分析化學概要CAI課件

第八章

干燥第一節(jié)干燥的基本原理第二節(jié)干燥設備第三節(jié)噴霧干燥第四節(jié)冷凍干燥2022/11/23第八章

干燥第一節(jié)干燥的基本原理2022/11/211第一節(jié)

干燥相關概念及術語一、干燥的目的二、干燥的方法三、濕物料中的水分四、濕空氣中的水分2022/11/23第一節(jié)

干燥相關概念及術語一、干燥的目的2022/112一、食品物料干燥的目的降低食品中的水分活度，延長食品的保質期。降低食品的重量，降低包裝、運輸和貯藏費用。某些食品加工工藝的必須操作步驟，使食品保持特有的色香味和形狀。2022/11/23一、食品物料干燥的目的降低食品中的水分活度，延長食品的保質期

按操作壓力分類按操作方式分類按傳熱方式分類常壓干燥；真空干燥間歇干燥；連續(xù)干燥對流干燥；傳導干燥；輻射干燥二、食品物料干燥的方法2022/11/23按操作壓力分類按操作方式分類按傳熱方式分類常壓干燥；真空干三、濕空氣中的性質1濕空氣的濕度1.1絕對濕度濕空氣中所含水蒸氣的質量mv與濕空氣的體積V之比，稱為絕對濕度ρv,即2022/11/23三、濕空氣中的性質1濕空氣的濕度1.1絕對濕度濕空氣中1.2相對濕度濕空氣中的水蒸氣分壓pv與同溫度下水蒸氣飽和壓力ps之比，稱為空氣的相對濕度，即對于絕對干燥空氣，相對濕度等于0；對于飽和空氣，相對濕度等于1。2022/11/231.2相對濕度濕空氣中的水蒸氣分壓pv與同溫度下水蒸氣飽1.3濕含量濕空氣中水蒸氣的質量與干空氣的質量比，因而它又稱濕度比。用H表示，即2022/11/231.3濕含量濕空氣中水蒸氣的質量與干空氣的質量比，因而它1.4濕含量濕空氣中水蒸氣的質量與干空氣的質量比，因而它又稱濕度比。用H表示，即2022/11/231.4濕含量濕空氣中水蒸氣的質量與干空氣的質量比，因而它2.1濕比熱容2濕空氣的濕比熱容和比焓含1kg干空氣的濕空氣的熱容量，稱為濕空氣的濕比熱容，以

