米粉干燥過程原理

    （一）、米粉中的水分

    經(jīng)過糊化的米粉含水率一般在65％左右，米粉與水分的結(jié)合形式，米粉在干燥過程中的變化，以及影響干燥速率的因素是分析和改進(jìn)米粉干燥的理論依據(jù)。

    當(dāng)米粉與一定溫度及濕度的靜止空氣相接觸，勢必釋放出或吸收水分，使米粉含水率達(dá)到某一平衡數(shù)值。只要空氣的狀態(tài)（溫度與濕度）不變，米粉中所達(dá)到的含水率就不再因接觸時(shí)間增加而發(fā)生變化，此值就是米粉在該空氣狀態(tài)下的平衡水分。而到達(dá)平衡水分的濕米粉失去的水分為自由水分。也就是說，米粉水分是平衡水分和自由水分組成，在一定的空氣狀態(tài)下，干燥的極限就是使米粉達(dá)到平衡水分。

    米粉內(nèi)含有的水分可以分為物理水與化學(xué)水，干燥過程只涉及物理水，物理水又分為結(jié)合水與非結(jié)合水。

    非結(jié)合水存在于米粉的大毛細(xì)管內(nèi)，與米粉結(jié)合松弛。米粉中非結(jié)合水的蒸發(fā)就像自由液面（水池）上水的蒸發(fā)一樣，米粉表面水蒸汽的分壓力，等于其表面溫度下的飽和水蒸汽分壓力。米粉中非結(jié)合水排出時(shí)。物料的顆粒彼此靠攏，因此發(fā)生體積收縮，故非結(jié)合水又稱為收縮水。

    結(jié)合水是存在于米粉微毛細(xì)管（直徑小于o。1μm）內(nèi)及膠體顆粒表面的水，與米粉結(jié)合比較牢固（屬物理化學(xué)作用），因此當(dāng)結(jié)合水排出時(shí)，米粉表面水蒸汽的分壓將小于米粉表面溫度下的飽和水蒸汽分壓力。

    在干燥過程中當(dāng)米粉表面水蒸汽分壓力等于周圍干燥介質(zhì)（熱空氣）的水蒸汽分壓力時(shí)，干燥過程即停止，水分不能繼續(xù)排出，此時(shí)米粉中所含的水分即為平衡水。平衡水是結(jié)合水的一部分，它的多少取決于干燥介質(zhì)的溫度和相對(duì)濕度。在排出結(jié)合水時(shí)，米粉體積不發(fā)生收縮，比較安全。（二）、米粉的干燥過程在干燥條件穩(wěn)定的情況下，米粉表面溫度、水分含量、干燥速率與時(shí)間有一定的關(guān)系，根據(jù)它們之間關(guān)系的變化特征，可以將干燥過程分為：加熱階段、等速干燥階段、降速干燥階段三個(gè)過程。加熱階段（傳熱過程）：干燥介質(zhì)（熱空氣）的熱量以對(duì)流方式傳給米粉表面，又以傳導(dǎo)方式從表面?zhèn)飨蛎追蹆?nèi)部的過程。由于干燥介質(zhì)（熱空氣）在單位時(shí)間內(nèi)傳給電瓷米粉表面的熱量大于表面水分蒸發(fā)所消耗的熱量，因此米粉受熱表面溫度逐漸升高，同時(shí)米粉表面的水分得到熱量而汽化，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)。直至等于干燥介質(zhì)的濕球溫度，此時(shí)表面獲得的熱量與蒸發(fā)消耗熱達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，溫度不變。此階段米粉溫度升高，表面水分減少，干燥速率增加。等速干燥階段（外擴(kuò)散過程）：米粉表面產(chǎn)生的水蒸汽，在濃度差（因米粉表面水分子的濃度大于干燥介質(zhì)中水分子的濃度）的作用下，以擴(kuò)散方式，由米粉表面向干燥介質(zhì)中移動(dòng)。本階段仍繼續(xù)進(jìn)行非結(jié)合水排出。由于米粉含水分較高，表面蒸發(fā)了多少水量，內(nèi)部就能補(bǔ)充多少水量，即米粉內(nèi)部水分移動(dòng)速度（內(nèi)擴(kuò)散速度）等于表面水分蒸發(fā)速度，亦等于外擴(kuò)散速度，所以表面維持潮

