谷物干燥ppt
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谷物干燥的基本形式：对流干燥
一、谷物中的水分
谷物的主要成分：淀粉、蛋白质、脂类、矿物 质和水分。淀粉、蛋白质属于具有胶体毛细管 结构的多孔性生物物料，谷物的水分由于和谷 物胶体物质结合力的不同而以不同的形式存在。
谷物中水分存在形式：机械结合水，物理化学 结合水，化学结合水。
机械结合水：机械结合水是指处于
对谷物力学性质的影响：裂纹和破碎
玉米：随着水分含量的增加，其抗压强度、弹性模 量、最大压应力及剪应力都降低。小麦：随着水分 含量增加，最大压应力和弹性模量降低。
干燥将使谷粒内部产生应力，谷粒力学特性的不同 将导致不同水分的谷粒对相等的应力有不同的反应， 从而决定谷粒在干燥过程中是否产生裂纹。
对于温度相同的谷粒或谷粒的不同部位，由 于水分含量的不同，可能使其处于不同的相态： 玻璃态或橡胶态。谷物处于橡胶态时的热体积膨 胀系数是处于玻璃态时的6倍。谷物处于不同相 态时，力学特性将发生明显变化，谷物力学特性 的不同将决定在后续的处理过程中是否产生裂纹 甚至破碎。
M' Ww 100 Wb
两者之间的换算关系：
M' M 1 M
谷物水分分布的不均匀性
同一批谷物不同谷粒之间水分分布是
不均匀的，这与谷物收获时就存在粒间水分差异 及收后处理有关，收后储藏可以降低水分差。谷 粒间水分的不均匀性是导致烘后谷物水分不均匀 的主要因素之一。
单一谷粒不同部位水分分布也是不均匀
谷物干燥过程需要去除的水分：机械结合水， 物理吸附水，渗透水分，部分化学吸附水分， 部分结构水分。
x1
物
自
非结合水分
料 的
x0
含
水
量 x*
0
总 水 分
由 水 分
结
平
合
衡
水
水
分
分
空气相对湿度φ
100%
谷物水分含量表达形式：
干基水分： 湿基水分：
M Ww Wbd
Ww：水分质量(kg) Wb： 湿谷物质量(kg) Wbd：谷物干物质质量(kg)
谷物表面和粗毛细管内的水分。这部分水分 与物料结合较松弛，没有一定的数量比例， 以液态存在且易于蒸发。机械结合水极易被 微生物及酶所利用，谷物干燥过程中必须除 去这部分水分。
物理化学结合水：物理化学结合水可分为吸附
水分、渗透水分和结构水分。这部分水分与物料之间没 有严格的数量比例。
吸附水分包括物理吸附水和化学吸附水。由于谷粒及毛 细管内壁表面分子引力的不平衡性，该分子要通过分子 间力、范德华力、氢键等吸附周围水蒸汽中的水分子以 达到平衡，这部分水分为物理吸附水分；化学吸附水分 指与吸附物料以化学力相结合的那部分水分；
四、薄层干燥
定义： 薄层干燥是指谷物干燥层的厚度很薄，可以
是单层谷粒也可以是多层谷粒，干燥介质通过谷 物薄层以后温度和相对湿度可以认为没有变化的 干燥过程。
薄层的厚度取决与风速、风温及相对湿度。
1、干燥曲线：干燥过程中物料含水量与干燥时间、物料表面 温度的关系曲线。
2、干燥速率曲线：物料干燥速率与物料含水量的关系曲线。
渗透水分指在渗透压的作用下进入细胞内的那部分水分； 结构水分指胶体物质固化形成凝胶时，保留在凝胶内部
的水分。谷物干燥过程中要除去物理吸附水分、渗透水 分及部分化学吸附水分和部分结构水分。
化学结合水：化学结合水是指渗入物料分
子的内部，与物料结合非常牢固的那部分水分。要 用化学反应或强烈热处理的方法才能除去这部分水 分。去除化学结合水必然引起谷物物理及化学性质 的变化。该部分水分与物料之间有着严格的数量比 例。化学结合水不是谷物干燥过程中要去除的水分。
湿含量
d Wv 0.622 Pv 0.622 Pv
Wad
Pad
Pa Pv
相对湿度 比热
RH dv 100 Pv 100
dsb
Psb
Ca Cad Cv
湿空气的湿含 量与相同状态 下饱和湿含量 的百分比
比容 焓
υ Va
RdTabs 1 1.608d
1kg干空气 所对应的湿
Wad
P
空气的体积，
I 1.005T 1.88T 2512 d
用υ(m3/kg 干空气)表示
1000
干空气焓值 水蒸气焓值 （升温显热＋水分汽化潜热）
湿焓图
I－D图中各种状态参数曲线 走向示意图
湿空气状态变化过程示意图 1→2：等湿升温过程 1→3：升温增湿过程 1→4：降温增湿过程（等焓） 1→4’：实际干燥过程
的，如：胚和胚乳之间的水分含量存在差异，谷 粒内外层之间水分含量也存在差异。
通常在干燥初期，谷粒内外的水分梯度很 大，随着干燥进行水分梯度降低。谷物不同组织 结构部位水分含量差异是由其物质组成和细胞结 构不同造成的，谷粒内外层之间水分含量差异会 对谷物的干燥特性产生影响。
水分对谷粒物理特性的影响
Q 1 hsA Ta Twb
Q2 ρ dVdho dM dt
dM hsA Ta Twb
dt ρ dVdho
ρd：干物质密度(kg/m3)， Vd：干物质体积(m3)，A：表面积(m2)，hs:表面 对流换热系数（kJ/m2.℃），h0：自由水分汽化热(kJ/kg.H2O).
