食品機械與設備- 課件 食品干燥機械與設備ok

第11章食品干燥機械2023/11/111概述

定義：凡是使物料（溶液、懸浮液及漿液）所含水分由物料向氣相轉(zhuǎn)移，從而變物料為固體制品的操作，統(tǒng)稱干燥。干燥就是一種去除食品中水分的操作過程。根據(jù)這一定義，干燥的含義顯然與過濾、壓榨等濾干、榨干以及濃縮均有區(qū)別。2023/11/112食品干燥機械的分類食品干燥過程中發(fā)生的變化食品體積收縮，表面硬化，呈多孔性、疏松性以及復原不可逆性等物理和化學變化。根據(jù)物料的特性施以不同干燥方法，由于被干燥的食品其形狀、含水量、熱敏特性等千差萬別，使得干燥所需的時間、溫度、水汽化量、傳熱量等變化很大。干燥食品的分類按被干燥食品的狀態(tài)分1.粉狀食品物料：主要有淀粉、米粉、魚粉、調(diào)味粉、果糖、各種氨基酸和食品添加劑等。2.片、條、塊狀食品物料：主要有干制的果蔬、餅干、茶葉、魚蝦干等海產(chǎn)品和豬牛肉等畜產(chǎn)品。3.漿狀食品物料：主要有奶粉、豆粉、果膠、咖啡粉等。按被干燥食品的物理化學性質(zhì)分1.液態(tài)食品：包括溶液、膠體溶液和非均相態(tài)食品。2.濕固態(tài)食品：包括晶體、膠體和生物組織體。4食品干燥機械的分類食品干燥設備可分為外熱性干燥裝備和內(nèi)熱性干燥裝備。外熱性干燥裝備：用蒸汽、熱空氣等介質(zhì)對物料的熱交換從外到內(nèi)進行的干燥法。外熱性干燥裝備分類：間歇式和連續(xù)式類型，此分類是以干燥操作的方法分類；常壓式和真空式干燥，此分類是以干燥條件分類；直接加熱式好間接加熱式，此分類是以加熱干燥的熱源與物料接觸的形式分類。食品干燥機械的分類內(nèi)熱干燥是指在整個干燥過程中，不施予物料熱量，而是把物料至于能量場中，使被干燥物料在能量場的作用下產(chǎn)生分子運動而達到干燥的目的，如微波干燥、紅外線干燥等。干燥機械的選擇選擇干燥方法應以所處理物料的化學物理性質(zhì)、生物化學性能及其生產(chǎn)工藝為依據(jù)，例如物料的粘稠度、分散性、熱敏性、失活性能等。根據(jù)熱敏性可以分為（1）瞬時快速干燥設備，如滾筒干燥設備、噴霧干燥設備、氣流干燥設備。干燥時間短，氣流溫度高，被干燥物料溫度不會太高.干燥機械的選擇（2）低溫干燥設備，如真空干燥設備、冷凍干燥設備。在真空低溫下進行，更適用于高熱敏性物料的干燥，但干燥時間較長。其他類型的干燥設備，如遠紅外干燥器，微波干燥器.干燥機械的選擇原則（1）產(chǎn)品的質(zhì)量要求，如生物制品要求保持一定的生物活性，避免高溫分解和嚴重失活，必須選擇真空干燥設備或冷凍干燥設備。（2）產(chǎn)品的純度，一般要求有一定純度，且無雜質(zhì)或雜菌污染，干燥設備應能在無菌和密閉的條件下操作，且應具有滅菌設施，以保證產(chǎn)品的微生物指標和純度要求。干燥機械的選擇原則（3）物料的特性，如顆粒狀、濾餅狀、漿狀、水分的性質(zhì)等應選擇不同的干燥設備。顆粒狀物料的干燥可考慮選擇氣流干燥，結(jié)晶狀物料應選擇固定床干燥，漿狀物料可選擇滾筒干燥或噴霧干燥。（4）產(chǎn)量及勞動條件，產(chǎn)量大且料漿均勻時，可選擇噴霧干燥，粘稠較難霧化時可用離心噴霧或氣流噴霧干燥，產(chǎn)量小可用滾筒干燥。選型的步驟按濕物料的形態(tài)、物理特性和對產(chǎn)品形態(tài)、水分等要求，初選干燥器的類型。按投資能力和處理量的大小，確定設備規(guī)模，操作方法，自動化程度。根據(jù)物料的干燥特性和對產(chǎn)品品質(zhì)的要求，確定采用常壓干燥或真空干燥，單溫區(qū)干燥或多溫區(qū)干燥。根據(jù)熱源條件和干燥方法，確定加熱裝置。按處理量估算出干燥器的容積。按原料、設備及作業(yè)等費用，估算產(chǎn)品成本。食品干燥設備的發(fā)展大概經(jīng)歷了四個階段：1、固體熱風干燥階段：箱式、床式干燥器（如：窯爐干燥、盤式干燥、隧道干燥、帶式干燥）。主要利用流動的熱風對產(chǎn)品加熱干燥。2、液態(tài)物料干燥階段：噴霧干燥、滾筒干燥。針對液態(tài)、泥狀物料。噴霧干燥可得到均勻的粉末，但是不能太稠。固形物較高的物料可用滾筒干燥。（淀粉工業(yè)）2023/11/1112食品干燥設備的發(fā)展大概經(jīng)歷了四個階段：3、熱敏物料干燥階段：冷凍干燥、滲透壓脫水。物料浸漬于高滲透壓的溶液（糖、鹽溶液）。4、能量場干燥階段：微波或無線電波射頻干燥、組合干燥?？墒刮锪蟽?nèi)部及外部同時加熱。2023/11/1113干燥用熱源設備熱源天燃氣電油煤太陽能加熱形式接觸加熱對流加熱輻射加熱接觸熱媒導熱油蒸汽熱水電對流熱媒導熱油蒸汽電煙道氣2023/11/1114接觸干燥機一、接觸干燥設備的特點接觸干燥是指濕物料貼在加熱表面上（爐底、鐵板、滾筒及圓柱體等）進行的干燥，熱的傳遞取決于溫度梯度的存在。特點：干燥強度大，能量利用率高。加速熱的傳遞和濕氣的遷移，盡可能使物料處于運動狀態(tài)。