cH表示。即H表示1kg干空氣中含有的水蒸氣的質量(kg)2022/11/232.1濕比熱容2濕空氣的濕比熱容和比焓含1kg干空氣的濕2.2比焓濕空氣的比焓h是指含有1kg干空氣的濕空氣中的焓。它等于干空氣的比焓與其所帶的H千克水蒸氣的焓之和，即H表示1kg干空氣中含有的水蒸氣的質量(kg)2022/11/232.2比焓濕空氣的比焓h是指含有1kg干空氣的濕空氣中的焓3.1干球溫度3濕空氣的溫度用一般溫度計測得的濕空氣的溫度稱為濕空氣的干球溫度，它是濕空氣的真實溫度。用T表示。用感溫部位包著濕紗布的溫度計測得濕空氣的溫度，稱為濕空氣的濕球溫度。用Tw表示。3.2濕球溫度2022/11/233.1干球溫度3濕空氣的溫度用一般溫度計測得的濕空氣的溫4濕空氣的焓濕圖2022/11/234濕空氣的焓濕圖2022/11/21例：已知濕空氣的溫度為60℃，相對濕度為20%,求它的濕含量、濕球溫度和比焓。2022/11/23例：已知濕空氣的溫度為60℃，相對濕度為20%,求它的濕含2022/11/232022/11/21四、濕物料的性質1含水量1.1濕基含水量m-濕物料的總質量，kgmw-濕物料中所含水分的質量，kgms-濕物料中所含絕對干燥物料的質量，kg2022/11/23四、濕物料的性質1含水量1.1濕基含水量m-濕物料的總1.2干基含水量m-濕物料的總質量，kgmw-濕物料中所含水分的質量，kgms-濕物料中所含絕對干燥物料的質量，kg2022/11/231.2干基含水量m-濕物料的總質量，kg2022/11/2水分活度p-物料表面的水蒸氣壓p0-同溫度下純水的飽和蒸汽壓aw標志在干燥時食品中水分揮發(fā)性的大??；它直接揭示了食品中的水參與微生物生長繁殖和各種酶反應等的活動性程度。2022/11/232水分活度p-物料表面的水蒸氣壓aw標志在干燥時食品中水分3吸濕和解濕當時水分從物料向濕空氣中傳遞，該過程稱為物料的解濕。解濕使物料含水量不斷減少，這即是干燥過程。當時水分從濕空氣向物料傳遞，該過程稱為物料的吸濕。解濕使物料含水量不斷增加。當時物料既不吸濕也不解濕，該狀態(tài)稱為吸濕-解濕平衡。物料的含水量不再發(fā)生變化。2022/11/233吸濕和解濕當時水分從物料向濕空氣中傳遞，該過程稱為物料的按與物料結合的方式分類機械結合水：包括毛細管水分、空隙水分和潤濕水分。物理化學結合水：包括吸附水分、滲透水分和結構水分?；瘜W結合水：包括與物料的離子結合的水和與物料結晶性分子結合的水。4物料中水分的分類2022/11/23按與物料結合機械結合水：包括毛細管水分、空隙水分和潤濕水分。按水分去除的難易程度分類非結合水：包括物料表面的潤濕水分及空隙水分。該種水分易于去除結合水分：包括物理化學結合水和機械結合水的毛細管水分。該水分難以去除4物料中水分的分類2022/11/23按水分去除的難易程度分類非結合水：包括物料表面的潤濕水分及空按能否被干燥除去分類平衡水分：不能被干燥除去的水分稱為平衡水分。該水分代表干燥的極限。自由水分：能被干燥除去的水分稱為自由水分。4物料中水分的分類2022/11/23按能否被干燥平衡水分：不能被干燥除去的水分稱為平衡水分。該水物料中各種水分的含義2022/11/23物料中各種水分的含義2022/11/21第二節(jié)

干燥靜力學與動力學一、干燥靜力學二、干燥動力學2022/11/23第二節(jié)

干燥靜力學與動力學一、干燥靜力學2022/1123一、干燥靜力學2022/11/23一、干燥靜力學2022/11/211干燥過程的物料衡算1.1水分蒸發(fā)量和產品量令原濕物料的質量為m1kg，水分蒸發(fā)量為Wkg，干燥產品質量為m2kg，原濕物料和干燥產品的濕基含水量分別為ω1和ω2，則2022/11/231干燥過程的物料衡算2022/11/211.2干（濕）空氣用量令通過干燥器的絕干空氣質量為Lkg，對應的濕空氣的質量為L′kg。對進出干燥器的水分做衡算，可得2022/11/231.2干（濕）空氣用量2022/11/212干燥過程的熱量衡算2.1耗熱量以0℃作為溫度基準。輸入系統(tǒng)的熱量有:(1)加熱器加入的熱量Q；(2)空氣帶入的熱量Lh0；(3)濕物料帶入的熱量(m2cs+Wcw)θ1。輸出系統(tǒng)的熱量有:(1)干燥器的熱散失QL，(2)空氣帶出的熱量Lh2，(3)產品帶出的熱量m2csθ2。2022/11/232干燥過程的熱量衡算2022/11/212.2單位熱耗2.3熱效率干燥器的熱效率是指干燥過程蒸發(fā)水分所需的熱量與向加熱器加入總熱量之比，用表示。為水的汽化熱，單位J/kg。由附錄4通過熱空氣的濕球溫度查取相應的汽化熱數(shù)值。2022/11/232.2單位熱耗2.3熱效率干燥器的熱效率是指干燥過程蒸發(fā)在考試所涉及的計算中，經(jīng)常采用方框內的公式對干燥的熱效率進行計算。其中：-干燥器出口處濕空氣的干球溫度

