干燥介质相对湿度对胡萝卜片热风干燥特性的影响

为了探究相对湿度和阶段降湿对热风干燥过程的影响,该文在干燥温度60℃、风速3.0 m/s条件下,研究了相对湿度(20%、30%、40%、50%)及第一阶段相对湿度50%保持不同时间(10、30、60、90 min),第二阶段相对湿度20%下,胡萝卜片的干燥特性和温度变化规律;利用Weibull分布函数对干燥曲线进行拟合并分析干燥过程,结合尺度参数估算水分有效扩散系数;基于复水比、色泽、干燥时间和能耗对不同相对湿度条件下的干燥过程进行评价。研究结果表明:相对湿度保持恒定条件下,干燥速率先上升后下降,且相对湿度越低干燥速率越大。降低相对湿度有利于缩短干燥时间,热风相对湿度20%比50%条件下干燥时间缩短了27.6%;分段降湿干燥条件下,热风相对湿度50%保持30min后降低为20%,其干燥时间比相对湿度恒定为20%条件下缩短了18.5%,干燥过程出现2个升速阶段;Weibull分布函数可以很好地描述胡萝卜恒定湿度和阶段降湿干燥过程。尺度参数α范围在1.864~3.635 h之间,形状参数β值在1.296~1.713之间,水分有效扩散系数在1.17×10-9~2.92×10-9 m2/s之间。对绿红值、复水率、能耗和干燥时间进行综合评价显示,热风相对湿度50%保持30 min干燥条件下绿红值最高为41.4,能耗相比于恒定相对湿度20%条件下减少了6.0%,复水比较高为3.81,综合评分较高为0.91。该文揭示了干燥介质相对湿度对胡萝卜片干燥特性的影响规律,对于优化干燥介质湿度控制策略以提高干燥速率和品质,降低干燥能耗提供了科学依据和技术支持。     

相对湿度对胡萝卜热风干燥过程中热质传递特性的影响

为了揭示胡萝卜热风干燥过程中阶段降湿的促干机制,该研究在干燥温度60℃、风速3.0 m/s条件下,研究了相对湿度(20%、30%、40%、50%)及第一阶段相对湿度50%保持不同时间(10、30、60、90 min),然后第二阶段相对湿度恒定为20%至干燥结束,干燥过程中对流传热系数、对流传质系数和物料表面微观孔隙结构的变化规律。研究结果表明:20%、30%、40%和50%相对湿度下,干燥初始时刻对流传热系数分别为42.9、64.7、135.1和178.9W/(m2·℃),提高相对湿度能够显著提高预热阶段的对流传热系数(P0.05),相对湿度越高,物料升温速率越快。物料吸收总热量、水分蒸发消耗热量占比均随着相对湿度的升高而逐渐降低;物料升温消耗热量占比随着相对湿度的升高而逐渐增大。相对湿度为20%时,对流传质系数为1.01×10-6～2.54×10-6m/s;相对湿度为50%时,对流传质系数为0.26×10-6～1.12×10-6 m/s;降低相对湿度,能够显著的提高对流传质系数。相对湿度50%保持30min后降为20%干燥条件下,当干燥时间大于1.5 h后,对流传质系数大于相对湿度50%分别保持10、60和90 min干燥条件下的对流传质系数,此条件下干燥时间也最短。相对湿度50%干燥条件下有利于保持胡萝卜表面的多孔结构,而相对湿度20%干燥条件下,胡萝卜表面因干燥速率过快而导致水分迁移孔道发生收缩堵塞的现象。阶段降湿提高胡萝卜干燥效率的机制在于:干燥升速阶段,高相对湿度提高了对流传热系数,使得物料迅速升至较高温度;且利于维持物料表面多孔结构,有助于内部水分的扩散迁移;干燥恒速和降速阶段,低相对湿度提高了对流传质系数。研究结果可为求解干燥过程中的对流传热系数和对流传质系数提供理论依据,揭示阶段降湿的促干机理,并为阶段降湿干燥方式在农产品的干燥加工应用提供技术支持。     

