食品技术原理课程讲稿－绪论 第 1 页 ，共 29 页 第八章 干燥设备 第一节 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。 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。 要使水分从物料转移到气相，物料必须受热，水分吸收热量才能汽化。物料 受热的方式仍然就是三种基本传热方式，即对流、传导和辐射。因此根据传热方 式的不同干燥分热风干燥、接触干燥和辐射干燥。 物料中水分的汽化可以在不同的状态下进行，水分是在液态下汽化的，倘若 预先将物料中水分冻结成冰，而后在极低的压力下，使之直接升华而转入气相， 这种干燥称为冷冻干燥或冷冻升华干燥。 （应用：）干燥在国民经济各部门都有着重要意义。食品工业中干燥操作是 一项最基本的单元操作，对于干燥食品它是一项主要的单元操作。例如：果蔬的 干制，奶粉和蛋黄粉的制造，面包饼干的焙烤和淀粉的制造等等。另外发酵食品， 味精，柠檬酸，酶制剂等等。啤酒生产中麦芽干燥，制糖生产中砂糖的干燥等。 目的：食品干燥目的是去除物料中的水分，减少其体积和重量，便于产品的 储存和运输；可防止微生物在成品中繁殖。 干燥的方法： 热风干燥-空气干燥法 此法直接以高温的空气作热源，籍对流传热，将 热量传给物料，使水分汽化同时被空气带走。 接触干燥法：此法是间接靠间壁的导热，将热量传给与间壁接触的物料。热 源可为水蒸气、热水、燃气、热空气等。 辐射法：此法是利用红外线、远红外线、微波或介电等能源将热量产给物料。 干燥通常是产品生产过程中最后一道工序，因此与产品质量，最终产品有着 重要关系。如果干燥过程控制不好，会使产品变质而受到损失。食品多为热敏性 物料，在干燥过程中如果控制不好导致变质，破坏其色、香、味，影响产品质量。 干燥方法和干燥设备的选择，应根据产品的特点，产量、经济性等综合考虑。 目前食品产品的干燥广泛采用的是空气干燥法。 空气干燥设备按工作原理分为：气流干燥、沸腾干燥和喷雾干燥。气流干燥： 高速热气流将颗粒悬浮于气流忠，一边与热气流并流输送，一边进行干燥。沸腾 干燥：颗粒呈悬浮状态。本章主要介绍干燥设备。 干燥的推动力：水分在气相传递的推动力为物料表面附近的一层气膜的蒸气 分压与气相主体中蒸汽分压之差。由于物料水分汽化是在表面进行，故逐渐形成 从物料内部到表面的湿度梯度，此湿度梯度即为干燥的推动力。温度梯度也可以 使物料内部水分方式传递，称为热传递。水分将从温度高处向低温处转移。对于 任一种干燥方法，上述两梯度均存在于物料内部。 第二节 喷雾干燥技术装备 一.、喷雾干燥原理及特性 （一）喷雾干燥原理
食品技术原理课程讲稿－绪论 第 1 页 ，共 29 页 第八章 干燥设备 第一节 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。 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。 要使水分从物料转移到气相，物料必须受热，水分吸收热量才能汽化。物料 受热的方式仍然就是三种基本传热方式，即对流、传导和辐射。因此根据传热方 式的不同干燥分热风干燥、接触干燥和辐射干燥。 物料中水分的汽化可以在不同的状态下进行，水分是在液态下汽化的，倘若 预先将物料中水分冻结成冰，而后在极低的压力下，使之直接升华而转入气相， 这种干燥称为冷冻干燥或冷冻升华干燥。 （应用：）干燥在国民经济各部门都有着重要意义。食品工业中干燥操作是 一项最基本的单元操作，对于干燥食品它是一项主要的单元操作。例如：果蔬的 干制，奶粉和蛋黄粉的制造，面包饼干的焙烤和淀粉的制造等等。另外发酵食品， 味精，柠檬酸，酶制剂等等。啤酒生产中麦芽干燥，制糖生产中砂糖的干燥等。 目的：食品干燥目的是去除物料中的水分，减少其体积和重量，便于产品的 储存和运输；可防止微生物在成品中繁殖。 