    濕狀態(tài)。

    另外，介質(zhì)傳給米粉表面的熱量等干水分汽化所需的熱量，所以米粉表面溫度不變，等于介質(zhì)的濕球溫度。米粉表面的水蒸汽分壓等子表面溫度下飽和水蒸汽分壓，干燥速率穩(wěn)定，故稱等速干燥階段。本階段是排出非結(jié)合水，故米粉會(huì)產(chǎn)生體積收縮，收縮量與水分降低量成直線關(guān)系，若操作不當(dāng)，干燥過快，米粉極容易變形，開裂，造成干燥廢品。

    降速干燥階段（內(nèi)擴(kuò)散過程）：由于濕米粉表面水分蒸發(fā)，而米粉內(nèi)部的水分尚未蒸發(fā)，使其內(nèi)部產(chǎn)生濕度梯度，促使水分由濃度高的內(nèi)層向濃度較低的外層擴(kuò)散，稱濕傳導(dǎo)或濕擴(kuò)散。

    這一階段中，米粉含水量減少，內(nèi)擴(kuò)散速度趕不上表面水分蒸發(fā)速度和外擴(kuò)散速度，表面不再維持潮濕，干燥速率逐漸降低。由于表面水分蒸發(fā)所需熱量減少，物料溫度開始逐漸升高。物料表面水蒸汽分壓小于表面溫度下飽和水蒸汽分壓。此階段是排出結(jié)合水，米粉不產(chǎn)生體積收縮，不會(huì)產(chǎn)生干燥廢品。當(dāng)物料排水分下降等于平衡水分時(shí)，干燥速率變?yōu)榱悖稍镞^程終止，即使延長干燥時(shí)間，物料水分也不再發(fā)生變化。此時(shí)物料表面溫度等于介質(zhì)的干球溫度，表面水蒸汽分壓等于介質(zhì)的水蒸汽分壓。

    降速干燥階段的干燥速度，取決于內(nèi)擴(kuò)散速率，故又稱內(nèi)擴(kuò)散控制階段，此時(shí)物料的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸等因素影響著干燥速率。 （三）、影響干燥速率的因素

    影響干燥速率的因素有，傳熱速率、外擴(kuò)散速率、內(nèi)擴(kuò)散速率。

    1、加快傳熱速率為加快傳熱速率，應(yīng)做到：①提高干燥介質(zhì)（熱空氣）溫度，但不能使米粉表面溫度升高太快，避免開裂。②增加傳熱面積：如改單面干燥為雙面干燥，分層碼坯或減少碼坯層數(shù)，增加于與熱氣體接觸面。③提高對(duì)流傳熱系數(shù)。2、提高外擴(kuò)散速率當(dāng)干燥處于等速干燥階段時(shí)，外擴(kuò)散阻力成為左右整個(gè)干燥速率的主要矛盾，因此降低外擴(kuò)散阻力，提高外擴(kuò)散速率，對(duì)縮短整個(gè)干燥周期影響最大。外擴(kuò)散阻力主要發(fā)生在邊界層里，因此應(yīng)做到：①增大介質(zhì)流速，減薄邊界層厚度等，提高對(duì)流傳熱系數(shù)。也可提高對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，利于提高干燥速度。②降低介質(zhì)的水蒸汽濃度，增加傳質(zhì)面積，亦可提高干燥速率。3、提高水分的內(nèi)擴(kuò)散速率水分的內(nèi)擴(kuò)散速率是由濕擴(kuò)散和熱擴(kuò)散共同作用的。濕擴(kuò)散是物料中由于濕度梯度（濃度高往濃度低）引起的水分移動(dòng)，熱擴(kuò)散是物理中存在溫度梯度（由溫度高往溫度低）而引起的水分移動(dòng)。要提高內(nèi)擴(kuò)散速率應(yīng)做到：①使熱擴(kuò)散與濕擴(kuò)散方向一致，即設(shè)法使物料中心溫度高于表面溫度；②當(dāng)熱擴(kuò)散與濕擴(kuò)散方向一致時(shí)，強(qiáng)化傳熱，提高物料中的溫度梯度，當(dāng)兩者相反時(shí)，加強(qiáng)溫度梯度雖然擴(kuò)大了熱擴(kuò)散的阻力，但可以增強(qiáng)傳熱，物料溫度提高，濕擴(kuò)散得以增加，故能加快干燥。