农产物料干燥技术第四章物料干燥与贮藏.ppt
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1、第四章第四章第四章第四章 物料干燥与贮藏物料干燥与贮藏物料干燥与贮藏物料干燥与贮藏第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 一、物料的物理特性一、物料的物理特性 1 1、物料比热、物料比热物料温度升高物料温度升高1 1度所需的热量,称为物料的热容量。度所需的热量,称为物料的热容量。使使1kg1kg物料温度升高物料温度升高1 1度所需的热量,称为物料的比热。度所需的热量,称为物料的比热。符号符号c c表示,单位为表示,单位为J/kgKJ/kgK 物料不同,干物质组成分不同,水分含量不同,其比热物料不同,干物质组成分不同,水分含量不同,其比热是不相同的。是不相同的。c cs s=c=cg g+(41
2、86-c+(4186-cg g)c cs s-湿物料比热湿物料比热 J/kgK J/kgK c cg g-绝干物料比热绝干物料比热 J/kgK J/kgK -物料湿基含水率物料湿基含水率%第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 一、物料的物理特性一、物料的物理特性 2 2、物料的导热系数、物料的导热系数 物料传导热量的能力,称为物料的导热性。物料传导热量的能力,称为物料的导热性。符号符号表示,单位为表示,单位为W/mKW/mK 物料温度上升的快慢主要决定于物料个体的导热性、空物料温度上升的快慢主要决定于物料个体的导热性、空气温度以及空气的比消耗量气温度以及空气的比消耗量第一节第一节 物料干燥机
3、理物料干燥机理 一、物料的物理特性一、物料的物理特性 3 3、物料的导温系数、物料的导温系数物料的导温系数是衡量物料受热后温度传递变化大小的一物料的导温系数是衡量物料受热后温度传递变化大小的一个重要参数,符号个重要参数,符号d d表示,单位为表示,单位为m m2 2/s/s。物料的导温系数物料的导温系数d d与物料的导热系数成正比,与比热和密与物料的导热系数成正比,与比热和密度成反比。度成反比。d=/cd=/c 式中式中 d d导温系数(导温系数(m2/sm2/s)导热系数(导热系数(W/mKW/mK)c c 物料比热(物料比热(J/kgKJ/kgK)物料密度(物料密度(kg/m3kg/m3)
4、第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 一、物料的物理特性一、物料的物理特性 4 4、物料受热的允许温度、物料受热的允许温度 物料在干燥过程中,除脱水之外,还伴随发生生化变物料在干燥过程中,除脱水之外,还伴随发生生化变化。假如物料温度掌握的得不适当,就可能导致变质。化。假如物料温度掌握的得不适当,就可能导致变质。如:如:粮食粮食 作为种籽粮为要保证其发芽能力,又要杀灭虫害,粮温以作为种籽粮为要保证其发芽能力,又要杀灭虫害,粮温以4343为限(多数谷物在为限(多数谷物在5252时就会杀死胚芽);作为商品粮,为了时就会杀死胚芽);作为商品粮,为了减小其爆腰倾向和防止蛋白质变性,粮温一般不超过减小其
5、爆腰倾向和防止蛋白质变性,粮温一般不超过5050为好,但为好,但用于磨粉时粮温可高达用于磨粉时粮温可高达6060;饲料粮的粮温允许更高一些(极限温;饲料粮的粮温允许更高一些(极限温度可接近度可接近9090)。)。第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 二、物料含水率及其测定二、物料含水率及其测定 1 1、物料含水率、物料含水率 物料含水率系指物料含水率系指100g100g物料中所含水分的克数,以百分物料中所含水分的克数,以百分数或小数表示。数或小数表示。物料含水率有物料含水率有湿基含水率湿基含水率和和干基含水率干基含水率两种表达方式。两种表达方式。湿基含水率以湿基含水率以100g100g湿物料