-濕物料的進料溫度

-水分蒸發(fā)量2022/11/23在考試所涉及的計算中，經(jīng)常采用方框內的公式對干燥的熱效率進行例：在常壓干燥器中，用新鮮空氣干燥某種濕物料。該新鮮空氣的的溫度為20℃，比焓為35kJ/kgd，濕含量為0.006kgw/kgd。將該新鮮空氣在加熱室內升溫至90℃，比焓為110kJ/kgd。將該熱空氣送入干燥器。離開干燥器的濕空氣的溫度為50℃，比焓為120kJ/kgd,濕含量為0.027kgw/kgd.干燥器熱損失為10MJ/h。每小時處理280kg濕物料。濕物料干基含水量為0.15，進料溫度為15℃；干物料干基含水量為0.01，出料溫度為40℃。產品物料和水的比熱容分別為1.16和4.174kJ/(kg.K)，試求(1)干燥產品的質量流量；(2)水分蒸發(fā)量；(3)新鮮空氣消耗量；(4)干燥過程的單位熱耗；(5)干燥過程的熱效率。2022/11/23例：在常壓干燥器中，用新鮮空氣干燥某種濕物料。該新鮮空氣(1)(2)(3)2022/11/23(1)(2)(3)2022/11/21(4)(5)2022/11/23(4)(5)2022/11/211干燥過程的傳熱和傳質外部傳熱和傳質外部傳熱是對流傳熱，其熱流密度為；外部傳質也是對流傳質，表面水蒸氣壓與空氣體相水蒸汽分壓之差是傳質的推動力。二、干燥動力學2022/11/231干燥過程的傳熱和傳質二、干燥動力學2022/11/21內部傳熱和傳質固體物料內的傳熱過程都是熱傳導，遵從傅里葉定律。物料內部的傳質機理可由液態(tài)擴散、氣態(tài)擴散、毛細管流動和熱流動等機制進行解釋。2干燥過程的傳熱和傳質表面汽化控制物料內部水分能迅速傳導表面，使表面充分潤濕。水分的去除主要由外部擴散傳質所控制。干燥為表面汽化控制時，就必須集中強化外部傳熱和傳質。2022/11/23內部傳熱和傳質2干燥過程的傳熱和傳質2022/11/21內部擴散控制物料在干燥時，內部傳質速率較小。當表面干燥后，內部水分來不及傳遞到表面，故汽化面逐漸向內移動。當干燥過程為內部擴散控制時，下列措施有助于強化干燥：減小料層厚度，使料層與空氣穿流接觸；采用攪拌方法，使物料不斷翻動；采用接觸干燥或微波干燥，促使物料內部水分向表面?zhèn)鬟f。2022/11/23內部擴散控制2022/11/212干燥曲線和干燥速率曲線2.1干燥曲線干燥曲線是指物料干基含水量x與干燥時間t的關系曲線。A干基含水量xXctwDCBADCBTE物料表面溫度干燥時間t預熱段恒速段降速段2022/11/232干燥曲線和干燥速率曲線A干基含水量xXctwDCBADC2.2干燥速率曲線干燥速率曲線是指干燥速率u

