真空干燥过程中物料质量在线测量设备设计与试验

针对真空脉动干燥过程中物料质量在线获取易受到机械振动、温度变化和气流短时冲击等多重干扰,导致测量困难、测量精度不高的问题,提出了将固定料架和测量料架分离的测量方案,并选用高精度的测量器件,在经过信号滤波、温度修正和气流干扰排除等多种修正手段后,实现了温度变化范围20~45℃、无明显外部剧烈振动、冲击时间小于1 min的正常进抽气条件下总量程1 500 g、去掉料盘后有效量程1 000 g、最大引用误差0.1%的物料质量在线测量。静态测试结果显示,满量程最大引用误差0.06%,物料干燥测试结果显示,干燥终点最大引用误差0.1%,能够清楚反映整个干燥过程中的质量变化情况和干燥速率变化情况,可为研究农产品干燥过程中物料状态变化规律和实现自动干燥工艺调控提供技术支持。     

基于控温控湿的沙棘红外联合热风干燥均匀性与工艺

新鲜沙棘含水率高且易腐烂变质,干燥是延长货架期的重要方式之一。针对现有沙棘热风干燥周期长、品质差、能耗高等问题,该研究基于控温控湿设计了一种红外联合热风干燥装置,并对装置的气流分配室结构进行了优化,设计了一种圆柱形扰流板和方形挡风板,利用数值模拟软件COMSOL对干燥装置中速度场、温度场和湿度场进行了模拟,结果表明通过增加半圆柱扰流板能够改变干燥层间气流量,解决干燥不均匀性问题;借助增设扰流板能够提高气流速度,利用自由流区域高温低湿干燥介质的干燥能力,防止干燥层内不同区域出现干燥不均匀的现象。优化后的干燥室结构将5个干燥层间的最大速度偏差比显著降低。以沙棘为研究对象对干燥工艺进行了试验研究。结果表明,不同干燥温度对沙棘控温控湿红外联合热风干燥时间有显著影响,干燥水分比随干燥时间的增加呈现指数下降趋势。基于层次分析法得到各干燥特性和干燥品质权重,采用综合评价方法得到不同干燥温度下75 ℃干燥条件综合评分最高。不同介质湿度干燥条件下,当介质湿度为10%干燥时,干燥所需能耗最低,干燥后沙棘复水比最高,具有最高的维生素 C(vitamin C,Vc)保留率和总黄酮含量,综合评分最高。40%介质湿度不同持续时间下,40 min得到的沙棘亮度值、复水比、Vc保留率和总黄酮含量最高,综合评分最高。该研究明确了控温控湿沙棘红外联合热风干燥最优工艺,对提升沙棘产地初加工机械化水平,促进沙棘产业健康持续发展具有重要意义。     

不同碱化改性方法对麦秸型煤粘结性的影响

以黄熟期麦秸和无烟煤为对象,利用单因素和三因素四水平正交设计试验方法,研究不同碱化剂质量分数、热处理时间以及固液质量配比对麦秸型煤力学强度的影响。结果表明:随着碱化剂质量分数的增加、热处理时间的延长和固液配比的升高,麦秸型煤的抗压强度和跌落强度均呈先升高后降低的趋势。正交试验发现影响麦秸型煤样品粘结性的主要因素为碱化剂质量分数,其次为热处理时间和固液配比,且在碱化处理过程中不同影响因素之间存在较强交互作用。麦秸型煤碱化处理的最优工艺为:碱化剂质量分数2%,热处理时间1.5h,固液配比1∶25。     

基于加热均匀性的射频干燥系统结构优化与试验

针对现有射频干燥系统存在装料量大时射频加热不均匀、干燥过程无法实时称重等问题,该文设计了一种热风对流加热装置、装料装置和称量装置。热风对流加热装置主要由热源供给系统、风温风速控制系统和气流分配室组成;装料装置由特制的多层料盘组成;称量装置由称量传感器、称量托盘和支柱等组成。采用计算流体力学软件对气流分配室进行模拟,结果显示改变气流分配室为喇叭口形状及增加分流圆柱体后,条形出风口处风速均匀性提高,其速度偏差比从31%降为10.5%,速度不均匀系数从19%降为7.6%。以玉米种子为例进行了优化后的性能验证试验,结果表明:热风对流加热装置可以提供均匀的温度和风速;自动称量装置能够实时监测物料的质量,其最大量程为24 kg,分层后的薄层物料最大处理量为18 kg,偏差范围为1~5 g;在热风和射频合适的匹配参数下,采用射频干燥结合热风对流技术,以及分层装料的方法,可解决射频干燥大装载量玉米种子产生的热偏移问题和边角效应问题,进而提高射频加热均匀性。该研究避免了干燥过程中外界温湿度的影响,减少了10%的干燥时间,为改善射频加热均匀性提供了参考。     

