农产品干燥范文

农产品干燥范文（精选6篇）

农产品干燥 第1篇

1 热风干燥

热风干燥技术的原理是将热量传递到物料,在蒸发、扩散作用下,减少物料中水分含量。同时利用物料表面和中心的温度梯度,将温度从表面向中心传递[1],最终达保持物料整体处于适宜含水量的目的。热风干燥技术需要有稳定的热源提供热量,再利用风机将热风吹入物料储藏空间(一般为干燥环境)。热风干燥是一种传统的常规干燥方法,因其适应性强,操作、控制简单,成本低,不受气候条件影响,卫生条件较好等原因成为现今应用最广泛的一种工业干燥方法,国内约90%的物料干燥均用常压热风干燥技术[2]。对于热风干燥的研究甚多且深入,从国际研究情况来看,开始热风干燥研究的时间可追溯至20世纪20年代,热风干燥涉及的种类有木材、粮食、药品、种子等领域,在热风干燥理论、干燥工作和干燥技术上取得了长足的发展。

朱加繁等[3]研究了铁皮石斛的热风干燥试验,确定了铁皮石斛的最佳热风干燥工艺,为指导生产石斛干品提供理论依据。王军等[4]研究了曲拉的热风干燥工艺参数,结果表明热风温度41℃,物料厚度10 mm,风速60 m/min,可降低产品的脂肪氧化程度,延缓美拉德反应,得到的曲拉产品色泽最好。贾敏等[5]研究了鲍鱼在不同热风干燥温度下的干燥动力学,并构建了干燥过程的数学模型。段振华等[6]对罗非鱼片进行了热风薄层干燥试验,以试验数据为基础建立了罗非鱼热风干燥的水分比与干燥时间关系的数学模型,并对干燥过程中能源消耗特点进行了相应的分析。李菁等[7]对紫薯进行了热风干燥试验,得到紫薯的热风干燥特性并建立了数学模型。张黎骅等[8]对银杏果进行了热风干燥试验,采用响应面法优化了银杏果的热风干燥条件,得出的最佳干燥条件为热风温度68℃、热风速度1.15 m/s、装载量15.58kg/m2,在此条件下能耗低、干燥速率快、蛋白质保存率高。

虽然热风干燥具有操作简单易行、物料处理量大、成本低等特点,但是这种干燥已不能满足人们追求品质一流的要求[9]。由于物料加热时由外向内进行热传导,传热和传质方向相反,导致产品干燥速度慢、品质低,而且我国干燥机的设计还停留在原始阶段,自动化程度低、能耗高、效率低、干燥质量得不到保证、劳动强度大、设备稳定性不好、烘干不均匀等情况[10],需与其他干燥技术联合使用,优势互补,具有节省能源、高效、省力的优势,能够对干燥过程进行有效控制,最终获得质量较高的产品。

2 微波干燥

微波是电磁波的一种,波长从1 m到0.1 mm不等,频率范围从300 MHz到3 000 GHz,通常人们所说的微波是指波长1 cm至1 m的电磁波[11]。微波干燥是将微波辐射在待干燥的物料上,通过物料内的水等极性分子的高速旋转,使物料内部瞬间产生摩擦热,物料表面及内部的温度同时升高,使大量水分子从物料中蒸发逸出,从而达到干燥的目的[12]。微波干燥技术起源于20世纪40年代,到60年代国外才开始大量应用,同国外相比,我国微波干燥技术的的应用在20世纪70年代初期才开始,起步较晚,目前与国外相比有一定的差距,但也在一些领域中取得了不错的成果。

与其他干燥方式相比,微波干燥具有物料干燥的速度快[12]、加热时间短、干后品质和利用率高的优点,因而在食品方面,微波干燥应用广泛[13],如朱德泉等[14]研究了玉米的微波干燥特性及其最佳的加工工艺,试验结果得出微波干燥玉米籽粒的最佳工艺为:干燥功率、干燥温度、风速分别为0.2 W/g、40℃、45 m/min。在这一条件下对玉米进行干燥,不但消耗的能力少,而且干燥后的玉米便于储存、食用价值和种用价值高。陈燕等[15]采用间歇微波的方法研究了荔枝微波干燥特性及其干后品质,结果表明,间歇时间对荔枝的裂壳率影响非常显著,适当的间歇时间可以有效地避免荔枝裂壳的发生。李远志等[16]对马铃薯的微波干燥工艺进行研究,结果表明马铃薯脆片的脆度和微波功率成正比例。在一定范围内,提高微波的功率,能够提高马铃薯脆片的脆度。张薇[17]进行了扇贝柱的微波干燥试验,建立了数学模型模拟试验结果,结果表明其所建立的数学模型可以较好地模拟温度和含水率对柱状物料在微波干燥过程中的影响,干燥速率随着微波时间与质量比的增加而增加。

3 微波真空干燥

微波干燥的缺点是容易过度加热,且会出现局部温度过高的问题,导致加热对象的品质下降或者加热食品风味不佳。微波真空干燥技术将微波技术和真空干燥技术结合起来,充分发挥各自的优势。真空能够降低物料干燥的温度,物料中的营养成分能够最大程度得到保存,干制品的质量和品质得到了有效提升。真空还能够使干燥的时间缩短、提高生产效率。微波则为真空干燥提供了热源,提高了真空状态下常规热传导速率慢的缺点[18]。

国际上出现微波真空干燥机应用于商业的报道可以追溯到20世纪70年代,我国对微波真空干燥的研究始于20世纪80年代。最早是南京三乐微波技术发展有限公司才开始研究微波真空干燥技术[19]。从当前状况来看,微波干燥技术已经被广泛应用于水果、蔬菜、菌类、水产品等方面,其他食品生产中还较少应用微波干燥技术[20]。Drouzas等[21]对香蕉片进行微波真空干燥,取得了较好的效果。从产品的气味、富水性、口感、风味等方面看,与冷冻干燥差异不大。Bondaruk等[22]将土豆在微波真空条件下和对流条件下分别进行干燥。结果表明:微波真空干燥对保持土豆丁的淀粉和总糖含量具有较好的作用,且比强制对流干燥更能抑制干制期间物料的颜色变化。Giri等[23,24]研究了蘑菇的微波真空干燥动力学和复水特性,并通过响应面法优化了微波真空干燥工艺。张骏等[25]研究了预脱水鱼片水分含量、微波功率、真空度对真空微波加工香酥鳙鱼片品质的影响,并通过混合正交试验优化了真空微波方法制备香酥鳙鱼片的工艺条件。张国琛等[26,27]对扇贝柱的微波真空干燥试验进行了研究,发现微波真空干燥对提高扇贝柱的干燥速度和改善产品品质具有明显的优势。

4 微波与热风联合干燥

热风-微波真空联合干燥是在干燥的过程中,根据物料的变化特点,选择合适的干燥方式,对物料进行干燥的组合干燥技术。组合技术的优点是利用了各项技术的长处,克服了各自的缺点,取长补短,达到高效、低耗、优质的干燥效果[28]。研究发现,热风与微波真空联合干燥需要的时间短、消耗的能源少、能够较好的保持物料的色泽和营养成分[27,28,29]。热风干燥在最后阶段,产品的温度达到最大值,而蒸发冷却是最小值,导致产品质量的下降[29]。而采用微波真空干燥来完成这一阶段,可以消除温度的不利影响。徐艳阳等[30]对甘蓝进行热风和微波真空联合干燥试验,结果表明:联合干燥所需时间为原来的1/2左右,产品的营养成分和叶绿素在最大限度得到了保存;微波真空干燥使产品结构疏松。Cui等[31]用微波真空干燥大蒜片至10%水分(湿基),然后用45℃的热风继续完成产品的干燥,联合干燥不仅大大缩短了干燥时间,而且能提高蒜的辣味、颜色、口感和复水率。陈健凯等[32]研究了热风与微波真空联合干燥杏鲍菇,并采用响应面法优化工艺参数,试验结果表明联合干燥产品品质最好,与微波真空干燥比较,色差和复水性好,氨基酸破坏小,比热风干燥节约能耗。毕金峰等[33]研究了热风-微波真空联合干燥对蓝莓产品水分含量、膨化率和单位能耗的影响,并通过响应面法优化得到蓝莓的最佳加工工艺。黄建立等[34]研究了银耳的热风-微波真空联合干燥工艺,结果表明热风-微波真空联合干燥所得银耳干品复水比高,干品不易破碎,体积相对传统热风干燥样品的小,感官品质明显优于传统热风和单纯微波真空干燥样品。