適合液體狀態(tài)的食品干燥。2023/11/1115接觸干燥設備的工作原理及結(jié)構(gòu)﹙一﹚滾筒干燥機工作原理：滾筒干燥機是一種內(nèi)加熱傳導型轉(zhuǎn)動干燥設備,在烘干過程中，滾筒內(nèi)通入加熱介質(zhì)（蒸汽），通過轉(zhuǎn)動的滾筒，物料在滾筒表面形成一層薄膜，熱量由鼓內(nèi)壁傳到鼓外壁，再傳到料膜，將附在滾筒簡體外壁上的液相物料或帶狀物料進行干燥，脫除水分，達到所要求的含水率，可連續(xù)操作，主要用于液體物料、帶狀物料、膏狀物料和粘稠狀物料的干燥,在滾筒內(nèi)通入冷卻介質(zhì)，可成為滾筒結(jié)片機，用于熔融物料的冷卻結(jié)晶制片。2023/11/1116滾筒干燥特點1.

熱效率高因主要傳熱方式為熱傳導，傳熱方向在整個傳熱周期中保持一致，所以滾筒內(nèi)大部分熱量用于物料的汽化，熱效率達80%-90%。2.干燥速率大筒壁上濕料膜的傳熱和傳質(zhì)過程，方向一致，溫度梯度大，使料液表面保持較高的蒸發(fā)速度。一般可達到30-70kg/（m2.h）3.產(chǎn)品的干燥質(zhì)量穩(wěn)定供熱方式便于控制，傳熱速率相對穩(wěn)定。缺點：滾筒表面濕度較高，對一些物料會因過熱有損風味或呈現(xiàn)不正常的顏色。18其他形式的接觸式干燥機1、圓盤干燥機2023/11/1119其他形式的接觸式干燥機圓盤干燥機2023/11/1120對流干燥設備傳熱介質(zhì)主要是熱空氣。對流干燥的特點(1)熱空氣是熱的載體，也是水蒸汽的載體?？諝庾匀换驈娭茖α餮h(huán)的方式環(huán)繞濕物料進行干燥。熱空氣的流動靠風扇、鼓風機和折流板加以控制。

