气体射流冲击干燥含水率在线监控系统设计

针对气体射流冲击干燥过程中自动称量受风速、设备运行振动、干燥温度等因素影响的问题,设计了新型干燥设备监控系统,实现了干燥过程中物料质量及含水率的自动获取、即时查看及数据显示和存储。系统通过"停机-稳定-称量-启动"自动称量流程及分温度段分载荷区间线性化校准等方案,有效保证了自动称量精度,通过将从机控制器的运行状态纳入到系统运行逻辑判断中,保证了系统长期运行的可靠性和安全性。系统称量量程0~2 000 g,最小分度值1 g。试验表明:自动称量系统相对误差小于0.7%,含水率(湿基)分析误差在±0.9%范围内,满足了干燥过程中在线物料质量及含水率监测需要。该系统为多种物料的干燥进程判断及产品质量保证提供了自动化监控平台。     

气体射流冲击干燥对脱盐海参理化特性和微观结构的影响

为改善脱盐海参干燥时间长、干制品品质差的问题,该研究将气体射流冲击干燥（air impingement drying, AID）技术应用于脱盐海参干燥,研究了干燥温度（50、60和70 ℃）和气流速度（4、6和8 m/s）对脱盐海参干燥速率及干制品水分分布及状态、微观结构、硬度和皂苷含量的影响,并与热风干燥（hot air drying, HAD）进行对比。结果表明,随着干燥温度的增加,脱盐海参的干燥速率增加。AID不同干燥温度下脱盐海参的干燥时间比HAD 60 ℃的海参干燥时间缩短了6.67%～33.33%。温度为60 ℃时,风速对脱盐海参的干燥时间影响不显著（P>0.05）。微观结构分析表明,温度升高有利于增加物料表面的多孔结构,相同条件下AID海参样品的表面比HAD海参具有更多更大的多孔结构,使得AID海参干燥速率快于HAD。但随着风速的增加,脱盐海参表面因发生结壳现象阻止了形变,使得干海参孔洞结构变小,干燥速率降低。与HAD相比,AID海参的不易流动水弛豫时间向短弛豫时间移动更快,且峰幅度显著降低;干燥相同时间时（6 h）,AID海参的质子密度信号比HAD减少更多,表明AID海参的水分迁移速率快于HAD的海参。随着AID温度和风速的升高,干海参的硬度呈先增加后减小的趋势。AID海参皂苷含量随着温度的升高而升高。AID海参的多孔结构不仅加速了水分迁移,而且利于营养成分渗出,提高了营养成分含量,相同条件下,AID海参的皂苷含量比HAD的海参增加了50.00%。综合考虑干燥效率和品质,温度为70 ℃,风速为6 m/s为脱盐海参AID的较好条件。研究结果有助于阐明AID提高脱盐海参干燥速率和营养成分保留率的机理,为生产高品质干海参提供理论依据和技术参考。     

恒温及变温气体射流冲击干燥对猕猴桃片干燥特性及品质的影响

为了提高猕猴桃片的干燥品质,缩短干燥时间及降低能耗,本试验以猕猴桃为原料,采用气体射流冲击干燥技术对猕猴桃片进行干燥,研究恒温和变温对猕猴桃片干燥特性及品质指标的影响。结果表明,猕猴桃片恒温及变温气体射流冲击干燥均属于降速干燥;风温对猕猴桃片的气体射流冲击干燥特性有影响;变温干燥条件下含糖量与恒温40℃时无显著差异,可滴定酸含量与恒温70℃时无显著差异;70→40℃变温干燥的猕猴桃片回复性和维生素(Vc)保存率最高,色差(ΔE)值介于50℃恒温干燥和70℃恒温干燥组之间;70→40℃变温干燥方式的单位能耗显著低于40→70℃变温干燥组。70→40℃变温干燥方式加工的猕猴桃片综合品质最佳,本研究为变温气体射流冲击干燥技术应用于猕猴桃片的干燥提供了技术支持。     

