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泛指從濕物料中除去水分或其他濕分的各種操作。在一定溫度下,任何含水的濕物料都有一定的蒸氣壓,當此蒸氣壓大於周圍氣體中的水汽分壓時,水分將汽化。

1 乾燥 -基本信息

泛指從濕物料中除去水分或其他濕分的各種操作。如在日常生活中將潮濕物料置於陽光下曝晒以除去水分,工業上用硅膠、石灰、濃硫酸等除去空氣、工業氣體或有機液體中的水分(見減濕)。在化工生產中,乾燥通常指用熱空氣、煙道氣以及紅外線等加熱濕固體物料,使其中所含的水分或溶劑汽化而除去,是一種屬於熱質傳遞過程的單元操作。乾燥的目的是使物料便於貯存、運輸和使用,或滿足進一步加工的需要。例如穀物、蔬菜經乾燥后可長期貯存;合成樹脂乾燥後用於加工,可防止塑料製品中出現氣泡或雲紋;紙張經乾燥后便於使用和貯存。乾燥操作廣泛應用於化工、食品、輕工、紡織、煤炭、農林產品加工和建材等各部門。 

2 乾燥 -原理

在一定溫度下,任何含水的濕物料都有一定的蒸氣壓,當此蒸氣壓大於周圍氣體中的水汽分壓時,水分將汽化。汽化所需熱量,或來自周圍熱氣體,或由其他熱源通過輻射、熱傳導提供。含水物料的蒸氣壓與水分在物料中存在的方式有關。物料所含的水分,通常分為非結合水和結合水。非結合水是附著在固體表面和孔隙中的水分,它的蒸氣壓與純水相同;結合水則與固體間存在某種物理的或化學的作用力,汽化時不但要克服水分子間的作用力,還需克服水分子與固體間結合的作用力,其蒸氣壓低於純水,且與水分含量有關。在一定溫度下,物料的水分蒸氣壓p同物料含水量x(每千克絕對干物料所含水分的千克數)間的關係曲線稱為平衡蒸氣壓曲線(圖1),一般由實驗測定。當濕物料與同溫度的氣流接觸時,物料的含水量和蒸氣壓下降,系統達到平衡時,物料所含的水分蒸氣壓與氣體中的水汽分壓相等,相應的物料含水量x*稱為平衡水分。平衡水分取決於物料性質、結構以及與之接觸的氣體的溫度和濕度。膠體和細胞質物料的平衡水分一般較高,通過乾燥操作能除去的水分,稱為自由水分(即物料初始含水量x1x*之差)。
乾燥乾燥

將濕物料置於溫度、濕度和氣速都恆定的氣流中,物料中的水分將逐漸降低。由實驗可測得乾燥速率N與物料含水量x的關係曲線(圖2),此曲線稱為乾燥速率曲線。乾燥速率為單位時間內單位物料表面汽化的水量,即:

乾燥

式中G為絕對干物料的質量;A為暴露於氣流中的物料表面積;x為物料的含水量;τ為乾燥時間。從圖示的乾燥速率曲線可知:濕物料的乾燥過程分為恆速乾燥和降速乾燥兩個階段,分界點的含水量稱為臨界含水量xc。臨界含水量不僅取決於物料的性質和結構,還與氣速、溫度和濕度以及乾燥器的類型有關。在恆速乾燥階段,物料的含水量大於臨界含水量,物料表面布滿非結合水分。若熱量的供應僅來自熱氣體,則物料的表面溫度等於氣體的濕球溫度。此階段的乾燥速率與物料的性質和含水量無關,僅取決於乾燥器的結構以及氣體的流速和性質。恆速乾燥階段所汽化的水分,全部為非結合水分。在降速乾燥階段,物料的含水量低於臨界含水量,乾燥速率的變化規律與物料的性質和結構尤其是水分的存在方式有關。這時水分在固體物料內部的擴散起重要作用。減薄物料的厚度或減小其粒度,能夠有效地提高幹燥速率。降速乾燥階段汽化除去的水分包括剩餘的非結合水分和部分結合水分。物料的溫度在乾燥過程中逐漸升高。
乾燥乾燥
  

3 乾燥 -分類

乾燥乾燥
根據熱量的供應方式,有多種乾燥類型:①對流乾燥。使熱空氣或煙道氣與濕物料直接接觸,依靠對流傳熱向物料供熱,水汽則由氣流帶走。對流乾燥在生產中應用最廣,它包括氣流乾燥、噴霧乾燥、流化乾燥、迴轉圓筒乾燥和廂式乾燥等。②傳導乾燥。濕物料與加熱壁面直接接觸,熱量靠熱傳導由壁面傳給濕物料,水汽靠抽氣裝置排出。它包括滾筒乾燥、冷凍乾燥、真空耙式乾燥等。③輻射乾燥。熱量以輻射傳熱方式投射到濕物料表面,被吸收後轉化為熱能,水汽靠抽氣裝置排出,如紅外線乾燥。④介電加熱乾燥。將濕物料置於高頻電場內,依靠電能加熱而使水分汽化,包括高頻乾燥、微波乾燥。在傳導、輻射和介電加熱這三類乾燥方法中,物料受熱與帶走水汽的氣流無關,必要時物料可不與空氣接觸。