AB
X
C
D
U
E
C
B
A
D
E
表
面
温A B C D
E
度
X
干燥时间τ
生物物料的干燥曲线
恒速干燥阶段
干燥速率（单位时间降水量，dM/dt）保持恒定。 物料温度不升高，等于湿空气的湿球湿度(Twb)。 空气通过对流传递给物料的热量Q1等于水分蒸发吸收的热
量Q2。
空气通过对流传递给物料的热量Q1等于 水分蒸发吸收的热量Q2。
第五章 谷物干燥
目的：利于长期贮藏。 能耗最高的谷物收后处理环节（人工干燥）。 研究谷物干燥的原理、方法，合理选择干燥机
型，有利于节约一次性投资，降低干燥成本。 保证谷物烘后品质。
第一节 谷物干燥原理
基本原理：Fra Baidu bibliotek物干燥过程是干燥介质把热 量传递给谷物，同时带走谷物水分的过程， 是谷物与干燥介质之间传热和传质的过程。
几何性质 ，热学性质
二、湿空气
状态方程及道尔顿定律 理想气体的状态方程
PaVa WaRT
湿空气的压力
Pa Pad Pv
PadVa WadRadT
PvVa WvRvT
Rad: 干空气的气体常数 0.287kj/kg.K
Rv: 水蒸汽的气体常数 0.461kj/kg.K
其他参数： 湿含量是指1kg干空气所含有的水蒸汽的质量, d(gH2O/kg干空气)
一、谷物中的水分
谷物的主要成分：淀粉、蛋白质、脂类、矿物 质和水分。淀粉、蛋白质属于具有胶体毛细管 结构的多孔性生物物料，谷物的水分由于和谷 物胶体物质结合力的不同而以不同的形式存在。
谷物中水分存在形式：机械结合水，物理化学 结合水，化学结合水。
机械结合水：机械结合水是指处于
对谷物力学性质的影响：裂纹和破碎
玉米：随着水分含量的增加，其抗压强度、弹性模 量、最大压应力及剪应力都降低。小麦：随着水分 含量增加，最大压应力和弹性模量降低。
干燥将使谷粒内部产生应力，谷粒力学特性的不同 将导致不同水分的谷粒对相等的应力有不同的反应， 从而决定谷粒在干燥过程中是否产生裂纹。
对于温度相同的谷粒或谷粒的不同部位，由 于水分含量的不同，可能使其处于不同的相态： 玻璃态或橡胶态。谷物处于橡胶态时的热体积膨 胀系数是处于玻璃态时的6倍。谷物处于不同相 态时，力学特性将发生明显变化，谷物力学特性 的不同将决定在后续的处理过程中是否产生裂纹 甚至破碎。
M' Ww 100 Wb
两者之间的换算关系：
M' M 1 M
谷物水分分布的不均匀性
同一批谷物不同谷粒之间水分分布是
不均匀的，这与谷物收获时就存在粒间水分差异 及收后处理有关，收后储藏可以降低水分差。谷 粒间水分的不均匀性是导致烘后谷物水分不均匀 的主要因素之一。
单一谷粒不同部位水分分布也是不均匀
谷物干燥过程需要去除的水分：机械结合水， 物理吸附水，渗透水分，部分化学吸附水分， 部分结构水分。
x1
物
自
非结合水分
料 的
x0
含
水
量 x*
0
总 水 分
由 水 分
结
平
合
衡
水
水
分
分
空气相对湿度φ
100%
谷物水分含量表达形式：
干基水分： 湿基水分：
M Ww Wbd
Ww：水分质量(kg) Wb： 湿谷物质量(kg) Wbd：谷物干物质质量(kg)
谷物表面和粗毛细管内的水分。这部分水分 与物料结合较松弛，没有一定的数量比例， 以液态存在且易于蒸发。机械结合水极易被 微生物及酶所利用，谷物干燥过程中必须除 去这部分水分。
物理化学结合水：物理化学结合水可分为吸附
水分、渗透水分和结构水分。这部分水分与物料之间没 有严格的数量比例。
吸附水分包括物理吸附水和化学吸附水。由于谷粒及毛 细管内壁表面分子引力的不平衡性，该分子要通过分子 间力、范德华力、氢键等吸附周围水蒸汽中的水分子以 达到平衡，这部分水分为物理吸附水分；化学吸附水分 指与吸附物料以化学力相结合的那部分水分；