基于毕渥数的果蔬阶段降湿热风干燥特性

为了揭示阶段降湿热风干燥技术的适用性,该研究在干燥温度60℃、风速1.0 m/s 时,研究了不同厚度胡萝卜片（6、12、18 mm）和龙眼物料在阶段降湿（第1阶段相对湿度（Relative Humidity,RH）50%保持30 min;第2阶段RH 20%至结束）和连续排湿（RH<15%）干燥条件下的干燥特性,传热毕渥数（heat transfer Biot,Bih）和传质毕渥数（mass transfer Biot,Bim）、水分有效扩散系数（effective moisture diffusion coefficient, Deff）、色泽、复水比及能耗值。研究表明：对于厚度为6 mm的胡萝卜片和龙眼物料,相对于阶段降湿,连续排湿有助于提高干燥效率;对于12或18 mm的胡萝卜片,阶段降湿能够提高Deff。6、12和18 mm的胡萝卜片在干燥过程中的Bih分别为0.582 7、1.165 5和1.748 2。6 mm时Bih<1,内部扩散的水分能够及时迁移至表面,维持较低RH有助于加快干燥速率。12或18 mm时Bih>1,物料表面和内部存在着较大的水分和温度梯度,此时需要采用阶段降湿干燥方式。不同厚度胡萝卜片干燥过程中的Bim在0.156 8～0.223 0之间;连续排湿和阶段降湿干燥条件下,龙眼Bim分别为0.110 3和0.084 3。这表明,水分由果肉内部迁移至果肉表面的传质阻力较小,干燥过程中果肉收缩、坚硬的外壳及外界较高RH使得水分迁移产生较大阻力。不同厚度胡萝卜片Bim>0.1,表明物料内部至表面存在较大的水分梯度,应采用高RH以减小表面水分蒸发速率,同时升高物料温度。对于6 mm胡萝卜和龙眼物料,连续排湿干燥条件下色泽较好,复水比高且能耗低;而对于12 或18 mm的胡萝卜片,阶段降湿干燥条件下具有较好的色泽,较高的复水比及较低的能耗。综上,阶段降湿干燥过程中,Bih>1且Bim>0.1时,说明阶段降湿干燥适用于此物料的干燥,否则宜采用连续排湿干燥方式。该研究可为果蔬热风干燥过程中合适的RH调控方式筛选提供理论依据和技术支持。     

果蔬真空-蒸汽脉动漂烫机的设计与试验

针对现有漂烫机漂烫时蒸汽和物料之间存在空气间层热阻,蒸汽不能迅速向物料传递热量而导致的漂烫不均匀、装载量小等问题,设计了一种真空-蒸汽脉动漂烫机。该漂烫机由抽真空系统、蒸汽系统、漂烫罐体以及自动控制系统构成,抽真空系统可以及时去除漂烫罐体内冷空气和漂烫之后的蒸汽。采用计算流体力学软件Fluent对漂烫罐体内气流流场进行模拟,结果显示增加扰流板和扰流孔后内部流场均匀,计算值和模拟值最大相对误差为5.2%。以漂烫百合为例进行了漂烫机的性能验证试验,结果表明:真空-蒸汽脉动漂烫均匀性良好,百合片在60℃热风干燥时间一致为11h,干后色泽无显著性差异。干燥时间随漂烫时间和循环次数的增加而先减小后增大,随真空度的增加而增大。当真空度为10kPa,真空时间为5s,漂烫时间为30s时,循环3次百合漂烫后的干燥时间最短,色泽变化较小。该研究解决了现有蒸汽漂烫机存在的漂烫不均匀、装载量小等问题,为其后续推广应用提供了参考。     

基于Weibull函数不同干燥方式下的茯苓干燥特性

为缩短干燥时间,克服茯苓块干燥后表面龟裂、易于破碎的缺陷,改善干燥品质;将自然晾晒、普通热风干燥、气体射流冲击干燥、真空脉动干燥4种技术应用于茯苓块的干燥,研究了茯苓的干燥特性;利用Weibull函数对其干燥曲线进行拟合并分析干燥过程,结合尺度参数、形状参数计算茯苓块的水分有效扩散系数、干燥活化能,并与Fick第二定律进行比较;测定了不同干燥条件下的破碎率、浸出物质量分数;并基于能耗、尺度参数、破碎率、浸出物质量分数对3种人工干燥方式进行了综合评价。结果表明:1)茯苓块在4种干燥方式下均表现为降速干燥,但普通热风干燥、真空脉动干燥前期存在升速段;2)Weibull函数能够准确拟合不同干燥方式下的干燥曲线;尺度参数随着温度、风速的增加而减小;形状参数与干燥方式有关,普通热风、真空干燥的形状参数值均大于1,气体射流干燥的形状参数值均小于1;3)基于Weibull函数计算水分有效扩散系数、干燥活化能,可克服Fick第二定律只适用于降速干燥的缺陷;估算的水分扩散系数范围为3.90×10-9~20.40×10-9 m2/s;干燥活化能为29.45~40.09kJ/mol,且不同干燥方式间的活化能存在差异;4)不同干燥方式下茯苓块破碎率存在显著性差异(p0.05);真空脉动与自然晾晒的破碎率均低于5.00%;试验参数范围内,气体射流的温度、风速与破碎率无相关关系,破碎率均值为62.68%;普通热风干燥方式下,破碎率随温度的升高而增大;5)真空脉动干燥方式下浸出物质量分数最高,为4.54%~4.75%;综合评价结果表明茯苓块的干燥宜采用真空脉动干燥技术。该研究探索了不同干燥技术下茯苓块的干燥特性和品质,为选择合适的干燥工艺提供了理论依据。     

