第12章_食品干燥原理.

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

122113m 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

1

22211

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

21

d 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)