5 真空冷冻干燥

真空冷冻干燥也称冷冻干燥,简称“冻干”。是将被干燥的物料预先快速冻结,在真空状态下,将物料中的水分从固态直接升华到气态,从而将物料中的水分除去,达到干燥的目的。与传统干燥技术相比,真空冷冻干燥具有许多优点,基本保持了新鲜原料固有的色泽、风味和香气,营养成分损失少,复水性高,脱水彻底,适合于长期保存和长途运输等。但真空冷冻干燥技术因其设备复杂、能耗大、干燥时间较长、生产成本较高等原因,限制了其在食品中的应用,仅适用于高价值和高附加值食品。Nastaj等[35]对冷冻干燥过程中的传热数学模型进行了研究,结果表明,该模型可以准确地预测干燥物料的含水率和温度分布随时间变化的规律。国内东北大学的徐成海教授[36]较早的对真空冷冻干燥技术干燥人参进行了研究,测量了人参的导热系数和共晶点温度进行了数学推导和计算,并通过试验加以验证。近年来,对于真空冷冻干燥技术的研究发展非常迅速,陈仪男[37]利用正交试验优化了龙眼真空冷冻干燥的工艺参数,谢振文等[38]通过对柠檬片冻干工艺研究,确定了柠檬片真空冷冻干燥的最佳操作条件,许晴晴等[39]比较了真空冷冻和热风干燥对蓝莓品质的影响,真空冷冻干燥在保持蓝莓复水性、感官品质和活性成分等方面比热风干燥具有明显优势。

6 变温压差膨化干燥

变温压差膨化干燥又称气流膨化干燥、爆炸膨化干燥或压差膨化干燥等。变温是指物料在干燥过程中的温度不是一成不变,在物料膨化和真空干燥的过程中采用不同的温度;压差指在物料膨化的瞬间经历了一个由高压到低压的过程;膨化的原理是相变和气体热压效应,采用该技术将被加工物料内部的液体迅速升温汽化、增压膨胀,并依靠气体的膨胀力,带动组分中高分子物质的结构变性,从而使之成为具有网状组织结构特征,定型的多孔状物质的过程[40]。

变温压差膨化干燥近几年逐渐应用于果蔬干燥。利用该技术生产的果蔬脆片是继油炸果蔬脆片、真空低温油炸果蔬脆片之后的第三代产品,绿色天然、营养丰富、口感酥脆、易于贮存、携带方便,已成为时下流行的果蔬休闲食品。Sullivan等[41]对苹果的气流膨化干燥过程进行了详细的研究,结果表明温度、压力、预干燥水分含量是影响苹果气流膨化干燥的重要因素。Saca和Lozano[42]对香蕉的膨化工艺参数进行了优化。国内毕金峰等人苹果[43]、桃[44]、哈密瓜[45]、柑橘[46]、菠萝[47]、番木瓜[48]、马铃薯[49]等果蔬的气流膨化干燥进行了系统研究,优化干燥工艺,并制得了多种果蔬膨化产品。

摘要：目前农产品干燥主要包括热风干燥、微波干燥、微波真空干燥、微波与热风联合干燥、真空冷冻干燥和变温压差膨化干燥等方式。本文主要对不同的干燥方式在农产品中的应用进行综述。

农产品干燥 第2篇

关键词：喷雾干燥;出风温度;雾化空气压力;物料流速;热风风量

喷雾干燥是在喷雾干燥室内，采用雾化器将原料液分散成极细的雾滴后，与干燥介质（热风）接触干燥而获得固体产品的过程。随着喷雾干燥技术的不断研究和发展，其大大简化了工业产品的生产流程，节省了投资费用，改善了劳动条件，同时提高了产品产量和质量，因此已在化学工业、食品工业、医药化工产品加工、林业、农药、陶瓷、水泥、冶金等多领域中广泛应用，从而不断扩展喷雾干燥技术的应用范围，使其具有广阔的应用和发展前景[1-4]。在喷雾干燥技术众多的应用领域中，其在热敏性抗生素原料药生产中的应用已愈发成熟。依据对产品质量要求的不同可以选择离心式、气流式、压力式等不同的雾化器以及选配其他辅助设施。本文以无菌抗生素喷雾干燥工艺为例，对喷雾干燥过程中影响产品质量的几个因素加以分析。无菌抗生素喷雾干燥设施及流程一般由送风机、翅片式蒸汽加热器、补偿式电加热器、高效过滤器、热风分配器、气流式喷嘴、干燥室（干燥塔）、旋风分离器、布袋除尘器、引风机组成。在设备设施固定的情况下，影响喷雾干燥产品质量的因素分别为：干燥出风温度、雾化空气压力、物料流速以及热风风量。下面分别做详细说明。

1 干燥出风温度

无菌抗生素喷雾干燥过程中，需要监测或控制的温度一般有三个：干燥室进风温度、旋风分离器进风温度、旋风分离器出风温度。有些文献或流程中，认为旋风分离器只起到固气分离的作用，没有干燥作用。但笔者在多年抗生素喷雾干燥中发现，旋风分离器在固气分离的同时，也起到部分干燥作用，因此称旋风分离器出风温度为干燥出风温度，即干燥温度。喷雾干燥产品最终的含水量（干燥失重）由干燥尾气的水蒸汽分压pw或相对湿度决定。由于在绝大多数的抗生素喷雾干燥过程中，热空气的相对湿度是不加以控制的，而在其他因素相同的情况下，干燥温度对空气相对湿度产生决定性影响，因此出风温度就成为决定产品干燥失重的关键指标。出风温度越高，干燥尾气的相对湿度越低，水蒸气分压pw越低，有利于水分从产品表面向热空气中扩撒，最终产品的干燥失重越低，反之则干燥失重越高。在无菌抗生素生产中，干燥失重是产品质量的一个关键指标。因此，在一般无菌抗生素喷雾干燥生产中，干燥的出风温度都作为关键指标来控制。

2 雾化空气压力

雾化器一般被认为是喷雾干燥设备的核心。气流式雾化器一般分为二流体、三流体、四流体雾化器，用来雾化粘度不同的料液[5]。出于无菌系统灭菌的需要，低粘度的抗生素喷雾干燥一般采用二流体雾化器。这就涉及到雾化空气压力这个影响干燥产品粒度分布的关键指标。一般喷雾干燥的雾化空气压力为0.3～0.7MPa，但在低粘度抗生素喷雾干燥中，雾化空气压力一般维持在0.1～0.2 MPa。其原因一是考虑到干燥粉体的流动性。雾化空气压力越高，干燥粉体粒度越小，其流动性就差，给后续制剂产品的分装及下一步加工带来不便。因此为满足下一步制剂产品的分装要求，降低雾化空气压力，增大粉体粒度从而增加粉体流动性。降低雾化空气压力的另一个原因在于适应干燥过程的分装。众所周知，粉体粒径在小到一定程度时，由于微粒间的相互作用，粒度越小，粉体的堆密度越小，反之粒度越大，粉体堆密度越大。因此在喷雾干燥中为满足产品分装问题，降低生产成本而降低雾化空气压力。同时，雾化空气压力对产品的干燥失重也起到一定的作用，即雾化空气压力越高，料液雾化粒径越小，干燥过程中热交换的表面积越大，干燥效果越好。因此在抗生素喷雾干燥过程中，雾化空气压力的适当调整，也可以起到微调产品干燥失重的效果。