苜蓿气体射流冲击联合常温通风干燥装备设计及试验

针对苜蓿干燥存在的处理量小、耗能高、叶片损失率高的问题,该文将紫花苜蓿的干燥过程分为高温和常温两个干燥段,设计了气体射流冲击联合常温通风干燥装备,包括基于狭缝型气体射流冲击管的气体射流冲带式干燥机和基于环境条件自动控制的常温通风箱式干燥机。利用计算流体动力学软件Fluent对狭缝型气流冲击管内部的流场进行数值模拟。结果显示增设扰流板可以改善狭缝型气体射流冲击管喷嘴出口气流速度分布的均匀性,速度变异系数由不设扰流板情况下的51.1%降为7.7%;利用单片机控制系统进行信息采集并控制通风的进行,解决夜间物料吸湿回潮、发热的问题。以紫花苜蓿作为原料对干燥装备的性能进行试验验证,结果表明:气体射流冲击联合常温通风干燥的苜蓿具有批次处理量大(150 kg/h)、叶片损失率小(干草的叶片损失率为1.5%)、能耗低(单位去水能耗3 408 k J/kg)的优点。研究结果为低能耗、低叶片损失率的苜蓿干燥技术与装备提供参考。     

热风干燥过程相对湿度对香菇品质的影响

为了研究干燥介质相对湿度对香菇品质的影响，该研究将计算机视觉在线检测技术应用于基于温湿度过程控制的热风干燥技术中，利用4种不同的相对湿度控制方法对去柄香菇进行干燥：连续排湿、全程设定恒定相对湿度（40%，30%，20%）、阶段降低相对湿度以及后期迅速降低相对湿度（30%优化，阶段降湿优化）。利用图像信息实时获取香菇外观品质，探究了香菇干燥过程中收缩率、圆度、表面褶皱率（Ratio of Wrinkled Surface Area，RWSA）与纹理特征（对比度、能量）的变化，并利用扫描电镜图像上香菇细胞的长宽比表示干香菇的微观结构，采用气相色谱-离子迁移谱联用（Gas Chromatography-ion Mobolity Spectrometry，GC-IMS）技术获取干香菇的风味成分。研究结果表明，相对湿度对香菇细胞的收缩率、圆度、纹理特征以及结构与复水比均有显著性影响（P < 0.05），全程40%与全程20%组分别由于其相对湿度过高与维持时间过长，导致干燥时间延长，香菇表面硬化程度降低，收缩率增加，圆度降低，表面褶皱增多且更细密，表面颜色对比度降低，香菇表面褶皱率达到最大值的时间与香菇复水比呈正相关关系（r2 = 0.88），香菇表面褶皱率达到最大值的时间越晚，香菇复水比越高，通过香菇褶皱率变化可预测香菇复水比。而优化组（30%优化、阶段降湿优化）可缩短干燥时间，加速香菇表面硬化，保持香菇外观品质，虽然其干制品复水比，微观结构与风味成分均不如连续排湿组，但其咀嚼度（P < 0.05）与弹性更高。综合考虑干燥时间与干香菇的品质，优先采用连续排湿，其次采用30%优化的方式干燥香菇。     