杏子的气体射流冲击干燥特性

为了提高杏子干制的品质、缩短干制时间,该文将气体射流冲击干燥技术应用于杏子干燥,研究了杏子在不同干燥温度（50、55、60和65℃）和风速（3、6、9和12 m/s）下的干燥曲线、水分有效扩散系数以及干燥活化能。试验结果表明：干燥温度和风速对杏子的干燥速率均有显著影响,但干燥温度对其的影响比风速更为突出;杏子的整个干燥过程属于降速干燥,通过费克第二定律求出了干燥过程中杏子的有效水分扩散系数,其值在8.346～13.846×10-10 m2/s的范围内随着干燥温度和风速的升高而增大;通过阿伦尼乌斯公式计算出了杏子干燥活化能为30.62 kJ/mol,表明利用气体射流冲击干燥技术从杏子中除去1 kg水需要消耗大约1 701 kJ的能量。该研究为气体射流冲击干燥技术应用于杏子的干燥提供了技术依据。     

基于低场核磁共振的热风干燥过程花生仁含水率预测模型

为研究热风干燥过程中花生仁内部水分的变化规律,该文采用热空气对开农71、开农8834-9、天府3号3个品种的湿花生进行干燥,监测干燥过程中花生果、花生仁与花生壳含水率的变化;并利用低场核磁共振技术(LF-NMR)研究干燥过程中花生仁内部自由水、弱结合水和结合水的变化情况;建立花生仁水分弛豫峰占比与其含水率之间的数学关系,提出了一种花生含水率的快速检测方法。结果表明,由于花生仁和花生壳化学组成不同,仁和壳干燥曲线呈现不同的变化趋势。LF-NMR弛豫图谱显示干燥过程中,自由水弛豫峰逐渐消失,结合水和弱结合水弛豫峰面积无明显变化规律,油脂峰峰面积基本不变,说明花生仁在干燥过程中油脂的含量无明显变化。建立的花生仁国标法实测含水率y与核磁共振弛豫谱图得到的总水分峰占比(T21+T22+T23)的拟合方程R2为0.888 4。经验证,该方程能较好地对未知含水率的花生仁样品进行预测。因此,低场核磁共振技术可以用于花生仁含水率的快速检测。     

干谷物作为干燥介质的谷物吸收干燥过程平衡含水率模型

在Ｍｏｄｉｆｉｅｄ－Ｈｅｎｅｒｄｓｏｎ平衡含水率模型基础上，根据谷物吸湿过程滞后于解吸过程这一规律，提出了以干谷粒作为干燥介质的谷物吸收干燥过程的平衡含水率模型，并分析了湿、干谷物的纯干物质质量比、初始含水率和谷物温度对平衡含水率的影响。结果表明，该模型预测值与实验测定值吻合。     

基于分层信息融合的木材干燥过程含水率在线检测

木材干燥过程是一个复杂的强耦合、非线性的动力系统,木材干燥的关键是木材含水率参数的检测。研究中依据多传感器信息融合技术,构建符合木材干燥过程的木材含水率在线检测分层融合体系。数据层融合实现干燥窑内各种参数传感器的小波滤波与在线估计,特征层融合实现环境参数（温度、湿度）与木材含水率之间LSSVM模型的建立,在此模型基础上实现木材含水率的预测输出。仿真试验研究表明,基于分层信息融合技术可有效实现木材含水率在线检测预测,通过在线检测融合平台可以实现根据不同树种,不同干燥工艺直观地将预测结果显示出来,为木材干燥自动控制系统的控制决策提供依据,具有良好的工业实际应用价值和前景。     

红外联合气体射流冲击方法缩短哈密瓜片的干燥时间

为了缩短哈密瓜片干制时间,应用中短波红外联合气体射流冲击方法干燥哈密瓜片,研究了干燥温度(50、55、60、65、70、75和80℃)、辐射距离(80、120和160 mm)和切片厚度(3、5、7、9和11 mm)对哈密瓜片干燥动力学、水分有效扩散系数、干燥活化能的影响。试验结果表明:与其他干燥技术相比,中短波红外联合气体射流冲击干燥哈密瓜片的干燥时间大幅缩短,约为2~3.5 h;哈密瓜片整个干燥过程属于降速干燥,通过费克第二定律求出了干燥过程中水分有效扩散系数在10.65×10-10~33.76×10-10m2/s和8.06×10-10~39.97×10-10m2/s的范围内分别随着干燥温度和切片厚度的增大而增大;通过阿尼乌斯公式计算出了干燥活化能为7.788 kJ/mol,表明中短波红外联合气体射流冲击干燥哈密瓜片时,启动干燥所需能量较低,水分脱除较为容易;哈密瓜片表面温度的动力曲线表明,中短波红外联合气体射流冲击干燥中能量直接与水分耦合,使物料在中前期干燥过程中温度迅速上升,加速了干燥进程。该研究为哈密瓜片中短波红外联合气体射流冲击干燥技术的应用提供了理论依据和技术支持。     

