基于Weibull分布函数的胡萝卜切片远红外干燥过程模拟及应用

【目的】探讨胡萝卜切片远红外干燥的最优工艺参数,研究不同干燥条件对胡萝卜干制品平均干燥速率、单位能耗和品质指标的影响.【方法】以干燥温度、切片厚度和辐照距离为试验因素进行胡萝卜的远红外干燥特性试验,利用Weibull分布函数对胡萝卜切片的远红外干燥过程进行模拟,比较不同干燥条件下胡萝卜干制品的指标变化.【结果】干燥温度、切片厚度和辐照距离对胡萝卜的干燥特性曲线均有显著的影响;Weibull分布函数拟合的决定系数R~2值均在0.98以上,离差平方和χ~2值均很小;尺度参数α随着干燥温度、切片厚度和辐照高度的增加而呈现减小的趋势,形状参数β大于1;估算有效水分扩散系数D_(cal)在0.435×10~(-7 )～3.080×10~(-7 )m~2/s之间,有效水分扩散系数D_(eff)在1.542×10~(-9 )～5.011×10~(-9 )m~2/s之间,均随着干燥温度、切片厚度和辐照高度的增加而增大;对比不同干燥条件下干制品的总色差值、单位能耗和平均干燥速率,发现远红外干燥技术对总色差值的影响不显著,对单位能耗和平均干燥速率的影响显著.对比热风干燥和远红外干燥方式下干制品的微观结构,发现远红外干燥可以增加物料内部微孔道的数量,提高干燥速率.【结论】Weibull可以较好地描述胡萝卜的远红外干燥过程,远红外干燥技术可以改善胡萝卜干制品的品质,减少单位能耗,缩短干燥时间.     

苦瓜片气体射流冲击干燥特性及干燥模型

【目的】提高苦瓜片的干制品质、缩短干燥时间,通过研究不同条件下气体射流冲击技术对苦瓜片干燥特性的影响,并根据干燥过程中水分的变化规律确定最适干燥模型。【方法】利用实验室自制气体射流冲击干燥机干燥苦瓜片,探讨不同风温(40、50、60、70和80℃)、风速(9、10、11、12和13 m·s~(-1))和切片厚度(2、3、4、5和6 mm)对物料干燥特性和水分有效扩散系数的影响,计算出干燥活化能。以确定系数(R~2)、卡方(χ~2)及均方根误差(RMSE)为评价指标,并利用Origin 8.0软件将试验所得数据与5个常用的干燥模型进行拟合,筛选出最适干燥模型,建立模型参数与干燥条件之间的关系,并检验干燥模型的预测效果。【结果】苦瓜片的气体射流冲击干燥属于降速干燥,没有明显的恒速干燥阶段。在试验条件下,风温、风速和切片厚度对苦瓜片在气体射流冲击干燥过程中的干燥特性均有一定影响,风温越大、切片厚度越小、风速越大,物料的干燥速率越大,水分比下降越快,干燥所需时间越短,但风速的影响远不如风温和切片厚度明显。通过费克第二定律可以计算出苦瓜片在干燥过程中的水分有效扩散系数,且随着风温、风速和切片厚度的增加而增加,最高的有效扩散系数为2.9668×10~(-9) m~2·s~(-1)。通过阿伦尼乌斯公式可以计算出苦瓜片干燥过程中所需的活化能Ea为29.89 kJ·mol~(-1)。所选的5个模型均具有较高的拟合度(R~20.98),都能较好的预测苦瓜片在气体射流冲击干燥过程中水分的变化规律,其中Two term exponential模型具有最大的确定系数R~2(0.99937)、最小的卡方值χ~2(0.00876)和均方根误差RMSE(0.000077),是苦瓜片气体射流冲击干燥的最适模型。【结论】风温、风速和切片厚度对苦瓜片气体射流冲击干燥过程中的干燥曲线、干燥速率曲线和水分扩散系数均有影响,且风温切片厚度风速。在风温40—80℃,风速9—13 m·s~(-1),切片厚度2—6 mm范围内,Two term exponential模型的拟合度最高,模型可有效描述苦瓜片在气体射流冲击干燥过程中的水分变化规律。     

