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隧道式干燥機(jī)節(jié)能研究現(xiàn)狀及展望.doc

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隧道式干燥機(jī)節(jié)能研究現(xiàn)狀及展望.doc

隧道式干燥機(jī)節(jié)能研究現(xiàn)狀及展望 干燥是農(nóng)產(chǎn)品加工中的重要單元操作之一,其能耗相當(dāng)驚人。據(jù)報導(dǎo),我國干燥消耗的能量約占總能耗的12m?!笆晃濉币?guī)劃的建議中,要求單位 GDP能耗比“十五”期末降低20,因此降低干燥能耗是一項十分重要而有意義的工作。 隧道式干燥機(jī)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的傳統(tǒng)干燥設(shè)備,在各種農(nóng)產(chǎn)品、中藥材、木材和紙張的干燥中,應(yīng)用非常普遍。干燥設(shè)備能耗高一直是制約干燥工業(yè)發(fā)展的瓶頸。一方面,高能耗干燥設(shè)備無法推廣使用,直接影響了農(nóng)產(chǎn)品及中藥材的生產(chǎn)與產(chǎn)品質(zhì)量。例如,利用熱風(fēng)進(jìn)行干燥的隧道式干燥機(jī),熱能利用率較低,只有30-40。另一方面,目前傳統(tǒng)干燥技術(shù)和設(shè)備仍占很大比例,熱風(fēng)對流干燥占據(jù)了脫水食品生產(chǎn)量的90以上州,使干燥新技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用受到限制。因此,在干燥新技術(shù)開發(fā)和規(guī)模化應(yīng)用的同時,還要研究傳統(tǒng)干燥技術(shù)與設(shè)備的節(jié)能降耗。研究降低隧道式干燥設(shè)備能耗,具有很大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。1 從干燥方式著手節(jié)能降耗11組合干燥由于物料的多樣性及其性質(zhì)的復(fù)雜性,用單一的干燥方式來干燥物料,往往達(dá)不到最終產(chǎn)品的質(zhì)量要求,或者是消耗能量太大。如果把2種或2種以上的干燥方式結(jié)合起來,在物料不同水分階段采用不同的干燥方式,不僅可以有效提高干燥效率,節(jié)約能源,而且可以較好地控制整個干燥過程,有助于獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品,這種干燥方式就稱為組合干燥閘。 許多學(xué)者研究了微波熱風(fēng)組合干燥方式對農(nóng)產(chǎn)品的干燥,取得了良好的效果。馬先英等人同研究了熱風(fēng)與微波組合干燥胡蘿卜片的干燥特性,發(fā)現(xiàn)采用熱風(fēng)與微波組合干燥方式的干燥速率比常規(guī)的熱風(fēng)干燥提高了14倍以上,總干燥時間縮短了34 min,并且干制品的色澤、香味、形狀和組織都有明顯的改善。這是因為熱風(fēng)干燥對物料表面的自由水分的排除效果明顯,但進(jìn)入降速干燥階段后,物料內(nèi)部水分較難被排除;而微波干燥過程中,濕物料的溫度梯度是內(nèi)高外低,含水率梯度也是內(nèi)高外低,二者方向一致,并且能量集中供給水分,因此干燥速率非常快。但微波干燥的缺點是干燥均勻性差,易出現(xiàn)焦煳,并且正是由于其干燥速率非常高,致使物料內(nèi)部水分汽化后,不容易排出,在物料內(nèi)部形成高溫高壓的空腔,使物料過熱和膨化。