《食品工程原理》课程授课教案（B）第十二章 食品干燥原理

第18，19，20 次课，6学时:教学目的和教学要求：湿空气的热力学性质，湿空气的湿一恰图及其应用，湿物料的基本性质，湿物料常压热风干燥过程的机理和计算。重点和难点：重点讲授湿空气的热力学性质及湿一恰图的应用，干燥系统的物料衡算和热量衡算，干燥特性曲线，干燥速率方程及应用。第12章食品干燥原理用加热的方法除去湿物料中的湿分以获得固体产品的单元操作称为干燥。干燥方法按加热方式可分为四大类：(1)导热干燥热量通过与食品物料接触的加热面直接导入，使材料中的湿分汽化排除，达到干燥的目的。(2)对流干燥热量以对流的方式传递给湿物料，使食品材料中的湿分汽化，以达到干燥的目的。干燥介质（空气）既是载热体又是载湿体

第 18，19，20 次课，6 学时： 教学目的和教学要求： 湿空气的热力学性质，湿空气的湿—焓图及其应用，湿 物料的基本性质，湿物料常压热风干燥过程的机理和计算。 重点和难点： 重点讲授湿空气的热力学性质及湿—焓图的应用，干燥 系统的物料衡算和热量衡算，干燥特性曲线，干燥速率方程 及应用。 第 12 章 食品干燥原理 用加热的方法除去湿物料中的湿分以 获得固体产品的单元操作称为干燥。干燥方 法按加热方式可分为四大类： (1)导热干燥 热量通过与食品物料接触 的加热面直接导入，使材料中的湿分汽化排 除，达到干燥的目的。 (2)对流干燥 热量以对流的方式传递给湿 物料，使食品材料中的湿分汽化，以达到干 燥的目的。干燥介质（空气）既是载热体又 是载湿体

(3)辐射干燥热量通过电磁波的形式由辐射加热器传递给食品材料表面，再通过材料自身的热量传递，使内部的湿分汽化，达到干燥的目的。(4)介电加热干燥在高频电场中，食品材料中的湿分分子处于高速旋转与振动，由此产生的热量使湿分汽化，达到干燥的目的。干燥操作既包含传热过程又包含传质过程，两者的传递方向可能相同，也可能不同，但遵循的规律是：热量传递方向：热量总是由高温区向低温区传递。物质传递方向：物质总是由高浓度（或高分压）区向低浓度（或低分压）区传递。干燥进行的必要条件：物料表面的湿汽的压强必须大于干燥介质中湿分的分压。此差值越大，推动力越大。本章所论及的湿分为水分，干燥介质为热空气。1湿空气的热力学性质1.1湿含量（湿度）H湿含量是湿空气中水蒸汽的质量与绝干空

(3)辐射干燥 热量通过电磁波的形式由 辐射加热器传递给食品材料表面，再通过材 料自身的热量传递，使内部的湿分汽化，达 到干燥的目的。 (4)介电加热干燥 在高频电场中，食品材 料中的湿分分子处于高速旋转与振动，由此 产生的热量使湿分汽化，达到干燥的目的。 干燥操作既包含传热过程又包含传质 过程，两者的传递方向可能相同，也可能不 同，但遵循的规律是： 热量传递方向：热量总是由高温区向低温区 传递。 物质传递方向：物质总是由高浓度（或高分 压）区向低浓度（或低分压）区传递。 干燥进行的必要条件：物料表面的湿汽的压 强必须大于干燥介质中湿分的分压。此差值 越大，推动力越大。 本章所论及的湿分为水分，干燥介质为热空 气。 1 湿空气的热力学性质 1.1 湿含量（湿度）H 湿含量是湿空气中水蒸汽的质量与绝干空

气的质量之比。H=mn.M=18_PmanaM。29p-p或H=0.622_P,（kg/kg绝干气）P-pv式中：Pv、P-分别为水蒸汽分压和湿空气总压，Pa或kPa。湿含量也可理解为单位质量（1kg）绝干空气中所容纳的水蒸汽质量。1.2相对湿度Φ湿空气中水蒸汽分压与同温度下水的饱和蒸汽压之比。@=PPs式中：Pv、Ps-分别为水蒸汽分压和同温度下水的饱和蒸汽压，Pa或kPa。相对湿度用来衡量湿空气的不饱和程度，反映湿空气的吸收水汽的能力，中值越小，吸收水汽的能力越强。对于饱和湿空气，Φ=1（或100%);

气的质量之比。 v v aa vv a v pP p Mn Mn m m H − === 29 18 或 v v pP p H − = 622.0 （kg/kg 绝干气） 式中：pv、P-分别为水蒸汽分压和湿空气总 压，Pa或kPa。 湿含量也可理解为单位质量（1kg）绝干空 气中所容纳的水蒸汽质量。 1.2 相对湿度φ 湿空气中水蒸汽分压与同温度下水的饱和 蒸汽压之比。 s v p p φ = 式中：pv、ps-分别为水蒸汽分压和同温度下 水的饱和蒸汽压，Pa或kPa。 相对湿度用来衡量湿空气的不饱和程 度，反映湿空气的吸收水汽的能力，φ值越 小，吸收水汽的能力越强。 对于饱和湿空气，φ=1（或 100%）；