玛咖冷风干燥特性及品质特征研究

为提升玛咖干制品品质,采取冷风干燥进行脱水处理,研究不同干燥温度(20、30、40℃)和进口风速(1、2、3 m/s)对玛咖冷风干燥特性及品质特征的影响,在Weibull分布函数的基础上对玛咖冷风干燥曲线进行拟合并分析整个干燥过程,利用Fick第二扩散定律对玛咖冷风干燥有效水分扩散系数进行计算,采用模糊数学法对干燥产品进行感官评价。结果表明:随着进口风速和干燥温度的增加,玛咖冷风干燥耗时明显降低,且干燥温度增加对干燥耗时的降低效果更佳; Weibull分布函数能够准确描述(R~2 0. 99)玛咖冷风干燥过程中水分比随干燥时间的变化规律,不同干燥条件下玛咖冷风干燥Weibull分布函数的形状参数均小于1,整个干燥过程为降速干燥,主要受物料内部水分扩散的控制;玛咖冷风干燥有效水分扩散系数为5. 21×10-10~9. 32×10-10m~2/s,且随干燥温度和干燥风速的增加而增大;玛咖冷风干燥温度过高或进口风速过大会降低消费者对其干制品的接受程度。因此,将冷风干燥技术应用于玛咖脱水处理中,能够在降低干燥耗时的同时提升产品品质。     

菠萝片微波真空干燥特性及动力学模型研究

为获得高品质、低能耗菠萝干品,采用微波真空干燥箱对菠萝片进行干燥试验,研究其干燥特性及动力学模型,试验参数为微波功率（400、600、800、1 000 W）、装载量（200、300、400 g）,利用Weibull分布函数对试验数据进行拟合,并计算菠萝片微波真空干燥活化能。结果表明,Weibull分布函数能准确拟合不同试验参数下的干燥曲线;尺度参数在11.715 41～27.049 43 min,随着微波功率的增加而减小,随着装载量增加而增加;形状参数在1.309 58～1.527 25;水分有效扩散系数为1.977 16×10^-7～4.686 39×10^-7m²/s,随着微波功率升高而增大;干燥活化能为2.099 24 W/g。Weibull分布函数较好地预测菠萝片干燥过程中水分脱除规律,对果蔬等农产品干燥过程预测与工艺优化具有重要意义。     

地黄浸膏超声真空干燥特性和动力学研究

地黄浸膏具有黏性大、透气性差、对热敏感等特点,难以实现快速高品质干燥。利用自制超声真空干燥装置对地黄浸膏进行干燥,对干燥产品的形态结构和指标成分(梓醇、毛蕊花糖苷)进行分析,以期探讨干燥温度、超声功率、真空度对地黄浸膏干燥效率的影响,并进行超声真空干燥模型研究,确定不同干燥条件下地黄浸膏的有效水分扩散系数并建立数学模型。结果表明,超声真空干燥方法能明显提高地黄浸膏的干燥速率,且干燥产物疏松多孔,粉体性质优良,主要指标成分含量较高。Page模型能准确描述地黄浸膏超声真空干燥过程。有效水分扩散系数D在(1.87~5.65)×10~(-8)m~2/s范围内随着干燥温度、超声功率、真空度的升高而增大,干燥过程中水分的平均活化能为32.729 k J/mol。     

莲藕片薄层真空微波干燥特性及动力学模型

为研究莲藕片真空微波干燥特性,探讨不同真空度、装载量和微波功率对莲藕片薄层真空微波干燥过程的影响。根据试验数据建立莲藕片薄层真空微波干燥水分比与干燥时间关系的动力学模型,并对模型进行拟合试验,最后计算莲藕片薄层真空微波干燥条件下的有效扩散系数。结果表明,莲藕片薄层真空微波干燥过程符合Page模型,经验证,模型预测值与试验值拟合良好;莲藕片薄层真空微波干燥有效扩散系数在0. 508×10-6～6. 556×10-6m~2/s范围内。Page模型适合描述莲藕片薄层真空微波干燥过程。     

