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空氣源熱泵烘干應用-典型農產品干燥過程

2018-06-05 02:37:43 http://www.hblfgs.com/ 責任編輯: 瀏覽數:3723 手機訪問 中國熱泵網

谷粒內部有許多毛細管并且是多孔的膠體物質,在貯藏過程中,當周圍的水氣壓力大于谷粒內部水氣壓力時,谷粒能吸附水分;反之,谷粒能釋觸出體內的水氣。谷粒內含水量是隨環境中溫、濕度的變化而變化,谷粒放出水汽速度與吸附水氣速度相等時的谷粒濕度稱為平衡濕度。含親水性膠體物質多的谷粒其平衡濕度高于含非親水性物質多的谷粒,如油料作物籽粒的平衡水分均較谷類低。

(1)谷物干燥

引用上面闡述的物料干燥理論進一步說明書物干燥的一般干燥特性及機理。谷物干燥就是排附谷物中水分,谷物干燥過程就是使谷物中水分不斷向外表面擴散和表面水分不斷蒸發的過程。

谷粒內部有許多毛細管并且是多孔的膠體物質,在貯藏過程中,當周圍的水氣壓力大于谷粒內部水氣壓力時,谷粒能吸附水分;反之,谷粒能釋觸出體內的水氣。谷粒內含水量是隨環境中溫、濕度的變化而變化,谷粒放出水汽速度與吸附水氣速度相等時的谷粒濕度稱為平衡濕度。含親水性膠體物質多的谷粒其平衡濕度高于含非親水性物質多的谷粒,如油料作物籽粒的平衡水分均較谷類低。當環境中溫度不變時,相對濕度越高,谷粒的平衡濕度越大;若環境中相對濕度不變時,溫度越高,平衡水分越小。平衡水分低較易放出水分,平衡水分高較易吸附水分。因此,谷粒干燥的實質就是以人工方法降低谷粒周圍空氣的相對濕度,創造出使其能放出水汽的外部環境條件。在改變環境條件的干燥方法中,都用流動氣體作為介質來傳送熱量和帶走水汽。

至于介質在同谷物接觸時,能帶走多少水分,主要取決于它的溫度、相對濕度、速度以及介質通過時的谷物狀態。

谷物中的水分以不同結合形式存在于谷粒表面、毛細管中及細胞內。當介質參數使它具有發散條件,即介質水蒸氣分壓力小于谷粒表面水蒸氣壓力時,則谷粒中的水分以液態或汽態由谷粒里層向外層擴散,并由表面蒸發。理想的干燥過程,應使谷粒內部的水分擴散速度與表面的蒸發速度相等,但一般情況下由于選擇干燥參數的不當及谷物本身特性所限,常出現兩種速度不等的現象,即出現外控狀態及內控狀態。

外控狀態系指谷粒表面水分蒸發速度低于谷粒內部的水分擴散速度,這往往是在谷粒細小或谷物含水量大時會出現的狀態。為了提高谷物干燥速度,可適當提高介質溫度,降低介質相對濕度或増加介質流速。

內控狀態系指谷粒內部水分擴散速度小于表而蒸發速度的狀態。在這種情況下,為了提高干燥速度,可有兩種措施:一種措施是調整介質狀態參數,即在提高介質溫度的同時降低介質流速;介質溫度升高谷物溫度也升高,谷溫升高則使其水的黏滯性下降,內部水蒸氣分壓力増加,會増加內部擴散的速度。因其介質流速減小,則其蒸發速度下降或保持不變,以達到兩種速度的一致,或者是提高介質溫度的同時增加介質相對濕度,這樣也能調整兩者速度關系。另外一種措施是調整干燥工藝,可在一次干燥后采取較長時間的。緩蘇。即對熱谷物進行。保溫堆放。措施。這種復蘇過程可使谷粒表前的熱量向內部傳遞,而內部的水分向外部擴散,経過40min~4h的緩蘇使谷物溫度和水分達到內外平衡,然后再進行二次干燥或冷卻,均能提高于璨速度,這種緩蘇措施還可以防止谷粒千震中爆腹率増加。

谷物干燥特性曲線包括谷物水分隨干燥時間而變化的曲線M=fπ);谷物溫度隨時間而變化的曲線t=f( π)及谷物干燥速度(dM/dr)隨干燥時間而變化的曲線dM/dr=f(T),這些曲線是在薄層干燥條件下試驗測定的。典型干燥過程曲線如圖2-18所示。


谷物干燥特性

典型干燥工藝過程包括預熱、等速干燥、降溫干燥、綴蘇及冷卻五個階段。各階段過程如下:

預熱階段此階段谷物受熱升溫,水分變化很小,但干燥速度(dM/dr)卻由零開始増加。等速干燥階段此階段的谷物干燥已達到了介質的濕球溫度,由于谷物水分由里向外擴散速度較大,則干燥速度較快并維持穩定不變,相當于自由水的蒸發。該階段的谷物溫度保持在濕球溫度,谷物水分直線F降。降速干燥階段此階段的水分已較等速干燥階段有顯著的減少,其內部擴散速度比表面蒸發速度低,因而干燥速度逐漸減慢,谷物溫度逐漸上升,谷物水分按曲線下降。

復蘇階段此階段為谷物保溫堆放狀態,使谷粒內、外層的熱量和水分相互傳遞,逐漸達到表里溫濕平衡。緩蘇后谷物表面溫度有所下降,水分也少許降低,干燥速度變化很小。

冷卻階段此階段的谷物溫度要求下降到不高于環境溫度5℃左右,冷卻過程中谷物水分基本保持不變,降水幅度為0~0.5%。

谷物干燥速度除與干燥工藝和干燥參數有關外,還與谷物本身的種類、狀態及原始水分大小等有關。概括起來有以下幾個因素a,谷物種類、狀態和水分谷物種類不同,其化學成分、結構組織也不同。因而不同谷物在同樣介質狀態下表現出內部擴散速度與外部蒸發速度的關系也不同。一般是含淀粉成分多、含脂肪成分少、籽粒尺寸小、結構較松弛、含水量較大的谷物內部擴散速度較大,在外部蒸發速度高時其干燥速度較大;反之,若含脂肪多、含淀粉少、谷粒尺寸大、結構緊密和原始水分小的谷物,則內部擴散速度小,即使外界蒸發速度快時也難以増大干燥速度。此外,各種谷物的一次降水幅度也因此有所不同,小麥、玉米等禾本科谷物一次降水幅度較大,可達5%-6%;而大豆、水稻等一次降水幅度較小,一般為l%-3%。幾種主要谷物的組織成分如表1-14所示。


幾種谷物組織成分

b、介質狀態參數

熱介質狀態參數包括熱介質溫度、相對濕度和流速(質量流速或體積流速)。一般是介質溫度高、相對濕度小和流量大可使谷物干燥速度加快。影響顯著的因素是介質溫度的増高的作用比提高介質流量作用要大得多,因為介質溫度提高時其相

對濕度同時減小,而且減小得很快,每提高1℃介質溫度,其相對濕度可減小4.5%,若把介質溫度提高11.5℃,則相對濕度可減小50%,兩者相輔相成,對提高干燥速度有顯著的作用。但在提高介質溫度時,要注意使谷粒內部水分擴散速度與其表面蒸發速度相一致。

C.介質與谷物的接觸狀態


現有對流換熱式谷物干燥機,其熱介質與谷物接觸狀態有以下幾種介質穿過靜止的谷層、介質穿過流動的谷層、介質穿過谷層并使谷物處于半懸浮的。流化狀態'或"沸騰狀態°及介質在輸送谷物中對谷物進行加熱等。由于介質與谷物接觸方式的不同,其干燥速率有很大差別。各種接觸形式如圖2-19所示。

幾種介質與谷物接觸狀態

介質穿過靜止的谷層這種干燥方式由于熱介質只能從谷粒I司的縫隙中通過,故接觸表面積有一定限度;加之這種干燥一般氣流阻力較大,風速(谷層斷而的平均風速)較低,因而干燥速度較慢。

介質穿過谷層并使谷物流態化這種干燥方法的介質流速較高,為1-2m/s,使谷物在干燥中處于半懸浮狀態,因而介質可與谷粒表面全面接觸,故其降水速率較大。但由于這種干燥方法只能短時間(高溫)加熱,所以其每次降水幅度并不大。流化床式的干燥過程與此種干燥有類似之處。對通風底板作高頻振動(沿傾斜方向),使谷物向一定方向跳躍性流動,同時也受到由孔板下方吹來的熱風加熱干燥。由于谷粒振動中増加了孔隙率和不斷改變谷粒與介質的接觸位置,因而該種方式干燥速度較快。

介質穿過流動中的谷層由于谷物流動中孔隙率有所増加,介質流速有所増大(為0.2-Im/s),其干燥速度較高。

介質帶動谷物流動熱介質在輸送過程中,對谷物進行加熱。由于介質流速較高(〉6m/s),并與谷粒面積接觸較充分,其干燥速率較高,但輸送過程和干燥時間較短,每次降水幅度并不大。

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