杏鲍菇转轮除湿热泵干燥系统结构设计及工艺参数优化

为了实现农产品低湿节能干燥,分析了典型转轮除湿干燥模式,基于能耗高、结构不合理等问题,开展转轮热泵联合除湿干燥系统优化设计与试验研究,研制出转轮除湿热泵干燥机。为了检验并提高转轮除湿热泵干燥机的作业性能,该文以杏鲍菇为研究对象,以降低杏鲍菇色差、除湿能耗比,提高复水性为目标,运用Box-Benhnken中心组合试验设计理论,对再生温度、干燥温度、转换点相对湿度影响其干燥品质与能耗的因素开展响应面试验。通过数据分析,建立了响应面模型,结合四维渲染图分析了上述3个考察指标受3个试验因素取值变化的影响机制,同时对各影响因素进行了综合优化与试验验证。结果表明,3个模型的R2均大于0.98,试验因素对干燥品质及能耗有较大影响,当再生温度87℃,干燥温度50℃,转换点相对湿度45%时,杏鲍菇复水比4.028,色差22.89,除湿能耗比(specific power consumption,SPC)2 633 k J/kg,与预测绝对值误差均低于6个百分点。该研究为转轮除湿热泵干燥设备的设计及干燥工艺优化提供参考。     

脱水蔬菜热泵-热风组合干燥试验

为了解决脱水蔬菜热泵干燥中后期干燥效率较差的问题,文章进行了热泵、热风组合干燥试验。结果表明:采用热泵-热风组合干燥装置生产脱水蔬菜,其耗能只有隧道式干燥的74.1%,网带式干燥的84.7%和真空冷冻干燥的9.4%。胡萝卜产品经24h充分复水后,组合干燥的复水性比热泵干燥高16.6%,比热风干燥高24.5%。采用前期热泵除湿干燥与后期热风干燥的组合干燥技术,克服了单一热泵干燥的缺点,降低了能耗,提高了产品质量。     

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。     

半封闭热泵干燥系统的热力学分析与试验

为实现谷物干燥装置的车载移动功能,必须通过提高设备性能来实现装置小型化,为此,基于前期谷物干燥试验和理论研究,设计出一种半封闭热泵流化床谷物干燥系统。该系统采用蒸汽压缩式热泵(热泵工质为R134a)提供热量,以卧式多室流化床为干燥器,让热泵蒸发器回收流化床前段排气中水蒸气潜热,鼓入环境状态的新风以回收干燥后物料的热量。针对该系统建立了集流化床内的流动、颗粒传热传质、床层干燥过程与热泵系统耦合为一体的综合数学模型。计算表明：干燥室入口空气温度在60～90℃之间变化时,干燥系统的除湿能耗比（SMER）存在一个最大值。开发出了干燥样机。试验表明：干燥过程中,干燥室入口空气温度在64.4～71.7℃间波动,新风比约为30%,平均热泵性能系数 （COP）为3.34,SMER可达1.935 kg/(kW?h)。模型计算与试验结果吻合良好,采用该装置进行谷物干燥节能效果明显。     

基于等焓和等温过程的热泵烤烟系统性能的理论分析与比较

为了研究不同干燥过程对热泵烤烟系统性能的影响,该文对基于等焓和等温过程的新型热泵烤烟系统的应用性能进行了理论分析与比较。在给出该系统设计参数和烤烟工艺模式的基础上,鲜烟量为3000kg时,分析得到等焓和等温过程中烤房所需最大热负荷均为37.05kW,在烤烟整个阶段,等温过程的制热系数均高于等焓过程的制热系数,且等温比等焓过程的系统平均除湿能耗比大0.13kg/(kW·h)。研究结果还表明得到1kg干烟,等温比等焓过程的热泵系统的烘烤成本降低了0.06元,节省总烘烤成本28.86元。因此等温过程的热泵烤烟系统性能高于等焓过程的热泵烤烟系统性能。     