6、为计算基准湿物料为计算基准,其计算式:,其计算式:式中式中 物料湿基含水率物料湿基含水率 W W 100 100克湿物料的含水量(克湿物料的含水量(g g)mg mg 100 100克湿物料的绝干物质含量(克湿物料的绝干物质含量(g g)第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 二、物料含水率及其测定二、物料含水率及其测定 1 1、物料含水率、物料含水率 干湿基含水率以干湿基含水率以100g湿物料中的绝干物料量为计算基湿物料中的绝干物料量为计算基准准,其计算式:,其计算式:式中式中 g 物料湿基含水率物料湿基含水率 湿基含水率与和干基含水率的换算关系:湿基含水率与和干基含水率的换算关系:第一节第
7、一节 物料干燥机理物料干燥机理 二、物料含水率及其测定二、物料含水率及其测定 2 2、物料含水率的测定、物料含水率的测定 含水率测定方法有含水率测定方法有直接直接和和间接间接法两类法两类 烘箱法烘箱法 应用最广泛的、精确的直接测定方法应用最广泛的、精确的直接测定方法 电阻水分测定仪(间接法)电阻水分测定仪(间接法)利用物料电阻随水分含量而变化的特性制成的。利用物料电阻随水分含量而变化的特性制成的。电容式水分测定仪(间接法)电容式水分测定仪(间接法)利用电容器电容量随置于电容器两极之间的物料利用电容器电容量随置于电容器两极之间的物料水分含量而变化的特性制成的。水分含量而变化的特性制成的。第一节第
8、一节 物料干燥机理物料干燥机理 三、物料干燥机理三、物料干燥机理 物料干燥是一个复杂的物理化学过程。物料的干燥过物料干燥是一个复杂的物理化学过程。物料的干燥过程,伴随着水分和能量的交换与转移。程,伴随着水分和能量的交换与转移。1 1、自由表面水分的汽化、自由表面水分的汽化 空气与个体物料接触的表面称为空气与个体物料接触的表面称为自由表面自由表面。物料个体的干燥,最后都是通过个体表面进行的。物料个体的干燥,最后都是通过个体表面进行的。水在自由表面的蒸发与汽化有如下特点:水在自由表面的蒸发与汽化有如下特点:第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 三、物料干燥机理三、物料干燥机理 1 1、自由表面水
9、分的汽化、自由表面水分的汽化当物料湿度大的时候,自由表面被饱和水蒸汽所包围;当物料湿度大的时候,自由表面被饱和水蒸汽所包围;水蒸汽层的水蒸汽分压力,等于水在相同温度下的饱和水蒸汽层的水蒸汽分压力,等于水在相同温度下的饱和水蒸汽压力。温度越高,其值越大;温度越低,其值越小。水蒸汽压力。温度越高,其值越大;温度越低,其值越小。此时物料的干燥有赖于水蒸汽层水分子的扩散运动和空气此时物料的干燥有赖于水蒸汽层水分子的扩散运动和空气的流动速度。的流动速度。温度高,水蒸汽分压力增大,水分子扩散运动加剧;空温度高,水蒸汽分压力增大,水分子扩散运动加剧;空气流速大,可以减薄水蒸汽层的厚度。气流速大,可以减薄水蒸
10、汽层的厚度。故提高温度和增加气流速度,可以加快物料的干燥过程。故提高温度和增加气流速度,可以加快物料的干燥过程。第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 三、物料干燥机理三、物料干燥机理 1 1、自由表面水分的汽化、自由表面水分的汽化当物料湿度低时,自由表面不再被饱和水蒸汽所包围,当物料湿度低时,自由表面不再被饱和水蒸汽所包围,尤其是在物料个体内部水分扩散速度跟不上表面汽化速度尤其是在物料个体内部水分扩散速度跟不上表面汽化速度时更是如此。时更是如此。但是,只要物料内的水分高于平衡水分,自由表面的但是,只要物料内的水分高于平衡水分,自由表面的水蒸汽分压力也总是高于空气的水蒸汽分压力,物料干燥水蒸汽