(2)空氣對流干燥一般在常壓下進行，有間歇式（分批）和連續(xù)式。

(3)應用廣泛，被干燥的濕物料可以是固體、膏狀物料以及液體。

2023/11/1121對流干燥設備基本過程：雖然對流干燥設備種類繁多，但其基本干燥原理是一致的，就是促進物料內(nèi)部水分從內(nèi)部向外部轉(zhuǎn)移，在表面汽化的熱量是以對流的方式從干燥介質(zhì)中獲得，蒸發(fā)后的水分是由物料表面的對流體攜帶出去。1、物料給濕過程2、物料導濕過程或內(nèi)部水分擴散過程2023/11/1122二、箱式干燥機二、箱式干燥器水平氣流：熱風從物料表面通過，料層薄(20～50mm)，干燥強度小。穿流：熱風從料層中通過，料層厚(45～65mm)，干燥強度大。2023/11/11232023/11/1124三、隧道式干燥設備一、結(jié)構(gòu)和工作過程（一）隧道體

（二）料盤與裝料

（三）料車與裝料盤

（四）料車的運行有人工推車和鏈爪推車兩種方式。１．人工推車２．鏈爪推車（五）門的結(jié)構(gòu)與開閉

雙扉式，旁推式或升降式

（六）風機（七）加熱裝置2023/11/1125二、類型和特點（一）順流型隧道式干燥機

風機、加熱器多設在隧道頂?shù)纳线?。料車從隧道一端推人，濕物料先與高溫熱風接觸，對高水分物料，可采用較高的熱風溫度，也不致?lián)p傷產(chǎn)品品質(zhì)。而物料接近干燥成品時，熱風溫度降低，可防止產(chǎn)品過熱，但難以獲得低水分產(chǎn)品。2023/11/1126帶式干燥機

帶式干燥機是將物料置于輸送帶上，在隨帶運動的過程中與熱風接觸而干燥的設備．因結(jié)構(gòu)和流程不同，有多層。單級和多級等各種類型。一、多層帶式干燥機2023/11/1127氣流干燥機氣流干燥機是利用高速流動的熱氣流使?jié)竦矸蹜腋≡谄渲?，氣流干燥也稱“瞬間干燥”，是固體流態(tài)化輸送在干燥方面的應用。該法是使加熱介質(zhì)和待干燥固體顆粒直接接觸，并使待干燥固體顆粒懸浮于流體中，因而兩相接觸面積大，強化了傳熱傳質(zhì)過程，廣泛用于散狀物料的干燥單元操作。28氣流干燥機（一）干燥強度大（二）干燥時間短、物料溫度低干燥管長10～20m，物料的干燥時間0.5～2s。干燥管的進風溫度為134～144℃，物料在干燥管出口的溫度為55～70℃。（三）結(jié)構(gòu)簡單、處理量大除干燥管外，只需風機、熱源、加料器及產(chǎn)品回收裝置等，設備投資費用較少。占地面積亦較小。（四）適應性

要求被干燥物料的顆粒粒徑在0.5～0.7mm以下。對塊、膏糊狀濕物料，需先進行粉碎再氣流干燥。對產(chǎn)品的水分要求在3％以下或要求保持結(jié)晶形狀、光澤及易粘附于干燥管的物料不適用。（五）動力消耗較大

由于使用較高速氣流，需選用高、中壓離心風機，動力消耗較大。29（一）噴霧干燥原理利用不同的噴霧器（機械），將需干燥的物料噴成霧狀，形成具有較大的表面積的分散微粒（10-200um），同熱空氣發(fā)生強烈的熱交換，迅速排除本身的水分，在幾秒至幾時秒內(nèi)獲得干燥。如與高溫400-500℃的熱風接觸需0.01-0.04秒內(nèi)就完成干燥，與100-150℃的熱風接觸需1-3秒就完成干燥。成品以粉末狀態(tài)沉降于干燥器的底部排出。噴霧干燥機2023/11/11302023/11/1131一、噴霧干燥的優(yōu)缺點32噴霧干燥適宜干燥的物料：33二、對噴霧干燥機的要求