二次冷凝除霜冷库制冷系统运行特性

针对冷库蒸发器除霜能耗大的问题,以二次冷凝除霜冷库为研究对象,建立了系统热力学模型,通过试验验证了二次冷凝除霜模型的有效性,并对比热气旁通除霜模型验证其节能性。为优化二次冷凝除霜冷库除霜性能,设计试验研究不同因素对系统运行能耗的影响,通过改变不同的蒸发器传热温差、蒸发温度和冷凝温度,获得系统除霜周期能耗并进行对比分析。结果表明：1)蒸发器传热温差宜取7～9℃;2)蒸发温度降低,二次冷凝除霜周期能耗增加,但相比热气旁通除霜节能性增加,当冷凝温度为34～38℃,蒸发温度为-20～-10℃时,单位冷库容积二次冷凝除霜周期能耗为0.055～0.080 kW·h/m³,相比热气旁通除霜节能12.7%～15.8%;3)冷凝温度增加,二次冷凝除霜周期能耗增加,同时相比热气旁通除霜节能性增加,当蒸发温度为-15℃,冷凝温度为34～38℃时,单位冷库容积二次冷凝除霜周期平均能耗为0.067 5～0.078 5 kW·h/m³,相比热气旁通除霜节能12.3%～16.5%。该研究可为制冷系统的节能运行提供参考。     

热管联合多级串联热泵玉米干燥系统性能试验

中国东北地区现有的粮食干燥系统多为大型多段塔式燃煤干燥系统,在粮食干燥过程中,热空气与粮食经过一次换热后,生成的高温高湿废气直接排入了大气,不仅造成了能量的巨大浪费,而且严重污染了环境。该文针对东北地区寒冷气候特点及多段塔式燃煤玉米干燥系统存在的高能耗、高污染问题,开发了一种热管联合多级串联热泵玉米干燥系统,该系统能够实现对多段塔式燃煤玉米干燥中废气的余热回收和废气中杂质的清洁处理,从而达到节能减排的效果。在该系统的基础上研制了50、150和300 t/d的系列化玉米热泵干燥装备,进行了3种规模的产业化示范,并对300 t/d的玉米热泵干燥系统进行了性能试验。结果表明,系统每小时的耗电量为538 kW·h,除湿速率为2016 kg/h,热泵机组的制热系数COP(coefficient of performance,COP)在3.7~6.7之间,除湿能耗比SMER(specific moisture extraction rate,SMER)为3.75 kg/(kW·h)。对多段塔式玉米热泵干燥和玉米燃煤干燥经济性进行比较研究,结果表明:得到1 kg干玉米的热泵干燥成本为0.038元,而燃煤干燥的成本为0.049元,单位玉米的热泵干燥成本比燃煤干燥成本降低22.4%。与玉米燃煤干燥相比,玉米热泵干燥能大量降低污染物的排放,节能减排效果明显,可为热泵干燥技术在粮食烘干领域应用提供有价值的参考。     

罗非鱼片热泵-微波联合干燥工艺

采用响应面分析法优化罗非鱼片热泵-微波联合干燥工艺参数。分别以干燥能耗和产品复水率为试验指标,以热泵干燥温度、转换点含水率、微波功率3因素为自变量,设计3因素3水平组合响应面分析试验,得出干燥能耗和产品复水率随热泵干燥温度、联合干燥转换点含水率和微波干燥功率变化的回归模型。三组验证试验的试验值与相应模型预测值的误差绝对值均小于5%。基于能耗最小的优化参数为:热泵干燥温度为34.34℃,转换点含水率为42.12%,微波功率为131.69 W;基于复水率最大的优化参数为:热泵干燥温度为33.87℃,转换点含水率为30%,微波功率为201.43 W。以热泵-微波联合干燥工艺参数组合(干燥温度为35℃,转换点含水率为39%,微波干燥功率取微波炉功率档252 W)进行试验,并与相同工况(温度和风速)热泵干燥试验值进行比较,结果表明,热泵-微波联合干燥时间比热泵干燥时间缩短了2/3;热泵-微波联合干燥罗非鱼片复水40 min,复水率达到57.40%,比热泵干燥的复水率(39.16%)增加46.5%。该文为热泵—微波联合干燥罗非鱼提供参考。     

