1. 常见的干燥方法有哪些
常压对流干燥法、接触式干燥法、辐射干燥法、减压干燥法
常压对流干燥法:固定接触式(箱式、隧道式、输送带式、泡沫干燥);悬浮接触式(气流干燥、流化床干燥、喷雾干燥、膨化干燥)特点:A通过介质传递热量和水分;B温度梯度和水分梯度方向相反;C适用范围广,设备简单易操作,能耗高。
接触式干燥法:滚筒干燥。特点:A物料与热表面无介质;B热量传递与水分传递方向一致;C干燥不均匀、不易控制、制品品质不高.
辐射干燥法:红外线干燥、微波干燥(红外干燥特点:A干燥速度快,效率高;B吸收均一,产品质量好;C设备操作简单,但能耗较高。微波干燥特点:A干燥速度快;B加热均匀,制品质量好;C选择性强;D容易调节和控制;E可减少细菌污染;F设备成本及生产费用高。)
减压干燥:冷冻干燥。特点:A产品的色香味和营养成分损失小;B能保持食品的原有形态;C产品含水量低,贮存期长;D不会导致表面硬化;E能耗大、成本高、干燥速率低、包装要求高。
2. 真空干燥有什么方法原理
真空干燥原理:
在常压下的各种加热干燥方法,因物料受热,其色、香、味和营养成分会受到一定程度的损失。如果采用真空干燥的方法,由于处于负压状态下隔绝空气使得部分在干燥过程中容易发生氧化等化学变化的物料能更好地保持原有的特性,就能减少品质的损失。真空干燥就是将被干燥的食品物料放置在密闭的干燥室内,在用真空系统抽真空的同时,对被干燥物料适当不断加热,使物料内部的水分通过压力差或浓度差扩散到表面,水分子在物料表面获得足够的动能,在克服分子间的吸引力后,逃逸到真空室的低压空气中,从而被真空泵抽走除去。
真空干燥方式各种各样究其根本而言可分为通过沸点和通过融点两种。
一、通过沸点干燥
干燥过程中,液体水分汽化有轴蒸发和沸腾两种方式。水在沸腾时的汽化速度比在蒸发时的汽化速度快得多,水分蒸发变成蒸汽可以在任何温度下进行。水分沸腾变成蒸汽,只能在特定温度下进行,但是当降低压强的时候,水的沸点也降低。例如,在19.6kPa气压下,水的沸点即可降到60°C。真空干燥机就是在真空状态下,提供热源,通过热传导、热辐射等传热方式供给物料中水分足够的热量,使蒸发和沸腾同时进行,加快汽化速度。同时,抽真空又快速抽出汽化的蒸汽,并在物料周围形成负压状态,物料的内外层之间及表面与周围介质之间形成较大的湿度梯度,加快了汽化速度,达到快速干燥的目的。
真空干燥过程受供热方式、加热温度、真空度、冷却剂温度、物料的种类和初始温度及所受压紧力大小等因素的影响,通常供热有热传导、热辐射和两者结合三种方式。
二、通过融点干燥(又称之为冷冻干燥)
干燥过程中首先将将湿物料(或溶液)在较低温度下(-10—-50℃)冻结成固态,然后在高度真空(130~0.1Pa)下,将其中固态水分直接升华为气态而除去的干燥过程,也称升华干燥。
实现这种真空干燥的必要条件是干燥过程的压力应低于操作温度下冰的饱和蒸汽压。常控制在相应温度下冰的饱和蒸气压的1/2—1/4。如一40℃时干燥,操作压力应为2.7~6.7Pa。
湿物料也可以不预冻,而是利用高度真空时水分汽化吸热而将物料自行冻结。这种冻结能量消耗小,但对液体物料易产生泡沫或飞溅现象而遭致损失,同时也不易获得多孔性的均匀干燥物。
一般情况下,热量由加热介质通过干燥室的间壁供给,因此,既要供给湿物料的热量以保证一定的干燥速率,又要避免冰的溶化。
干燥过程中升华温度一般为-35—-5℃,其抽出的水分可在冷凝器上冷冻聚集或直接为真空泵排出。若升华时需要的热量直接由所干燥的物料供给,这种情况下,物料温度降低很快,以致于冰的蒸汽压很低而使升华速率降低。
3. 干燥设备是怎样进行干燥的有那些方法
首先,什么是干燥? 干燥就是利用热能加热物料,使物料中的水分蒸发而除去或利用冷冻法使水分结冰后升华而除去水分的单元操作。
1.减少食品的体积和重量,方便运输或减少运输费用;
2.可以有效的防止微生物的繁殖;