四、薄层干燥
定义： 薄层干燥是指谷物干燥层的厚度很薄，可以
是单层谷粒也可以是多层谷粒，干燥介质通过谷 物薄层以后温度和相对湿度可以认为没有变化的 干燥过程。
薄层的厚度取决与风速、风温及相对湿度。
1、干燥曲线：干燥过程中物料含水量与干燥时间、物料表面 温度的关系曲线。
2、干燥速率曲线：物料干燥速率与物料含水量的关系曲线。
渗透水分指在渗透压的作用下进入细胞内的那部分水分； 结构水分指胶体物质固化形成凝胶时，保留在凝胶内部
的水分。谷物干燥过程中要除去物理吸附水分、渗透水 分及部分化学吸附水分和部分结构水分。
化学结合水：化学结合水是指渗入物料分
子的内部，与物料结合非常牢固的那部分水分。要 用化学反应或强烈热处理的方法才能除去这部分水 分。去除化学结合水必然引起谷物物理及化学性质 的变化。该部分水分与物料之间有着严格的数量比 例。化学结合水不是谷物干燥过程中要去除的水分。
湿含量
d Wv 0.622 Pv 0.622 Pv
Wad
Pad
Pa Pv
相对湿度 比热
RH dv 100 Pv 100
dsb
Psb
Ca Cad Cv
湿空气的湿含 量与相同状态 下饱和湿含量 的百分比
比容 焓
υ Va
RdTabs 1 1.608d
1kg干空气 所对应的湿
Wad
P
空气的体积，
I 1.005T 1.88T 2512 d
用υ(m3/kg 干空气)表示
1000
干空气焓值 水蒸气焓值 （升温显热＋水分汽化潜热）
湿焓图
I－D图中各种状态参数曲线 走向示意图
湿空气状态变化过程示意图 1→2：等湿升温过程 1→3：升温增湿过程 1→4：降温增湿过程（等焓） 1→4’：实际干燥过程
的，如：胚和胚乳之间的水分含量存在差异，谷 粒内外层之间水分含量也存在差异。
通常在干燥初期，谷粒内外的水分梯度很 大，随着干燥进行水分梯度降低。谷物不同组织 结构部位水分含量差异是由其物质组成和细胞结 构不同造成的，谷粒内外层之间水分含量差异会 对谷物的干燥特性产生影响。
水分对谷粒物理特性的影响
Q 1 hsA Ta Twb
Q2 ρ dVdho dM dt
dM hsA Ta Twb
dt ρ dVdho
ρd：干物质密度(kg/m3)， Vd：干物质体积(m3)，A：表面积(m2)，hs:表面 对流换热系数（kJ/m2.℃），h0：自由水分汽化热(kJ/kg.H2O).
AB
X
C
D
U
E
C
B
A
D
E
表
面
温A B C D
E
度
X
干燥时间τ
生物物料的干燥曲线
恒速干燥阶段
干燥速率（单位时间降水量，dM/dt）保持恒定。 物料温度不升高，等于湿空气的湿球湿度(Twb)。 空气通过对流传递给物料的热量Q1等于水分蒸发吸收的热
量Q2。
空气通过对流传递给物料的热量Q1等于 水分蒸发吸收的热量Q2。
第五章 谷物干燥
目的：利于长期贮藏。 能耗最高的谷物收后处理环节（人工干燥）。 研究谷物干燥的原理、方法，合理选择干燥机
型，有利于节约一次性投资，降低干燥成本。 保证谷物烘后品质。
第一节 谷物干燥原理
基本原理：Fra Baidu bibliotek物干燥过程是干燥介质把热 量传递给谷物，同时带走谷物水分的过程， 是谷物与干燥介质之间传热和传质的过程。
几何性质 ，热学性质
二、湿空气
状态方程及道尔顿定律 理想气体的状态方程
PaVa WaRT
湿空气的压力
Pa Pad Pv
PadVa WadRadT
PvVa WvRvT
Rad: 干空气的气体常数 0.287kj/kg.K
Rv: 水蒸汽的气体常数 0.461kj/kg.K
其他参数： 湿含量是指1kg干空气所含有的水蒸汽的质量, d(gH2O/kg干空气)