胡萝卜切片超声远红外干燥工艺的优化

【目的】优化胡萝卜切片超声远红外干燥过程的超声工艺。【方法】以超声频率、功率和处理时间为试验因素进行单因素试验,在此基础上利用响应曲面分析法建立干制品评价指标的二元回归数学模型,对超声辅助干燥工艺进行优化。对不同干燥工艺条件下胡萝卜切片的营养品质、干燥时间进行比较,并对其微观结构进行扫描电镜观察。【结果】所建立的模型显著,超声参数对各项指标的影响大小为:超声处理时间超声功率超声频率;超声远红外干燥的最优工艺参数为:超声频率60 kHz、超声功率40 W、超声处理时间20 min,此时对应的评价指标为:复水比5.61,色差值6.25,能耗2.96 kJ/g。验证结果表明,试验值和预测值的误差不大,说明回归模型所得的预测值和实测值具有较好的一致性。超声远红外干燥更有利于保留胡萝卜的营养组分,增加胡萝卜切片表面细胞微毛细管的孔径和数量。【结论】超声预处理可以明显缩短胡萝卜远红外干燥的时间,保证干制品的品质。     

湖北麦冬红外干燥特性与干燥模型

为探讨物料在红外干燥过程中的水分变化规律,以湖北麦冬为干燥原料,进行薄层干燥特性及模型研究,并以Fick定律、Arrhenius方程为依据,计算湖北麦冬在传热传质过程中的水分扩散系数和干燥活化能。结果表明,湖北麦冬的切片厚度及干燥温度对其红外干燥特性有明显影响,切片越薄,温度越高,湖北麦冬的干燥速率越快;Page模型预测值与实测值比较吻合,可用来描述湖北麦冬干燥动力学过程;在不同切片厚度和干燥温度下,有效水分扩散系数在(0.10~1.64)×10~(-10)m~2/s范围内基本上随干燥温度和切片厚度的增加而增大;麦冬切片厚度为1、2、3、4 mm的干燥活化能分别为32.88、32.12、32.49、37.09 kJ/mol。     

牛大力切片热风干燥特性及其动力学模型建立

【目的】探讨不同热风温度、切片厚度及装载量对牛大力切片热风干燥速率的影响,并建立牛大力切片热风干燥动力学模型,为牛大力干燥工艺探索提供理论依据。【方法】以热风温度（50、60、70、80℃）、切片厚度（2、4、6、8mm）和装载量（100、200、300 g）为考察因素,实时测定各条件下牛大力切片热风干燥过程中水分变化,对常见的5种干燥模型进行筛选,并计算干燥过程中的有效水分扩散系数和活化能。【结果】随着热风温度的升高,切片厚度和装载量的降低,牛大力切片的干基含水量明显减少,干燥速率明显增加。牛大力切片在热风干燥过程分为加速和降速2个阶段,其中大部分干燥过程为降速阶段。牛大力切片热风干燥动力学模型符合Page模型,该模型预测值与试验值拟合度较高（R2=0.969）,拟合方程为ln （-lnMR）=-3.174-0.242H+0.029T-0.006L+（0.721+0.015H+0.002T）lnt,可求得-k=e（-3.174-0.242H+0.029T-0.006L）,n=0.721+0.015H+0.0027,不同干燥条件下牛大力切片的有效水分扩散系数在1.62114×10-10~12.96913×10-10 m2/s,均随着热风温度的升高和切片厚度的增加,总体呈上升趋势;活化能为60.7388 kJ/mol。【结论】Page模型可较好地描述不同切片厚度的牛大力切片热风干燥过程中水分的变化规律,且通过拟合方程能较准确预测热风干燥过程中某时刻牛大力切片的水分比。     

山楂微波干燥过程中环境相对湿度的影响

采用基于环境相对湿度可控的微波干燥系统,探究相对湿度对山楂微波干燥过程的影响。在物料干燥温度60℃的条件下,研究恒定湿度(相对湿度5%、30%、50%、70%)和阶段变湿[CRP(恒速阶段)、FRP(降速阶段)分别保持相对湿度5%、30%、50%]共10种方案下山楂的干燥特性;利用Weibull函数进行干燥动力学分析并计算有效水分扩散系数(D_(eff));基于复水性、色差、V_C含量和感官品质,评估不同干燥条件下干制品品质。结果表明:恒定湿度条件及阶段变湿条件下,干燥时间均随相对湿度的下降而缩短,其中,相对湿度5%条件下干燥时间比相对湿度70%条件下缩短了51.62%;FRP阶段降湿可显著缩短干燥时间。Weibull函数可很好地拟合山楂干燥过程,D_(eff)随相对湿度的下降而增大,验证了降低相对湿度可增强干燥过程中水分扩散速率,其中FRP阶段降湿对水分有效扩散系数的提升更为明显。恒定相对湿度30%和阶段变湿(恒速阶段相对湿度50%、降速阶段相对湿度30%)条件下干制品色差、V_C含量和感官品质较好。     