11、分压力也总是高于空气的水蒸汽分压力,物料干燥过程将继续进行,直到平衡为止。过程将继续进行,直到平衡为止。第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 三、物料干燥机理三、物料干燥机理 2 2、水分与物料干物质的结合形式、水分与物料干物质的结合形式 根据水分与物料的结合能把水分和物料的结合形式分根据水分与物料的结合能把水分和物料的结合形式分为为4 4类。类。(1 1)化学结合水分)化学结合水分 这种水分与物料的结合有准确的数量关系,结合得非常这种水分与物料的结合有准确的数量关系,结合得非常牢固,只有在化学作用或非常强烈的热处理(如煅烧)牢固,只有在化学作用或非常强烈的热处理(如煅烧)时才能将其除去。通
12、常干燥时不能排除化学结合水分。时才能将其除去。通常干燥时不能排除化学结合水分。(2)(2)物理物理-化学结合水化学结合水 这种水分与物料的结合无严格的数量关系,又称为吸附这种水分与物料的结合无严格的数量关系,又称为吸附结合水。这种水分只有变成蒸汽后,才能从物料中排除。结合水。这种水分只有变成蒸汽后,才能从物料中排除。第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 三、物料干燥机理三、物料干燥机理 2 2、水分与物料干物质的结合形式、水分与物料干物质的结合形式 (3 3)物理)物理-机械结合水分机械结合水分 毛细管中的水分属于此类。对于大毛细管(毛细管中的水分属于此类。对于大毛细管(1010-7-7m
13、m),这种毛细管只有直接与水接触才能充满。对于微毛细管这种毛细管只有直接与水接触才能充满。对于微毛细管(1010-7-7m m),可以通过吸附湿空气中的水蒸气使微毛细),可以通过吸附湿空气中的水蒸气使微毛细管充满液体,但这种水分仍属游离水。水是毛细管中既管充满液体,但这种水分仍属游离水。水是毛细管中既可以液体形式,也可以蒸汽形式移动(水蒸气分子的自可以液体形式,也可以蒸汽形式移动(水蒸气分子的自由行程平均为由行程平均为1010-7-7m m)。)。(4 4)可用机械方法(如过滤)除去的水分)可用机械方法(如过滤)除去的水分 留在物料细小容积骨架中的水分是生产过程中保留下来留在物料细小容积骨架中
14、的水分是生产过程中保留下来的。脱除这种水分只需克服流体流经物料骨架的流体阻的。脱除这种水分只需克服流体流经物料骨架的流体阻力即可。力即可。第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 三、物料干燥机理三、物料干燥机理 3 3、物料的水分汽化过程、物料的水分汽化过程 物料水分的汽化首先是从表面开始的。接着便因为物料水分的汽化首先是从表面开始的。接着便因为物料个体内外形成湿度差而导致内部水分逐渐向外转移;物料个体内外形成湿度差而导致内部水分逐渐向外转移;而温度(热量)则逐渐向内传递,并形成温差。而温度(热量)则逐渐向内传递,并形成温差。逆温差对内部水分的转移是不利的。但是,湿度差逆温差对内部水分的转移是
15、不利的。但是,湿度差却有利于内部水分的转移;湿度差(即湿度梯度)越大,却有利于内部水分的转移;湿度差(即湿度梯度)越大,内部水分向外转移速度亦越快。内部水分向外转移速度亦越快。第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 三、物料干燥机理三、物料干燥机理 3 3、物料的水分汽化过程、物料的水分汽化过程 水分的汽化毕竟主要靠表面进行,而且表面汽化较内水分的汽化毕竟主要靠表面进行,而且表面汽化较内部来得容易、省能,所以要尽量创造表面汽化的条件,比部来得容易、省能,所以要尽量创造表面汽化的条件,比如适当增大干燥介质流速和交替冷却物料表面等。如适当增大干燥介质流速和交替冷却物料表面等。采用干燥缓苏交替采用干