（1）物料在干燥過程中，凡與物料相接觸的設備部位，必須便于清洗滅菌。（2）應采取措施防止焦粉，避免熱空氣產(chǎn)生逆流，滿足工藝要求。

(３)要保證熱風潔凈，檢查風管和加熱器中是否有鐵銹或滲漏保溫材料，以防混入產(chǎn)品。

(４）為了提高產(chǎn)品的溶解度，速溶性，干燥的產(chǎn)品，應迅速從干燥室連續(xù)排出，經(jīng)冷卻后包裝。（５）排風溫度不允許超過要求，以保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全。（６）為提高干燥室的熱效率。噴霧時被干燥的料液和熱空氣均勻接觸，加熱器、干燥室和熱風管，需隔熱保溫。（7）對粘性物料，應采取措施盡量減少粘壁現(xiàn)象。二.噴霧干燥器的分類（一）按生產(chǎn)流程分類（二）按噴霧和氣體流動方向分類（三）按霧化方法分類2023/11/1135噴霧干燥的應用噴霧干燥作為現(xiàn)代對流干燥方法之一被廣泛地應用于化工、食品、生物、制藥等工業(yè)中，用于干燥真溶液、膠體溶液、懸濁液、乳濁液、漿料液和可流動的膏狀料，特別是用來干燥乳及乳制品、蛋、酵母、維生素、酶制劑、血液和血漿代用品、咖啡、粉末油脂等。2023/11/1136流化床干燥器又稱沸騰床干燥器，是20世紀60年代發(fā)展起來的一種新型干燥設備。所謂流化床，是指在一個設備中，將顆粒物料堆放在分布板上，當氣流由設備的下部通向床層，隨著氣流速度加大到某種程度，固體顆粒在床內(nèi)就會產(chǎn)生沸騰狀態(tài)，這種床層稱為流化床，采用這種方法干燥成為流化床干燥。流化床干燥在食品中應用，主要應用于干燥碎麥芽、湯料粉、大麥、果汁顆粒、砂糖、干酪素、葡萄糖、人造肉等。流化床及噴動床干燥機2023/11/1137

一、流化床干燥的特點

（1）物料與熱風的接觸面積大，體積傳熱系數(shù)較高，一般在8.36～25.08MJ/（m2

·ｈ·℃）。

（２）干燥速率大，物料在設備內(nèi)停留時間短，適宜于熱敏性物料的干燥。

（３）物料受熱時間的調(diào)節(jié)范圍大，可使產(chǎn)品的終水分達較低程度。

（４）所用設備結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，操作維修方便。（5）密封性好，機械運轉(zhuǎn)部分不與物料直接接觸，對衛(wèi)生指標要求高的食品干燥十分有利。（6）對被干燥物料的顆粒有一定的限制。（7）對易結(jié)塊物料因容易產(chǎn)生與設備壁間粘結(jié)而不適用。（8）單層流化床難以保證物料干燥均勻。38流化原理流化三種情況：39三、流化床干燥機的類型、組成和特點按結(jié)構(gòu)形式分為單層型、多層型、多室型。立式和臥式。按附加裝置分有帶振動器和間接加熱器的．按作業(yè)方式分為連續(xù)式和間歇式。以下介紹幾種常用的流化床干燥機．402023/11/1141真空干燥機在常壓下的各種加熱干燥方法，因物料受熱，其色、香、味和營養(yǎng)成分均受到一定損失。若在低壓條件下，對物料加熱進行干燥，能減少品質(zhì)的損失。這種方法稱為真空干燥．特征和類型特征：①物料在干燥過程中的溫度低、避免過熱。水分容易蒸發(fā)，干燥時間短，同時可使物料形成多孔狀組織，產(chǎn)品的溶解性、復水性。色澤和口感較好；②能將物料干燥到很低的水分；③可用較少的熱能。得到較高的干燥速率，熱量利用經(jīng)濟；④適應性強，對不同性質(zhì)、不同狀態(tài)的物料，均能適應；⑤與熱風干燥相比，設備投資和動力消耗較大，產(chǎn)量較低。型式：箱型、轉(zhuǎn)筒型、帶式連續(xù)型、噴霧薄膜型等。真空干燥設備帶式連續(xù)真空干燥設備：加工對象：液態(tài)食品產(chǎn)品：泡沫片狀，顆粒狀特點：干燥時間短，能形成多孔狀制品，能避免混入異物防止污染，可直接干燥高濃度，高粘度的物料。2023/11/11432023/11/11442023/11/1145帶式真空干燥機