机械通风玉米穗储粮仓在黄淮海地区的试验

针对黄淮海地区玉米穗贮藏存在因含水率比较大不易保存、容易霉变等问题,根据目前合作社免烘干玉米鲜穗储藏的实际需求,为了实现科学储粮,减损增收,研制了机械通风玉米穗储粮仓,并进行了装粮试验。利用常温大风量降水原理和专门设计的仓内正负压通风风道与自然通风风道,风机作为鼓风机、引风机交替运行,完成粮仓的呼吸作业,采用温度、湿度传感器实时采集仓内温度和湿度,配合PLC(Programmable Logic Controller)控制系统,粮仓内呼吸作业与缓苏作业交替运行,实现大宗鲜玉米穗的干燥保质贮藏。通过测定玉米穗储藏期间玉米粒、玉米芯的水分及玉米粒的脂肪酸值、容重等指标,研究分析玉米穗储藏期间霉变、品质变化等情况,开展玉米穗储藏特性及储粮损失研究,并通过建立数学模型与试验结果进行对比分析。试验结果表明,该型储粮仓通过机械通风控温技术,可实现玉米穗就仓干燥储粮,经过80 d的储藏,玉米的水分已经低于标准安全水分值,玉米脂肪酸值为39.9 mg/100 g,为宜存,容重为740 g/L,霉变粒0.6%,不完善粒0.4%,杂质0.07%,色泽气味正常,有效减少玉米在仓储过程中出现霉变等现象,降水、防霉、防鼠效果明显,可有效降低粮食产后损失,节约能源,保证粮食品质,每斤粮食能比刚收获时多卖0.20～0.25元,实现农民"待价而沽"和藏粮于民的需求。     

相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中水分迁移和蒸发的影响

为揭示相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中内部水分迁移和表面水分蒸发的影响,以及物料表面结壳的成因,该研究在干燥温度60℃、风速3.0 m/s时,研究了恒定相对湿度（relative humidity,RH）(20%、30%、40%和50%)、第一阶RH 50%保持不同时间（10、30、60和90 min）而后降为20%,以及基于物料温度自动控制相对湿度干燥条件下的内部水分迁移量（D）、表面水分蒸发量（E）、表面水分累积量（Q）、物料微观结构和复水率。结果表明,恒定RH干燥条件下,D随干燥时间逐渐增大而后趋于稳定,E随干燥时间逐渐增大而后降低。RH越高,物料升温速率越快,D越大;RH越低,E越大。RH为20%、30%和40%时,Q=0的时间分别为1.11、1.36和1.70h,并在此时刻之后物料表面出现明显结壳现象,且RH越大,出现结壳时机越晚;RH为50%时未出现Q<0,可能未出现明显的结壳现象。Q>0时,干燥速率与Q值变化趋势一致;Q<0时,对应干燥速率减小。RH为50%保持30 min后降为20%时,Q=0的时间为1.39 h,相对于RH 20%的干燥条件能够提高物料...     

基于干燥均匀性的真空脉动干燥加热控制技术

为解决真空脉动干燥中加热板差异和气流扰动引起的物料干燥不均匀问题,设计了基于过零触发控制的加热板辐射强度控制硬件电路,将PID控制理论和离群点检测方法相结合,提出了加热板温度离群点优化积分分离PID控制策略,以含水率均匀一致的面片作为试验原料,以干燥均匀度为考核指标,对控制系统的控制效果进行试验验证。试验结果表明:该控制系统可以有效缩小不同加热板间的辐射强度差异,平均温度控制精度±0. 8℃,初始阶段调节时间120 s,在受到气流扰动干扰后能够迅速恢复;在干燥均匀性方面,离群点优化PID控制优于独立PID控制和整体PID控制,可以减小气流扰动对干燥整体均匀性的影响,面片干燥均匀度由90%左右提高到95%以上。     

立式机械冲击式超微粉碎机分级结构的改进设计

针对当前结构立式机械冲击式超微粉碎机加工的成品物料存在粒度分布较宽且有大颗粒夹带的问题,为了提高其立式分级结构分级性能,对分级室内导流罩轴向位置变化、分级叶轮轴向尺寸变化对分级性能的影响进行研究,该研究在现有分级室结构基础上提出了两种改进结构,改进结构一：导流罩上沿与上端盖贴合,阻断导流罩与上端盖间物料流通路径,分级轮轴向尺寸不变;改进结构二：导流罩位置不变,分级轮叶片高度加高,加高后分级轮叶片上沿距离出料口底端部3 mm。对改进前后结构进行分级性能试验,利用CFD软件,采用气-固两相流的数值模拟方法对分级室内流场进行数值模拟,分析不同结构下流场变化规律来解释试验结果。结果表明：相比改进前,两种改进结构都有效避免了大颗粒进入成品物料,从分级粒径、分级效率及分级精度指数三个指标对比得出改进结构二分级效率及分级精度均优于另外两种结构,改进结构一分级得到的产品更细,但分级效率低。该研究结果可为CWFJ型立式机械超微粉碎机分级室流场研究和结构优化提供方法和理论依据。