对于绝干空气，Φ=0。注意：当湿空气达到饱和时，表示其中所含的水蒸汽量已经达到最大值，超过此值的水分量必将以液态水的形式析出。因此，Φ<1。.H=0.622_p,p-dps1.3湿空气的比热容C和湿比容UH将湿空气中1kg绝干空气及其所带的Hkg水蒸汽的温度升高1℃所需吸收的热量。CH =C. + HC,将绝干空气及水蒸汽的平均比热容代入可得:Ch = 1.0 +1.93H(kJ/kg绝干气·℃)湿空气的湿比容u是指含有1kg绝干空气的湿空气所占有的体积（m/kg绝干空气）。(+)×224×*4273×Uh=(29+ 18)273*P或Un =(0.772+1.244H)×#+273x P273"P

对于绝干空气，φ=0。 注意：当湿空气达到饱和时，表示其中 所含的水蒸汽量已经达到最大值，超过此值 的水分量必将以液态水的形式析出。因此， φ≤1。 ∴ s s pP p H φ φ − = 622.0 1.3 湿空气的比热容CH和湿比容υH 将湿空气中 1 kg 绝干空气及其所带的 H kg 水蒸汽的温度升高 1℃ 所需吸收的热量。 = aH + HCCC v 将绝干空气及水蒸汽的平均比热容代入可 得： CH += 93.10.1 H （kJ/kg 绝干气·℃） 湿空气的湿比容υH是指含有 1 kg绝干空气 的湿空气所占有的体积（m3 /kg绝干空气）。 P tH P H 0 273 273 4.22) 1829 1 ( × + υ ××+= 或 P t P H H 0 273 273 )244.1772.0( × + υ ×+=

式中：t-湿空气的温度，℃;Po、P-分别为标准大气压和湿空气的压强，Pa或kPa。对常压湿空气，Po/P=1。1.4湿空气的热含量(饸)I湿空气的热含量（或）I是指含单位质量绝干空气的湿空气的焰。具体应用时，以0℃的绝干空气和0℃的液态水的恰值为零作为计算起点。I = Cat +(Lvo +C,t)H = 1.0t +(2500 + 1.93t)H或I=(1.0+1.93H)t+2500H(kJ/kg绝干气)式中：t为湿空气的温度，℃。1.5干球温度t和湿球温度tm干球温度t：用一般温度计所测得的空气温度;湿球温度t：用湿球温度计所测得的空气温度。湿球温度计：将温度计的感温部分包以湿纱布，使其始终处于润湿状态所构成的温度

式中：t-湿空气的温度，℃； P0、P-分别为标准大气压和湿空气的压强， Pa或kPa。对常压湿空气，P0/P=1。 1.4 湿空气的热含量(焓)I 湿空气的热含量（或焓）I 是指含单位质量 绝干空气的湿空气的焓。具体应用时，以 0 ℃的绝干空气和 0 ℃的液态水的焓值为零 作为计算起点。 tHtCLvtCI Ht a v )93.12500(0.1)( 0 ++= = + + 或 I += + 2500)93.10.1( HtH (kJ/kg 绝 干 气) 式中: t 为湿空气的温度,℃。 1.5 干球温度t和湿球温度tm 干球温度 t：用一般温度计所测得的空气温 度； 湿球温度tm：用湿球温度计所测得的空气温 度。 湿球温度计：将温度计的感温部分包以湿纱 布，使其始终处于润湿状态所构成的温度

计。湿球温度形成的原理：因物质交换（湿度不同）导致热量交换，最终达到热、质的传递平衡。传热达平衡时，有：Q = αA(t -tm)= kμA(H, - H)Lv_kL(H,-H)或 m=t-}α式中：H,-液滴表面空气层的饱和湿含量；kr-气化系数，kg/（m2·s）;Lv-水在t下的汽化潜热，kJ/kg;α-对流传热系数，kW/ (m2。℃);A-传热（质）面积，m。对空气一水系统:α /k=C ~ 1. 09kJ/kg. ℃1.6露点ta湿空气的露点t.是不饱和空气在其总压和湿度保持不变的情况下，被冷却降温达到饱和状态时的温度。若湿空气的温度降低到露点以下，则所含超过饱和部分的水蒸气将以液态水的形