木材特种干燥技术的发展现状

该文系统介绍了除湿干燥、真空干燥、太阳能干燥、炉气干燥、微波干燥等木材特种干燥方法的发展现状 ,提出将来木材特种干燥技术的发展趋势是多元化的联合干燥 ,如高温双热源除湿干燥与太阳能组合干燥技术、木废料能源联合干燥、除湿干燥中利用热压蒸汽余热等     

红枣浆粉体化微波干燥特性研究

在2 450 MHz频率功率为500、700、900 W的微波处理条件下,分别对铺料厚度为2、4、6 mm的红枣浆样品进行干燥处理,考察了红枣浆粉体化过程中的微波干燥特性。并与100、110、120℃下各相同红枣浆样品的热风干燥结果进行了比较。采用指数模型（Lewis）、单项扩散模型（Hustrulid and Flikke,HF）和Page模型分别对红枣浆样品的水分比进行拟合。结果表明,微波干燥的红枣浆样品升温快速,可有效地提高干燥速率,节约干燥时间和干燥能耗,但是热风干燥较好地保持了物料的固有结构,且干燥后的红枣粉吸湿性较好,色差较小。Page模型对于红枣浆样品的热风、微波薄层干燥过程均可以进行较好地拟合。     

低氧热泵干燥技术的国内外研究概况

低氧热泵干燥技术是采用其他气体,如二氧化碳和氮气等代替常规空气作干燥介质,密闭循环系统进行低氧环境的气调干燥加工。该技术提升干燥品质,节约能耗,提高干燥效率,有效解决氧敏性、热敏性物质的干制问题,有广阔的应用前景。本文介绍低氧热泵干燥技术中不同气体作干燥介质的物性研究、对干燥品质特性的影响、相关装置的研制等方面的国内外研究概况。     

家蚕茧干燥配温工艺的研究

蚕茧干燥配温工艺,是根据蚕茧干燥规律,遵循前高后低的原则,而关键在于恰当地把握各温度段的持续时间。研究认为：目前条件下,直干工艺总历时在４．５～５．０ｈ为宜,其中各温度段的持续时间比应为：预热升温段占１９．３％,１０５℃段占２２．５％,１００℃及每５℃降差后的各段,分别为：１３．５％、１３．１％、９．８％、１０．７％、７．０％和４．１％;二次干配温应按烘次分设,其中头烘总需２．５ｈ左右,又：预热升温段占３１．３％,１０５℃段占３６．７％,１００℃段占２２％,９５℃作机动,以半干茧出灶烘率适宜为度,二烘共用３．０～３．５ｈ,预热升温段占２５％,９０℃段占２４．４％,８５℃及以下各段分别为１２．２％、１３．９％、１３．９％、６．７％和２．８％。     

桦木小径原条干燥可行性初探

本文对桦木小径原条干燥问题进行了初步探索,通过对桦木小径材物理性质与百度条件下干燥缺陷的分析与试验,制定出了桦木小径原条的试验干燥基准.试验结果表明,长50cm以下,径级8cm以下的桦木小径原条的干燥是可行的.     

传统干燥工艺条件下葡萄制干特性及干燥模型研究

【目的】研究传统葡萄干燥工艺对葡萄果实干燥特性及水分扩散系数的影响,为新疆葡萄制干干燥理论提供理论依据。【方法】采用晾干和晒干两种传统的制干工艺制干,分析制干工艺对葡萄干燥特性及水分扩散系数的影响,建立干燥动力学模型。【结果】晒干工艺条件下,环境中的最高温度显著高于晾干环境中温度,最低温度低于晾干环境中最低温度。晒干条件下,葡萄果实的干燥速率高于晾干方式。通过对4种模型的拟合分析,Page模型是最符合葡萄干燥的模型,决定系数R²值最大,卡方检验值χ²和均方根误差R²均值最小,分别为0.998 2、8.55×10^-4和0.001 5。通过有效水分扩散系数计算,晒干和晾干工艺的有效水分扩散系数分别为2.036 25×10^-8、6.468 8×10^-9,晒干工艺的有效水分扩散系数明显大于晾干方式的有效水分扩散系数。【结论】Page模型可以有效的阐述传统葡萄会干工艺条件下葡萄果实水分的变化规律。     