真空干燥設備應用2023/11/1146冷凍干燥機械設備冷凍干燥，也叫升華干燥，就是將待干燥的濕物料在較低溫度下凍結(jié)成固態(tài)后，在高真空度的環(huán)境下，將已凍結(jié)了的物料中的水分，不經(jīng)過冰的融化而直接從固態(tài)升華為氣態(tài)，從而達到干燥的目的。冷凍干燥的基本原理

水的相圖

47食品冷凍干燥的三個階段：1.預凍階段，目的將物料溶液中的自由水分固化，使干燥后的產(chǎn)品與干燥前的形態(tài)基本相同，防止在抽真空干燥時出現(xiàn)氣泡、收縮等不可逆現(xiàn)象。2.升華干燥階段，此階段約可除去物料水分的90%。3.解析干燥，解析未被凍結(jié)的毛細管壁和極性基團上吸附的部分水分，通過更高的真空度完成此階段，結(jié)束后，產(chǎn)品含水量在0.5%-4%之間。2023/11/1148冷凍干燥特點（1）干燥溫度低，特別適合于高熱敏性物料的干燥；（2）能保持原物料的外觀形狀；（3）凍干制品具有多孔結(jié)構(gòu)，因而有理想的速溶性和快速復水性；（4）冷凍干燥脫水徹底，產(chǎn)品質(zhì)量輕、保存期長，若采用真空密封包裝，常溫下即可運輸、保存，十分簡便；（5）冷凍干燥需要較昂貴的專用設備，干燥周期長，能耗較大，產(chǎn)量小，加工成本高49冷凍干燥機械設備組成部件冷凍干燥室、冷凝器、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。食品冷凍干燥機主要有間歇式和連續(xù)式兩種形式。2023/11/1150冷凍干燥在食品工業(yè)中的應用冷凍干燥在食品工業(yè)中常用于肉類、水產(chǎn)類、蔬菜類、速溶咖啡、香料等的干燥。在軍需食品、遠洋食品、宇航食品、登山食品等領域有非常好的應用前景。目前，使用冷凍干燥方法的食品主要有：土特產(chǎn)品，如野菜類食品；快食類食品，如方便面中的脫水蔬菜；調(diào)味品，如香精、香料、天然色素等；保健品，如花粉、名貴中草藥提取物等；飲料產(chǎn)品，如麥乳精和其他顆粒型飲料制劑等；特殊用途食品，如遠洋、宇航、軍隊等行業(yè)所需食品。51電磁輻射食品干燥機械與設備電磁輻射干燥食品指的是利用不同力場作用給食品物料和它周圍的介質(zhì)施加運動，使食品物料的加熱和干燥過程加速，干燥過程得到大大強化。目前，主要利用電磁感應加熱（高頻、微波）或紅外線輻射效應干燥食品。電磁輻射是一種能量而不是熱量，但可以在電介質(zhì)中轉(zhuǎn)化為熱量，離子傳導和偶極子轉(zhuǎn)動是電磁輻射的主要原因。2023/11/1152微波干燥及其主要設備微波是指波長在1mm~1m范圍的電磁波，其相應的頻率范圍在300-300000MHz。微波的傳統(tǒng)應用是作為傳遞信息的媒介，應用于雷達、通訊等領域。近年來，最為一種能量場廣泛用于干燥和加熱操作中。目前廣泛使用的是915MHz和2450MHz兩個頻率。微波加熱基本原理通過電場直接作用于被干燥物料的分子，使其運動、相互摩擦而發(fā)熱，由于發(fā)熱而產(chǎn)生溫度梯度，推動水分子自物料內(nèi)部向表面移動，達到干燥的目的。53微波干燥的特點（1）加熱速度快；（2）加熱均勻；（3）加熱具有選擇性；（4）過程控制迅速；（5）節(jié)省投資。微波干燥設備的主要組成直流電源、微波發(fā)生器、冷卻裝置、微波傳輸元件，加熱器、控制及安全保護系統(tǒng)等。