预处理对线辣椒气体射流冲击干燥特性和色泽的影响

该文利用气体射流冲击干燥技术干燥线辣椒,主要探讨不同的预处理方式对线辣椒干燥特性和色泽的影响。研究结果表明:预处理对线辣椒的干燥特性和色泽有重要的影响。采用扎洞预处理可以缩短干燥时间,提高干燥速率,能够减少红色素的损失,并能减少褐变;90℃热水烫漂3 min预处理能起到护色的作用;但热风温度较高时,会延长干燥时间;110℃过热蒸汽烫漂3 min预处理能起到防止褐变的作用。经过预处理后的线辣椒在气体射流冲击干燥过程中始终处于降速干燥阶段。     

基于Shannon-Wiener指数的干燥过程中物料含水率均匀性计算及验证

为了改善带式干燥机内流场结构,提高干燥机内水分均匀度,在计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)理论的基础上,利用FLUENT软件包模拟并探讨堆积厚度、热风流速、热风温度和热风含水率对干燥后物料含水率的影响,并辅以试验验证。在Shannon-wiener指数的基础上计算干燥机内含水率均匀度,并与传统水分均匀性(Mu)计算方法和CFD计算的平均值作比较。利用FLUENT软件包数值模拟并试验验证了2种导流板(普通导流板和翼型导流板)的干燥效果。结果表明:试验测得各测孔的风速与数值模拟的结果吻合。4类因素中堆积厚度对含水率均匀度影响最大,厚度为80 mm的槟榔层的含水率比厚度为40、60 mm的更均匀。含水率均匀度曲线的趋势相似,但含水率均匀度与CFD计算结果更接近。水分均匀性指数曲线显示堆积厚度为80 mm的试验水分均匀性远高于其他试验,当物料厚度为80 mm时,进口热风温度70℃,热风流速1.5 m/s,进口热风含水率0.24的试验条件更有利于水分均匀地分布。翼型导流板使得槟榔含水率从0.285降到0.215,水分均匀性指数提高至0.926,干燥效率提升。     

高水分稻谷干燥工艺试验研究

针对中国南方地区稻谷收获季节需及时干燥高水分稻谷的市场要求,采用试验方法,在分批循环式稻谷干燥机上试验了低恒温干燥、变温干燥和变温干燥过程中增加缓苏时间的三种干燥工艺。依据试验结果,分析稻谷含水率、干燥介质温度、稻谷温度、缓苏烘干时间比等参数之间的联系与相互作用。试验表明：稻谷含水率高于21%时,降水速率可大于每小时1%,可采用60～70℃的介质。当稻谷含水率小于18%时,介质温度应小于60℃,降水速率小于每小时1%。当高水分稻谷进行了3～4次烘干缓苏后,利用中间缓苏仓增加缓苏时间,使稻谷内部与表层的温度、水分趋于平衡,有利于改善烘后品质和后续工艺的干燥降水。该结论对高水分稻谷干燥工艺设计和设备研制具有实用参考价值。     

基于PSO-Elman算法的茶叶烘干含水率预测

为研究茶叶热风烘干过程中内部水分的变化规律,该试验以绿茶为例,通过对揉捻后的茶叶进行动态热风烘干,监测不同喂入量（800～1 200 g）、烘干温度（90～120 ℃）、滚筒转速（20～30 r/min）下的茶叶含水率变化。试验采用烘干法测定含水率,将烘干温度、滚筒转速、烘干初始水分、预测时间作为输入,含水率作为输出,分别利用多元线性回归、BP（Back Propagation）神经网络、Elman神经网络以及粒子群优化的Elman神经网络（PSO-Elman）算法建立烘干过程茶叶含水率预测模型。结果表明,温度对烘干过程影响最大,喂入量以茶叶铺满滚筒壁形成完美抛撒料幕为宜,过多容易造成受热不均,整个烘干过程茶叶含水率降低速率呈现先快后慢的趋势,烘干结束时含水率基本稳定在4%～5%。分别对建立的多元线性回归、BP、Elman以及PSO-Elman含水率预测模型进行验证和误差分析,模型决定系数R2分别为0.960 9、0.998 0、0.998 5和0.999 4,且BP和Elman,PSO-Elman模型的平均绝对误差仅为3.5295%、2.6262%和1.4982,而传统线性回归模型的平均绝对误差高达2.4143%,相比传统线性回归模型,3种神经网络算法均表现出了更好的预测效果,能更好的预测茶叶烘干过程的含水率变化。研究结果可为茶叶热风烘干工艺和过程提供理论依据,为指导茶叶加工生产,提高加工效率和茶叶品质提供参考依据。     

