污泥低温干燥动力学特性及干燥参数优化

为了研究污泥的低温干燥动力学特性,以薄层污泥为研究对象进行了低温干燥试验,探讨了温度、薄层厚度以及风速对污泥水分比和干燥速率的影响,并对低温干燥参数进行了优化.结果表明:污泥低温干燥过程主要由升速和降速段组成,其中降速阶段存在第一、第二降速阶段;不同低温干燥条件下的第二临界含水率变化不大,大致在0.5g/g(干基)附近.使用决定系数R2、卡方χ2及均方根误差RMSE对6种常用干燥模型进行评价,结果表明Midilli模型的平均R2最大、平均χ2及RMSE最小,分别为0.9998、2.46×10-5、0.0042,是描述污泥低温热风干燥的最优模型.根据Fick第二定律和Arrhenius方程,得到5、10和15mm厚度污泥在50~90℃热风干燥的水分有效扩散系数和活化能.正交试验得到相对单位能耗最优干燥工艺为:温度90℃、风速0.8m/s、厚度10mm,平均干燥强度最优工艺为干燥温度90℃、风速0.8m/s、厚度5mm.试验结果可为后续研究污泥热泵干燥及太阳能-热泵联合干燥提供参考.     

菠萝叶纤维干燥特性试验研究

用热风干燥试验装置对菠萝叶湿纤维进行干燥试验,选择不同温度、风速对其干燥规律进行研究。试验结果表明,干燥降水过程主要为降速过程;根据干燥曲线,采用多元回归方法,建立了菠萝叶纤维干燥的数学模型;通过正交试验得出在多因素条件下,投料量对纤维干燥生产率的影响最为显著,其它依次为温度、纤维初始含水率和风速。     

熟化红薯热风干燥特性及数学模型适用性

为了为红薯干热风干燥工业化提供理论基础,该文研究了不同温度（60、70、80℃）、风速（0.8、1.2、1.6 m/s）和厚度（0.6、0.9、1.2 cm）条件下红薯的热风干燥特性。比较了12种数学模型在熟化红薯热风干燥中的适用性,结果表明Wang and Singh模型的拟合程度最高,R2值、χ2和RMSE值分别为0.998、0.000168和0.0117。计算了不同干燥条件下的有效水分扩散系数Deff和活化能Ea,有效水分扩散系数Deff随着干燥温度、风速和物料厚度的增加而变大,干燥活化能Ea为40.103 kJ/mol,可为其干燥工艺的控制提供技术依据。     

鱼膨化饲料热风干燥动力学模型及湿热特性

热风干燥是水产膨化饲料加工过程中极为重要的工序。为了探究水产膨化饲料在热风干燥过程中的湿热特性变化规律,该研究以草鱼(成鱼)膨化饲料为对象,设置热风温度(60～100℃)和风速(0.5～1.5m/s)2个试验因素,在自行设计的热风干燥机上进行干燥试验。结果表明,在同一风速条件下,饲料的干燥速率随着热风温度的升高而显著增大(P0.01)。同样的,在同一热风温度条件下,增大风速可以提高干燥速率。使用Verma模型拟合上述试验数据,决定系数(R~2)、离差平方和(χ~2)、均方根误差(RMSE)和平均相对误差(e)的计算结果表明该模型对草鱼膨化饲料在不同干燥条件下的试验数据具有较高的预测精度。同时分别建立了Verma模型参数关于热风温度和风速的回归模型,且回归模型R~2均大于0.979。低场核磁共振(Low-Field Nuclear Magnetic Resonance analysis,LF-NMR)的横向弛豫时间(T_2)谱显示,随着干燥过程的进行,T_(21)峰面积逐渐减小,即不易流动水占比显著减少(P0.01);而且弛豫曲线有整体向左偏移的趋势,说明水分与底物的结合更加紧密,自由度降低。红外热像图显示,在干燥时间为5min时,饲料出现了边角效应;在干燥时间为15 min和20 min时,部分中心处饲料出现了过热效应。上述研究可为草鱼膨化饲料干燥工艺参数的选择提供参考,并为其他种类水产饲料热风干燥湿热特性的研究提供新思路。     