木质装饰薄板干燥技术研究

本文研究了厚度3mm和5mm的铁杉、椴木、拟赤杨三种木质装饰薄板的干燥特性和干燥工艺,筛选出了较优的干燥基准。试验结果表明:薄板的变形与温度、薄板的终含水率和薄板尺寸有关。同等情况下,温度越高,薄板变形越大;薄板的终含水率越低,其变形程度越大;薄板的厚度越小越易发生变形,薄板的宽度越大,其变形程度越大,长度对变形的影响不是很大;加压可明显减小总变形值,通过薄板局部加压和喷蒸联合处理可有效控制装饰薄板的干燥质量。     

不同干燥工艺对新疆主要制干葡萄干燥特性的影响

【目的】研究不同制干工艺对新疆主要制干葡萄品种无核白和无核白鸡葡萄干燥特性的影响,为新疆葡萄干燥工艺的改进提供理论依据。【方法】对晾干和晒干干燥过程中的水分变化规律进行数学分析,研究葡萄的干燥特性。【结果】晒干工艺葡萄的失水速率高于夜间,葡萄干燥过程中白昼失水速率是夜间的2.00~6.14倍。干燥初期晒干工艺条件下无核白鸡心葡萄失水速率是晾干的1.21~3.12倍。葡萄果实干燥模型宜选用Page模型,晒干工艺条件下葡萄果实的有效水分扩散系数分别是晾干工艺的3.14和3.18倍;无核白鸡心葡萄果实的有效水分扩散系数高于无核白葡萄,晒干条件下无核白鸡心葡萄和无核白有效水分扩散系数分别为6.023 16×10^-8 和2.615 45×10^-8 m²/h;晾干条件下2种葡萄果实的有效水分扩散系数分别为1.892 12×10^-8 和8.308 75×10^-9 m²/h。【结论】2种干燥工艺下,白昼的干燥速率显著高于夜间,得到了不同干燥工艺和不同葡萄品种的有效水分扩散系数。     

恒温与分段变温滚筒干燥对烤烟叶丝干燥效率及香味品质的影响

[目的]对比恒温与分段变温两种滚筒干燥方式对烤烟叶丝干燥效率与香味品质的影响,为烟叶原料的分段变温滚筒干燥工艺优化和推广应用提供科学依据.[方法]以烤烟中部烟叶C2F为原料,采用滚筒干燥试验装置,对比分析恒温与分段变温两种滚筒干燥方式对烤烟叶丝干燥效率、石油醚提取物和香味成分含量的影响.[结果]相对于恒温低温干燥(110℃),采用前段高温后段低温的分段变温滚筒干燥方式能有效缩短干燥时间,脱水速率提升5％～15％.两种干燥方式下,叶丝中香味成分总量及石油醚提取物、棕色化反应产物、类胡萝卜素降解产物含量均随干燥筒壁温度的升高而降低;相对于高温恒温干燥(120～140℃),分段变温干燥更有利于石油醚提取物的保留,香味成分总量最高可提高12％,其中以120/110℃分段变温滚筒干燥方式的烤烟叶丝香味成分总量及石油醚提取物、棕色化反应产物、类胡萝卜素降解产物含量最高.[结论]与恒温滚筒干燥方式相比,120/110℃分段变温滚筒干燥方式可有效兼顾烤烟叶丝的干燥效率与香味品质,可在烤烟实际干燥加工中推广应用.     

茄子脱水工艺及模型研究

采用带人工气候调节箱的热风干燥试验台,对茄子进行了薄层正交试验,得出了影响因素的主次顺序和最优水平,从而得到较佳脱水工艺。并讨论了不同烘温下的薄层脱水方程,得出其模型为:MR=e×p(-kdt~n),Kd=6.9×10~5c×p(-1897.99/T),n=-1.85+0.0081T。