3.便于食品贮存和提高使用方便性;
4.加工出不同风味的产品及其它产品的辅料。
对流干燥法
将加热的空气或烟道气与冷空气的混合气体对流的方式接触物料,从而进行湿热交换,即物料吸收热量、蒸发水分,蒸发出来的水分由干燥介质带走 。这种方法的主要特点是干燥介质的温度和湿度容易控制,可避免物料发生过热而降低品质,但过程较为缓慢,热效率不高 。
传导干燥法
物料与热表面直接触而获得热量、蒸发水分。若物料层很薄或湿度较大,用此法较为适宜,因为蒸发水分的热量是从热表面经过物料的,热经济性好;但缺点是干燥慢且不均匀,温湿度难以控制 。
辐射干燥法
这种方法是利用阳光或红外辐射器发出的辐射热能来干燥物料。其机理是 :当辐射波长与物料的吸收波长一致时,物料就大量吸收红外 线 。分子振动加剧,湿度升高,内部水分随温度梯度及水分,梯 度的作用向表面转移并蒸 发 。
升华干燥法
在高度真空下被汽化的物料与热源温度之差很大,有利 于进行升华作用。在实际作业时,先将物料冰冻,然后置于高 度真空之下,慢慢地使冰冻物料的水分升华,达到干燥的目的。
吸附干燥法
吸附式干燥机就根据吸附干燥法的原理对压缩空气进行干燥处理。利用吸附剂(活性氧化铝、硅胶、分子筛)吸附水分的特性来降低压缩空气中水分的含量。将饱和的压缩空气利用水分和空气分子体积之不同采用了气体净化专用分子筛来过滤除压缩空气中的饱和水蒸汽,可轻易的将水分子吸附在分子筛颗粒内,再利用再生方法来还原分子筛。
4. 常用的干燥方法有哪些
常用的干燥方法:
①常压干燥
即在一个大气压条件下的干燥称常压干燥,本法设备简单,常用箱式干燥器(烘箱或烘房),缺点是干燥时间长,可能因过热而使不耐热成分破坏,而且易结块。
②减压干燥
减压干燥是在密闭容器中抽真空后进行干燥的方法。此法优点是温度较低,产品质松易粉碎。此外,减少了空气对产品的不良影响,对保证产品质量有一定意义。特别适合于含热敏感成份的物料。常用器械为减压干燥器。干燥效果取决于真空度的高低与被干燥物堆积的厚度。
③喷雾干燥
喷雾干燥系指用雾化器将液态物料分散成雾滴,并利用热空气来干燥雾滴而获得干品的一种方法。此法能直接将溶液、混悬液、乳状液干燥成颗粒或粉末,省去进一步蒸发、粉碎操作。其原理是将被干燥的液体物料经雾化器分散成许多细小的液滴,进入流动的热空气流中,由于其总表面积极大,故干燥速度极快,在数秒钟内完成水分蒸发,具有瞬间干燥的特点。
④沸腾干燥
又名流化干燥,是流化技术在药物干燥中的新发展。主要用于湿粒状物料的干燥,如片剂、颗粒剂等颗粒的干燥。具有干燥效率高,干燥均匀,产量高,适用于同一品种的连续生产,而且温度较低、操作方便、占地面积小等优点。但干燥室内不易清洗,尤其不宜用于有色颗粒的干燥,同时干燥后细粉比例较大。沸腾干燥的原理是利用从流化床底部吹入的热气流使颗粒吹起悬浮,流化翻滚如“沸腾状”,物料的跳动大大增加了蒸发面,热气流在悬浮的颗粒间通过,在动态下进行热交换,带走水分,达到干燥目的。若采用减压沸腾干燥,干燥效率更高。
⑤冷冻干燥
系指使被干燥液体冷冻成固体,在低温低压下利用水分升华性能,使冰直接变成气体而除去,从而达到干燥目的的一种干燥方法。冷冻干燥要求高度的真空和低温,所得制品具多孔性,疏松易溶,特别适用于一些不耐热药品、低熔点药品的干燥。如酶类、抗生素、疫苗等,也可避免易氧化药物的分解。
5. 干燥机理
空气干燥器是一种应用热空气作干燥介质的干燥设备,其中热空气与被干燥的物料相接触,将物料中的水分汽化并带走。
图7-1示出一空气干燥器的操作情况,湿料由进口1送入干燥器室2,借输送装置沿干燥器移动,干燥后的物料经出料口3卸出。冷空气由抽风机4抽入,经预热器5被预热到一定温度后,通入干燥器中与湿物料相接触,使物料表面的水分汽化并将水汽带走。以蒸发所需的热量或全部由空气供给,或由空气供给一部分,而另在干燥室中设置加热器6以供给其余所需的部分。