3 物料流速

物料流速即喷雾干燥过程中单位时间内进入干燥室的液体物料量。这是衡量一套喷雾干燥系统产能的重要指标，在设计系统时，表现为在其他因素不变的情况下，纯水的蒸发量。理论上，由于雾化空气在喷嘴处高速旋转形成负压可以带动物料喷出从而形成雾化，但在实际生产中，物料需要外部动力才能克服管道阻力、高度落差等因素进入雾化器形成雾化，同时可以通过控制外部动力，来实现物料流速的可控性。这个动力可以是压缩空气，也可以是泵。在干燥出风温度、雾化空气压力相同的情况下，物料流速越高，其干燥冷量或者说待蒸发水量越大，因此需要的热量越大，造成干燥室的进风温度越高，整套设备的负荷随之增大，在设备安全及保养方面会相应增大压力。更重要的是，待蒸发水量越大，在相同的干燥出风温度下，干燥尾气的相对湿度越高，导致最终产品的干燥失重随之升高。另外，如前面所说，喷雾干燥一般对外界空气的相对湿度不加以控制，因此喷雾干燥过程受外界空气湿度的影响也比较大。调整物料流速可以消除大部分由于外界空气湿度对产品干燥失重的负面影响。即，在外界空气湿度较大时，适当降低干燥的物料流速，反之则提高物料流速，以达到产品干燥失重的良好均一性。

4 干燥热风风量

上文所说，物料流速是一套喷雾干燥系统产能的重要指标，热风风量即为保证物料流速的重要因素。简单来说，热风即干燥介质，单位时间内干燥介质越多，在相同的冷量下其干燥速度越快，干燥效果越好。同时，干燥风量越大，在其他条件相同的情况下，干燥室进风温度越低，对热敏性的抗生素来说，在提高产品的质量方面也有一定的贡献。另外，干燥风量的另一个重要作用在于适当的空气流速是干燥后旋风分离效果的重要保障。在设备固定的情况下，其干燥风量决定了后续旋风分离器的气固分离效果。反映在生产上即为干燥收率与生产成本。

综上所述，干燥出风温度、雾化空气压力、物料流速、干燥热风风量四个因素在无菌抗生素喷雾干燥生产中，起到至关重要的作用。因此在喷雾干燥系统设计及实际生产中需要着重考虑。

参考文献：

[1]王喜忠，于才渊，周才军编著.喷雾干燥[M].第2版.化学工业出版社.

[2]潘永康，王喜忠，刘相东主编.现代干燥技术[M].第2版.化学工业出版社.

[3]肖壯，刘景圣.酸奶粉生产技术的研究进展[J].中国食物与营养.

[4]赵丽霞.喷雾干燥技术流程及应用[M].内蒙古水利.

[5]于才渊，王宝和，王喜忠.喷雾干燥技术[M].化学工业出版社.

农产品干燥 第3篇

2005年我国万美元国内生产总值能耗为7.65 t标准油,而世界平均水平2.49 t,发达国家仅为的1.61 t[1]。国民生产总值的高能耗,严重阻滞着我国的经济发展。面对严峻的能源和环境挑战,国家以可持续的科学发展观为指导思想,提出了“十一五”期间单位GDP能耗比“十五”期末降低20%左右的目标。

干燥涉及到国民经济的广泛领域,是一项高能耗过程,所用能耗占国民经济总能耗的12%左右。农产品干燥加工占干燥行业能耗的12%左右,仅次于造纸干燥能耗[2]。十七届三中全会提出了资源节约型环境友好型农业生产体系,农产品加工业需大力推广节能减排的“绿色”科技,倡导以减量化、再利用、资源化为原则,以低消耗、低排放、高效率为特征的最佳生产方式,实现经济发展和环境保护双赢的目标。农产品加工产业迫切需要节能减排的干燥技术与设备,以节约成本提高竞争力,促进农产品加工业持续健康发展。

1 农产品干燥加工节能减排新技术

1.1 回热热泵干燥

热泵干燥技术广泛应用于香菇、洋葱、姜片、大蒜、木薯、萝卜、茶叶、果制品等农产品加工[3],热泵干燥机从低温热源吸收热量,在较高温度下释放可利用热量,其干燥效率可达到95%,水分蒸发速率可达到1.0~4.0kg water/k Wh,相对其他干燥系统,其能源利用率高,是一种高效节能的干燥装置[4]。此外热泵干燥在低温下干燥产品,其品质优良,且环境温度和湿度的适应范围广,成为加工高附加值农产品的有效手段。

回热热泵干燥在热泵干燥系统中采用空气回热循环,通过回热装置降低进入蒸发器的空气温度,提高蒸发器吸收湿空气潜热,降低空气湿度,其单位除湿能耗比SPC可下降20%[5],其有益于节能,是一种更加高效、节能的新型热泵干燥技术。

由热泵蒸发器2出来的冷空气经过热管换热器的冷凝段1’升温(如图1),使回热器工作介质冷凝,并在重力的作用下流至回热器的蒸发段1,使进入蒸发器2前的湿空气通过它时降温,从而实现空气的回热。由于循环空气进行了回热,回热器吸收了循环空气的部分显热,在蒸发器吸热量不变的情况下,减小了蒸发器吸收湿空气显热负荷,同时增加了吸收湿空气潜热负荷,增加了热泵干燥的除湿能力,相对降低了单位除湿能耗比。

广东省农业机械研究所研发的回热热泵干燥机,比现有热泵干燥机节能16.6%。批产量为6 t和10 t的GRJ-6.0和GRJ-10型回热热泵稻谷干燥机,干燥温度为44~49℃,原料初始和终点含水量为27.3%和13.5%,检测干燥能耗为1.4MJ/kg water、成本6.5元/100kg干谷。国内粮食年产量2亿多t,机械干燥约2 000万t,若采用GRJ型稻谷回热热泵干燥机可减碳12 702 t,节煤4.7万t。回热热泵应用在水产干燥行业,产品售价比热风干燥的产品高50%~100%,附加值提高潜力可望超过500亿元。干燥脱水能耗1~3 kg water/kWh,比热风干燥节能50%以上,国内水产行业现有热泵干燥机约600套,年使用时间6000 h/台,使用回热热泵可省电2 091.6万kWh,减碳5 689.2 t。

1.1’-回热器的热、冷端;2.蒸发器;3.膨胀阀;4.压缩机;5.冷凝器;6.风机;7.分风盒;8.角状盒干燥箱;9.提升机

1.2 真空带式干燥器

真空带式干燥是为物料进行精细干燥加工的一种方式。在真空条件下,被干燥物料由进料机构连续地均匀地放置在传送带上,然后加热板对被干燥物料加热,使物料内水分通过压力差扩散到表面蒸发被真空泵抽走,从而得到多孔、高品质的干制品[6]。

1.进料机构;2.热板辐射加热区;3.电气控制系统;4.已干物料剥离机构;5.已干物料破碎机构;6.产品贮存仓;7.真空泵;8.冷阱9.输送带

真空带式干燥与真空冷冻干燥相比,它的干燥时间较短,真空度要求相对降低,且能进行连续式操作,产品品质相近;与喷雾干燥相比,它能源消耗较低,物料在真空条件下干燥较之热空气条件下干燥物料的品质更有保证,而且此类设备可以加工固体或液体物料,应用范围更广。

以香蕉为原料加工香蕉粉为例,使用广东省农业机械研究所研制开发的GZD-S型真空带式干燥实验设备为平台,比较真空带式与真空冷冻、热风干燥的操作条件(如表2)。实验表明真空带式干燥相对真空冷冻干燥不仅干燥真空度要求低,干燥时间大幅度下降。由此干燥能耗也大幅度下降,能耗为2.45 k Wh/kg water,仅为真空冷冻干燥的35%,相对可节电5.55 k Wh/kg water,相当于每除水1 kg可减碳1.51 kg。

