食品干燥基本知识

第12章 食品干燥原理

12.1 主要公式

12.1.1湿空气的热力学性质 1) 绝对湿度和相对湿度

绝对湿度为单位体积湿空气中水蒸汽的含量。

T

R p v v

v =

ρ (kg/m 3) (12-1)

s

v s v p p =ρρ=

φ

(12-2)

式中，p v －水蒸汽分压，Pa ； p s －饱和水蒸汽分压，Pa ；

v ρ－水蒸汽的密度，kg/m 3；

s ρ－饱和水蒸气的密度，kg/m 3；

R v －水蒸汽的气体常数，461.5 J/(kg ·K)。

2) 湿含量

湿含量是对单位质量干空气而言所含水蒸气的质量。

s

s v v p P p p P p d φ-φ=-=622.0622

.0 （kg 水蒸气/kg 干空气）

(12-3)

式中，P －湿空气压力，是干空气分压力和水蒸气分压力之和。 3) 湿空气的比热容和比体积

湿空气的比热容是以单位质量干空气为计算基础，即含1kg 干空气的湿空气温度升高1K 所需吸收的热量，它应等于1kg 干空气升温所需的热量和d kg 水蒸气升温所需热量

之和。

d C C C v a H += (J/kg 干空气·K)

(12-4)

式中，C H 、C a 、C v －分别表示湿空气、干空气和水蒸气的比热容，kJ/(kg ·K)。因为干空气和水蒸气在温度0～120℃范围内的平均定压比热容分别约为 1.0和1.93kJ/(kg ·K)，故有

d C H 93.10.1+=

(kJ/kg 干空气·K) (12-5)

湿空气的比体积H v 是指含有单位质量干空气的湿空气所占有的体积（m 3/kg 干空气）。

()d P

T

R v a H 608.11+=

(m 3/kg 干空气) (12-6)

4) 湿空气的热含量

湿空气的热含量或焓h 是指含单位质量干空气的湿空气的焓。具体应用时，以0℃时干空气和液态水的焓值为零作为计算起点。

()d T d h 250093.10.1++= (kJ/kg 干空气)

(12-7)

5) 干球温度和湿球温度

)(d d L k T T s v

d M --

=α

(℃)

(12-8)

式中，T M －湿球温度，℃； T －干球温度，℃；

s d —液滴表面空气层的饱和湿含量； d k —气化系数；

α－对流换热系数，(W/m 2·℃)；

v L —水的气化潜热。 6）湿空气混合后状态点

在焓湿图上，根据下式确定，

)

31()

23(21--=

L L m m (12-9)

或通过计算确定，

212

2113m m d m d m d ++=

(12-10)

2

12

2113m m h m h m h ++=

(12-11)

式中，1m 、2m －分别为1、2状态点处的气体质量； 1h 、2h －分别为1、2状态点处的焓； 1d 、2d －分别为1、2状态点处的湿含量。 12.1.2 干燥计算

食品水分又称为食品含水率，以百分数或小数表示，水分的表达方法有干基水分和湿基

水分两种。

1) 干基水分 干基水分为食品中含有水的质量与干物质的质量之比，

d

s

d m m M =

(12-12)

式中，d M —干基水分（小数）；

s m —食品中水的质量； d m —干物质质量。

2) 湿基水分 湿基水分w M 以湿物料的质量为分母

s

d s

s w m m m m m M +==

(12-13)

式中，m —湿物料质量。

两者之间的换算关系为

w w

d M M M -=

1

(12-14)

d

d

w M M M +=

1

(12-15)

3)水分活度

a RT p p

RT s

ln ln

0==-μμ （12-16）

式中，μ－物料中水分的化学势；

0μ－纯水的化学势；

p －物料中水的蒸汽压； p s －同温度下纯水的蒸汽压；

a －物料中水分的活度。对于纯水，活度a 0＝1，对于与物料相结合的水分，a<1。 4) 产品量和汽化水分量

干燥产品量为，

)

M ()

M (m m w w 211

211--＝ (kg/h)

(12-17)

水分汽化量为，

1

2

122211

2111w w w w w w s M M M m M M M m m m m --=--=-=

(kg/h) (12-18)

式中，M w1、M w2－分别为干燥前和干燥后的湿基水分；

m 1、 m 2－分别为干燥前每小时处理的湿物料量和干燥后每小时的产品量； m s －每小时汽化水分量。

5) 空气消耗量

1

21d d m L l s -==

(kg 干空气/kg 水分) (12-19)

式中，l －汽化1kg 水分所消耗的干空气量，称为单位质量空气消耗量。

21d d ，－分别为进入干燥室和离开干燥室空气的湿含量；

L －通过干燥室的干空气量。 6) 热耗量

∑=-L q h h l )(21

(12-20)

式中，

∑L

q

－因物料、运输机械的出入和干燥室的散热，对汽化1kg 水分所造成的热损

失，kJ/kg 水分。

2

1h h ，－分别为进入干燥室和离开干燥室空气的焓； 7) 干燥器的热效率、干燥效率和蒸发效率

干燥器的热效率是指空气在干燥室内放出的显热量与空气在预热器中获得的热量之比。

%1000

12

1⨯--=

ηT T T T h

(12-21)

干燥效率，多数人认为用于蒸发水分所需的热量与干燥室内空气放出的显热量之比。

)

T T (LC L m H v

s D 21-=

η

%)

T T )(d ..(L L m v

s 10093100121⨯-+=

(12-22)

干燥器的蒸发效率是指干燥室内的实际蒸发能力与排气完全被水蒸气饱和的理想蒸发

能力之比。可近似为，

%10012

1⨯--=

ηs

e T T T T

(12-23)

式中 T 1－干燥室进口湿空气温度；