除干燥室及空气预热器外,干燥装置中还设有抽风(或送)机械、进料器、卸料器和除尘器等。图7-1所示的流程中,热空气仅利用一次。实际上还有将部分空气循环使用等其它方案。
在计算干燥器时,通常已知湿物料的处理量及其最初和最终含水率,要求计算蒸发的水分量,干燥后的物料量以及空气与热能的耗用量等。因此,需对干燥器作出物料和热量的衡算。物料中的含水率是计算的基础。
图7-1空气干燥器的操作情况
1-进料口;2-干燥室;3-卸料口;4-抽风机;5、6-空气预热器
一、物料中的含水率
物料的含水率表示方法有两种,一种是以湿物料为基准的含水率,又称湿基含水率,以符号W表示,其定义为:
非金属矿产加工机械设备
另一种是以绝对干料为基准的含水率,又称干基含水率,以符号X表示,其定义为:
非金属矿产加工机械设备
例如有100kg湿物料,若其中含水分20kg,则绝对干物料质量为100-20=80kg,而其湿基含水率为:
非金属矿产加工机械设备
干基含水率为:
非金属矿产加工机械设备
上述两种含水率之间的换算关系如下:
非金属矿产加工机械设备
在干燥器的物料衡算中,采用干基含水率较为方便,但习惯上常用湿基表示物料中的含水率。
二、物料中所含水分的性质
在计算干燥器的过程中,除确定从湿物料中除去的水分量、所需的空气量和热量外,计算干燥器尺寸时,则需要通过干燥速度和干燥时间的计算来确定。干燥过程中所除去的水分,是由物料内部移动到表面,然后由物料表面汽化而进入干燥介质。因此,干燥速度不仅取决于空气的性质和操作条件,而且还取决于物料中所含水分的性质。
当一种物料与一定温度及湿度的空气相接触时,势必会释出水分或吸收水分而达到一定的值,只要空气的状态不变,物料中所含水分就总是维持这个定值,此时物料中水分将不因和空气接触时间如何延长而再变化,这个定值就称为该物料在一定空气状况下的平衡水分。同样空气状况下物料的平衡水分随物料的性质和温度而异。图7-2示出某些物料在25℃的平衡水分。无孔隙而不容于水的固体,例如玻璃丝和瓷土,其平衡水分接近于零。纤维或胶质的有机物质如木材、羊毛、皮革等,其平衡水分则较大且主要取决于所接触空气的相对温度。
平衡水分代表物料在一定空气状况下可以干燥的限度,在干燥过程中所能除去的水分,只是物料中超出平衡水分的那一部分,称自由水分。物料中所含的总水分为自由水分与平衡水分之和。
物料中所含水分,亦可依其去除的难易,分为结合水分和非结合水分。
结合水分——包括物料细胞或纤维皮壁及毛细管中所含的水分非金属矿物中的结晶水,分子吸附水,此种水分主要属于物化结合方式,故难于去除。
非结合水分——包括存在于物料表面的润湿水分及孔隙中水分,此种水分是属于机械结合方式,与物料的结合强度弱,故易于去除。
凡含结合水分的物料,称为吸水物料;仅含有非结合水分的物料,则称为非吸水物料。木材、皮革、纤维和其织物,亲水性的非金属矿物如膨润土、海泡石,以及人工合成的高分子亲水材料等都是吸水物料,而石英、氧化铝和陶瓷则为非吸水物料。
图7-2某些物料的平衡水分
图7-3水分的种类
应予指出:结合水分与非结合水分,其区别仅取决于物料本身的性质,而平衡水分与自由水分则还取决于干燥介质的状况。以图7-3中代表硝化纤维的曲线为例,此曲线与100%相对温度轴相交的点B表示结合水分为18%,对于含水分25%的硝化纤维,除结合水分以外,还含非结合水分7%。如将此样品置于相对温度为60%的空气中干燥,自由线上点A可读出其平衡水分为10.5%,自由水分则为14.5%,此14.5%的自由水分其中非结合水分占7%,其余为结合水分。又若将该样品置于相对温度为30%的空气中干燥,由图7-3读出其平衡水分为7%,而自由水分则为18%,此自由水分中,非结合水分亦占7%。可见干燥介质情况改变时,平衡水分和自由水分的数值将随之改变。图7-3表示这些水分的关系。
三、固体物料干燥的机理
