第12章食品千燥原理797 表12-1若干食品的平衡水分M.(湿基，25℃) 空气相对湿度P/% 15 30 45 60 75 90 100 面粉 6.7 9.1 10.8 12.7 15.0 19.1 24.5 大米 6.6 9.2 11.3 13.4 15.6 18.8 玉米 6.4 8.4 10.5 12.9 14.8 19.1 23.8 大麦 6.0 8.4 10.0 12.1 14.4 19.5 26.8 燕麦 5.7 8.0 9.6 11.8 13.8 18.5 24.1 由此可见，物料的平衡水分不仅随物料的种类而异，而且对同一物料，又因 所接触的空气性质的不同而不同。 由于许多种原因，吸附等温线不能用精确的计算方法求得，一般采用实验测 定的方法。实际上对大多数物料而言，温度对平衡水分的影响极小，平衡水分主 要取决于空气的相对湿度。 在任何干燥情况下，如果干燥湿空气的温度和湿度不变，则相当于此空气状 态下的物料平衡水分即为此物料可以干燥的限度。而在干燥操作中所能除去的水 分，即是物料中所含大于平衡水分的水分，故称为可除去水分。 4 湿物料常压热风干燥过程 热风干燥通常也称为空气干燥，在多数情况下，空气干燥器由两个主要部分 组成，即进行预热空气的加热器（间壁式换热器或电热器）和使物料进行干燥的 干燥室。在个别情况下，也有将两者合一的，即干燥室内设有加热装置。图12 11是由预热器和干燥室组成的连续式干燥系统。如图12-11所示，湿物料由进 口送入干燥室，借输送机械在干燥室内移动，干物料由出口卸出。新鲜空气由风 机送人预热器中，预热至一定温度后，进人干燥室。当其与物料接触后，进行湿 交换和热交换，带走汽化的水分，并从出口作为废气排出。 显然，空气沿干燥室流动过程中要发生状态的变化，所以，干燥过程不是 在恒定的条件下进行，而是在空气与物料的热力性质不断变化的情况下完成 的
798食品工程原理 湿物料, 2 空气L,d山 废气L,山 y中，h日 T2,中2，h2 干湿物料m2,M2,02 1.空气预热器2.干燥室 图12-11空气干燥器流程示意图 4.1热风千燥过程计算 (1)产品量和汽化水分量物料在干燥过程中，虽然湿物料的质量在不断减 少，但绝对干物质的量却不变。设m1为干燥前每小时处理的湿物料量，2为 干燥后每小时的产品量，Mw1、Mw2分别为干燥前和干燥后的湿基水分，ma绝 对干物质的量，ms为每小时汽化水分量，则 md=m1(1-Mw1）=m2(1-Mw2) (12-23) 由此得干燥产品量为 (1-Mw1) m2=m1(1-Mw2） (12-24) ms=m1-m2=mi Mo M2=m2 Mwl-Mw2 1-Mw2 1-Mw1 (12-25) 由上式可知，只要测出物料的初始水分M1,并根据生产要求确定每小时 所需的干燥产品量和干燥后的产品水分M2,就可计算出每小时投入干燥室的 湿物料量和干燥室排出的水分量ms (2)空气消耗量干燥中湿物料汽化的水分等于空气中增加的水分。设L为通 过干燥室的干空气量，d山1，d2为进人干燥室和离开干燥室空气的湿含量，则 md(Md-M)=L(d2-d)=ms 由此得 L=aM二M2=d2=d ms (12-26) d2-d1
第12章食品干燥原理799 或 1-=a,a 1 (12-26a) 上式中的！为汽化1kg水分所消耗的干空气量，称为单位质量空气消耗量。 (3)热耗量主要是求空气在预热器内获得的热量，为配置干燥系统中的加 热器提供参考。参照图12-11，设Q0为预热器供给的热量，kJh；Lho为空气 带入的热量，kh;Lh2为废气带出的热量，kJh:∑QL为因物料、运输机械 的出入和干燥室的散热所造成的热损失，kJh。 上式输入热量各项的总和应等于输出热量的总和，即 Qo Lho Lh2 +>QL 或 Q0=L(h2-ho)+∑Q1 (12-27) 若以汽化1kg水分所需要的热量计算，则 0=02=(h2-a0)+∑qL (12-28) 又因qo=l(h1-ho) 所以 l(h1-ho)=l(h2 -ho)+qL 分 l(h1-h2)=9L (12-29) 式(12-29)表明，空气在干燥室内状态变化过程取决于各项热量损失之和 ∑qL。只有当∑qL=0时，过程才沿等焓线进行，即h1=h2。如果物料、输 送设备等的进出为带入热量，且大于散热损失，则∑qL<0,因而过程线在等 焓线上面。反之，如果物料、输送设备等的进出为带出热量，或物料进出虽然为 带人热量但小于散热损失，则∑qL>0，因而过程线在等焓线下面。 4.2干燥器的热效率、干燥效率和蒸发效率 干燥器的热量计算，不仅要确定干燥过程所需要的热量（热耗量），而且还 必须分析总热量的分配情况，即有效热量和热损失所占的比例，以便提高热能的 利用率。 干燥器的热效率是指空气在干燥室内放出的显热量与空气在预热器中获得的 热量之比。由于干燥过程中湿空气的比热容近似不变，故可按下式进行近似计算
800食品工程原理 %=2，二2×10% (12-30) 关于干燥器的干燥效率定义，目前尚无统一说法。多数人认为干燥效率是指 用于蒸发水分所需的热量与干燥室内空气放出的显热量之比，即 mdLy 7D=LcH(T1-T2)=L(1.00+1.93d)(T1-T2)×100% (12-31) 式中：cH为湿空气的比热容；Lv为水的汽化潜热；m为水分汽化量。 干燥器的蒸发效率是指干燥室内的实际蒸发能力与排气完全被水蒸气饱和的 理想蒸发能力之比。可近似为 T1-T4×100% =Ti-T. (12-32) 式中T。为进人干燥室的湿空气的绝热饱和温度。 干燥器的热效率和干燥效率反映了在干燥操作中热能的利用程度。效率愈 高，表示热量利用的程度愈好。当外界空气温度一定时，提高干燥室进口温度 T1,降低排风温度T2,以及增加湿度，则能节约空气消耗量和提高热效率，同 时也可减少输送空气的动力消耗。但温度提高必须考虑到食品物料的耐热性。例 如干燥奶粉时，奶粉中酪蛋白对热极为敏感，进风温度过高，易发生焦粉，排风 温度过低，干燥室内又易发生潮粉。因此在考虑通过提高进风温度，降低排风温 度来提高热效率时，必须考虑牛奶这一特性。一般对全脂奶粉，进风温度宜控制 在150~160℃，排风温度控制在70一80℃。 此外，废气循环也可提高干燥器的热效率。 4.3应用举例 [例12-1]空气的温度为30℃，露点温度为12℃，问：(1)当冷却到16℃ 时，相对湿度为多少？(2)有600m3的空气，当温度从30℃冷却到2℃时，能 失去多少千克水？ 解：()参照例题图，此题为一等湿冷却过程，在焓湿图上由饱和线上的 12℃处向右画一条水平线并与30℃的垂直线相交，其交点就是空气的初始状态 点。由此点向左再画一条水平线与16℃的垂直线相交，则交点处的相对湿度即