基于分层模型的溶液除湿谷物就仓干燥系统性能及能耗

为实现安全、高效且节能的粮食干燥过程,发展就仓干燥新型技术,该研究提出一种基于分层模型的热泵驱动溶液除湿谷物就仓干燥系统,建立并验证系统中各部件数学模型,模拟了粮堆高度3m、初始水分0.2的稻谷采用通风量为120 m~3/(h·t)在空气温度20～32℃,相对湿度55%～80%的不同室外天气参数下干燥致顶层稻谷达到安全水分的过程,对干燥完成时间、干燥后顶层稻谷干物质损失(Dry Matter Loss, DML)和白度值(Whiteness)、以及系统单位能耗和总耗能进行研究,并将系统与其他干燥方式进行性能对比分析。结果表明:完成干燥所需时间整体范围为194～358 h,以粮温20和25℃为例完成干燥时间均满足安全干燥期要求,确定了干燥时间规范上的可行性;干燥后的顶层稻谷干物质损失为0.33%～0.52%,大部分天气参数满足规范要求而稻谷不发生霉变,白度值为51.331～51.452,干燥后整体白度值降低较小;室外空气经除湿换热后以接近于室外空气温度、低含湿量状态进入粮仓,进而验证了热平衡模型以及薄层干燥方程选取的恰当性;系统单位能耗范围为2.09～3.25 kW·h/(%·t),总耗能为6 930～9 530 kW·h,室外空气温度较高的时更利于降低系统单位能耗和总能耗,提高干燥的效能;系统与热泵加热干燥相比速率快、能耗少、稻谷相关品质较优,具有优越性。系统在特定天气条件下干燥的时效、稻谷相关品质指标及能耗等方面表现良好,所建立模型适当且准确,可为实现安全、高效且节能的谷物就仓干燥提供一种选择。     

热泵干燥系统性能试验研究

设计了一套热泵干燥装置，压缩机3.73 kW，制冷工质为R22，并在此试验装置上进行了热泵干燥系统的性能试验。试验结果表明，在开路式热泵干燥运行时，蒸发器析水速率较低，但热泵运行稳定；而在半开路式热泵运行时，随着外排干燥废气的减少，蒸发器析水速率不断增加。闭路式热泵干燥循环过程中，空气旁通率(BAR)对热泵的运行状况影响较大。开路式、半开路式热泵干燥循环中，系统的单位能耗除湿量较高。在闭路式热泵干燥循环过程中，当BAR=0.4和BAR=0.6时， 系统的单位能耗除湿量有最大值。     

基于㶲分析法的粮食逆流干燥系统能效评价与试验

为客观、合理地评价粮食逆流干燥系统的能效,实现粮食高效节能干燥,该文基于?分析法,从气流状态变化考察逆流连续式干燥工艺系统的能量利用程度。结果表明:在试验条件下,干燥机内各干燥段能量利用效果较好。在高温和低温干燥段,排气和干燥室热损失率最高分别不超过6.68%、11.09%和21.26%、9.37%,热效率和?效率不低于83.02%、68.1%和69.37%、56.22%;在冷却段,由于粮温比风温高,风对稻谷有明显的降温去水作用。而系统的平均热效率和?效率为80.24%和64.52%,表明系统能量匹配效果较好,稻谷的平均单位热耗量为2 944.6 k J/kg,与国标≤7 400 k J/kg相比,节能达到60.2%,节能效果明显。研究结果为干燥工艺设计、探索节能的途径和制定粮食干燥系统能效评价标准提供参考。     

水产品干燥技术的研究进展

随着人们生活水平的提高，对高品质水产品的需求量显著增加。干燥是水产品加工的重要方法之一，不同的干燥方式对水产品的品质影响很大。在较低温度下进行水产品干燥，能减少营养损失，并能获得良好的风味、外观和口感。冷冻干燥、热泵干燥和微波真空干燥等干燥技术在水产品加工中的应用日益广泛。介绍了水产品传统干燥和新型干燥技术的特点、研究及应用现状和发展趋势。     

太阳能热泵污泥干燥技术

为解决当前污泥干燥存在的问题,该文研究利用太阳能热泵对污泥进行干燥,阐述了太阳能热泵污泥干燥系统的结构与工作原理,对系统的主要设备进行了计算设计并进行试验及性能分析,最后对太阳能热泵干燥与其他几种典型干燥方式的能耗及经济性做了比较。该系统具有节能、环保、经济等优点,配备太阳能系统平均可节省电量10%左右。该研究可为太阳能热泵干燥污泥的工程应用提供参考。     