三种干燥技术对红枣脆片干燥特性和品质的影响

为了解决传统油炸红枣脆片含油率高、维生素C损失严重及褐变等问题,探索红枣脆片新的加工方法,该文以新鲜脆熟期红枣为原料,利用气体射流冲击、中短波红外、真空脉动3种干燥技术进行非油炸红枣脆片的生产加工,对比了3种干燥方式对红枣脆片的干燥特性、色泽、维生素C保留率、复水性能、质地以及微观结构的影响。结果表明：1）红枣脆片在3种干燥方式下均表现为降速干燥,其中气体射流冲击干燥时间最短,为105 min,气体射流冲击、中短波红外、真空脉动干燥方式的水分有效扩散系数分别为1.55×10-9、1.03×10-9、0.89×10-9 m2/s;2）干燥方式对枣片色泽具有显著性影响（P<0.05）,真空脉动干燥所得枣片与新鲜枣片色泽最为接近;3）气体射流冲击、中短波红外、真空脉动干燥方式干燥后红枣脆片的维生素C保留率分别为51.5%、49.0%、66.6%,真空脉动干燥所得枣片维生素C含量保存率明显高于其他两种干燥方式（P<0.05）;4）气体射流冲击、中短波红外、真空脉动干燥方式加工的红枣脆片脆度分别为8.64、8.77、11.38 N,真空脉动干燥方式所得枣片最为酥脆;5）扫描电镜观测表明3种干燥方式均能得到疏松多孔的组织结构,真空脉动干燥所得枣片比气体射流和中短波红外干燥所得枣片组织结构更为疏松。从干燥时间来看气体射流冲击干燥耗时最短,但3种干燥方式所得红枣脆片色泽、维生素C保留率、复水性能和质地均以真空脉动干燥最优。该研究为低含油率和高品质红枣脆片的加工工艺选择提供了一定的理论依据。     

浅谈综采工作面回采巷道围岩控制技术

2000年以后,随着煤矿综采工作面开采深度的不断增加,回采巷道的支护越来越困难,对煤矿的各项工作带来了诸多的制约,研究回采巷道围岩控制技术势必对实现煤炭生产的安全、高产、高效,能够产生巨大的促进作用。     

中短波红外联合气体射流干燥提高茯苓品质

为探索茯苓的干燥特性,改善茯苓干燥品质,该文将中短波红外联合气体射流干燥技术应用于茯苓块的干燥。利用Dincer模型拟合茯苓块干燥曲线,结合滞后因子、干燥系数分析干燥过程,并估算其水分有效扩散系数。给出Dincer模型的具体应用方法,求出并分析不同干燥条件下的毕渥数、水分有效扩散系数、传质系数。测定干燥后茯苓块的破碎率,及茯苓块浸出物的质量分数。对比分析Fick第二定律、Weibull函数、Dincer模型的优缺点。结果表明:1)与气体射流干燥相比,中短波红外联合气体射流干燥可缩短干燥时间,降低破碎率约18%,提高浸出物质量分数约1%;联合干燥过程亦为降速干燥;试验参数范围内,提高温度、风速均可提高干燥速率;2)滞后因子范围为1.0136~1.0202,且温度、风速越高,干燥速度越快,干燥系数越大;3)联合干燥技术的的毕渥数为0.0826~0.0982,小于0.1,表明干燥过程与边界的对流换热热阻有关。传质系数的范围为1.0319×10-6~1.8003×10-6 m/s。4)基于Fick第二定律、Weibull分布函数、Dincer模型计算的水分有效扩散系数变化趋势一致,均随温度、风速的升高而增加。Fick第二定律不要求干燥曲线呈"指数"形式,但仅适用于降速干燥。Weibull分布函数不考虑边界的对流换热热阻。Weibull分布函数、Dincer模型均可应用于非降速干燥,但二者的缺陷是干燥曲线需呈"指数式"拟合。综上所述,中短波红外联合气体射流干燥技术可提高茯苓品质,借助于Weibull函数、Dincer模型可从不同角度更全面地解读干燥过程。研究结果可为Dincer模型在茯苓生产加工过程中联合干燥技术的应用提供参考。     