干燥的方法： 热风干燥-空气干燥法 此法直接以高温的空气作热源，籍对流传热，将 热量传给物料，使水分汽化同时被空气带走。 接触干燥法：此法是间接靠间壁的导热，将热量传给与间壁接触的物料。热 源可为水蒸气、热水、燃气、热空气等。 辐射法：此法是利用红外线、远红外线、微波或介电等能源将热量产给物料。 干燥通常是产品生产过程中最后一道工序，因此与产品质量，最终产品有着 重要关系。如果干燥过程控制不好，会使产品变质而受到损失。食品多为热敏性 物料，在干燥过程中如果控制不好导致变质，破坏其色、香、味，影响产品质量。 干燥方法和干燥设备的选择，应根据产品的特点，产量、经济性等综合考虑。 目前食品产品的干燥广泛采用的是空气干燥法。 空气干燥设备按工作原理分为：气流干燥、沸腾干燥和喷雾干燥。气流干燥： 高速热气流将颗粒悬浮于气流忠，一边与热气流并流输送，一边进行干燥。沸腾 干燥：颗粒呈悬浮状态。本章主要介绍干燥设备。 干燥的推动力：水分在气相传递的推动力为物料表面附近的一层气膜的蒸气 分压与气相主体中蒸汽分压之差。由于物料水分汽化是在表面进行，故逐渐形成 从物料内部到表面的湿度梯度，此湿度梯度即为干燥的推动力。温度梯度也可以 使物料内部水分方式传递，称为热传递。水分将从温度高处向低温处转移。对于 任一种干燥方法，上述两梯度均存在于物料内部。 第二节 喷雾干燥技术装备 一.、喷雾干燥原理及特性 （一）喷雾干燥原理
食品技术原理课程讲稿－绪论 第 2 页 ，共 29 页 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。 （二）液滴的干燥特性 在喷雾干燥过程中，即使初速度很高，但由于液滴很小，其雷诺准数 Re 一 般都是很低的，约在 1/10-100 范围 以内。小于 50µm 的液滴，遂以 100-150m/s 的相对速度运动，但 Re 也不超过 200。当液滴速度很快衰减到与 气流的速度相等时，其 Re 小于 2。 传热膜系数： 当纯液滴在空气流中的运动的 Re<2 时可按传热方程式计算： ) ] 3600 2[1 0.3( ) ( 1/ 3 1/ 2 g g g hDp Dp g C − = + − 式中：h-传热膜系数，w/m2 .k Dρ-液滴直径，m λ-热空气热导率，w/m.k ρg-气体的密度，Kg/m3 µg-气体的粘度，Kg/m.s Cg-气体的比热，J/Kg.k v-液滴与空气的相对速度，m/s 在喷雾干燥过程中，空气膜的平均温度约为 100℃，即可将 Cg,ρg,µg ,λ 等值代入上式，并以 Dρ 换成 µm 单位，则上式可转化为: 1/ 2 3200( ) 53600 Dp Dp h = + 传热膜系数与液滴直径成正比，与气体相对速度（V）的平方根成正比 （三）喷雾干燥对设备的要求 1、 食品在干燥过程中，凡与产品性接触的部位，必须便于清洗灭菌； 2、 应采取措施防止焦粉，防止热空气产生涡流与逆流，满足工艺要求； 3、 产品中杂质的增加应特别注意，保证热风清洁。由于空气过滤器效 果不好，风管及加热器中心中的铁锈以及保温层中材料的泄漏所造 成的； 4、 为了便于检查生产运行情况，应配置温度、压力指示记录仪、灯孔 等； 5、 具有高回收率的粉尘回收装置； 6、 为了提高产品的溶解性、速溶性，干燥的产品应迅速从干燥室取出 冷却（连续出粉）； 7、 干燥室内温度及排风温度不许超过 100℃，它不仅是保证质量，而 且是安全问题（因为气体中粉浓度达到一定值，温度大于 160℃， 若遇闪火，爆炸）； 8、 提高干燥室的热效率，必须使喷雾时浓料液滴和热空气均匀接触， 其次，加热器、干燥室、风管等应予以保温。 9、 对于粘性物料应尽量减少粘壁现象。 二.喷雾干燥器的分类