1.3 旋流床气流膨化

旋流床气流膨化机因其对流传热效率高,热空气循环利用,以及相对沸腾床静压损失少,成为一种高效节能的干燥装置。目前广东省农业机械研究所开发了XPD-Q40旋流床气流膨化机,如图3所示。空气加热后经过膨化室下部的涡轮风扇,形成涡流,涡流向上运动通过料床上倾斜固定的叶片进入膨化室,在膨化室中产生高速螺旋上升的旋转气流。颗粒物料在气流的带动下缓慢旋转,形成环状的旋流床,旋流床上部的物料与高速热气流碰撞,产生很高的相对速度,提高了对流传热系数,最大程度地强化热、质传递的过程。倾斜叶片间隔布局,使气流对物料的流化有脉动作用。气流的旋转和脉动作用使物料在旋流床中充分混合、翻转,每个颗粒受热条件一致,达到快速、均匀的加热效果。物料吸热的均匀性,有利于提高水分在固体间的扩散速率,从而提高干燥速率。

高温高速气流与整个环状物料流充分接触后,速度减小,温度降低,再由旋流中心区重新加热后返回涡轮风扇。低温的尾气经过加热器加热,再由涡轮风机进入膨化室,形成了连续加热、内部循环的旋流加热床。干燥尾气100%反复循环利用,提高了热能利用率。此外加热空间集中,降到了热损失。

据Torftech公司测定,旋流床的静压损失小,比一般的沸腾床要小一个数量级,所以,该装置涡轮风机的能耗较低。

1.进料门;2.膨化仓体;3.保温壳体4-旋流床叶片;5-回风罩;6-加热器;7.风机;8.出料门;9.排湿口;10.仓盖

1.4 太阳能和热泵组合干燥

广东省东南部的太阳能年辐射总量为5016~5852 MJ/m2,年日照时间3000~3200h,相当于170~200 kg标准煤燃烧所产生的热量。为充分合理地利用丰富的太阳能资源,降低农产品干燥加工能耗,广东省农业机械研究所开发了太阳能和热泵组合干燥器。

组合干燥根据干燥产品的干燥工艺,在不同干燥阶段采用不同的干燥方式,这有利于生产出优质的农产品,有利于节约干燥能耗。目前组合干燥研究的重点是充分发挥太阳能干燥的节能优势,有机地结合其他干燥方式,达到产品干燥质量的要求。广东省农业机械研究所以各种水产品为干燥物料,探讨了热泵-太阳能组合干燥的干燥时间和能耗,结果显示节能效果非常显著。

试验中采用热泵干燥机对水产品进行预加热干燥,干燥温度设定相同,当物料水分降低至安全范围后,由太阳能干燥温室完成余下干燥过程。试验表明太阳能干燥的组合利用,使处于热泵干燥器中的时间降低了(1/2)~(3/4)倍,而太阳能干燥无需能耗,既组合干燥能耗大幅度降低。国内热泵干燥机总容量为2.1万k W,年使用时间6000 h/台,采用热泵-太阳能干燥后节能50%,则节省电能6300万k Wh/年,可减碳17 136 t。

2 农产品干燥节能减排发展方向

2.1 提高单元设备干燥效率

基于农产品干燥的理论基础研究,建立相应的数学模型和分析方法,通过干燥过程的实验和模拟,确定干燥过程的工艺参数,为节能干燥设备的设计提供理论依据。目前在干燥领域运用的主要数学模型和分析方法有:颗粒群平衡分析方法、中心网络模型、有限元分析法、计算流体力学模型、神经网络模型等[8]。随着计算机技术的发展和大型商业软件的开发应用,例如CFX、FLUENT、FIl DAP等商用软件在不同干燥过程模型中的应用,使得干燥过程模拟结果的准确性有了明显的提高。

注:带*表示为热泵-太阳能组合干燥,干燥时间分别用h和d表示。

加强干燥过程的自动化控制研究,特别是在线检测干燥产品性质的自动化控制技术和方法。在线检测技术和智能控制技术是实现干燥过程参数达到理论设计值的最佳手段,是调节干燥过程能源利用最优化的基础保障。

2.2 干燥系统节能优化设计

干燥系统节能优化设计,其根本目的是要提高能源的综合利用效率,即降低一次能源的消耗和提高单位能耗的产值。实现干燥过程节能是指生产过程的节能,对农产品干燥行业而言,就是要提高对干燥尾气的循环利用,即达到节能的目的,又防止环境污染。系统节能是指对干燥系统进行总能系统分析,以实现对系统中各单元设备的优化配置。通过热效率分析及经济分析,实现能源的合理梯级利用。

2.3 改进干燥工艺,推行组合干燥

目前,我国多数农产品的干燥操作是在单一干燥设备内,在单一的干燥参数下完成的。从干燥动力学特性来看,物料在不同干燥阶段,其最优的干燥参数是不同的。采用单一干燥设备和单一干燥参数,不仅会造成能源与资源的浪费,还会影响干燥质量和产量。因此,必须改造干燥工艺,采用组合干燥方式,在物料不同干燥阶段,采用不同的参数和干燥方式,可实现对干燥过程的优化控制,最终实现高效优化用能和优质生产。

2.4 发展应用新能源与工业余热的干燥技术

大力调整和优化能源结构,是我国能源发展战略重要措施之一,广东省有丰富的太阳能、生物质能、风能、地热能等新能源,干燥技术的发展要更大范围推广使用这些新能源,逐步减少对燃用化学燃料的依赖度,同时要加大利用工业余热,实现循环经济,减少资源、环境给我们带来的发展压力。

参考文献

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[7]王娟,陈人人,杨公明,等.高效节能的真空带式连续干燥设备介绍[J].农业工程学报,2007,23(3):117-120.

农产品干燥 第4篇

我国是农业大国, 农产品资源十分丰富, 除部分鲜货供应市场外, 大部分的农产品需要经过脱水干燥处理, 达到储贮保鲜、方便运输以及制成各种用途的调味品、添加剂、罐头食品等。镇江贝莱特食品有限公司就是从事脱水蔬菜出口生产经营的企业之一。

2006年之前, 该公司与同行业企业的生产方式大同小异, 都是承袭着传统模式, 即采用简易砖砌窑炉或用燃煤锅炉加隧道式烘房对蔬菜脱水干燥, 其能源利用率和热效率十分低下, 产品易受污染, 严重影响产品档次的提升。脱水干燥主要靠能源的消耗来换取物料水分的降低。以脱水大蒜为例, 鲜蒜与干蒜的重量比例为4∶1, 即每100 kg鲜蒜需脱去75kg的水分方能符合干蒜的质量要求。如要生产干南瓜片、干芹菜等脱水蔬菜, 其脱水率要达到90%左右。显然, 能源消耗是该行业生产成本的重要组成部分, 抓住降低能耗这个主要矛盾, 进行现代技术改造, 是本次应用实践的思想基础。

2 新工艺特点

2005-2006年, 我们对如何进行改造、采用何种技术等进行了深入的调查研究, 到高校请专家, 用分析比较法, 科学地加以论证。在取得一些实验数据后, 经归纳整理, 最终形成了本次应用实践的方案“微波+远红外+热泵技术”的脱水蔬菜干燥新工艺。技术依据如下:

2.1 微波技术和其加热特征

2.1.1 微波特性

微波是高频宽波长范围电磁波, 当它作用于有极性分子和非极性分子组织的物料介质时, 会使物料内极性分子产生每秒数十亿次极性取向的剧烈运动和碰撞摩擦, 从而产生热量, 实现微波能P转化为物料的热能, P正比于频率f、电场强度E的平方、介电常数εr和介质损耗正切值tgδ。

用公式表示为:

P=2πfE2εrvtgδ (v:物料的有效体积)

同时微波有很强穿透物料的能力, 这种能力定义为透射深度D, 用公式表示为:

由此可见其穿透能力与微波的波长λ0成正比, 不同波长的微波穿透物料的深度是不同的。本次实践采用的2 450 MHz磁控管, 其穿透深度达3~5cm。

2.1.2 微波脱水的特征

由上述对微波特性的了解, 便可得出应用微波脱水干燥物料的几个特征:

⑴加热迅速。常规加热是利用热传导、对流、辐射3种方式完成物料由表及里的加热过程, 但要使得中心部位达到所需的工艺温度, 需要一定的热传递时间, 然而微波是通过自身的电磁场高频互换使物料内极性分子 (如水分子) 剧烈运动, 实现物料温度升高, 因此它可定义为是物料内部先升温然后向表面传热的反常规的加热过程。所以它的加热过程迅速, 物料脱水干燥速度大幅提高。

⑵穿透特性。由于微波有强大的穿透特性, 特别适合厚度厚、组织紧密的物料, 如生姜块、南瓜片、果脯、中药材、竹木等。同时也由于穿透性强, 使得物料干燥均匀性好, 表里一致。

⑶节能特性。使用微波加热的节能特性体现在3个方面, 首先是能量转换效率高, 在微波的发生、发射系统, 除变压器、磁控管产生热能会消耗部分电能外, 其它均直接转换成微波能 (电磁场能) , 电能利用率达70%。其次是系统热损少, 由非极性分子材料 (如陶瓷、不锈钢、铝材、聚四氟乙烯等) 制成的连续加热系统, 其材料自身不吸收微波, 所以该系统表面与环境无温差, 系统内微波受抑制器约束而无法泄漏, 所以该系统从理论上讲也就无能量损耗, 所有微波均能被加热物料吸收。第三是微波由里及表的热传方向与水分蒸发方向一致, 加快了脱水过程, 减少了能耗。

⑷清洁卫生。由于微波加热是在一个由抑制微波漏装置、符合食品卫生要求的材料制成的连续封闭脱水干燥设备, 因此用于食品加工生产领域完全符合我国食品卫生有关法律法规要求。

2.2 远红外加热

远红外加热属传统电加热方式之一, 它主要是靠辐射对物体表面进行传热, 同时也具有一定的穿透性, 较普通的电热丝发热源节能。远红外加热装置结构简单、造价低。

2.3 执泵技术特征

“热泵”顾名思义为一个热循环系统, 它是由一个合适的压缩机来实现的。根据热力学第二定律, 压缩机所消耗的电功A起到补偿作用, 使得制冷剂能够不断从低温环境吸热 (Qd) , 并向高温环境放热 (Qg) , 周而复始。用该系统能量效率C0P表示, 则:C0P=1+Qd/A, 显然, 该系统的输出能量 (C0P) 大于所消耗的能量A, 能源利用率大于100%。

虽然该系统能源利用率高, 但它的工况温度低, 实验证明在系统工况温度45℃左右为最佳。这个特性导致了若使用该系统加热脱水, 则物料干燥速度很慢, 生产产量低。总的来说, 使用热泵系统节能环保, 造价适中, 不足之处是脱水干燥速度慢。

2.4 微波+远红外+热泵技术

从对3种加热方式分析来看, 3种技术特性各有长短, 而“微波+远红外+热泵技术”相结合, 实现了取长补短的设计思想, 达到了技术上的互补和技术与造价的统一。

2.4.1 微波加远红外组成的加热系统, 实现了内外两方面的加热, 既减少了微波管数量, 节省造价, 又加速了物料的升温。

2.4.2 热泵技术主要是对前段已加温的物料 (70℃) 进行较长时间的去湿干燥。

新技术工艺流程简图如图1:

3 应用实践总结

3.1 能耗情况

见表1。

k W

3.2 技术参数及生产产量

以复烘脱水大蒜片为例, 进料水分8%~9%, 出料水分4%, 微波系统加热温度60℃, 远红外加热区物料温度70℃, 热泵系统工况温度45℃左右。在上述工况下, 平均每台产量352 kg/h。

3.3 单位能耗成本

以电价0.90元/k Wh计, 复烘成本为 (52.490.90) ÷3521 000=134元/t, 比原工艺节支120元/t。

3.4 经济效益

按年产2 000 t规模的脱水蔬菜深加工企业, 每年能节省24万元, 投资回报年限1.20年。

3.5 体会

农产品干燥 第5篇

农副产品是人们生活的必需品,又是食品等工业的基本原料。农副产品具有需求量大、品种多和生产的季节性强等特点,其销售与加工直接影响到农业生产的经济效益和人民的生活水平。由于许多农副产品富含水分、糖、蛋白质和维生素等营养物质,在贮藏、运输、销售和加工前都须进行干燥处理。热泵干燥技术是20世纪70年代末发展起来的一项高新技术,因其具有独特的干燥原理、高效节能、除湿快且能够良好地保持物料的品质而受到重视[1]。随着我国人民生活水平的提高和科学技术的快速发展,热泵干燥技术也逐渐应用到农副产品的干燥领域。

1 热泵干燥设备的分类

热泵按其工作原理可分为半导体热泵、化学热泵、吸收式热泵和蒸汽压缩式热泵等,在农副产品加工中最普遍使用的是蒸汽压缩式热泵。蒸汽压缩式热泵系统主要由除湿加热系统和送风干燥系统所组成。除湿加热系统由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组成;送风干燥系统由干燥室和风机等组成。

热泵干燥的工作原理示意图,如图1所示。其工作过程如下:在除湿加热系统中,采用制冷剂作为循环工质。压缩机从蒸发器中吸取低压低温的制冷剂蒸汽,将其压缩成为高压高温的蒸汽,送入冷凝器,在冷凝器中被冷凝成液体,液体制冷剂经节流阀节流降压,进入蒸发器,在蒸发器中液体制冷剂吸热变为蒸汽,再由压缩机吸入压缩,如此周而往复地进行循环。在除湿加热系统中形成两个热源:低温热源和高温热源。低温热源为蒸发器,高温热源为冷凝器。

1.冷凝器2.节流阀3.蒸发器4.压缩机5.风机6.干燥室

在送风干燥系统中,一般采用空气作为干燥介质进行物料的干燥。风机将从干燥室出来的相对湿度较大的空气(简称高湿空气)导入蒸发器,在蒸发器中高湿空气被冷却降温。由于蒸发器的表面温度远远低于空气的露点温度,因而空气中的水蒸汽在蒸发器表面凝结并析出,冷凝水通过管道排出。然后低温的空气经冷凝器加热成为高温低湿的空气,送入干燥室,在干燥室中高温低湿空气与物料进行热质交换;高温低湿空气对物料进行加热并使物料中的水分蒸发,从而成为湿度较高而温度较低的空气,再经蒸发器冷却除湿,如此往复循环。

热泵干燥系统的形式较多,按照干燥介质(空气)的循环情况分类,可分为开路式、半开路式和闭路式3种类型[2]。

开路式结构如图2所示,采用相对湿度较低的环境空气直接经冷凝器加热用于物料的干燥,因此这种类型适合北方干旱地区使用。闭路式结构如图1所示。为了调节干燥室温度,在除湿加热系统中增加一个辅助冷凝器,通过调节辅助冷凝器向环境的散热量,达到控制干燥室温度的目的,图3是带有辅助冷凝器的热泵干燥系统示意图。这种循环干燥方式不受环境温度影响,故适合南方地区使用。半开路式结构如图4所示,它是将部分废气(即从干燥室排出的高湿空气)与环境空气相混合,然后送入除湿加热系统进行处理。这种干燥系统主要利用部分废气的余热,达到提高热泵的COP值的目的。

1.冷凝器2.节流阀3.蒸发器4.压缩机5.风机6.干燥室

1.压缩机2.辅助冷凝器3.冷凝器4.节流阀5.蒸发器6.风机7.干燥室

1.压缩机2.冷凝器3.节流阀4.蒸发器5.风机6.干燥室

热泵的效率可用热泵性能系数COP来表示,其定义为消耗单位能量所获得的热量,即

式中Q热泵输出的热量(kW);