基于碳纤维红外板加热的干燥装备设计与试验

为探索基于碳纤维红外板加热的真空脉动干燥特性,该文将碳纤维红外干燥技术和真空脉动干燥技术相结合,设计了基于碳纤维红外板的真空脉动干燥装备。该装备由干燥室、真空系统、单层干燥单元、控制系统组成。为便于分析,将实际真空脉动过程划分为4个阶段：抽真空阶段、真空保持阶段、破空阶段、常压保持阶段。设计了基于MODBUS协议的控制系统,以触摸屏为主机,单片机为从机,组成控制器网络。基于干燥室内真空度的监测,采用时序控制,实现干燥室内“真空—常压”的连续转换。基于对碳纤维红外板温度的监测,结合物料内部温度的反馈,实现对干燥温度的有效调控。并以20 mm×20 mm×5 mm的苹果块为试验原料进行试验验证。结果表明：1）该干燥装备设计方案和控制方案可靠,可实现“真空—常压”的连续脉动,并有效干燥物料;2）碳纤维红外板功率1.1 kW/m2,发热面距离料盘上表面3 cm情况下,干燥效果较佳;3）当碳纤维红外板表面温度为65℃时,在真空保持阶段,苹果块内部温度约为31℃,常压阶段,会迅速上升到约37℃。干燥后期,碳纤维红外板表面温度有波动下降趋势,适当降低其温度有助于干燥进行。相比红外热风干燥,苹果块干燥时间缩短30%;4）两种干燥方式下干燥的苹果块色泽存在明显差异,真空脉动红外干燥较优。该文研究的干燥装备和研究结果可应用于苹果块等果蔬物料的干燥,并可为红外干燥技术、真空脉动干燥技术的联合应用提供理论依据。     

茯苓采后不同加工工艺模式评价

为改良优化茯苓加工工艺,改善茯苓加工品质,该文首先将茯苓采后加工流程划分为“预处理”、“剥皮”、“切制”、“干燥”4个环节。结合实地调研情况,并在进行预处理环节、干燥环节技术创新优化的基础上,将茯苓采后加工工艺模式总结为3种：散户加工工艺模式、企业加工工艺模式、改良加工工艺模式。以实地大生产环境为基础开展试验研究,采集计算了3种采后加工工艺模式的人工费、原料费、能源费、工具设备费、利润、收益率等经济性指标数据;采集计算了预处理效率、剥皮效率、切制效率、干燥效率等加工效率指标数据;对成品外观进行了评价,测定了成品率、茯苓多糖质量分数,形成了品质指标数据;并基于经济指标、效率指标、品质指标对3种采后加工工艺模式进行了综合评价。结果表明：1）改良加工能够有效的优化成本投入结构,均衡成本投入比例,稳定成本投入;3种采后加工工艺模式的利润、收益率分别为改良加工1.91元/kg、18.73%,散户加工1.40元/kg、14.23%,企业加工1.17元/kg、12.43%,均表现为改良加工＞散户加工＞企业加工,改良加工具有更好的运营价值。2）改良加工工艺模式的干燥效率是企业热风干燥的2.95倍,是散户自然晾晒干燥的20.79倍,改良加工能够在保证品质的前提下有效减少干燥时间,保证茯苓加工的及时进行,避免天气变化带来的霉变等不良影响。3）3种采后加工工艺模式成品外观的评分分别为散户加工91、企业加工75、改良加工87,散户加工工艺模式与改良加工工艺模式成品茯苓丁品相佳。4）茯苓采后加工工艺模式成品率、茯苓多糖质量分数的试验测定均值分别为散户加工40.28%、34.69 mg/g,企业加工39.23%、27.09 mg/g,改良加工44.05%、34.79 mg/g,均表现为：改良加工＞散户加工＞企业加工;“发汗”预处理与真空脉动干燥技术的结合应用能够有效的保证茯苓品质。综合评价结果表明,茯苓的采后加工宜采用改良加工工艺模式。研究结果可为茯苓采后生产加工提供参考。