與物料干基含水量x

的關系曲線。ABCE干燥速率uABCE物料溫度twxc干基含水量xIIIDxeDW-汽化水分量，kgA-干燥面積，m2t-干燥時間，s2022/11/23ABCE干燥速率uABCE物料溫度twxc干基含水量x3.1恒速階段干燥時間的計算恒速階段的干燥速率為將上式分離變量后積分，有可得恒速階段的干燥時間為3干燥時間的計算2022/11/233.1恒速階段干燥時間的計算恒速階段的干燥速率為將上式分離3.2降速階段干燥時間的計算降速階段的干燥速率為將上式分離變量后積分，有可得恒速階段的干燥時間為2022/11/233.2降速階段干燥時間的計算降速階段的干燥速率為將上式分離3.3總干燥時間的計算2022/11/233.3總干燥時間的計算2022/11/21例：濕物料再恒定干燥條件下于5h內由干基含水量35%降到10%，如果物料的平衡干基含水量為4%，臨界干基含水量為14%，求在同樣的干燥條件下將物料干燥到干基含水量為6%所需要的時間為多少。解：已知x1=0.35，x2=0.10，xc=0.14，xe=0.04kgw/kgs，將這些參數(shù)帶入下式得到2022/11/23例：濕物料再恒定干燥條件下于5h內由干基含水量35%降到得到則若x1=0.35，x2=0.06，則干燥時間t為2022/11/23則若x1=0.35，x2=0.06，則干燥時間t為2022/2022/11/232022/11/212022/11/232022/11/212022/11/232022/11/212022/11/232022/11/21第八章

干燥第一節(jié)干燥的基本原理第二節(jié)干燥設備第三節(jié)噴霧干燥第四節(jié)冷凍干燥2022/11/23第八章

干燥第一節(jié)干燥的基本原理2022/11/2147第一節(jié)

干燥相關概念及術語一、干燥的目的二、干燥的方法三、濕物料中的水分四、濕空氣中的水分2022/11/23第一節(jié)

干燥相關概念及術語一、干燥的目的2022/1148一、食品物料干燥的目的降低食品中的水分活度，延長食品的保質期。降低食品的重量，降低包裝、運輸和貯藏費用。某些食品加工工藝的必須操作步驟，使食品保持特有的色香味和形狀。2022/11/23一、食品物料干燥的目的降低食品中的水分活度，延長食品的保質期

按操作壓力分類按操作方式分類按傳熱方式分類常壓干燥；真空干燥間歇干燥；連續(xù)干燥對流干燥；傳導干燥；輻射干燥二、食品物料干燥的方法2022/11/23按操作壓力分類按操作方式分類按傳熱方式分類常壓干燥；真空干三、濕空氣中的性質1濕空氣的濕度1.1絕對濕度濕空氣中所含水蒸氣的質量mv與濕空氣的體積V之比，稱為絕對濕度ρv,即2022/11/23三、濕空氣中的性質1濕空氣的濕度1.1絕對濕度濕空氣中1.2相對濕度濕空氣中的水蒸氣分壓pv與同溫度下水蒸氣飽和壓力ps之比，稱為空氣的相對濕度，即對于絕對干燥空氣，相對濕度等于0；對于飽和空氣，相對濕度等于1。2022/11/231.2相對濕度濕空氣中的水蒸氣分壓pv與同溫度下水蒸氣飽1.3濕含量濕空氣中水蒸氣的質量與干空氣的質量比，因而它又稱濕度比。用H表示，即2022/11/231.3濕含量濕空氣中水蒸氣的質量與干空氣的質量比，因而它1.4濕含量濕空氣中水蒸氣的質量與干空氣的質量比，因而它又稱濕度比。用H表示，即2022/11/231.4濕含量濕空氣中水蒸氣的質量與干空氣的質量比，因而它2.1濕比熱容2濕空氣的濕比熱容和比焓含1kg干空氣的濕空氣的熱容量，稱為濕空氣的濕比熱容，以