P热泵系统所消耗的功率(kW)。

实际中,也可用除湿率表示热泵的性能。定义除湿率SMER为消耗单位能量所除去湿物料中的水分量[3],即

式中W热泵除去的水分量(kg)。

2 热泵干燥技术的优势

2.1 高效节能

在能源紧张的今天,高效节能装置是社会倡导的主流。由于热泵干燥装置中加热空气的热量主要来自回收干燥室排出的低温湿空气中所含的显热和潜热,需要输入的能量只有热泵压缩机的耗功,因而热泵具有消耗少量功即可制取大量热量的优势,将1份电能转化为3~4份热能。与常规的干燥设备相比,热泵干燥效率高,节能效果明显,其节能一般达30%以上[4]。

2.2 干燥条件可调节范围宽

热泵干燥的温度调节范围在-20~100℃(加辅助加热装置),相对湿度调节范围在15%~80%[5]。较宽的温度调节范围使热泵能够对多种物料进行干燥加工。

2.3 封闭循环,易采用惰性介质

热泵干燥技术的另一个重要用途就是可改变干燥介质的成分,应用于敏感性物料(包括食品)的干燥。当物料(如香味化合物和脂肪酸)对空气中的氧气敏感(易氧化或燃烧爆炸)时,可采用惰性介质如氦气、氮气、二氧化碳代替空气作为干燥介质,实现无氧干燥[6]。

2.4 可回收物料中易挥发的成分

某些物料含有易挥发性成分(如香味及其它易挥发成分),利用热泵干燥时,在干燥室内,易挥发性成分和水分一同气化进入空气。含易挥发性成分的空气经过蒸发器被冷却时,易挥发性成分被液化,随凝结水一同排出,收集含易挥发性成分的凝结水,并用适当方法将有用易挥发性成分分离出即可[6]。

2.5 自动化程度高

热泵干燥可易采用较先进的控制元件与装置,通过调节蒸发器的蒸发温度、冷凝器的冷凝温度和空气的循环量,实现干燥质量的适时控制,自动化程度高。

2.6 干燥平和,易保证质量

热泵供热手段比较温和。在干燥过程中,可根据物料的特性与要求,调节循环空气的温度、湿度及循环流量,使得表面水分的蒸发速度与内部向表面迁移速度基本相同,接近自然干燥,从而保证了被干燥物料的品质好、色泽好和产品等级高。

2.7 内环境卫生、外环境环保

热泵可采用环保制冷剂不会对大气臭氧层造成破坏。热泵干燥装置中干燥介质在其中封闭循环,没有物料粉尘、挥发性物质及异味随干燥废气向环境排放而带来的污染;干燥室排气中的余热直接被热泵回收用来加热干燥介质,没有机组对环境的热污染。

3 热泵干燥技术的应用

3.1 谷物干燥

我国是世界上最大的粮食生产国和消费国,年总产粮食约5亿t。据统计,我国粮食收获后在脱粒、晾晒、贮存、运输、加工和消费等过程的损失高达18%,超过了联合国粮农组织规定的5%的标准。其中,每年因气候原因,谷物得不到及时晒干或未达到安全水分标准造成霉变、发芽等损失高达5%。若按年产粮食5亿t计算,相当于损失2 500万t。然而,我国现有谷物烘干机械2万多台,每年采用机械烘干谷物量仅占全国总产量的1%左右,远远低于发达国家95%的水平[7]。

控制谷物种子发霉、出芽的两个主要因素是谷物种子的含水率和温度。一般认为,在常温条件下,用作商品粮的谷物的安全水分应在14%左右。达到该要求的谷物既便于碾米,又可长期存放1年以上;用作种子的安全水分必须达到13%以下,若低于11%的含水率,则可以贮存两年左右。由此可见,如何将刚收割下来的谷物种子的含水率(大约20%左右)及时降至安全水分以下就是谷物种子干燥处理所需要解决的课题。目前,国内常用的直接加热和间接加热的粮食烘干机中,采用的燃料与干燥方法不同,其对稻谷脱水所消耗的能量也不同。以单位除水量所消耗的能量作比较,其值如下:以煤作燃料,能耗一般为6 270~8 360k J/kg H2O;用燃油作热源,能耗为3 350~5 850 k J/kg H2O;远红外辐射干燥效率比较高,对高含水量的稻谷每脱1kg,能耗多数在2 930~4 180 k J/kg H2O范围之内;而热泵式谷物种子干燥装置的能耗经多次测试为1 700~2 500 k J/kg H2O,明显地低于常规的以煤,油为加热源的干燥机组的能耗[8]。目前,在英国、德国等发达国家热泵干燥技术已在谷物干燥加工生产实际中得到广泛应用。美国采用热泵谷物干燥机同电热式谷物干燥机进行了对比试验,结果表明,热泵谷物干燥机的除水率为1.8kg/k Wh,而电热式谷物干燥机的除水率约为1.1 kg/k Wh,热泵式比电热式节能约40%[5]。

国内用热泵干燥机分别对玉米、大豆、稻谷种子进行干燥试验研究,结果表明:热泵干燥技术是一种很适合各种子干燥加工的技术,它不仅能够保持种子的品质,与日晒相比还可使种子发芽率得到一定的提高。采用热泵干燥技术干燥谷物较常规气流干燥法平均节能30%[9]。陈明等[10]采用热泵干燥机对稻谷进行了干燥试验,试验表明,对于南方夏收的高水分稻谷用热泵干燥时,干燥温度控制在35℃以下。采用热泵干燥稻谷所需的干燥时间短,对稻谷的发芽率影响小,对稻谷的腰爆率影响也较其它的谷物干燥机低。流化床具有气固接触面积大、传热传质速率高、特别适合于散粒状物料干燥的特点,据此马晓梅等设计开发了热泵流化床谷物干燥设备实验系统[11]。

3.2 蔬菜脱水

脱水蔬菜具有新鲜蔬菜的色、香、味,以及便于贮运、储藏时间长等优点,使得近年来国内外市场对脱水蔬菜的需求量逐年增加。近年来,随着我国农业产业结构的调整和对外贸易的进一步扩大,脱水蔬菜已成为我国蔬菜出口创汇的主要产品之一[12]。但是我国农产品加工总量和加工水平与世界发达国家相比还存在看较大的差距,发达国家农产品加工业产值与农业产值之比大都是3∶1,而我国只有0.6∶1;发达国家农产品加工程度达到80%以上,而我国只有45%,其中二次以上的深加工只占20%。在美国,加工菜与鲜菜的比例已从20世纪60年代的38∶62上升到如今的60∶40[13];而我国脱水蔬菜品种少,目前主要有长圆葱、青红椒、番茄、甘蓝、梅豆、菠菜、芹菜、香菜和胡萝卜等20多个品种[14],整个产业发展还处于一个较低的水平。

我国的脱水蔬菜加工中90%采用常压热风干燥,以热空气作为干燥介质,对蔬菜进行脱水。这种加工方法存在如下缺点:干燥速度慢、加热的温度比较高、易造成蔬菜的营养物质损失和色泽的变化、脱水时间长、耗能大、复水性差和风味较差等[15]。常压热风干燥的加热温度一般在75~90℃左右,而脱水蔬菜干燥工艺要求干燥温度不超过65℃。热泵干燥技术生产工艺的温度可比传统干燥工艺的温度降低38~53℃左右,热泵干燥工艺的加热温度约为37℃左右。热泵干燥脱水蔬菜生产工艺,所需用的时间最长不会超过8h,一般从预热到出产品4h即可完成。用热泵干燥工艺生产的蔬菜,产品色泽较好,内在品质稳定,无SO2等有害残留物质。采用热泵干燥工艺的产品,水分含量合格,无返工现象,且干燥时间较短[16]。