因此,將這2種干燥方式有機(jī)結(jié)合起來,尋找合適的轉(zhuǎn)換點和最佳干燥r藝,在熱風(fēng)干燥進(jìn)入降速干燥階段時,換用微波干燥來完成最終的干燥,不但可以提高制品的品質(zhì),還可以降低能耗。還有其他的干燥組合,如采用超聲波與普通干燥組合,即在干燥過程中施加超聲波能量場,激勵物料內(nèi)部分子的振蕩,有助于水分子的擴(kuò)散。這也是一種新型的干燥方式。12風(fēng)向控制順流干燥和逆流干燥是最常見的2種送風(fēng)方式,兩者各有其優(yōu)缺點。混流干燥則集二者的優(yōu)點于一身,既使得干燥均勻,又可加快干燥速度,縮短干燥時間,節(jié)約能源。熱風(fēng)換向技術(shù)在現(xiàn)代木材的干燥加工中已經(jīng)是一項非常成熟的技術(shù),但在農(nóng)產(chǎn)品的干燥中應(yīng)用還不多見,很有研究價值。王傳耀等人研究了銀耳的熱風(fēng)換向干燥技術(shù),用以取代傳統(tǒng)的垂直氣流熱風(fēng)干燥。采用垂直氣流熱風(fēng)換向干燥和橫向水平氣流熱風(fēng)換向干燥技術(shù)改造方案,得出較優(yōu)干燥工藝為:干燥溫度70-80,換向時間間隔1 h。這兩項改造方案分別比傳統(tǒng)垂直氣流熱風(fēng)干燥速率提高30與40,而且橫向水平氣流熱風(fēng)換向干燥的節(jié)能達(dá)50。熱風(fēng)換向技術(shù)可明顯改善物料的溫度與濕度梯度,加快干燥速率,但并不是換向時間越短越好。因為在干燥前期,在升溫未達(dá)到干燥工藝溫度時換向,反而不利于干燥,因此在干燥的加熱階段不宜換向;若換向時間長,物料干燥會出現(xiàn)短時的不均勻,物料收縮也不均勻,并不能明顯改善整體的通風(fēng)性,使干燥速率相對較慢。因此,熱風(fēng)換向技術(shù)的關(guān)鍵是尋找最佳的換向周期。13分段干燥同種干燥方式的不同干燥階段,可以針對物料所處階段的特性,采用不同的干燥參數(shù),稱為分段干燥。對隧道式熱風(fēng)干燥機(jī)而言,順流干燥時,提高干燥機(jī)人口的空氣溫度,有利于提高干燥機(jī)的熱效率,即使對于熱敏性物料也不用擔(dān)心會產(chǎn)生熱破壞。這是因為在干燥初期,物料水分含量較大,物料表面溫度為濕球溫度,其他熱力干燥也有此規(guī)律。因此,在加熱階段和恒速干燥階段,宜采用較高的溫度,而在降速干燥階段則應(yīng)采用較低的溫度,這就是分段變溫干燥方式。王澤南等人研究了荸薺片的分段變溫干燥工藝,發(fā)現(xiàn)前段采用90下干燥75 min,后段在65干燥180 min,可在保證荸薺片品質(zhì)的前提下,其干燥時間比65恒溫干燥縮短了1 h,降低了能耗。這種干燥方式應(yīng)用于連續(xù)、半連續(xù)的隧道式干燥機(jī)有一定的困難,可用2臺隧道干燥機(jī)配合工作,投資雖然增加了,但其節(jié)能效果明顯,有一定的應(yīng)用前景。特別注意的是,要在不同的溫度采用不同的風(fēng)速,高溫低風(fēng)速,低溫高風(fēng)速,可以減少熱風(fēng)用量,更能有效利用熱量。因為高溫?zé)犸L(fēng)具有高的飽和水分含量,可以容納更多的水分,因此采用低風(fēng)速,使熱風(fēng)與物判更長時間接觸,充分吸收水分。另外,采用低風(fēng)速可防止制品表面劇烈失水而干縮,阻礙內(nèi)部水分子向外擴(kuò)散;而風(fēng)速大時的傳熱系數(shù)增大,有利于提高傳質(zhì)速率,同時可避免因熱風(fēng)在排出之前達(dá)到飽和而使物料“返潮”。