cH表示。即H表示1kg干空氣中含有的水蒸氣的質量(kg)2022/11/232.1濕比熱容2濕空氣的濕比熱容和比焓含1kg干空氣的濕2.2比焓濕空氣的比焓h是指含有1kg干空氣的濕空氣中的焓。它等于干空氣的比焓與其所帶的H千克水蒸氣的焓之和，即H表示1kg干空氣中含有的水蒸氣的質量(kg)2022/11/232.2比焓濕空氣的比焓h是指含有1kg干空氣的濕空氣中的焓3.1干球溫度3濕空氣的溫度用一般溫度計測得的濕空氣的溫度稱為濕空氣的干球溫度，它是濕空氣的真實溫度。用T表示。用感溫部位包著濕紗布的溫度計測得濕空氣的溫度，稱為濕空氣的濕球溫度。用Tw表示。3.2濕球溫度2022/11/233.1干球溫度3濕空氣的溫度用一般溫度計測得的濕空氣的溫4濕空氣的焓濕圖2022/11/234濕空氣的焓濕圖2022/11/21例：已知濕空氣的溫度為60℃，相對濕度為20%,求它的濕含量、濕球溫度和比焓。2022/11/23例：已知濕空氣的溫度為60℃，相對濕度為20%,求它的濕含2022/11/232022/11/21四、濕物料的性質1含水量1.1濕基含水量m-濕物料的總質量，kgmw-濕物料中所含水分的質量，kgms-濕物料中所含絕對干燥物料的質量，kg2022/11/23四、濕物料的性質1含水量1.1濕基含水量m-濕物料的總1.2干基含水量m-濕物料的總質量，kgmw-濕物料中所含水分的質量，kgms-濕物料中所含絕對干燥物料的質量，kg2022/11/231.2干基含水量m-濕物料的總質量，kg2022/11/2水分活度p-物料表面的水蒸氣壓p0-同溫度下純水的飽和蒸汽壓aw標志在干燥時食品中水分揮發(fā)性的大?。凰苯咏沂玖耸称分械乃畢⑴c微生物生長繁殖和各種酶反應等的活動性程度。2022/11/232水分活度p-物料表面的水蒸氣壓aw標志在干燥時食品中水分3吸濕和解濕當時水分從物料向濕空氣中傳遞，該過程稱為物料的解濕。解濕使物料含水量不斷減少，這即是干燥過程。當時水分從濕空氣向物料傳遞，該過程稱為物料的吸濕。解濕使物料含水量不斷增加。當時物料既不吸濕也不解濕，該狀態(tài)稱為吸濕-解濕平衡。物料的含水量不再發(fā)生變化。2022/11/233吸濕和解濕當時水分從物料向濕空氣中傳遞，該過程稱為物料的按與物料結合的方式分類機械結合水：包括毛細管水分、空隙水分和潤濕水分。物理化學結合水：包括吸附水分、滲透水分和結構水分?；瘜W結合水：包括與物料的離子結合的水和與物料結晶性分子結合的水。4物料中水分的分類2022/11/23按與物料結合機械結合水：包括毛細管水分、空隙水分和潤濕水分。按水分去除的難易程度分類非結合水：包括物料表面的潤濕水分及空隙水分。該種水分易于去除結合水分：包括物理化學結合水和機械結合水的毛細管水分。該水分難以去除4物料中水分的分類2022/11/23按水分去除的難易程度分類非結合水：包括物料表面的潤濕水分及空按能否被干燥除去分類平衡水分：不能被干燥除去的水分稱為平衡水分。該水分代表干燥的極限。自由水分：能被干燥除去的水分稱為自由水分。4物料中水分的分類2022/11/23按能否被干燥平衡水分：不能被干燥除去的水分稱為平衡水分。該水物料中各種水分的含義2022/11/23物料中各種水分的含義2022/11/21第二節(jié)

干燥靜力學與動力學一、干燥靜力學二、干燥動力學2022/11/23第二節(jié)