当固体物料超过其平衡水分而与干燥介质(如加热的空气)接触时,虽则在开始时水分系均匀地分布在物料中,但由于湿物料表面水分的汽化遂形成物料内部与表面间的湿度差。于是物料内部的水分借扩散作用向其表面移动而在表面汽化。由于干燥介质连续不断地将此汽化的水分带走,从而达到固体物料干燥的目的。
虽然水分的内部扩散与表面汽化是在同时进行着,但在干燥过程不同的期间,干燥机理不一定相同。这是由于物料的结构、性质、温度等和周围干燥介质的情况的影响。因此,物料的干燥机理是非常复杂的。只有在很少情况下,水分的内部扩散与表面汽化的速率才恰巧相等。实际上,在干燥过程中,某些物料中水分表面汽化的速率是小于内部扩散的速率,但对另一些物料,则水分表面汽化速率大于内部扩散速率。显然,速率较慢的为控制过程的关键。上述前一种情况如纸、皮革等干燥为表面汽化控制,后一种情况如木材、陶土等的干燥称为内部扩散控制。
在物料的干燥过程中,如上所述,被干燥物料的性质、结构以及物料的最初湿度等对干燥都有影响,而重要的则是物料周围的介质的情况,如空气的温度、湿度和速度,以及空气对物料表面的接触情况等。空气的温度愈高速度愈大,湿度愈低,则干燥愈快,反之则干燥愈慢。至于空气与物料的接触情况,凡接触愈好者,干燥愈快,不均匀的接触会使干燥不均匀,使一部分的物料不能达到规定的干燥标准,这些影响在表面汽化控制时非常显着。
干燥情况可以分为恒定干燥和变动干燥,所谓恒定干燥情况系指在干燥过程中空气的温度、湿度、速度以及物料接触的情况不变,否则称为变动干燥情况。在工业上所遇到的干燥情况如变动不大时,可以取为恒定干燥情况。
四、干燥速度
在恒定干燥情况下,对连续操作来说,确定干燥设备大小的根据是,应使物料在设备内的停留时间,足以使其由初始含水率降到最终要求的含水率。所以,解决干燥速度问题是计算干燥设备的先决条件。
干燥速度为每单位时间在每单位干燥面积上被干燥物料所能汽化的水分质量(W)。
即
非金属矿产加工机械设备
式中X——物料的含水率;
非金属矿产加工机械设备
G——物料的质量(kg);
Gc——绝对干物料的质量(kg);
A——干燥面积(m2);
θ——干燥时间(h)。
图7-4干燥曲线
将物料的含水率X对干燥时间θ进行标绘可得如图7-4的典型干燥曲线。由此图可直接读出在相同情况下将物料干燥至某一含水率所需的时间。如图所示,物料的含水率在经过不长的调整时间(图中AB或A′B)后,与时间呈直线关系而减少,如图中BC段所示,直到临界点C,然后乃逐渐减少,如曲线CE段所示的关系。物料干燥曲线的形状视物料性质和干燥条件而定。
五、影响干燥速度的因素
干燥速度受很多因素的影响,其中较为重要的有:
1.湿物料的性质与形状包括湿物料的物理结构、化学组成、形状及大小、物料层的厚薄,以及水分的结合方式等。
2.物料的最初与最终湿含量以及其临界湿含量因这些项目与干燥速度随时间而降落的情况有关。
3.物料本身的温度物料本身温度愈高,则干燥速度愈大。在干燥器中的物料本身温度又与干燥介质温度有关。
4.干燥介质的温度干燥介质的温度愈高则干燥速度愈大,惟以不损害被干燥物料的品质为原则。干燥介质在干燥器进口与出口的温度差愈少,则其平均温度愈高,因而干燥速度亦愈大。
5.干燥介质的湿度和流动速度如干燥介质为空气,则相对温度愈低,水分汽化亦愈快。在等速干燥阶段时此影响最为显着。增加空气流动速度可以增加物料的干燥速度。
6.干燥介质与湿物料的接触情况接触情况主要是决定干燥介质的流动方向。流动方向与物料的汽化表面垂直时,干燥速度最快,平行时则较差。其中影响,可用气体边界层厚薄的概念解释,即干燥介质流动方向或垂直时边界层的厚度比平行时为薄。
7.干燥器的构造上述各项因素,当然都和干燥器的构造有关,许多新型的干燥器即是针对着某些有关干燥速度的因素而设计的。
上述影响干燥速度的许多因素,当然还不够全面,因此,在设计干燥器时,只能根据个别情况,选用适合于个别情况的实验数据,以作计算的依据。