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  过热蒸汽干燥的优点:

  降低净能量消耗是过热蒸汽干燥的一个明显优势,相比于空气干燥机从热空气中冷凝lkg水分消耗4000-6000kJ的能量,过热蒸汽干燥机冷凝1kg水分的净能量消耗仅为1000——1500kJ;在过热蒸汽干燥机中不可能发生氧化和燃烧反应,这意味着没有火灾和爆炸危险,且往往也能得到更高品质的产品;基于过热蒸汽的高温(高于1001),有可能在恒速和降速干燥阶段获得更高的干燥速率,此外,在快速干燥中许多物料会形成”硬壳“,而在过热蒸汽干燥中不会形成这样的水分不能渗透的”硬壳“;过热蒸汽干燥可进行巴氏消毒、杀菌和/或食品产品的除臭。

  除了上述的优势,过热蒸汽干燥仍有下述局限性:

  过热蒸汽干燥体系更为复杂。干燥过程中不能出现渗漏,否则在通过压缩和冷凝回收能量时,会由于不可压缩带来问题。过热蒸汽干燥机的输人和输出过程不能有空气的渗人。过热蒸汽干燥机的启动和停机操作较空气干燥机更为复杂。

  由于物料是在环境温度下输人过热蒸汽干燥机,物料水分蒸发前蒸汽的冷凝就不可避免,这使得物料在干燥机中的时间延长10%——15%。但此局限可通过预热物料加以改善。

冷冻机组:采用过热蒸汽干燥获得的产品品质远远优于空气干燥的图片262

  在干燥机的操作压力和饱和蒸汽温度下,物料可能会融化,发生玻璃化转变或其他破坏,这样即使物料仅含有表面水分,也不能在过热蒸汽中完全干燥。不过,在减压条件下过热蒸汽干燥是一可行的方法,也有可能提高干燥速率。

  会发生氧化反应的物料,不能采用过热蒸汽干燥。

  过热蒸汽干燥的辅助消耗成本显著高于单独的蒸汽干燥机。在大部分情况下,由于所需辅助设备的技术经济性,只有排水量很大且系统连续操作,过热蒸汽干燥才是合理的选择。

  过热蒸汽干燥的基本原理和选择

  过热蒸汽在热传递特性上优于相同温度下的空气。由于蒸发产生的水蒸气扩散没有阻力,物料在恒速干燥阶段的干燥速率只取决于热传递速率。蒸汽和固体物料表面间的热对流传递系数A可通过界面热传递进行分析。忽略热敏效应,热量损失以及其他模式的热传递,表面水分蒸发至蒸汽的速率可简单表达为:

  l/_t\

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  kjQ’1steam1surface’/*74£、

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  /V=t=—(7-45)

  式中N—蒸发速率,kg/

  ^surface-——干燥表面温度,$

  –过热蒸汽温度,

  对于热空气干燥,rSUIhce=r湿球,因此,在相同的气体温度下,冷冻机组干燥空气的at值较高而a较低。计算结果表明这些相反作用的结果引起温度的”倒置“现象,高于倒置温度,过热蒸汽的干燥速率高于热空气的干燥速率。水及一些有机溶剂体系(过热蒸汽干燥)的实验结果证实了计算结果。当过热蒸汽以层流/紊流、湍流、自由对流的形式流经不同形状的物料时,可以看到水分在过热蒸汽中蒸发的倒置温度在160——200丈,因而倒置温度可定义为只针对表面水分蒸发,而不是内部水分迁移。

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  一般而言,只有出现下列情况时,过热蒸汽干燥作为一个可行的选择才值得考虑:

  ①能量消耗很高而产品的价值低;②采用过热蒸汽干燥获得的产品品质远远优于空气干燥;③干燥过程火灾、爆炸或其他氧化破坏的风险很高,保险费用可以部分地抵消过热蒸汽干燥机增加的投资成本;④产品的需求量大,干燥除去的水分的量也大,这提供了过热蒸汽干燥所需的经济规模。显然,只有当进行连续操作时,方会考虑过热蒸汽干燥。

  过热蒸汽干燥中废汽的利用

  蒸汽干燥机中蒸发的水分假如没有损失的话,那么就会变成热焓较低的多余蒸汽。经济、合理地利用这些蒸汽往往是这种蒸汽干燥方法成功的关键。这些蒸汽通常接近大气压并且易受污染。因此重新利用前要对蒸汽进行净化。蒸汽需要清洁到何种程度(用袋式滤器、旋风式滤清器或者静电沉淀器)取决于蒸汽怎样重新利用或者说在干燥过程中如何使用。

  水蒸气再压缩技术在连续蒸发器上得到了广泛应用。目前有两个主要的应用领域使用机械水蒸气压缩机来获取大量的节能。其中一个应用是在与液体蒸发器交接处使用压缩机,这样可以减少蒸发器的数量或者提高蒸发器的效率。压缩机用来压缩从蒸发器过来的水蒸气,在适当的条件下,压缩机所需的机械能或者电能要远低于水蒸气所重获的热能。另外的一个主要应用领域是利用压缩机可以从通常排往空气中的废汽中回收热量。在这个系统中需要使用热交换器利用废汽含有的热量来产生低压的蒸汽。蒸汽压缩机提高净化的低压蒸汽压力以达到需要的压力。

  生鲜食品的过热蒸汽干燥举例

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  甜菜浆过热蒸汽干燥近年来人们对过热蒸汽干燥食品进行了广泛的研究,这里着重讨论当前过热蒸汽在甜菜浆干燥中的应用。

  Tang等(2000年)用过热蒸汽(大气压下)和热空气在干燥器中对甜菜浆进行了干燥,烘箱在干燥过程中通过其外面的空气罩确保隔热。并且安装了一个小风扇来避免过热破坏这种平衡,这种情况可能会发生在蒸汽或者热空气从烘箱箱膛的小口泄漏出来时。
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