基于多参数监控的真空脉动干燥过程研究

发布时间：2017-03-18 03:04

  本文关键词：基于多参数监控的真空脉动干燥过程研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：真空脉动干燥技术具有干燥效率高、产品品质好等优点,具有良好的推广应用前景。针对真空脉动干燥过程具有时变性、阶段性等问题,设计了具有多参数监控功能的真空脉动干燥系统。运用该实验平台对胡萝卜片和枸杞两种物料的真空脉动干燥过程,进行了传热传质分析；基于干燥过程的物料瞬时含水率和温度变化情况,对胡萝卜片和枸杞真空脉动干燥过程分别进行了分段变温变压干燥工艺优化。 改进了真空脉动干燥实验台加热系统,在此基础上,设计了基于MODBUS通讯协议,以触摸屏为主机、多块单片机及智能称量仪表为从机的监控系统,使系统在进行设备控制的同时,具备物料状态(质量、含水率及物料内部温度)、机器工况(真空度与各加热板温度)、环境状态(温度与湿度)及干燥能耗信息(真空泵运行时间)的实时监测、数据显示与存储功能。系统自动称量分度值0.5g,性能试验显示：自动称量相对误差≤±1%,湿基含水率分析绝对误差≤±1.5%。 在物料含水率大于37.0%(湿基)时,真空脉动干燥的常压保持阶段瞬时降水幅度(DA)振荡变化范围为0-0.5g/min,物料脱水质量较少,物料温度明显上升；真空保持阶段是干燥过程的主要脱水阶段,在此阶段前期,出现物料DA和降温幅度的极值,持续时间较短；真空保持阶段中后期,DA稳定振荡、物料温度近似不变、持续时间较长,可通过监测获得的瞬时物料温度和DA分析干燥所处的阶段和物料的脱水情况；相同加热温度,相同的DA稳定振荡段变化范围内,物料温度变化情况相似；物料瞬时含水率对于物料的瞬时温度及物料瞬时脱水速率有显著的影响。 基于物料瞬时降水幅度及温度的变化情况,将真空脉动干燥过程分为：预热段、恒速干燥段、中期降速干燥段、后期缓慢脱水段；胡萝卜和枸杞的分段工艺优化结果表明：分段变温变压真空脉动工艺,相比单一固定工艺的试验,能够在保证物料温度无明显升高的情况下,取得高效、节能的优化效果。 胡萝卜切片在干燥后期缓慢脱水段适合采用减压干燥工艺。较优干燥工艺为：加热温度70℃,前两个脉动周期减压预热,当湿基含水率(Mw)为75.0%时降低加热温度至65℃,在Mw35.0%时,采用真空度低值为89.0kPa减压干燥,其相比于常规真空脉动干燥工艺,干燥总时间缩短11.9%,能耗降低22.7%,真空泵运行时间降低29.7%。 减压干燥对枸杞干燥后期缓慢脱水段时间有明显影响。优化后的工艺为：加热温度65℃,前两个脉动周期减压预热,Mw=65.0%时降低加热温度至60℃,Mw35.0%时,采用真空度低值为90.0kPa的减压干燥,当Mw≤25.0%时变减压真空度低值为88.0kPa;其相比于常规真空脉动干燥工艺,缩短干燥能耗约30%,缩短真空泵运行时间约29.7%,但干燥时间略有延长。 通过多参数控制实验台试验表明,该实验台不仅对监控物料干燥过程的传热传质及干燥过程工艺优化提供了一个的研究平台,也为真空脉动干燥技术发展及装备研发提供了技术支撑。
【关键词】：真空脉动 干燥 监控系统 多参数监测 分段优化
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S226.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 图目录9-12
• 表目录12-13
• 主要符号表13-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 课题的研究背景与意义14-18
• 1.2 国内外研究现状18-22
• 1.3 研究方案22-26
• 第二章 真空脉动干燥多参数监控实验平台硬件设计26-40
• 2.1 引言26
• 2.2 加热系统改进26-28
• 2.3 多参数监控系统设计28-31
• 2.4 监控系统硬件设计31-38
• 2.5 结论38-40
• 第三章 监控系统软件设计及实验台性能试验40-64
• 3.1 引言40
• 3.2 系统软件组成40-41
• 3.3 MODBUS通讯原理简介41
• 3.4 主机触摸屏宏指令程序41-49
• 3.5 监控系统界面49-52
• 3.6 单片机部分软件设计52-59
• 3.7 实验台性能测试59-61
• 3.8 结论61-64
• 第四章 基于多参数监测的真空脉动干燥过程分析64-80
• 4.1 引言64
• 4.2 试验原料、仪器设备与方法64-65
• 4.3 试验设计及结果分析65-77
• 4.4 结论77-80
• 第五章 胡萝卜分阶段真空脉动干燥过程优化80-98
• 5.1 引言80
• 5.2 试验原料、仪器设备与方法80-81
• 5.3 试验设计与结果讨论81-90
• 5.4 工艺验证与进一步研究90-95
• 5.5 结论95-98
• 第六章 枸杞干燥过程优化及分段工艺优化系统设计98-116
• 6.1 引言98
• 6.2 试验原料、仪器设备与方法98-100
• 6.3 试验设计与结果讨论100-111
• 6.4 胡萝卜和枸杞的分阶段变工艺优化总结111-112
• 6.5 多工艺模块分段干燥过程优化系统112-113
• 6.6 结论113-116
• 第七章 结论与建议116-121
• 7.1 结论116-120
• 7.2 创新点120
• 7.3 进一步研究的建议120-121
• 参考文献121-126
• 致谢126-127
• 作者简介127

【参考文献】

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本文编号：253824