姜浆物料折射窗薄层干燥特性

为探索一种不宜进行喷雾干燥的热敏性浆料物质的干燥方式,利用折射窗（Refractance window）干燥对姜浆物料的干燥特性进行研究。结果表明,在75～95℃下干燥,物料温度变化曲线显示其在干燥开始时迅速上升至60～75℃,之后随干燥时间渐趋平缓。物料温度始终比干燥热源温度低,温差在15～25℃之间。在相同的干燥温度和风速下,不同薄层厚度物料的温度差异不明显。提高风速可以降低物料的温度。在较高干燥温度下没有观察到典型的恒速干燥阶段。干燥强度和样品最终含水率分别随着物料薄层厚度的减小,干燥温度提高和风速的增大而增大和降低。该研究为Refractance window干燥技术应用于浆液状物料的薄层干燥作出了探索。     

热风微波耦合干燥胡萝卜片工艺

该文通过对胡萝卜片进行热风微波耦合干燥来研究热风微波耦合干燥工艺的可行性及优异性。采用自行设计的热风微波耦合干燥设备, 在不同的热风温度（50～80℃）、微波功率密度（4.5～1.5 W/g）条件下对胡萝卜片进行干燥,研究这2个因素对耦合干燥的影响。选取热风温度（50、60、70℃）、微波功率密度（3.5、2.5、1.5 W/g）、热风风速（0.5、1.0、1.5 m/s）进行正交试验,试验结果表明：耦合干燥各因素对干燥速率影响的主次关系为微波功率密度>热风温度>热风风速。同时将热风微波耦合干燥与热风干燥、微波干燥进行比较,得出热风微波耦合干燥是一种快速、高效和节能的干燥方式,在农产品和食品的干燥中具有广阔的应用前景。     

基于Weibull分布函数的马铃薯丁薄层热风干燥特性

为了实现马铃薯的规模化热风干燥,提高脱水制品的品质、降低生产能耗和成本,该文以薄层干燥试验为基础,研究了鲜切马铃薯丁在不同热风温度（40、50、60、70、80、90℃）、风速（0.5、1.0、1.5、2.5、3.5 m/s）和切丁长度（2.5、5、10、15 mm）条件下的干燥曲线、水分有效扩散系数和干燥活化能。利用Weibull分布函数拟合了干燥曲线,并建立了风温、风速和切丁长度与模型参数的定量关系。研究表明：鲜切马铃薯丁的热风干燥过程服从 Weibull 分布函数（R2=0.991～0.999）,是典型的降速干燥过程,模型的尺度参数与热风温度、风速和切丁长度有关;模型的形状参数与风速和切丁长度有关,而温度对其影响不显著（P＞0.05）;水分有效平均扩散系数在1.859～12.509×10-9 m2/s之间,与热风温度和风速显著相关（P＜0.05）,而物料切丁长度对其影响不显著（P＞0.05）;几何尺寸值与干燥物料的切丁长度和风速有关;马铃薯丁热风干燥的活化能为19.107 kJ/mol。该研究可为马铃薯热风干燥提供理论和技术基础。     

鸡粪中低温干燥动力学特性与参数优化

为了研究鸡粪的中低温干燥特性,利用恒温鼓风干燥箱,以干燥温度、粪层厚度、风速为因素研究了鸡粪含水率和干燥速率随时间变化的规律,用常见的薄层干燥模型对鸡粪的干燥曲线进行了拟合分析,并用正交试验优化了鸡粪干燥工艺参数。结果表明:鸡粪的中低温干燥过程由2个降速阶段组成,第2降速阶段的干燥速率相对于第1降速阶段下降更快。干燥温度越高,粪层厚度越小,风速越大,干燥速率曲线出现拐点的时间越早,达到干燥平衡所用时间越短;Exponential模型能较好的模拟鸡粪的干燥过程;在中低温条件下,根据Fick定律得到2~6 cm粪层厚度鸡粪的有效扩散系数在2.25×10–7~2.35×10–6 m2/h间;用正交试验得到鸡粪中低温干燥时效率最高的工艺为:干燥温度55℃,粪层厚度6 cm,风速1.2 m/s,该工艺下鸡粪的干燥效率为0.47 h/g。     

奶牛粪固形物热风干燥特性及工艺参数优化

为了研究奶牛粪固形物在不同干燥条件下的热风干燥特性,该研究选取干燥温度、粪层厚度和搅拌频率作为研究因素,研究了牛粪干基含水率和干燥速率随时间变化的规律,利用6种经典的薄层干燥模型对牛粪的水分比MR与时间t曲线进行拟合获取了最优干燥模型,计算得出有效扩散系数和干燥活化能,并通过正交试验获取了干燥效率最高的快速干燥工艺参数。结果表明：干燥温度越高,粪层厚度越小,搅拌频率间隔时间越短,干基含水率下降越快;干燥过程由加速干燥阶段、近似恒速干燥阶段和降速干燥阶段组成,加速干燥阶段时间较短,符合高湿多孔类型物料的干燥特性;模型Wang and Singh能够较好地反映牛粪干燥过程水分变化规律,且有效扩散系数最小为7.31×10-5 m2/h,最小活化能为14.596 kJ/mol;通过正交试验得出干燥温度为105 ℃、粪层厚度为6 cm、搅拌频率间隔为4 min时,干燥效率最高,为0.017 h/g。该研究结果可为后续牛粪快速干燥工艺优化及干燥设备设计提供理论依据和数据支撑。     

