燥过程的必要条件 — 推动力 干燥速率由传热速率和传质速率共同支配。