基于温湿度控制的热风干燥装置设计与试验

发布时间：2017-12-19 08:00

  本文关键词：基于温湿度控制的热风干燥装置设计与试验

  更多相关文章： 温湿度控制 干燥装置 干燥特性 weibull分布函数 相对湿度自动控制 适用性

【摘要】：针对现有的热风干燥技术中,物料干燥时间长,容易结壳等问题,提出了温湿度控制的热风干燥技术,设计安装了温湿度控制的箱式热风干燥机,并以胡萝卜为原料,研究了胡萝卜在不同相对湿度和阶段降湿干燥条件下的干燥特性和干燥品质；设计了基于物料内部温度的相对湿度自动控制程序；并对温湿度控制的热风干燥技术进行了适用性研究。干燥机主要由内循环轴流风机、加热管、加湿装置、称量装置和控制系统等部分组成。通过内部扰流风机作用提高干燥室内部温湿度和风速的均匀性,设置湿帘加湿装置实现相对湿度的精确控制,设置称量装置对干燥物料实现自动称量。干燥温度60℃C,热风相对湿度20%条件下胡萝卜的干燥验证试验表明,干燥室内部温湿度和风速流场均匀,不同位置物料干燥均匀,均为6 h；采用积分分离式PID算法控制相对湿度的最大偏差为0.5%；温度在20-70℃℃,载荷在25-300 g范围内,自动称量装置的最大偏差为0.3g。在干燥温度60℃C、风速3.0 m/s条件下,研究了相对湿度(20%、30%、40%、50%)及第一阶段相对湿度50%保持不同时间(10、30、60、90 min),第二阶段相对湿度20%下,胡萝卜片的干燥特性。研究结果表明：恒定相对湿度干燥条件下,热风相对湿度20%比50%条件下干燥时间缩短了27.6%,相对湿度越低干燥速率越大；分段降湿干燥条件下,热风相对湿度50%保持30min后降低为20%,其干燥时间比相对湿度恒定为20%条件下缩短了18.5%,干燥过程出现2个升速阶段；Weibull分布函数可以很好地描述胡萝卜恒定湿度和阶段降湿干燥过程。尺度参数α范围在1.864-3.635 h之间,形状参数β值在1.296-1.713之间,水分有效扩散系数在1.17x10-1～2.92×10-9 m2/s之间。对绿红值、复水率、能耗和干燥时间进行综合评价显示,热风相对湿度50%保持30 min干燥条件下综合评分较高为0.91。设计了在干燥介质温度和风速一定时,基于监测物料内部温度的干燥介质相对湿度控制方式。该相对湿度控制方式前期保持较高恒定的相对湿度,使物料迅速升温；中期物料温度保持特定值进行排湿干燥,物料温度有上升趋势时停止排湿；后期物料保持较高温度值进行排湿干燥。胡萝卜验证试验结果表明,该相对湿度控制方式提高了干燥效率,物料温度前期迅速上升,中期物料温度阶梯式上升,后期温度缓慢上升；干燥介质中相对湿度变化趋势同湿含量相一致,前期迅速上升,中期振荡式下降,后期缓慢降低最终趋于稳定。该相对湿度控制方式干燥后的胡萝卜具有较高的复水率为4.11,相比于前期相对湿度50%后期相对湿度20%能耗降低了7%。以桂圆和山药片为例,研究了温湿度控制的热风干燥技术的适用性。桂圆连续排湿干燥时间相对于自动控湿干燥时间缩短了15.5%；山药片厚度为6 mm时,连续排湿优于自动控湿干燥工艺,当切片厚度大于6 mm时,自动控湿干燥工艺优于连续排湿干燥工艺。山药片厚度为6 mm时,毕渥数Bi值范围为0.093～0.108,切片厚度大于6 mm时,Bi值范围为0.124～0.144。物料在连续排湿干燥条件下,如果干燥曲线的Weibull分布函数中β1,则说明此种物料可能不适应于温湿度控制干燥技术；而当β1时,通过Bi值来判断,当物料厚度增大,Bi0.1时,适用于自动控湿干燥方法；当物料厚度较小,Bi0.1时,适用于连续排湿干燥方法。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S226.6

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本文编号：1307448