干燥靜力學與動力學一、干燥靜力學2022/1169一、干燥靜力學2022/11/23一、干燥靜力學2022/11/211干燥過程的物料衡算1.1水分蒸發(fā)量和產品量令原濕物料的質量為m1kg，水分蒸發(fā)量為Wkg，干燥產品質量為m2kg，原濕物料和干燥產品的濕基含水量分別為ω1和ω2，則2022/11/231干燥過程的物料衡算2022/11/211.2干（濕）空氣用量令通過干燥器的絕干空氣質量為Lkg，對應的濕空氣的質量為L′kg。對進出干燥器的水分做衡算，可得2022/11/231.2干（濕）空氣用量2022/11/212干燥過程的熱量衡算2.1耗熱量以0℃作為溫度基準。輸入系統(tǒng)的熱量有:(1)加熱器加入的熱量Q；(2)空氣帶入的熱量Lh0；(3)濕物料帶入的熱量(m2cs+Wcw)θ1。輸出系統(tǒng)的熱量有:(1)干燥器的熱散失QL，(2)空氣帶出的熱量Lh2，(3)產品帶出的熱量m2csθ2。2022/11/232干燥過程的熱量衡算2022/11/212.2單位熱耗2.3熱效率干燥器的熱效率是指干燥過程蒸發(fā)水分所需的熱量與向加熱器加入總熱量之比，用表示。為水的汽化熱，單位J/kg。由附錄4通過熱空氣的濕球溫度查取相應的汽化熱數(shù)值。2022/11/232.2單位熱耗2.3熱效率干燥器的熱效率是指干燥過程蒸發(fā)在考試所涉及的計算中，經(jīng)常采用方框內的公式對干燥的熱效率進行計算。其中：-干燥器出口處濕空氣的干球溫度

-濕物料的進料溫度

-水分蒸發(fā)量2022/11/23在考試所涉及的計算中，經(jīng)常采用方框內的公式對干燥的熱效率進行例：在常壓干燥器中，用新鮮空氣干燥某種濕物料。該新鮮空氣的的溫度為20℃，比焓為35kJ/kgd，濕含量為0.006kgw/kgd。將該新鮮空氣在加熱室內升溫至90℃，比焓為110kJ/kgd。將該熱空氣送入干燥器。離開干燥器的濕空氣的溫度為50℃，比焓為120kJ/kgd,濕含量為0.027kgw/kgd.干燥器熱損失為10MJ/h。每小時處理280kg濕物料。濕物料干基含水量為0.15，進料溫度為15℃；干物料干基含水量為0.01，出料溫度為40℃。產品物料和水的比熱容分別為1.16和4.174kJ/(kg.K)，試求(1)干燥產品的質量流量；(2)水分蒸發(fā)量；(3)新鮮空氣消耗量；(4)干燥過程的單位熱耗；(5)干燥過程的熱效率。2022/11/23例：在常壓干燥器中，用新鮮空氣干燥某種濕物料。該新鮮空氣(1)(2)(3)2022/11/23(1)(2)(3)2022/11/21(4)(5)2022/11/23(4)(5)2022/11/211干燥過程的傳熱和傳質外部傳熱和傳質外部傳熱是對流傳熱，其熱流密度為；外部傳質也是對流傳質，表面水蒸氣壓與空氣體相水蒸汽分壓之差是傳質的推動力。二、干燥動力學2022/11/231干燥過程的傳熱和傳質二、干燥動力學2022/11/21內部傳熱和傳質固體物料內的傳熱過程都是熱傳導，遵從傅里葉定律。物料內部的傳質機理可由液態(tài)擴散、氣態(tài)擴散、毛細管流動和熱流動等機制進行解釋。2干燥過程的傳熱和傳質表面汽化控制物料內部水分能迅速傳導表面，使表面充分潤濕。水分的去除主要由外部擴散傳質所控制。干燥為表面汽化控制時，就必須集中強化外部傳熱和傳質。2022/11/23內部傳熱和傳質2干燥過程的傳熱和傳質2022/11/21內部擴散控制物料在干燥時，內部傳質速率較小。當表面干燥后，內部水分來不及傳遞到表面，故汽化面逐漸向內移動。當干燥過程為內部擴散控制時，下列措施有助于強化干燥：減小料層厚度，使料