李媛媛等[17]针对油豆角采用热泵干燥的干燥特性进行了研究,确定了油豆角在不同温度下的干燥速率,为确定油豆角热泵干燥的工艺参数奠定了基础,实验结果认为油豆角的理想干燥温度为32℃。李志远等[18]针对白菜与胡萝卜进行了热泵干燥、热风干燥和日晒干燥的对比试验,认为热泵干燥温度低,干燥介质空气的温度可控制在15~35℃,避免了蔬菜在干燥过程中,由于高温而引起的褐变、营养素变性和复水性差等缺点,能保证脱水蔬菜的质量。试验结果如下:采用热泵干燥、热风干燥和日晒时,白菜的叶绿素含量(mg/100g干重)分别为45.78,27.23,3.75;白菜的Vc含量(mg/100g干重)分别为8.37,4.77,1.16;胡萝卜素的含量(μg/100g干重)分别为59 631.5,42 471.3和4 894.9,结果表明热泵干燥的效果最好。徐刚等[19]以青椒为例采用热泵干燥和热风干燥,并进行了对比试验。结果显示:采用热泵干燥时,青椒产品叶绿素的保存率为70.4%,Vc的保存率为68.2%,除水率SMER为2.9 kg/k Wh;采用热风干燥时,青椒产品叶绿素的保存率为64.8%,Vc的保存率仅仅为52.1%,除水率SMER为1.2 kg/k Wh。对比结果表明无论是外观色泽、营养成分保存率、复水性和能耗成本,热泵干燥都优于热风干燥。

马一太等[20]以白菜种子为例,采用热泵干燥技术研究了干燥过程的温度、干燥空气的相对湿度、空气流速和种子初含水率对干燥过程以及种子活力的影响。结果表明:热泵干燥是一种良好的种子干燥技术,合理调节运行参数完全可以保证种子的干燥质量。同时,由于种子的发芽率和健芽率受干燥温度的影响最大,认为白菜种子的干燥温度不宜超过40℃。李云林等[21]利用R-110型闭式热泵干燥机对食用菌干燥,同蒸汽热风式和火力热风式烘干干燥结果相比较,经热泵干燥的香菇外形收缩均匀、不变形、菇型圆整、色泽悦目、气味清香纯正和无焦味或烟味。采用传统烘烤工艺加工的香菇达到出口外销标准的量仅为10%,而采用热泵干燥工艺其达标量可达到60%。同时,采用热泵干燥技术对牛肝菌进行干燥处理,经热泵干燥的牛肝菌片面平整、不扭曲卷边、颜色美观、气味芳香纯真。邹宇晓等[22]对南瓜进行了热风干燥、热泵干燥和真空微波干燥的比较试验。实验结果表明:采用热风干燥不利于南瓜类胡萝卜素的保存,南瓜干品颜色褐变较严重,而热泵干燥与真空微波干燥对南瓜的颜色保护良好,对类胡萝卜素的保存较好。其中,热泵干燥温度为50℃时获得的南瓜干品中类胡萝卜素的含量与采用真空微波干燥所获得的含量接近。

3.3 水产品干燥

水产品的水分含量高(一般为80%左右),蛋白质和各种营养成分含量丰富,在常温以上干燥,细菌滋生快,容易失去原有的风味甚至变质。干燥温度最好是在20℃以下,待含水量降到40%以下,再视情况提高干燥温度。因为较低的含水量能够对细菌的滋生起一定的抑制作用,可允许较高的干燥温度[23]。热泵的干燥温度易于控制在25~32℃,在此温度范围内进行干燥,避免了水产品中不饱和脂肪酸的氧化和表面发黄,减少了蛋白质受热变性、物料变形、变色和呈味类物质的损失[24]。因此,利用热泵干燥可获得颜色鲜亮、味道鲜美、品质良好的水产干制品。

陈忠忍[25]根据研究证明,利用热泵干燥技术对海产品进行干燥,1k Wh电耗可脱水1.49 kg,较普通电热干燥节能近50%。利用热泵干燥的海产品可以大幅提高其品质和附加值,产品品质完全达到美国、日本等国家同类产品的质量标准。李浙[26]的研究表明,使用热泵在20~25℃温度下干燥的鱼片制品与洞道式蒸汽烘干房干燥的鱼片相比,在色泽、营养、口感等方面具有明显优势,取得了很好的经济效益。

石启龙等[27]针对竹荚鱼进行了热泵变温干燥。研究结果表明:采用适宜的初始温度和循环时间,热泵变温干燥能够缩短干燥时间,显著提高半干竹荚鱼片的色泽。最适合于竹荚鱼热泵变温干燥的条件应为:20℃(3.5h)25℃(3.5h)30℃(3.5h)35℃(3.5h)。母刚等[28]采用热泵对海参进行干燥,结果表明:热泵干燥的海参比传统干燥的海参含水量低,并能完整地保存其色泽和外形,具有较好的感官品质。此外热泵干燥是在常温(31℃)下进行的,能够比较好地保留了海参的营养活性成分。张国琛[29]利用热泵干燥机,分别在-2~0℃和20℃两种温度下对北极虾和鱼块进行了干燥研究。结果显示,虾的状态(有壳或无壳,有头或无头)和鱼块的厚度对其干燥特性有显著影响。无论干燥温度为-2~0℃还是20℃,去壳虾所需的干燥时间最少,去头虾的干燥速度大于整虾;薄鱼块的干燥速度在20℃时显著大于厚鱼块的干燥速度[30]。

4 问题与措施

4.1 问题

热泵干燥具有热效率高、节能、干燥温度低、干燥物的品质好和卫生等特点,尤其适合于营养丰富、含水率高和热敏性的蔬菜及鱼类物料的干燥。但目前使用的热泵装置主要为闭式(又称箱式)结构,在应用过程中存在如下问题:

1)干燥中后期,干燥速度慢,干燥时间长。

热泵除湿干燥的本质也是对流干燥,干燥过程必然受到物料内部的传热与传质的控制。随着干燥时间的增加,物料含水量的下降,热泵干燥在中后期,干燥速度变慢[30]。文献[31]的研究表明:单位时间除湿量在干燥的初始阶段比较高,随着时间的增加而急剧下降;物料的含水率在干燥的初始阶段下降迅速,经干燥一定时间后趋于平缓。其原因是在干燥的初始阶段,物料的水分较大,水分从物料内向外蒸发的速度快,但是经过一段时间干燥后,物料的含水率降到一定的水平时,在物料中的水分向外蒸发的速度减缓。

2)间歇工作、干燥规模小。

闭式结构的热泵干燥机,配置的压缩机功率一般较小,大多低于10k W,因而箱体的体积有限。每次干燥所放置的物料仅限于箱体所容纳的量,故干燥的规模较小。同时由于闭式结构,热泵干燥对物料而言只能采用间歇式工作方式,即在物料干燥完成后,从干燥箱中取出,再装入湿物料进行干燥,不能实现物料的连续作业,难于实现大批量生产。

3)变温运行较为困难。

虽然热泵可以在一定的温度范围内实现变温运行,但是热泵的性能系数COP同热泵的蒸发温度和冷凝温度有关。为了获得较高的干燥温度,势必得提高热泵的冷凝温度,但这会使得热泵的性能系数COP值下降,同时导致供热量降低,从而无法满足干燥温度的要求,并使得热泵的节能特性受到影响。

4.2 措施

热泵干燥具有良好的除湿与节能效果,如何在农副产品的干燥加工中发挥热泵干燥的优势,克服现存的问题,这需要采取一些综合措施。

4.2.1 高温热泵的开发

研究和应用较多的热泵干燥装置是低温热泵干燥装置,它使用的制冷剂主要为R22和R134a。在干燥过程中,干燥温度一般不大于65℃。开发提供干燥温度达100℃以上的高温热泵是生产所必需的。

