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干燥知识
第二十四篇:西芹热风干燥工艺研究(2)

 
2. 2  干燥条件的考察
2. 2. 1  干燥温度对干燥过程影响 片状的西芹经90 ℃的热水烫漂3 min 后,在风量为0. 021 m3 / s(1. 34 m/s) 、装载为1. 75 kg/ m2 的条件下分别考察了干燥温度为60 ℃(湿球温度35 ℃) 、70 ℃(湿球温度39 ℃) 、75 ℃(湿球温度41 ℃) 、80 ℃(湿球温度42 ℃) 、85 ℃(湿球温度44 ℃) 对干燥过程的影响,得到的干燥曲线见图5 ,速度曲线见图6 ,复水性如表3 所示,感官指标差别不明显。
 
      
图5 显示,温度越高,经相同时间干燥物料的含水量就越低。这是由于温度越高,空气相对湿度就越低,空气与物料之间的湿度差就越大,使得传热推动力—温度差、传质推动力—湿度差就越大,干燥速度也就越大,要达到一定的含水量所需时间就越短。因此,提高干燥温度对过程有利。由图6 可见,在恒速干燥过程中,从60 ℃到70 ℃,它的恒速速率增幅较大,以后速率增幅就逐渐减小,从热量损耗考虑,干燥温度就不宜过高。再由表3 得出,虽然随着干燥温度的升高复水性也随之增大,但由于在80 ℃和85 ℃干燥情况下复水性相差不大,鉴于物料为热敏性,温度过高营养成分被破坏得越多,因此温度以80 ℃干燥为宜。
 
     
2. 2. 2  不同风量对干燥过程的影响 片状的西芹经90 ℃的热水烫漂3 min 后,在干燥温度80 ℃(湿球温度42 ℃,相对湿度Φ= 0. 33) 、装载1. 75 kg/ m2的条件下考察了风量分别为0. 015 m3 / s (0.92 m/ s) 、0.018 m3 / s ( 1.14 m/ s) 、0.021 m3 / s ( 1.34 m/ s) 、01024 m3 / s (1.51 m/ s) 、0. 027 m3 / s (1.69 m/ s) 对干燥过程的影响,得到干燥曲线见图7 ,速度曲线见图8及复水性见表4 ,感官指标差别不明显。
         
如图7 、8 所示,风量越大,经相同时间干燥物料的含水量越低。其原因是风量越大,空气中的含水量越小,空气与物料间的湿度差就越大,同时边界层减薄,传热系数增大干燥速度也就越大。因此,提高风量对干燥过程有利,但风量越大能量损耗也越大。表4 显示,不同风速下复水性有差别,但相差不大,综合考虑,以0. 021m3 / s (1. 34 m/ s) 干燥为佳。
2. 2. 3  不同物料厚度对干燥过程的影响 在干燥温度为80 ℃、风量为0. 021 m3 / s、装载1. 75 kg/m2 、片状的条件下,分别考察了厚度为2 mm、3 mm物料的干燥过程,干燥曲线见图9 和速率曲线见图10 ,感官指标差别不明显。
           
    
如图10 所示,物料为2 mm 的干燥速度明显比物料为3 mm 的快,这是因为物料越薄,水分越容易从西芹内部迁移,干燥速度也就越大,要达到一定的含水量所需时间就越短。因此在实际生产过程中,物料尽可能薄。
    
2. 2. 4  不同装载量对干燥过程的影响 在干燥温度为80 ℃、风量0. 021 m3 / s、片状的条件下,分别考察了单层物料(1. 75 kg/ m2 ) 和双层物料(3. 52kg/ m2 ) 的干燥过程,感官指标差别不明显。
               
物料双层与单层要达到相同的含水率,双层所需的干燥时间要大,这是由于物料层厚,传递阻力大;但双层的干燥速度比单层的大。这是因为干燥速度是单位时间单位面积上的水分挥发量,水分的挥发量与总物料量有关。只要传热速度足够快,装载量越多,干燥速度就越高。在实际生产过程中, 需要结合经济因素考虑合适的装载量,可以选择多层物料干燥。
2. 3  干燥过程分析与较佳工艺条件确定
    由干燥曲线可看出,西芹热风干燥过程分为三个明显不同的阶段,即调整段、恒速干燥段和降速干燥段。
    在调整段,气固两相进行传热和传质,热空气传给西芹的热量,一部分用于提高西芹片的温度,使其由初始温度逐渐提高到热空气状态下的湿球温度;另一部分热量用于汽化水分,故西芹片含水率下降较慢,干燥速度上升,该段所需时间较短。在恒速干燥段,西芹片维持热空气状态下的湿球温度不变,热空气传递给西芹片的热量全部用于汽化水分,含水率呈直线下降,干燥速率基本保持不变。此阶段是干燥过程的主要阶段,所用时间较长,说明其内部组织结构比较疏松,干燥时内部水分的扩散阻力较小,其内部水分扩散速率大于表面水分蒸发速率。一般而言,恒速干燥阶段越长,制品的品质越好。在降速干燥段,西芹片内部水分移动到表面的速度赶不上表面水分的汽化速率,表面局部出现“干区”,进而表面都成为干区,非结合水分全部除去,接下去所汽化的是结合水。此时热空气传递的热量,一部分用于汽化水分,一部分用于提高西芹片的温度,故西芹片含水率下降速度变慢,从图线上可看出有两个降速阶段[5 ] 。同时,由图可见,风温越高,风速越大,切片越薄,载量多层,干燥速率就越大,且风温是各个因素之中对干燥速率影响效应最大的。
    由实验结果可知,较佳干燥工艺条件为风温80 ℃、风速0. 021 m3 / s (1. 34 m/ s) ,物料选择为薄而双层。
2. 4  干燥方程
    采用薄层Page 模型对实验数据进行拟合[ 6 ] ,方程为
       
    
    式中: X为干基含水量,kg水/ kg绝干料; X0 为初始含水量,kg水/ kg绝干料; X3 为平衡含水量, kg 水/ kg绝干料;τ为时间, s ; K、n为方程参数。将实验数据分别在ln[ - lnMR ] 与lnτ坐标上画图, MR = ( X -X3 ) / ( X0 - X3 ) , 得到方程的斜率即为n , 截距为ln K。
    以ln[ - lnMR ] 为y 轴,lnτ为x 轴, 得到风量0.021 m3 / s 时不同干燥温度下和温度80 ℃时不同干燥风速下的方程如下:风量0. 021 m3 / s 时,
        
    各条件下的方程线性相关均较好,说明干燥方程符合Page 模型。
3  结 语
    实验得出:
    1) 西芹薄片在90 ℃热水中烫漂3 min ,为较适宜的预处理条件。
    2) 西芹干燥呈现出典型的三段脱水性质,即调整阶段、恒速阶段和降速阶段。
    3) 提高干燥温度与风量,对强化干燥过程有利。较佳的干燥工艺条件为风温80 ℃、风量0. 021m3 / s (1. 34 m/ s) ,物料选择为薄而双层。
    4) 西芹热风干燥后与新鲜西芹相比,重量大为减轻,体积减小,从而方便了运输与储藏。西芹在热风干燥后其物理性状保持良好,保持原有西芹特有的色香味,在常温的水中一定时间就能复水,复水后能基本恢复西芹新鲜时的状态。
    5) 干燥方程符合Page 模型。
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