4 乾燥 -操作評價

評價乾燥操作的指標,主要是乾燥產品質量和乾燥操作的經濟性。乾燥產品的質量指標,不僅是產品的含水量,還有各種工藝要求。例如:蔬菜的乾燥要求不破壞營養成分,並保持原來的多孔結構;木材的乾燥要求產品不扭曲燥裂;熱敏物料的乾燥則要求不變質等。乾燥是能量消耗很大的操作,單位產品所消耗的能量,是衡量經濟性的一個指標。對於對流乾燥,熱量的利用通常用熱效率來衡量。乾燥操作的熱效率,是指用於水分汽化和物料升溫所耗的熱量占乾燥總熱耗的分率。提高熱效率的途徑,除了減少設備熱損失外,主要是降低廢氣帶走的熱量。為此應盡量降低氣流的出口溫度,或設置中間加熱器以減少氣體的用量。衡量乾燥操作經濟性的另一指標是乾燥器的生產強度(單位乾燥器體積或單位乾燥面積所汽化的水量或生產的產品量)。為此應設法提高幹燥速率。
乾燥操作的成功與否,主要取決於乾燥方法和乾燥器的選擇是否適當。要根據濕物料的性質、結構以及對乾燥產品的質量要求,比較各種乾燥方法和設備的特性,並參照工業實踐的經驗,才能做出正確的決定。

5 乾燥 -乾燥設備

茶葉加工是中國的傳統產業。為了提高茶葉的加工質量和產業現代化,有必要在茶葉初加工業和深加工業應用新的科學技術,而先進的微波技術在茶葉中有較好的應用前景。 微波是指在3OMHz-300000MHz介於無線電和光波之間的超高電磁波.目前,應用在食品工業中的微波裝置的中心波長0.328m(頻率915MHz)或0.1225m(頻率2450MHz)。 一、微波在茶葉殺青中的應用    生產綠茶、烏龍茶,均需要加熱殺青處理,以鈍化多酚氧化酶的活性,蒸發部分水分,揮發青草氣味,軟化組織。目前生產上常用炒青方式進行殺青處理,少數地方採用蒸汽殺青方式。

試驗結果表明,微波殺育與炒青方式加工的茶葉品質良好,無明顯差異,但微波殺青的時間短(為炒青時間的1/8)可以連續進行。而蒸汽殺青由於蒸汽含水量高,原料外層受高溫影響,因此殺青后的茶葉幾乎無減重,部分葉綠素受破壞,原料所含營養物質隨冷凝水而部分流失,品質不太理想。

微波在茶葉殺青的應用主要是其產生的熱效應。當磁控管產生微波,照到茶葉對,茶葉內部的極性分子受微波周期性變化的影響,隨微波進行周期性活動。由於微波的頻率很高,使茶葉內部分子高速碰撞而產生了大量的摩擦熱量迅速提高物料的溫度,從而達到快速升溫的效果。 二、微波在茶葉乾燥中的應用   一般的熱風乾燥過程中物料外部受熱,表面乾燥,熱量向內傳遞,其方向與水分擴散傳遞的方向相反,影響了水分的向外蒸發。而微波是內部加熱,含水量高的部位升溫較快。因此在微波乾燥過程中,水分由內層向外層的遷移速度快,乾燥速度明顯快於熱風乾燥。在茶葉乾燥中應用微波乾燥具有以下優點:(1)乾燥速度快;(2)產品質量好;由於茶葉表面溫度不太高,葉綠素變化少,色澤綠翠而耐藏,香氣損失少,乾燥均勻;同時由於水分蒸發速度快,容易形成多孔性,產品的復水性好,泡茶時內容物易溶出。 三、微波在茶葉殺蟲和防霉中的應用   茶葉在貯運過程中易生蟲,在黑茶的渥堆過程中也常發生昆蟲污染的現象。過去常用藥物熏蒸的殺蟲方法,但存在藥物殘留的問題。採用微波處理可以取得良好的殺蟲效果、茶葉中昆蟲的殺蟲效果與茶葉和蟲體的介電性質密切相關,當茶葉的含水量小於12%時,有利於增強殺蟲的效果。   茶葉在加工貯藏中極易受潮發霉而降低品質。通過試驗證明微波技術對茶葉黴菌具有優異的殺滅效果 

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