16、燥缓苏交替 另外,由于物料个体内部水分的转移总是要有一定另外,由于物料个体内部水分的转移总是要有一定的时间,而对某些物料来说,温度梯度和湿度梯度的增大,的时间,而对某些物料来说,温度梯度和湿度梯度的增大,会使热应力和组织应力随之增大,而当应力增大到一定程会使热应力和组织应力随之增大,而当应力增大到一定程度时,便会导致物料个体的物理损伤。度时,便会导致物料个体的物理损伤。所以,物料的干燥速度应受到一定的限制。所以,物料的干燥速度应受到一定的限制。第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 三、物料干燥机理三、物料干燥机理 4 4、物料的平衡水分和吸湿过程、物料的平衡水分和吸湿过程 物料水分的汽化是依
17、赖物料个体表面的水蒸汽分压物料水分的汽化是依赖物料个体表面的水蒸汽分压力与空气中水蒸汽分压力的差值(即压差)而进行的;力与空气中水蒸汽分压力的差值(即压差)而进行的;如果没有压差,水分的汽化也便停止;如果出现反如果没有压差,水分的汽化也便停止;如果出现反压差,即空气中的水蒸汽分压力大于物料个体表面的水压差,即空气中的水蒸汽分压力大于物料个体表面的水蒸汽分压力,则物料从空气中吸收水分。蒸汽分压力,则物料从空气中吸收水分。第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 三、物料干燥机理三、物料干燥机理 4 4、物料的平衡水分和吸湿过程、物料的平衡水分和吸湿过程 当空气的水蒸汽分压力等于物料个体表面的水蒸汽
18、分当空气的水蒸汽分压力等于物料个体表面的水蒸汽分压力时,物料的水分汽化与吸湿便达到了压力时,物料的水分汽化与吸湿便达到了动态平衡动态平衡,这时,这时物料所含的水分便称为物料所含的水分便称为平衡水分平衡水分,以符号,以符号p p表示。表示。平衡水分与空气相对湿度、空气温度、物料种类及其成平衡水分与空气相对湿度、空气温度、物料种类及其成熟度等有关。熟度等有关。相对湿度大,则平衡水分高;相对湿度大,则平衡水分高;温度高,则平衡水分低;温度高,则平衡水分低;含油量物料,比高淀粉物料的平衡水分低。含油量物料,比高淀粉物料的平衡水分低。第一节第一节 物料干燥机理物料干燥机理 三、物料干燥机理三、物料干燥机
19、理 4 4、物料的平衡水分和吸湿过程、物料的平衡水分和吸湿过程 吸湿等温曲线:在一定的大气压吸湿等温曲线:在一定的大气压力和力和吸湿和解吸等温曲线吸湿和解吸等温曲线第二节第二节 物料干燥工艺物料干燥工艺 一、物料干燥速度一、物料干燥速度 1 1、物料干燥曲线、物料干燥曲线 在一定干燥条件下的物料的水分变化与时间的关系,用在一定干燥条件下的物料的水分变化与时间的关系,用图线表示出来,这个图线就是该物料在特定条件下的干燥图线表示出来,这个图线就是该物料在特定条件下的干燥曲线。曲线。物料不同,干燥条件不同,干燥曲线是不相同的。物料不同,干燥条件不同,干燥曲线是不相同的。第二节第二节 物料干燥工艺物料
20、干燥工艺 一、物料干燥速度一、物料干燥速度 1 1、物料干燥曲线、物料干燥曲线(以小麦干燥曲线为例)(以小麦干燥曲线为例)在干燥的最初阶段,物在干燥的最初阶段,物料水分的降低是按直线进行料水分的降低是按直线进行的,即的,即物料处于等速干燥阶物料处于等速干燥阶段(或称恒率干燥阶段)。段(或称恒率干燥阶段)。ABAB阶段阶段第二节第二节 物料干燥工艺物料干燥工艺 一、物料干燥速度一、物料干燥速度 1 1、物料干燥曲线、物料干燥曲线(以小麦干燥曲线为例)(以小麦干燥曲线为例)经过一段时间后,从经过一段时间后,从B B点点开始物料水分的降低按曲线开始物料水分的降低按曲线进行,即进行,即物料处于降速干燥
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- 农产 物料 干燥 技术 第四 贮藏
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