生物多孔介质热风干燥数学模型及数值模拟

为了研究生物多孔介质在热风干燥过程中的热质传递机理以及其内部应力应变分布规律,根据生物多孔介质中温度、水分及应力之间复杂的耦合关系,基于菲克扩散定律、傅立叶导热定律和热弹性力学理论,建立了对流干燥条件下,含湿多孔介质内部传热传质过程热-湿-力双向耦合的数学模型。采用有限差分法编制相应的计算程序,对其进行数值计算,数值结果与马铃薯和胡萝卜对流干燥试验结果之间的相对误差均小于5%;进一步分析了干燥特性曲线,以及温度、干基含水率和应力应变的时空分布;最后分析了风温、风速等干燥条件以及多孔介质厚度对干燥过程的影响,结果表明:在一定试验条件下,风温越高,风速越大,切片厚度越薄,干燥时间越短。研究为改善生物多孔介质热质传递现象物理机理的理解提供参考。     

片状食品微波干燥热质传递模型及其干燥特性

为了探索片状食品微波干燥规律，以土豆片为试验模型，对片状食品进行了微波干燥试验和数值模拟研究，获得了土豆片温度变化规律和相应的干燥特征曲线；探讨了微波能水平和切片厚度对干燥过程的影响；根据热平衡和扩散方程建立相应的模型并采用有限差分法求解，试验值与模型计算值基本吻合。土豆片微波干燥经历预热、恒温、快速升温3个阶段：在预热阶段物料干燥脱水少；在恒温阶段物料干燥失去大部分水分；在快速升温阶段物料干燥速率减小，其温度快速上升。恒温阶段物料温度随切片厚度和微波能水平增加而增高；干燥速率不受物料切片厚度变化影响，但随微波能水平增加而增大。     

5H-1.5A型花生换向通风干燥机研制

为了解自行研发的5H-1.5A型花生换向通风干燥机作业性能,该文介绍了研发设备总体结构、工作原理及烘干箱体、导风组件、换向通风机构、余热回收装置等关键部件,并开展了整机作业性能试验研究,对比了空载工况下有无导风组件时,介质空气穿过承料板后的风场分布特性,测得有导风组件时承料板上方10 cm处风速均在0.68～0.73 m/s范围内,水平方向介质空气通风均匀性显著提高。测试了双入风口并行通风干燥10 h和单入风口换向通风干燥38 h过程中床层物料温度变化及干燥终止含水率分布情况:0～10 h,底层物料温度快速升高,上层物料温度上升缓慢,物料层温差先快速增大后逐渐缩小;10 h后,上、中、下物料层温度呈类波浪式升落,波动幅度逐渐减小,物料层温度逐渐逼近设定干燥温度;干燥终止时,左、右2个干燥半区最大含水率差值分别为1.42%、1.74%,为左、右干燥区含水率总降幅的4.1%、5.1%,干燥均匀性良好。测试并评估了余热回收装置对整机加热贡献率、热效率、能耗成本等的影响:余热回收装置在换向通风阶段对干燥系统的加热贡献率约为61%,系统热效率提高至80%以上,批次干燥能耗成本降低48.7%。与传统固定床干燥设备相比,可节省能耗成本约64.7%,干燥不均匀度降低约82.6%。研究结果可为设备的改进熟化及推广应用提供技术支撑。     

南瓜片真空脉动干燥特性及含水率预测

为探索南瓜片真空脉动干燥特性,并实现干燥过程中南瓜的含水率预测,该文研究了不同常压保持时间、真空保持时间、干燥温度和切片厚度对南瓜干燥时间和速率的影响;利用温度传感器实时采集南瓜在干燥过程中的中心温度,阐述压力脉动过程对物料传热传质的影响;建立了输入层个数为5,隐藏层个数为11,输出层为南瓜含水率,结构为"5-11-1"的BP神经网络模型,实现对南瓜含水率实时预测.结果表明:真空保持时间和常压保持时间均对南瓜干燥时间有显著影响,干燥温度60℃,切片厚度7mm条件下,常压保持时间10min和真空保持时间9min所用干燥时间最短,约为352min;干燥温度和切片厚度均对干燥时间有显著影响,提高干燥温度、减少切片厚度能够有效缩短干燥时间.采用Levenberg-Marquardt算法为训练函数,经过有限次训练得到的BP神经网络模型,其预测值与实测值之间的决定系数R2为0.9968,均方根误差RMSE为0.0173,能够很好预测南瓜在真空脉动干燥过程中的含水率.研究结果为南瓜真空脉动应用以及含水率在线预测提供理论依据.     