2023/11/11542023/11/1155箱式微波加熱器主要有矩形諧振腔、輸入傳導、反射板和攪拌器等組成。由于在操作中諧振腔是密封的，故微波能泄漏很少，安全性很高。2023/11/1156遠紅外熱輻射干燥遠紅外干燥利用遠紅外輻射發(fā)出的遠紅外線為被加熱物質(zhì)吸收，直接轉(zhuǎn)化為熱能，使物體升溫而達到加熱干燥的目的。此技術具有高效、優(yōu)質(zhì)、低耗等特點，在食品行業(yè)中廣泛用于面包、餅干的烘烤操作。遠紅外輻射加熱原理遠紅外線是波長在5.6μm以上的紅外線。其加熱干燥的原理是當被加熱物體中的固有振動頻率和射入該物體的遠紅外線的頻率一致時，就會產(chǎn)生強烈的共振，使物體中的分子運動加劇，因而溫度迅速升高，即物體內(nèi)部分子吸收到紅外輻射能，直接轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴮崿F(xiàn)干燥。2023/11/1157遠紅外輻射元件一般有三部分組成：熱源（電熱器、煤氣或蒸汽加熱器）、基體（金屬、碳化硅、陶瓷或耐火材料等）和涂覆層（主要為金屬氧化物）其工作順序：有熱源發(fā)出的熱，通過基體傳遞到遠紅外輻射涂層，在涂層的表面輻射出遠紅外線。常用的有金屬氧化鎂管遠紅外輻射加熱器、碳化硅管遠紅外輻射加熱器和乳白石英管紅外輻射加熱器。2023/11/1158遠紅外干燥設備遠紅外加熱干燥爐帶式爐：以鋼絲帶或履帶傳送物體，物料可直接放在帶面上，適用于烘烤餅干等食品；鏈式爐：以兩條或多條平行的同軸傳動的鏈條作傳動帶，物料用盤子裝載后放在鏈上送入爐內(nèi)，適用于面包的烘烤等。遠紅外干燥滅菌烘箱（見右圖）2023/11/1159干燥設備的選型一、選型前需要確定的條件和要求（一）當?shù)氐馁Y源與自然條件１.熱源和動力可提供的煤、電、油等情況。２．原料來源地、批量與供料季節(jié)、方式等。３．自然條件溫度、相對濕度等。４．交通運輸?shù)缆放c運輸設備等。（二）物料性能及干燥特征１．物料的形態(tài)包括大小、形狀、固態(tài)或液態(tài)等。２．物料的物理特性包括密度、粘附性和含水量及其結(jié)合狀態(tài)等。３．干燥特性包括熱敏性和受熱收縮、表層結(jié)殼等性質(zhì)。（三）對干燥產(chǎn)品的要求１．對產(chǎn)品產(chǎn)量的要求按單位時間的成品產(chǎn)量或原料處理量或水蒸發(fā)量計量。２．對產(chǎn)品形態(tài)的要求包括幾何形狀，結(jié)晶光澤和結(jié)構(gòu)等。３．對產(chǎn)品水分的要求產(chǎn)品水分高低。４．對產(chǎn)品干燥均勻性的要求。５．對產(chǎn)品的衛(wèi)生要求符合衛(wèi)生標準。60二、選型的步驟（1）首先按濕物料的形態(tài)、物理特性和對產(chǎn)品形態(tài)、水分等要求，初選干燥器的類型。（２）按投資能力和處理量的大小，確定設備規(guī)模，操作方法（連續(xù)作業(yè)或間歇作業(yè)），自動化程度。（３）根據(jù)物料的干燥特性和對產(chǎn)品品質(zhì)的要求，確定采用常壓干燥或真空干燥；單溫區(qū)干燥或多溫區(qū)干燥。（4）根據(jù)熱源條件和干燥方法，確定加熱裝置。（５）按處理量估算出干燥器的容積。（６）按原料、設備、及作業(yè)等費用，估算產(chǎn)品成本。2023/11/1161國內(nèi)外干燥機械技術研究進展國內(nèi)外在干燥技術上發(fā)展總的趨勢是：裝