食品技术原理课程讲稿－绪论 第 2 页 ，共 29 页 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。 （二）液滴的干燥特性 在喷雾干燥过程中，即使初速度很高，但由于液滴很小，其雷诺准数 Re 一 般都是很低的，约在 1/10-100 范围 以内。小于 50µm 的液滴，遂以 100-150m/s 的相对速度运动，但 Re 也不超过 200。当液滴速度很快衰减到与 气流的速度相等时，其 Re 小于 2。 传热膜系数： 当纯液滴在空气流中的运动的 Re<2 时可按传热方程式计算： ) ] 3600 2[1 0.3( ) ( 1/ 3 1/ 2 g g g hDp Dp g C − = + − 式中：h-传热膜系数，w/m2 .k Dρ-液滴直径，m λ-热空气热导率，w/m.k ρg-气体的密度，Kg/m3 µg-气体的粘度，Kg/m.s Cg-气体的比热，J/Kg.k v-液滴与空气的相对速度，m/s 在喷雾干燥过程中，空气膜的平均温度约为 100℃，即可将 Cg,ρg,µg ,λ 等值代入上式，并以 Dρ 换成 µm 单位，则上式可转化为: 1/ 2 3200( ) 53600 Dp Dp h = + 传热膜系数与液滴直径成正比，与气体相对速度（V）的平方根成正比 （三）喷雾干燥对设备的要求 1、 食品在干燥过程中，凡与产品性接触的部位，必须便于清洗灭菌； 2、 应采取措施防止焦粉，防止热空气产生涡流与逆流，满足工艺要求； 3、 产品中杂质的增加应特别注意，保证热风清洁。由于空气过滤器效 果不好，风管及加热器中心中的铁锈以及保温层中材料的泄漏所造 成的； 4、 为了便于检查生产运行情况，应配置温度、压力指示记录仪、灯孔 等； 5、 具有高回收率的粉尘回收装置； 6、 为了提高产品的溶解性、速溶性，干燥的产品应迅速从干燥室取出 冷却（连续出粉）； 7、 干燥室内温度及排风温度不许超过 100℃，它不仅是保证质量，而 且是安全问题（因为气体中粉浓度达到一定值，温度大于 160℃， 若遇闪火，爆炸）； 8、 提高干燥室的热效率，必须使喷雾时浓料液滴和热空气均匀接触， 其次，加热器、干燥室、风管等应予以保温。 9、 对于粘性物料应尽量减少粘壁现象。 二.喷雾干燥器的分类
食品技术原理课程讲稿－绪论 第 3 页 ，共 29 页 （一）按生产流程分类 1.开放式喷雾干燥系统 如图. 特点：载热体在系统中只使用一次就排入大气中，不再循环使用，结构简单， 适用于废气中湿含量较高，无毒无臭气体。缺点：载热体消耗量大， 简述流程： 压力喷雾，离心喷雾，气流喷雾都可以按照开放式系统设计。 2.封闭循环是喷雾干燥系统 特点：载热体在系统中组成一个封闭的循环回路，有利于节约载体热。 回收有机溶剂，防止污染大气，载热体大多使用惰性气体（如 N2,CO2 等）。 流程：从干燥塔排除的废气，经旋风除尘器除去微细粒子，然后进入冷凝器。 冷凝器的作用是将废气中的溶剂（或水分）冷凝下来，除湿后的尾气经鼓风机升 压，进入一个间接式加热器后又变为热风，如此往复循环使用
食品技术原理课程讲稿－绪论 第 3 页 ，共 29 页 （一）按生产流程分类 1.开放式喷雾干燥系统 如图. 特点：载热体在系统中只使用一次就排入大气中，不再循环使用，结构简单， 适用于废气中湿含量较高，无毒无臭气体。缺点：载热体消耗量大， 简述流程： 压力喷雾，离心喷雾，气流喷雾都可以按照开放式系统设计。 2.封闭循环是喷雾干燥系统 特点：载热体在系统中组成一个封闭的循环回路，有利于节约载体热。 回收有机溶剂，防止污染大气，载热体大多使用惰性气体（如 N2,CO2 等）。 流程：从干燥塔排除的废气，经旋风除尘器除去微细粒子，然后进入冷凝器。 冷凝器的作用是将废气中的溶剂（或水分）冷凝下来，除湿后的尾气经鼓风机升 压，进入一个间接式加热器后又变为热风，如此往复循环使用