2通過對物料的預(yù)處理實現(xiàn)節(jié)能降耗農(nóng)產(chǎn)品和中藥材的干燥預(yù)處理,一般包括清洗、切分、壓扁、熱燙、發(fā)汗等過程。清洗和切分可以增大物料的有效表面積,為水分提供一個便捷的蒸發(fā)通道,特別對于很多葉桿狀物料,其表面有一層蠟質(zhì)層,嚴(yán)重影響干燥時水分的蒸發(fā);熱燙能使物料細(xì)胞的酶失活,防止不良反應(yīng)的發(fā)生,還能使細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)發(fā)生凝固,造成質(zhì)壁分離,削弱細(xì)胞膜阻力,有利于提高干燥速度。但過度熱燙會使水分過多滲入物料組織,含水量增加,并且使組織細(xì)胞受到嚴(yán)重破壞,反而影響干燥過程中水分的移動,增大能耗,所以應(yīng)該嚴(yán)格把握熱燙時間;發(fā)汗就是將物料堆積在一起,使其失去部分自由水,降低初始含水量,防止其表面硬化的過程,這種方法在中藥材干燥中的應(yīng)用特別普遍。適當(dāng)?shù)念A(yù)處理不僅能減少物料有效成分的損失,提高干燥品質(zhì),而且能提高干燥速度、降低能耗,是干燥生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)。諸愛士等人在對西芹的熱風(fēng)干燥工藝進(jìn)行研究時,發(fā)現(xiàn)干燥前對西芹90燙漂3 min時的干燥速度最快,能耗最低。物料在進(jìn)行熱燙之后,一般先趁熱進(jìn)行機(jī)械脫水或置換脫水,這樣可消除傳統(tǒng)干燥中的相變化,所需能量僅為蒸發(fā)的1。另外,機(jī)械脫水要趁熱快速進(jìn)行,然后迅速進(jìn)入隧道干燥,可以縮短干燥加熱階段的時間,有利于熱量的充分利用。需注意的是,對于有些物料,若機(jī)械脫水時力度太大,會使物料抱團(tuán)而不松散,影響干燥速率。對于這些物料,注意脫水力度要輕。還有一種方法是在物料進(jìn)人隧道干燥機(jī)前進(jìn)行滲透脫水處理,可使干燥時間縮短10-15,同樣可達(dá)到明顯的節(jié)能效果。但由于滲透脫水操作時間長,設(shè)備投資大,因此在農(nóng)產(chǎn)品干燥的預(yù)處理中應(yīng)用并不廣泛。預(yù)處理要針對不同的物料分別加以研究,總的目的是使水分在物料內(nèi)部更容易移動或者是降低其初始含水量。目前利用生物化學(xué)方法對物料進(jìn)行預(yù)處理來提高干燥速率的研究尚未見到,這一領(lǐng)域有待進(jìn)一步研究。3探討最佳干燥參數(shù) 實現(xiàn)節(jié)能降耗 無論采用哪種干燥方式,將隧道式干燥機(jī)應(yīng)用于任何一種物料時,都有其特定的最佳干燥參數(shù),其中隧道長度是一個必要的參數(shù)。對于熱風(fēng)隧道式干燥機(jī),主要參數(shù)有3個,即隧道長度、風(fēng)速和風(fēng)溫。隧道長度的重要性在于,它可以控制出風(fēng)口空氣的飽和度,使空氣到達(dá)出風(fēng)口時接近飽和,而濕度與環(huán)境的溫差保持在15度左右,以最大程度地利用熱量。河南科技大學(xué)設(shè)計的隧道式中藥材干燥機(jī)采用熱風(fēng)逆流加熱,通過隧道小節(jié)的增減來改變隧道的長度,通過控風(fēng)板的調(diào)整可以改變風(fēng)速,利用電加熱器及控制柜可對風(fēng)溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過對3項參數(shù)的調(diào)節(jié),可以方便地研究不同物料在隧道式熱風(fēng)干燥機(jī)中的最佳干燥參數(shù)。