二氧化碳(R744)作为天然的环保型制冷剂具有独特的优点,一些欧洲国家、日本和美国等国对CO2热泵热水器系统进行了广泛的研究,以CO2跨临界循环的热泵热水器已出现在市场。采用传统制冷剂的热泵热水器所提供的热水温度一般小于55℃,而采用CO2跨临界循环的热泵热水器可以提供90℃的高温热水,同时其COP值基本可以达到甚至高于常规热泵的COP值[32]。因此,开发采用CO2跨临界循环的热泵干燥机在技术上已趋于成熟,并且能够实现高温干燥的要求。

4.2.2 干燥工艺的研究

合理的干燥工艺可以实现高效与节能。但大部分研究都是将干燥系统和物料内部传热传质机理分开研究,缺少系统化研究。为了将热泵干燥技术应用于农副产品的加工,必须研究不同农副产品与热泵相适应的干燥工艺。这需研究干燥物料的质量指标以及质量指标随温度、含水量和干燥时间等的变化关系,为物料的最佳热泵干燥工艺的确定提供依据。

4.2.3 专用热泵的开发

农副产品的种类较多,但不同的产品有其不同的特性。因此通过对干燥工艺的研究,可以针对某类或某种产品开发综合技术经济指标优势明显的专用热泵产品。

4.2.4 采用联合干燥、提高干燥速度

热泵干燥在低温干燥中有较强的优势,因此可以将热泵与其它干燥方法相结合。在物料的初始干燥中采用热泵,充分发挥热泵在低温干燥中除湿快又节能的特点,而在物料的中后期干燥中选用其它的干燥方式,从而在物料的整个干燥过程中缩短了干燥时间,达到高效节能的目的。

5 结论

随着科学技术与经济的发展,人们的环保意识和节能意识日益加强。在全球能源紧张的今天,节能技术与产品必将越来越受到重视。热泵干燥技术以其优良的除湿效果和节能效益已在农副产品的干燥加工中得到实验研究和实践应用的验证,并且对产品的质量能够保证和有所提高,这使得热泵干燥技术在农副产品的加工中必将获得广泛的应用。

农产品干燥 第6篇

1 振动流化床干燥器的作用原理

振动流化床的作用原理为湿物料自进料口进入流化床干燥器内, 在振动力与重力的作用下, 物料沿着水平放置的流化床床层前进, 热风穿过布风板再向上穿过湿物料, 在激振力与热气流的双重作用下, 物料呈悬浮流化状态, 湿物料与热风进行强烈的传热传质, 湿空气经旋风分离器除尘后由排气口排出;干燥后的物料由排料口排出。

优点:一是采用机械振动, 使在连续操作时能得到较理想的活塞流, 减轻和消除流化床的沟流腾涌现象, 增加流化物料的稳定性, 改善流化质量;物料停留时间分布均匀, 停留时间易于调节控制, 可获得非常理想的产品含水率。二是由于物料和干燥介质接触面积大, 物料在床内不断地进行激烈搅动, 所以传热效果良好, 床层温度均匀, 无局部过热现象, 无死角, 体积传热系数大, 气固直接接触, 热传递阻力小, 可连续大量处理物料, 能获得较高的综合经济技术指标。三是由于床层的强烈振动, 传热和传质的阻力减小, 改善了流化质量, 提高了振动流化床的干燥速率, 同时使不易流化或流化时易产生大量夹带的块团性或高分散物料也能顺利干燥, 克服了普通流化床易产生返混、沟流、黏壁等现象。

2 干燥过程

振动流化床干燥器电动机转动时, 传动轴带动箱式振荡器, 产生水平方向的激振力, 经干燥器下面板弹簧作用, 产生水平方向一个分力和垂直方向的一个分力。水平方向的分力促使物料以一定的速度向前输送至干燥器出口, 垂直方向的分力与分布板上的热空气一起将物料抛起, 使物料处于流化状态。其加热方式属于错流干燥。干燥的目的就是去除物料中的水分, 水分的去除是一个传质的过程, 所以干燥时间主要由传质决定, 加热的目的也是加快传质。物料依靠机械振动和穿孔气流双重作用流化, 并在振动作用下向前作活塞形式的移动, 利用对流、传导、辐射向料层供给热量, 即可达到干燥的目的。

在振动流化床中, 气体通过颗粒床层产生压降, 主要是由于克服颗粒重量及颗粒间的摩擦引起的。在振动流化床中, 前段床层处于恒速干燥阶段, 提供给床层的热量几乎全部用来蒸发水分, 提高该段的进风温度, 可显著提高传热推动力。干燥后段, 物料表面边干, 温度开始上升, 此时再提高风温, 干燥速率提高很有限, 但排料、排风温度会大幅提高, 热效率降低。

在干燥器的排料端加装控制堰, 这便是料层可控的振动流化床。调整手柄, 可方便地调整控制干燥器床层高度。当物料粒度均匀、干湿状态密度有较大的差异时, 干燥完好的物料密度相对较小, 浮在床层上部, 以溢流方式排出干燥器外。所以料层可控的振动流化床, 较易控制物料在床层中的停留时间和排料速度。

3 干燥过程中质量控制措施

干燥工序主要影响产品的固含量及过滤比、不溶物指标, 干燥工序的控制主要是对风温、物温的控制, 对床层高度的控制, 对风压的控制。过滤比、粒度指标主要是由于干燥器的波动造成的, 由于设备维修、导热油温度波动等原因致使干燥器温度出现波动。

对干燥工序采取以下措施:

1) 严格控制干燥器风温、风压、物料温度, 禁止擅自修改设定参数, 要求单操严格按照工艺卡片指标控制干燥器;前段风温不高于148℃, 后段风温不高于128℃, 平稳控制干燥器, 避免干燥器温度控制失调;要求风压保持在正常范围, 发现风压出现不正常情况时, 及时排查原因, 及时处理。

2) 要求单操backup时间控制在25~30min内, 不能长时间处于backup状态。因为backup时间过长, 物料在干燥器里边的平均停留时间也变长, 势必导致物料过度干燥导致固含量, 甚至导致过滤比和不溶物超标。

3) 控制干燥器床层高度, 应保持床层高度在视窗的1/2~2/3, 保持干燥器床层高度稳定, 任何人不得无故降低或升高干燥器出口挡板高度, 以免出现质量波动。

4) 根据反应物料胶体的性状及时调整研磨油的喷入量, 按时检查研磨油的雾化效果, 防止由于研磨油问题导致干燥器结块。

5) 季节原因造成外界温度的影响, 冬季关严厂房门窗, 以减少干燥器热量损失。

4 结语和建议

1) 在干燥器控制方面要求细化控制, 严格控制干燥器风温、风压、物料温度, 按照工艺卡片指标控制干燥器, 进料转数调整幅度不能太大, 避免温度大幅波动, 尽力保证干燥器平稳操作, 波动范围在工艺卡片之内。

2) 应锁定床层高度在视窗的1/2~2/3, 保持干燥器床层高度稳定, 任何人不得无故降低或提高干燥器出口挡板高度, 严禁床层高度过高或者过低, 干燥器开停过程中, 将干燥器出口挡板关闭, 以免出现质量波动。

3) 加强岗位员工的巡检, 尤其是干燥器各风筒软连接、四氟板、人孔密封条、分料板及法兰螺栓的检查, 发现问题及时联系处理, 对存在的生产问题做到早发现、早解决, 保证装置安全平稳长周期运行。

4) 应避免风温过热和物料在干燥器内停留时间过长。

摘要：近年来, 随着大庆油田开采的不断深入, 对油田三次采油驱油助剂聚丙烯酰胺的需求量日益增加, 大庆炼化公司主要从事聚丙烯酰胺的工业化生产, 在确保稳产高产的同时, 更要保证产品的质量。

关键词：振动流化床干燥器,质量,温度,压力

参考文献

[1]董光荣.化工设备设计基础[M].北京:兵器工业出版社, 2003.