辣椒热泵干燥特性及工艺参数优化

为了提高干制辣椒品质,降低干燥能耗,该文应用热泵干燥技术干燥辣椒。首先探究干燥温度和铺料厚度对干燥特性的影响,绘制出含水率和干燥速率变化曲线。在此基础上,将分阶段控温和改变铺料厚度结合起来对辣椒进行热泵干燥,运用响应面法中的Box-Behnken设计,考察第一阶段温度、第二阶段温度、铺料厚度和三者的交互作用对品质得分、单位能耗、干燥时间的影响,并建立回归方程,得出最佳工艺参数。结论如下:温度越高,干燥速率越大,含水率下降越快;铺料厚度越大,干燥速率越小,含水率下降越慢;第一阶段温度是影响单位能耗的主要因素(P0.05),较低的第一阶段温度能降低单位能耗;第二阶段温度对品质得分影响显著(P0.05),对干燥时间影响极显著(P0.01),第二阶段温度在60℃左右时能得到品质较佳的干辣椒,且在一定程度上提高了干燥效率;铺料厚度对品质得分、干燥时间的影响极显著(P0.01),对单位能耗的影响显著(P0.05),铺料厚度在45 mm左右干燥获得的辣椒品质较佳,而且能节约能耗,提高干燥效率。综合优化参数为:第一阶段温度48℃、第二阶段温度61℃、铺料厚度44 mm,在此工艺条件下获得的干燥辣椒品质得分为8.64,单位能耗为92.05 k J/kg,干燥时间为896.02 min。研究结果为热泵干燥技术应用于辣椒干制提供参考。     

茄子红外辐射干燥特性及色泽变化

摘要：为探索高效节能的干燥方式,得到高质量的干制品,该文在不同干燥温度、样本厚度和辐照距离的条件下,研究了红外辐射加热干燥对茄子干燥特性和色泽的影响;并利用多元非线性回归方法,建立了干燥时间及色差总值（ΔE）与干燥温度、样本厚度以及干燥距离之间的二次多项式回归方程,相关系数分别是0.9888和0.9703,方程拟合程度较好。结果表明,选用合适的干燥条件及参数,可以显著提高茄子的干燥速率,保持产品的色泽;红外干燥茄子的单位耗能为2.48 MJ/kg(H2O),相比于热风干燥,可节能22.7%。     

双孢菇微波冷冻干燥特性及干燥品质

为获得干燥时间短、产品质量高的蘑菇制品,采用微波冷冻干燥技术对双孢菇进行干燥处理,研究其在不同微波比功率(0.25,0.5,0.75 W/g)和系统压强(50,100,150 Pa)下的干燥曲线、有效水分扩散系数、复水比、收缩率、白度、维生素C保存率、能耗及基于模糊数学推理法下感官评定的变化规律;通过非线性拟合建立了适用于双孢菇微波冷冻干燥的数学模型;基于干燥能耗、干燥时间及部分品质指标对不同条件下双孢菇微波冷冻干燥过程进行加权综合评价。结果表明:微波比功率对干燥速率及干制品物理品质指标影响比对其他指标的影响更显著(P0.05);系统压强对干制品营养含量指标、干燥能耗以及感官评定的影响比对干燥特性的影响显著(P0.05);采用Henderson and Pabis模型能够准确(R20.9)描述干燥过程中水分变化规律;双孢菇有效水分扩散系数在10-10 m2/s数量级且受微波比功率影响更明显(P0.05);微波比功率和系统压强过高会造成双孢菇干制产品不被消费者接受;当微波比功率和系统压强分别为0.25 W/g和100 Pa时双孢菇微波冷冻干燥的综合评分值最高为0.67847,该条件较适合应用于双孢菇微波冷冻干燥中。研究探索了不同微波冷冻干燥条件下双孢菇干燥及品质特性的变化规律,为双孢菇微波冷冻干燥较优工艺参数组合的选择提供了理论依据。