计。 湿球温度形成的原理：因物质交换(湿度不 同)导致热量交换,最终达到热、质的传递平 衡。 传热达平衡时,有： α m =−= sH − )()( LvHHAkttAQ 或 HH )( Lvk tt s H m −= − α 式中：Hs-液滴表面空气层的饱和湿含量； kH-气化系数，kg/（m2 ·s）； LV-水在tm下的汽化潜热，kJ/kg； α-对流传热系数，kW/(m2 ·℃)； A-传热（质）面积，m2 。 对空气—水系统: α/kH=CH≈1.09kJ/kg. ℃ 1.6 露点td 湿空气的露点td是不饱和空气在其总压 和湿度保持不变的情况下，被冷却降温达到 饱和状态时的温度。 若湿空气的温度降低到露点以下，则所 含超过饱和部分的水蒸气将以液态水的形

式凝结出来。由于湿度不变，因此有：H =H,= 0.622 _P=0.622_ PmP-pvP-PsdHP或 Pm=0.622+H此式即为露点计算式。由上式求得psa后，查饱和水蒸汽表可得ta；或由下式计算ta:4030.182Lnpsd = 23.561-ta +235式中，Pa的单位为Pa，ta的单位为℃。湿空气的几个温度之间的关系：对于不饱和湿空气，有 t>tm>ta;对于饱和湿空气，有 t=tm=td。2湿空气的湿烩图及使用方法2．1湿空气的湿饸图（H－I图）见书P791，Fig12-5，本图是在总压强等于101.33kPa下绘制的

式凝结出来。 由于湿度不变，因此有： sd sd v v s pP p pP p HH − = − == 622.0 622.0 或 H HP psd + = 622.0 此式即为露点计算式。由上式求得psd后，查 饱和水蒸汽表可得td；或由下式计算td： 235 182.4030 561.23 + −= d sd t Lnp 式中，psd的单位为Pa，td的单位为℃。 湿空气的几个温度之间的关系： 对于不饱和湿空气，有 t>tm>td； 对于饱和湿空气，有 t=tm=td。 2 湿空气的湿焓图及使用方法 2．1 湿空气的湿焓图（H－I 图） 见书 P791，Fig12-5，本图是在总压强等于 101.33 kPa 下绘制的

H//特别提示：湿恰图上的任一参数值均是以1kg绝干空气为基准的。湿空气的H-I图由以下诸线群组成：1）等湿度线（等H线）群等湿度线是平行于纵轴的直线群，数值从0到0.15kg/kg绝干气。2）等烩线（等I线）群等恰线是平行于斜轴的直线群（与纵轴的夹角45°），数值从0到480kJ/kg绝千气3）等干球温度线（等t线）群等干球温度线是一系列向上倾斜但互不平行的直线群，数值从-10℃到185℃

特别提示：湿焓图上的任一参数值均是以 1kg 绝干空气为基准的。 湿空气的 H-I 图由以下诸线群组成： 1）等湿度线（等 H 线）群 等湿度线是平行于纵轴的直线群，数值从 0 到 0.15kg/kg 绝干气。 2）等焓线（等 I 线）群 等焓线是平行于斜轴的直线群（与纵轴的夹 角 45º ），数值从 0 到 480kJ/kg绝干气。 3）等干球温度线（等 t 线）群 等干球温度线是一系列向上倾斜但互不平 行的直线群，数值从-10℃到 185℃

4）等相对湿度线（等Φ线）群等相对湿度线是一系列向上倾斜弯曲的曲线群，从中=5%到Φ=100%共11条。5）水蒸汽分压线图中右下角的一系列水平直线群，数值从0到18kPa。2.2湿烩图的应用1）由H-I图上任一状态点确定湿空气的状态参数值，方法见下图：5-由图可清楚的看出：对于不饱和湿空气，有

4）等相对湿度线（等φ线）群 等相对湿度线是一系列向上倾斜弯曲的曲 线群，从φ=5%到φ=100%共 11 条。 5）水蒸汽分压线 图中右下角的一系列水平直线群，数值从 0 到 18kPa。 2.2 湿焓图的应用 1）由 H-I 图上任一状态点确定湿空气的状 态参数值，方法见下图： 由图可清楚的看出：对于不饱和湿空气，有

t>tm>ta；对于饱和湿空气（状态点A落在Φ=100%线上)，有 t=tm=td。特别提示：湿恰图上Φ=100%线上任一点均表示湿空气处于饱和状态。2）由湿空气的任意两个独立参数在H-I图上确定状态点A。100a）已知t，tb）已知t，tac）已知t，Φ3．湿空气的基本状态变化过程3．1间壁式加热和冷却以及冷（却）凝减湿过程1）间壁式加热和冷却特点：等湿过程，过程线为直线，加热1，冷却

t>tm>td；对于饱和湿空气（状态点A落在φ =100%线上），有 t=tm=td。 特别提示：湿焓图上φ=100%线上任一点均 表示湿空气处于饱和状态。 2）由湿空气的任意两个独立参数在 H-I 图 上确定状态点 A。 a）已知t，tm b）已知t，td c）已知t，φ 3. 湿空气的基本状态变化过程 3．1 间壁式加热和冷却以及冷（却）凝 减湿过程 1） 间壁式加热和冷却 特点：等湿过程，过程线为直线，加热↑， 冷却↓