本文關(guān)鍵詞：基于溫濕度控制的熱風(fēng)干燥裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

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【摘要】：針對(duì)現(xiàn)有的熱風(fēng)干燥技術(shù)中,物料干燥時(shí)間長(zhǎng),容易結(jié)殼等問(wèn)題,提出了溫濕度控制的熱風(fēng)干燥技術(shù),設(shè)計(jì)安裝了溫濕度控制的箱式熱風(fēng)干燥機(jī),并以胡蘿卜為原料,研究了胡蘿卜在不同相對(duì)濕度和階段降濕干燥條件下的干燥特性和干燥品質(zhì)；設(shè)計(jì)了基于物料內(nèi)部溫度的相對(duì)濕度自動(dòng)控制程序；并對(duì)溫濕度控制的熱風(fēng)干燥技術(shù)進(jìn)行了適用性研究。干燥機(jī)主要由內(nèi)循環(huán)軸流風(fēng)機(jī)、加熱管、加濕裝置、稱(chēng)量裝置和控制系統(tǒng)等部分組成。通過(guò)內(nèi)部擾流風(fēng)機(jī)作用提高干燥室內(nèi)部溫濕度和風(fēng)速的均勻性,設(shè)置濕簾加濕裝置實(shí)現(xiàn)相對(duì)濕度的精確控制,設(shè)置稱(chēng)量裝置對(duì)干燥物料實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱(chēng)量。干燥溫度60℃C,熱風(fēng)相對(duì)濕度20%條件下胡蘿卜的干燥驗(yàn)證試驗(yàn)表明,干燥室內(nèi)部溫濕度和風(fēng)速流場(chǎng)均勻,不同位置物料干燥均勻,均為6 h；采用積分分離式PID算法控制相對(duì)濕度的最大偏差為0.5%；溫度在20-70℃℃,載荷在25-300 g范圍內(nèi),自動(dòng)稱(chēng)量裝置的最大偏差為0.3g。在干燥溫度60℃C、風(fēng)速3.0 m/s條件下,研究了相對(duì)濕度(20%、30%、40%、50%)及第一階段相對(duì)濕度50%保持不同時(shí)間(10、30、60、90 min),第二階段相對(duì)濕度20%下,胡蘿卜片的干燥特性。研究結(jié)果表明：恒定相對(duì)濕度干燥條件下,熱風(fēng)相對(duì)濕度20%比50%條件下干燥時(shí)間縮短了27.6%,相對(duì)濕度越低干燥速率越大；分段降濕干燥條件下,熱風(fēng)相對(duì)濕度50%保持30min后降低為20%,其干燥時(shí)間比相對(duì)濕度恒定為20%條件下縮短了18.5%,干燥過(guò)程出現(xiàn)2個(gè)升速階段；Weibull分布函數(shù)可以很好地描述胡蘿卜恒定濕度和階段降濕干燥過(guò)程。尺度參數(shù)α范圍在1.864-3.635 h之間,形狀參數(shù)β值在1.296-1.713之間,水分有效擴(kuò)散系數(shù)在1.17x10-1～2.92×10-9 m2/s之間。對(duì)綠紅值、復(fù)水率、能耗和干燥時(shí)間進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)顯示,熱風(fēng)相對(duì)濕度50%保持30 min干燥條件下綜合評(píng)分較高為0.91。設(shè)計(jì)了在干燥介質(zhì)溫度和風(fēng)速一定時(shí),基于監(jiān)測(cè)物料內(nèi)部溫度的干燥介質(zhì)相對(duì)濕度控制方式。該相對(duì)濕度控制方式前期保持較高恒定的相對(duì)濕度,使物料迅速升溫；中期物料溫度保持特定值進(jìn)行排濕干燥,物料溫度有上升趨勢(shì)時(shí)停止排濕；后期物料保持較高溫度值進(jìn)行排濕干燥。胡蘿卜驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明,該相對(duì)濕度控制方式提高了干燥效率,物料溫度前期迅速上升,中期物料溫度階梯式上升,后期溫度緩慢上升；干燥介質(zhì)中相對(duì)濕度變化趨勢(shì)同濕含量相一致,前期迅速上升,中期振蕩式下降,后期緩慢降低最終趨于穩(wěn)定。該相對(duì)濕度控制方式干燥后的胡蘿卜具有較高的復(fù)水率為4.11,相比于前期相對(duì)濕度50%后期相對(duì)濕度20%能耗降低了7%。以桂圓和山藥片為例,研究了溫濕度控制的熱風(fēng)干燥技術(shù)的適用性。桂圓連續(xù)排濕干燥時(shí)間相對(duì)于自動(dòng)控濕干燥時(shí)間縮短了15.5%；山藥片厚度為6 mm時(shí),連續(xù)排濕優(yōu)于自動(dòng)控濕干燥工藝,當(dāng)切片厚度大于6 mm時(shí),自動(dòng)控濕干燥工藝優(yōu)于連續(xù)排濕干燥工藝。山藥片厚度為6 mm時(shí),畢渥數(shù)Bi值范圍為0.093～0.108,切片厚度大于6 mm時(shí),Bi值范圍為0.124～0.144。物料在連續(xù)排濕干燥條件下,如果干燥曲線的Weibull分布函數(shù)中β1,則說(shuō)明此種物料可能不適應(yīng)于溫濕度控制干燥技術(shù)；而當(dāng)β1時(shí),通過(guò)Bi值來(lái)判斷,當(dāng)物料厚度增大,Bi0.1時(shí),適用于自動(dòng)控濕干燥方法；當(dāng)物料厚度較小,Bi0.1時(shí),適用于連續(xù)排濕干燥方法。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S226.6

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