食品技术原理课程讲稿－绪论 第 4 页 ，共 29 页 适用于：可燃性溶剂系统，溶剂需回收，产生有污染的臭气。粉料与空气混 合爆炸等。 3.自惰循环是喷雾干燥系统 自惰就是指系统中有一个自制惰性气体的装置。在这个装置中，引入空气和 可燃性气体进行燃烧，将空气中的氧气烧掉，剩下氮气和二氧化碳作为干燥介质。 为使系统中气体压力平衡，在鼓风机出口处安装一个放气减压装置，部分空气可 排放到大气中。适用于：有臭气发出，产品有高度爆炸性，着火危险，通过燃烧 消除掉臭气和产品粉末。 4.半封闭循环是喷雾干燥系统 系统中有一燃烧器。半封闭在于干燥介质燃烧去臭气后一部分排入大气，另 一部分燃烧后循环使用。 （二）按喷雾和气体流动方向分类
食品技术原理课程讲稿－绪论 第 4 页 ，共 29 页 适用于：可燃性溶剂系统，溶剂需回收，产生有污染的臭气。粉料与空气混 合爆炸等。 3.自惰循环是喷雾干燥系统 自惰就是指系统中有一个自制惰性气体的装置。在这个装置中，引入空气和 可燃性气体进行燃烧，将空气中的氧气烧掉，剩下氮气和二氧化碳作为干燥介质。 为使系统中气体压力平衡，在鼓风机出口处安装一个放气减压装置，部分空气可 排放到大气中。适用于：有臭气发出，产品有高度爆炸性，着火危险，通过燃烧 消除掉臭气和产品粉末。 4.半封闭循环是喷雾干燥系统 系统中有一燃烧器。半封闭在于干燥介质燃烧去臭气后一部分排入大气，另 一部分燃烧后循环使用。 （二）按喷雾和气体流动方向分类
食品技术原理课程讲稿－绪论 第 5 页 ，共 29 页 并流，逆流和混合型三种 1.并流：在喷雾干燥室内，液滴与热风呈同方向流动 。 常用的基本形式：垂直下降并流（特点是：塔壁粘粉比较少），垂直上升并 流行型（要求干燥塔截面风速要大于干燥物料的悬浮速度，以保证物料能被带走。 由于在干燥室内细粉干燥时间短，粗粒干燥时间长，产品具有均匀干燥的特点。 但动力消耗大。）水平并流型（热风在干燥室内呈螺旋状运动，以便与液滴均匀 混合，并能延长干燥时间。液滴水平喷出（压力喷雾）。缺点是处理量增加时， 需增加压力喷枪数目，但由喷雾距离小，喷雾角度受一定限制，在清扫产品时存 在问题不小。渐渐被淘汰）。 由于高温热风进入干燥室立即与（含水多的物料）喷雾液滴接触，室内温度 急降，不会使干燥的物料受热过度，料温升高较小，因此适宜于热敏性物料的干 燥。风与物料接触不充分，越到底部，传热温差小，传热速率小。 在并流系统中，最热的干燥空气与水分含量最大的液滴接触，因而迅速蒸发， 液滴表面温度接近于空气的湿球温度，同时空气的温度也随着降低，因此，从液 滴到干燥成品的整个过程中，物料的温度不高，这对于热性物料的干燥是特别有 利的。这时，由于蒸发速度，液滴膨胀甚至破裂，因此并流操作时所得产品常为 非球形的多孔颗粒，具有较低的视密度。 在食品工业中，如牛奶，果汁，鸡蛋液物料的干燥，绝大多数采用并流喷雾 干燥 2.逆流是喷雾干燥器
食品技术原理课程讲稿－绪论 第 5 页 ，共 29 页 并流，逆流和混合型三种 1.并流：在喷雾干燥室内，液滴与热风呈同方向流动 。 常用的基本形式：垂直下降并流（特点是：塔壁粘粉比较少），垂直上升并 流行型（要求干燥塔截面风速要大于干燥物料的悬浮速度，以保证物料能被带走。 由于在干燥室内细粉干燥时间短，粗粒干燥时间长，产品具有均匀干燥的特点。 但动力消耗大。）水平并流型（热风在干燥室内呈螺旋状运动，以便与液滴均匀 混合，并能延长干燥时间。液滴水平喷出（压力喷雾）。缺点是处理量增加时， 需增加压力喷枪数目，但由喷雾距离小，喷雾角度受一定限制，在清扫产品时存 在问题不小。渐渐被淘汰）。 由于高温热风进入干燥室立即与（含水多的物料）喷雾液滴接触，室内温度 急降，不会使干燥的物料受热过度，料温升高较小，因此适宜于热敏性物料的干 燥。风与物料接触不充分，越到底部，传热温差小，传热速率小。 在并流系统中，最热的干燥空气与水分含量最大的液滴接触，因而迅速蒸发， 液滴表面温度接近于空气的湿球温度，同时空气的温度也随着降低，因此，从液 滴到干燥成品的整个过程中，物料的温度不高，这对于热性物料的干燥是特别有 利的。这时，由于蒸发速度，液滴膨胀甚至破裂，因此并流操作时所得产品常为 非球形的多孔颗粒，具有较低的视密度。 在食品工业中，如牛奶，果汁，鸡蛋液物料的干燥，绝大多数采用并流喷雾 干燥 2.逆流是喷雾干燥器