小型红外带式干燥机的设计与研究

发布时间：2020-06-15 22:19

【摘要】：我国是农业大国,水果和蔬菜的产量一直稳居世界首位,农产品干制已经成为我国农产品加工、增值的一种重要手段。红外干燥作为一种新型干燥技术,具有干燥品质好、效率高、节能环保等优点,在短短几十年里得到了迅猛的发展。现有的红外干燥设备多为固定式结构,在干燥过程中存在干燥不均匀、手工操作环节多等现象。基于此,本文开展一种小型红外带式干燥设备的研究,在分析农产品红外辐射干燥动力学的基础上,从分层带式结构的原理出发,完成小型红外带式干燥机的机械结构设计及实物制作;根据干燥机的控制需求完成控制系统电路设计以及电气连接,通过Simulink仿真研究比较PID和模糊PID控制算法的控制性能,通过实验评价干燥机温度控制性能;最后以甘蓝型油菜籽为例,通过静态和动态干燥实验讨论不同干燥温度、辐射距离、初始含水率和厚度对其干燥特性的影响,主要研究结论如下:(1)干燥机将分层带式结构与红外干燥技术相结合,主要由机架、红外加热管、传动滚筒、步进电机、特氟龙输送带、轴流风机、隔板、箱壁和电控箱等组成。隔板将干燥室分隔为上下两个独立空间,物料通过输送系统由上至下依次进行传送,辐射加热系统为物料干燥提供所需热量,且辐射距离可根据物料需求进行调节,干燥过程的湿空气由箱壁上的轴流风机排出。设备不仅可实现对物料的自动连续干燥,而且符合实用和方便的设计理念,适用于家庭和实验室对物料进行干燥。(2)控制系统以STM32F407为核心,主要由温度控制模块、电机控制模块和风机控制模块组成。干燥室内两个独立空间内的温度、物料传送速度和轴流风机风速均可实现单独控制,以满足不同干燥工艺需求。通过Simulink仿真研究比较PID控制和模糊PID控制的响应特性。通过实验得到了干燥机在95、100、105°C时温度控制系统的响应曲线。结果表明:模糊PID控制在超调量、调节时间和静态误差方面均优于PID控制;温度在达到设定值后,呈正弦周期上下波动,且波动范围不超过1.5°C。(3)通过正交试验得到了在不同干燥温度、辐射距离、初始含水率和厚度条件下甘蓝型油菜籽的红外干燥特性。通过SPSS线性回归分析,获得油菜籽的有效水分扩散系数。通过极差和方差分析,比较4种因子对有效水分扩散系数的影响程度,并以最优工程平均方案对1kg油菜籽加湿后进行动态连续干燥实验。结果表明:油菜籽干燥主要发生在降速干燥阶段,且在不同条件下的干燥特性曲线变化趋势大体一致;实验所得的有效水分扩散系数为1.863×10-9~5.165×10-9m2/s,厚度对其影响较大,干燥温度次之,初始含水率较小;最优工程平均方案干燥后的油菜籽含水率为5%d.b.,且色泽和品质较好。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S226.6

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