全封闭热泵干燥装置监控系统的设计与试验

为了改善干燥试验过程中的监控方式,提高了试验的精确性和效率,减轻了试验人员的工作负荷,并支持后期数据分析,该课题将热泵干燥技术、自动检测控制技术、SCADA技术融合,开发出一套由热泵干燥装置、数据采集与监控系统组成的热泵干燥监控系统。系统由一套全封闭的热泵干燥装置执行干燥过程;数据采集系统采集干燥现场数据,OPC服务器通过通信协议获取数据;监控系统主要具备PLC自动控制和PC机监控功能。试验结果表明,该系统能够实现温湿度精确控制,并具备数据的实时显示、归档、信息报警等功能,将作为后续研究的试验平台。     

热泵烤烟系统性能的试验研究

为了研究热泵烤烟的系统特性,并为工程应用推广提供有价值的参考,该文设计了一种新型的热泵烤烟系统,对热泵烤烟进行了试验研究。当烤房内鲜烟装载量为2432kg时,压缩机的最大功率为12.6kW,系统制热系数达到了3.25,整个过程的除湿能耗比为2.42kg/(kW.h)。最后对热泵烤烟和燃煤烤烟的经济性进行了比较,结果显示得到1kg干烟热泵的烘烤成本为2.12元,而燃煤的烘烤成本为2.97元。与燃煤烤烟相比,热泵烤烟具有明显的节能优势和社会经济效益。     

基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测

为了降低空气源热泵干燥过程能耗，研究了空气源热泵干燥能耗特性，采用多元线性回归模型（multivariate linear regression model, MLRM）和BP神经网络（back propagation neural network, BPNN）模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影响特征参数的基础上，提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度。选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入，能耗和物料结束含水率作为模型输出。使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测，MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739，对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931；BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高，为0.828，使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高，为0.942，拟合效果优于其他机器学习模型，能够满足实际生产需求。以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65 kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验，结果表明：试验总能耗为15.066 kW·h，MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476 kW·h、15.183 kW·h，预测精度分别为96.08%、99.23%；试验结束含水率为8.541%，MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560%、8.889%，预测精度分别为88.07%、95.93%。该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段，对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义。     

磨粒流加工中单颗磨粒冲击的有限元分析

为了研究热泵烤烟的系统特性,并为工程应用推广提供有价值的参考,该文设计了一种新型的热泵烤烟系统,对热泵烤烟进行了试验研究。当烤房内鲜烟装载量为2 432?kg时,压缩机的最大功率为12.6?kW,系统制热系数达到了3.25,整个过程的除湿能耗比为2.42?kg/（kW·h）。最后对热泵烤烟和燃煤烤烟的经济性进行了比较,结果显示得到1?kg干烟热泵的烘烤成本为2.12元,而燃煤的烘烤成本为2.97元。与燃煤烤烟相比,热泵烤烟具有明显的节能优势和社会经济效益。     

高湿稻谷节能干燥工艺系统设计与试验

为了降低高湿稻谷干燥耗能、提高干燥系统作业效率,基于高湿稻谷干燥特性和干燥传递理论,绘制出了高湿稻谷贮存干燥仓内通风去湿降温过程状态参数变化图,设计出了高湿稻谷贮存干燥仓,能够利用常温自然空气实现高湿稻谷干燥和有效回收干燥系统的烟气余热。应用结果显示,在风量谷物比为149 m3/(h·t)时,每间隔1 h,通风2 h,累计贮藏干燥18 h,可使初始含水率31.3%的稻谷平均含水率降低11.36%,回收烟气废热55.3%。针对南方高温高湿的气候特点,设计出了5HNH-15型稻谷逆流热风干燥机和节能干燥工艺系统。试验结果表明,系统的单位耗热量为2 939 kJ/kg,与国标≤7 400 kJ/kg相比,最高节能可达60%。该文指出了实现高湿稻谷优质、高效节能干燥,合理的工艺系统设计应以客观能势的利用为主,人为提供主观热能消耗为辅。研究结果为粮食干燥设计指明了高效节能途径,为大型粮食集中干燥工艺系统设计提供了参考。