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空气源热泵烘干应用-典型农产品干燥过程

2018-06-05 02:37:43 http://www.chinarebeng.com/ 责任编辑: 浏览数:1647 手机访问 中国热泵网

谷粒内部有许多毛细管并且是多孔的胶体物质,在贮藏过程中,当周围的水气压力大于谷粒内部水气压力时,谷粒能吸附水分;反之,谷粒能释触出体内的水气。谷粒内含水量是随环境中温、湿度的变化而变化,谷粒放出水汽速度与吸附水气速度相等时的谷粒湿度称为平衡湿度。含亲水性胶体物质多的谷粒其平衡湿度高于含非亲水性物质多的谷粒,如油料作物籽粒的平衡水分均较谷类低。

(1)谷物干燥

引用上面阐述的物料干燥理论进一步说明书物干燥的一般干燥特性及机理。谷物干燥就是排附谷物中水分,谷物干燥过程就是使谷物中水分不断向外表面扩散和表面水分不断蒸发的过程。

谷粒内部有许多毛细管并且是多孔的胶体物质,在贮藏过程中,当周围的水气压力大于谷粒内部水气压力时,谷粒能吸附水分;反之,谷粒能释触出体内的水气。谷粒内含水量是随环境中温、湿度的变化而变化,谷粒放出水汽速度与吸附水气速度相等时的谷粒湿度称为平衡湿度。含亲水性胶体物质多的谷粒其平衡湿度高于含非亲水性物质多的谷粒,如油料作物籽粒的平衡水分均较谷类低。当环境中温度不变时,相对湿度越高,谷粒的平衡湿度越大;若环境中相对湿度不变时,温度越高,平衡水分越小。平衡水分低较易放出水分,平衡水分高较易吸附水分。因此,谷粒干燥的实质就是以人工方法降低谷粒周围空气的相对湿度,创造出使其能放出水汽的外部环境条件。在改变环境条件的干燥方法中,都用流动气体作为介质来传送热量和带走水汽。

至于介质在同谷物接触时,能带走多少水分,主要取决于它的温度、相对湿度、速度以及介质通过时的谷物状态。

谷物中的水分以不同结合形式存在于谷粒表面、毛细管中及细胞内。当介质参数使它具有发散条件,即介质水蒸气分压力小于谷粒表面水蒸气压力时,则谷粒中的水分以液态或汽态由谷粒里层向外层扩散,并由表面蒸发。理想的干燥过程,应使谷粒内部的水分扩散速度与表面的蒸发速度相等,但一般情况下由于选择干燥参数的不当及谷物本身特性所限,常出现两种速度不等的现象,即出现外控状态及内控状态。

外控状态系指谷粒表面水分蒸发速度低于谷粒内部的水分扩散速度,这往往是在谷粒细小或谷物含水量大时会出现的状态。为了提高谷物干燥速度,可适当提高介质温度,降低介质相对湿度或増加介质流速。

内控状态系指谷粒内部水分扩散速度小于表而蒸发速度的状态。在这种情况下,为了提高干燥速度,可有两种措施:一种措施是调整介质状态参数,即在提高介质温度的同时降低介质流速;介质温度升高谷物温度也升高,谷温升高则使其水的黏滞性下降,内部水蒸气分压力増加,会増加内部扩散的速度。因其介质流速减小,则其蒸发速度下降或保持不变,以达到两种速度的一致,或者是提高介质温度的同时增加介质相对湿度,这样也能调整两者速度关系。另外一种措施是调整干燥工艺,可在一次干燥后采取较长时间的。缓苏。即对热谷物进行。保温堆放。措施。这种复苏过程可使谷粒表前的热量向内部传递,而内部的水分向外部扩散,経过40min~4h的缓苏使谷物温度和水分达到内外平衡,然后再进行二次干燥或冷却,均能提高于璨速度,这种缓苏措施还可以防止谷粒千震中爆腹率増加。

谷物干燥特性曲线包括谷物水分随干燥时间而变化的曲线M=fπ);谷物温度随时间而变化的曲线t=f( π)及谷物干燥速度(dM/dr)随干燥时间而变化的曲线dM/dr=f(T),这些曲线是在薄层干燥条件下试验测定的。典型干燥过程曲线如图2-18所示。


谷物干燥特性

典型干燥工艺过程包括预热、等速干燥、降温干燥、缀苏及冷却五个阶段。各阶段过程如下:

预热阶段此阶段谷物受热升温,水分变化很小,但干燥速度(dM/dr)却由零开始増加。等速干燥阶段此阶段的谷物干燥已达到了介质的湿球温度,由于谷物水分由里向外扩散速度较大,则干燥速度较快并维持稳定不变,相当于自由水的蒸发。该阶段的谷物温度保持在湿球温度,谷物水分直线F降。降速干燥阶段此阶段的水分已较等速干燥阶段有显著的减少,其内部扩散速度比表面蒸发速度低,因而干燥速度逐渐减慢,谷物温度逐渐上升,谷物水分按曲线下降。

复苏阶段此阶段为谷物保温堆放状态,使谷粒内、外层的热量和水分相互传递,逐渐达到表里温湿平衡。缓苏后谷物表面温度有所下降,水分也少许降低,干燥速度变化很小。

冷却阶段此阶段的谷物温度要求下降到不高于环境温度5℃左右,冷却过程中谷物水分基本保持不变,降水幅度为0~0.5%。

谷物干燥速度除与干燥工艺和干燥参数有关外,还与谷物本身的种类、状态及原始水分大小等有关。概括起来有以下几个因素a,谷物种类、状态和水分谷物种类不同,其化学成分、结构组织也不同。因而不同谷物在同样介质状态下表现出内部扩散速度与外部蒸发速度的关系也不同。一般是含淀粉成分多、含脂肪成分少、籽粒尺寸小、结构较松弛、含水量较大的谷物内部扩散速度较大,在外部蒸发速度高时其干燥速度较大;反之,若含脂肪多、含淀粉少、谷粒尺寸大、结构紧密和原始水分小的谷物,则内部扩散速度小,即使外界蒸发速度快时也难以増大干燥速度。此外,各种谷物的一次降水幅度也因此有所不同,小麦、玉米等禾本科谷物一次降水幅度较大,可达5%-6%;而大豆、水稻等一次降水幅度较小,一般为l%-3%。几种主要谷物的组织成分如表1-14所示。


几种谷物组织成分

b、介质状态参数

热介质状态参数包括热介质温度、相对湿度和流速(质量流速或体积流速)。一般是介质温度高、相对湿度小和流量大可使谷物干燥速度加快。影响显著的因素是介质温度的増高的作用比提高介质流量作用要大得多,因为介质温度提高时其相

对湿度同时减小,而且减小得很快,每提高1℃介质温度,其相对湿度可减小4.5%,若把介质温度提高11.5℃,则相对湿度可减小50%,两者相辅相成,对提高干燥速度有显著的作用。但在提高介质温度时,要注意使谷粒内部水分扩散速度与其表面蒸发速度相一致。

C.介质与谷物的接触状态


现有对流换热式谷物干燥机,其热介质与谷物接触状态有以下几种介质穿过静止的谷层、介质穿过流动的谷层、介质穿过谷层并使谷物处于半悬浮的。流化状态'或"沸腾状态°及介质在输送谷物中对谷物进行加热等。由于介质与谷物接触方式的不同,其干燥速率有很大差别。各种接触形式如图2-19所示。

几种介质与谷物接触状态

介质穿过静止的谷层这种干燥方式由于热介质只能从谷粒I司的缝隙中通过,故接触表面积有一定限度;加之这种干燥一般气流阻力较大,风速(谷层断而的平均风速)较低,因而干燥速度较慢。

介质穿过谷层并使谷物流态化这种干燥方法的介质流速较高,为1-2m/s,使谷物在干燥中处于半悬浮状态,因而介质可与谷粒表面全面接触,故其降水速率较大。但由于这种干燥方法只能短时间(高温)加热,所以其每次降水幅度并不大。流化床式的干燥过程与此种干燥有类似之处。对通风底板作高频振动(沿倾斜方向),使谷物向一定方向跳跃性流动,同时也受到由孔板下方吹来的热风加热干燥。由于谷粒振动中増加了孔隙率和不断改变谷粒与介质的接触位置,因而该种方式干燥速度较快。

介质穿过流动中的谷层由于谷物流动中孔隙率有所増加,介质流速有所増大(为0.2-Im/s),其干燥速度较高。

介质带动谷物流动热介质在输送过程中,对谷物进行加热。由于介质流速较高(〉6m/s),并与谷粒面积接触较充分,其干燥速率较高,但输送过程和干燥时间较短,每次降水幅度并不大。

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