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干燥工艺与技术

发布时间:2019年9月16日  阅读次数:125
 
  干燥(drying)通常是指将热量加于湿物料并排除挥发性湿分(大多数情况下是水),而获得一定湿含量固体产品的过程。例如干燥固体时,水分(或溶剂)从固体内部扩散到表面再从固体表面气化。干燥可分为自然干燥和人工干燥两种。并有真空干燥、冷冻干燥、气流干燥、微波干燥、红外线千燥和高频率干燥等方法。 干燥工艺  当对湿物料进行热力干燥时,以下两种过程相继发生,并先后控制干燥速率。   过程1:能量(大多数情况是热量)从周围环境传递至物料表面,使表面湿分蒸发,液体以蒸汽形式从物料表面排除,此过程的速率取决于温度、空气温度、湿度和空气流速、暴露的表面积和压力等外部条件。此过程称外部条件控制过程,也称恒速干燥过程。   过程2:内部湿分传递到物料表面,随之再发生表面蒸发。物料内部湿分的迁移是物料性质、温度和湿含量的函数,此过程称内部条件控制过程,也称降速干燥过程。   干燥速率由上述两个过程中较慢的一个速率控制。从周围环境将热能传递到湿物料的方式有对流、传导或辐射。在某些情况下可能是这些传热方式联合作用,工业干燥器在形式和设计上的差别与采用的主要传热方法有关。   在大多数情况下,热量先传到湿物料的表面然后传人物料内部。但是介电,射频或微波干燥时供应的能量在物料内部(有湿分处)产生热量,然后传至外表面。 干燥原理  1、外部条件控刺的干燥过程(过程1)   在干燥过程中基本的外部变量为温度、湿度、空气的流速和方向、物料的物理形态、搅动状况,以及在干燥操作时干燥器的持料方法。   外部干燥条件在于燥的初始阶段,即在排除非结合表面湿分时特别重要,因为物料表面的水分以蒸汽形式通过物料表面的气膜向周围扩散,这种传质过程伴随传热进行,故强化传热便可加速干燥。   但在某些情况下,应对干燥速率加以控制,例如瓷器和原木类物料在自由湿分排除后,从内部到表面产生很大的湿度梯度,过快的表面蒸发将导致显著的收缩,即过度干燥和过度收缩。这会在物料内部造成很高的应力,致使物料皲裂或弯曲。在这种情况下,应采用相对湿度较高的空气,既保持较高的干燥速率又防止出现质量缺陷。此处,根茎类蔬菜和水果切片如在过程1中干燥过快,会形成表面结壳导致临界含水量的提高而不利于干燥全过程速率的提高。   2、内部条件控制的干燥过程(过程2)   在物料表面没有充足的自由水分时,热量传至湿物料后,物料就开始升温并在其内部形成温度梯度,使热量从外部传人内部,而湿分从物料内部向表面迁移,这种过程的机理因物料结构特征而异。主要为扩散、毛细管流和由于干燥过程的收缩而产生的内部压力。在临界湿含量出现至物料干燥到很低的*终湿含量时,内部湿分迁移成为控制因素,了解湿分的这种内部迁移是很重要的。   一些外部可变量,如空气用量,通常会提高表面蒸发速率,此时则降低了重要性。如物料允许在较高的温度下停留较长的时间就有利此过程的进行。这可使物料内部温度较高从而造成蒸汽压梯度使湿分扩散到表面并会同时使液体湿分迁移。   对内部条件控制的干燥过程,其过程的强化手段是有限的,在允许的情况下,减小物料的尺寸,以降低湿分(或汽体)的扩散阻力是很有效的。施加振动、脉冲、超声波有利于内部水分的扩散。而由微波提供的能量则可有效地使内部水分汽化,此时如辅以对流或抽真空则有利于水蒸气的排除。   3、物料的干燥特性   如上所述,物料中的湿分可能是非结合水或结合水。有两种排除非结合水的方法:蒸发和汽化。当物料表面水分的蒸汽压等于大气压时,发生蒸发。这种现象是在湿分的温度升高到沸点时发生的,在转筒干燥器中出现的即为此种现象