目前人們對常規(guī)干燥方式最佳工藝參數(shù)的研究已經(jīng)非常多,并且實驗手段也很成熟,但研究隧道式干燥機(jī)隧道長度對干燥過程的影響,以及隧道長度、風(fēng)溫、風(fēng)速對干燥過程的綜合影響的研究尚未見報道,這是下一步研究的重點。4余熱回收再利用隧道干燥機(jī)排放的廢氣溫度比大氣溫度高得多,有大量的能量可以回收利用。理論上講,廢氣濕度要求接近飽和,因此直接回收對干燥而言無利用價值,需經(jīng)過除濕后方可用于物料干燥。但實際生產(chǎn)中,廢氣的濕度往往遠(yuǎn)達(dá)不到飽和,因此這一部分熱量不可忽視。目前已經(jīng)開發(fā)了各種余熱回收裝置,但由于費用太高,而不適合小型用熱設(shè)備。因此對隧道式干燥機(jī)增加熱風(fēng)循環(huán)利用系統(tǒng),或者進(jìn)行改造是未來干燥設(shè)備的一個研究方向。張曉和等人通過對脫水蔬菜專用混流式隧道干燥機(jī)進(jìn)行廢氣循環(huán)裝置的改進(jìn)設(shè)計,使逆流段排出的相對濕度較低的廢氣,部分或全部進(jìn)人順流段,在成本增加較少的情況下,有效利用了廢氣熱量。5設(shè)備本身的隔熱性與隧道式干燥機(jī)相關(guān)的熱損失主要有傳導(dǎo)熱損失、縫隙熱損失和操作熱損失3種。隧道式干燥機(jī)的特點是干燥室外殼與外界接觸面積大,這就意味著由熱傳導(dǎo)引起的設(shè)備散熱損失是不可忽略的;隧道式干燥機(jī)一般由隧道小節(jié)組成,都有進(jìn)出料門和其他用途的門,這些連接處和門的密閉性也是隧道干燥機(jī)熱損失的一個重要方面;干燥過程中要對物料進(jìn)行操作,比如進(jìn)料、出料、觀察和檢測等,這時大量的熱就會散失。一般干燥機(jī)設(shè)備的散熱損失不應(yīng)超過lO,大型干燥設(shè)備的散熱損失應(yīng)低于5。要做好干燥器的保溫工作,應(yīng)該尋求一種最佳保溫材料及其保溫層厚度。對于后兩種熱損失,就要對設(shè)備進(jìn)行必要的改造。吳海平等人在對脫水蔬菜隧道干燥設(shè)備進(jìn)行改造設(shè)計時,采用了建筑設(shè)計中過廳的設(shè)計方法,在進(jìn)出料門前做一隔離小過廳,物料進(jìn)出隧道時都先進(jìn)人過廳,把進(jìn)出料時的熱風(fēng)損失和縫隙損失降到了最低,節(jié)能效果明顯。6結(jié)束語 本文僅介紹可直接應(yīng)用于隧道式干燥機(jī)或可與隧道式干燥機(jī)結(jié)合應(yīng)用的干燥節(jié)能措施,在其具體實現(xiàn)方式上,還需要對以下幾個問題進(jìn)一步研究。 (1)研究不同物料在隧道式干燥機(jī)中的分段、組合等干燥工藝。 (2)研究新型預(yù)處理方式及其對干燥過程的影響機(jī)理,以及與隧道式干燥機(jī)的結(jié)合應(yīng)用。 (3)優(yōu)化隧道式干燥機(jī)的設(shè)計,對現(xiàn)有隧道式干燥機(jī)進(jìn)行合理改造,增強(qiáng)設(shè)備的隔熱性和余熱的回收利用。 (4)除了把熱空氣作為干燥介質(zhì)外,將過熱蒸汽和超臨界流體作為干燥介質(zhì),在能耗方面的優(yōu)勢值得關(guān)注,應(yīng)用于隧道式干燥機(jī)有待研究。農(nóng)產(chǎn)品加工 學(xué)刊2008年11期 下聶保軍,張仲欣(河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,河南洛陽471003) 裴羅紅采集;江洪濤編輯;程彬彬加工。

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