谷物干燥实时在线智能水分测量系统

采用电阻法在线测量谷物干燥过程中的实时水分,针对测量信号质量差采用测频电路进行测量信号的阻-频转换,对于谷物水分强温度依赖性和测量本构非线性,应用基于单片机的智能数据融合方法和智能非线性处理算法,所构建的水分测量系统克服了传统电阻法水分测量误差大、信号抗干扰能力和传输性差、测量数据的温度影响大以及硬件非线性电路处理能力差等方面缺陷,具有测量精度高、测量适应性强、信号质量好、测量装置结构简单等优点。     

基于DSP和单片机的谷物含水率准动态检测技术研究

为进一步提高谷物含水率检测的速度和精确度,以满足收获机械在线检测的需要,提出了一种新的基于DSP和MPU的以大豆为代表的谷物含水率快速检测技术,并依此为依据设计了相应的系统装置。试验结果表明,该装置测量的含水率误差小于1％,每分钟测量速度大于15次。该装置还预留了较大存储空间,可方便地应用到其它谷物水分的在线检测。无论从测量精度、速度还是装置的温度稳定性指标均优于现有装置。该方法的提出为在线谷物含水率快速、高精度测量提供了新的解决方案。     

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.     

粮食热风干燥含水率在线模型解析

为了揭示粮食在深床动态干燥过程中的含水率变化规律,指导干燥工艺设计,实现干燥过程实时跟踪与调控,提高干燥品质,降低能耗。基于薄层干燥水分扩散模型、深层干燥质量守恒原理、态函数和不可逆热力学分析方法,建立并求解了粮食深床干燥基础方程,获得了顺流、逆流、横流和静置层干燥方式下粮食含水率和干燥速率分布解析式,解析出了粮食在顺流层内经历持续降速干燥的过程,逆流层内存在干燥速率的极值点,在通风温度、湿度、送风量相同的干燥条件下,逆流干燥速率明显高于顺流,表明了逆流干燥能量利用效果优于顺流;粮食在横流和静置层内的干燥特性相同,进风侧和出风侧的干燥速率相差很大,在层厚度0.5 m、粮食含水率20%以上时,出风侧的干燥速率几乎为0,干燥的均匀性较差。在5HP-3.5型循环式缓苏干燥机上的试验结果显示,深层干燥解析值与实测值间的最大偏差为0.69%,极差范围为-0.27%~0.69%,从粮食干燥的惯性特征推断,产生偏差的原因主要是仪器检测误差。解析方法对实现粮食深床干燥过程动态跟踪和调控,指导干燥设计,降低干燥能耗、提高干燥效率和干燥机产能等具有重要意义。     

热泵间歇干燥白菜种子内部含水率变化规律

为了研究热泵干燥条件下种子内部传质机理,以热泵干燥的白菜种子为研究对象,建立了其非均质动态传质模型,并利用该模型分析热泵恒温连续干燥与间歇干燥条件下种子内部含水率变化规律。研究表明,所建模型能较好的模拟种子含水率的动态变化,模拟值与试验值相关系数为0.9974,相对偏差在±10%以内,模拟精度满足要求;间歇干燥时种子内部含水率更均匀,更有利于种子品质的保证;间歇干燥过程比例系数取1/3、间歇运行周期中运行时间取400s时热泵机组节能近50%。该研究可为热泵干燥技术的应用推广提供参考。     

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。     

基于自适应逆控制的干燥窑温度控制方法研究

针对传统产品干燥温度控制过程中所使用的非自适应反馈控制器参数不易调整的不足,提出了基于反馈误差学习(Feedback-Error-Learning, FEL)的自适应逆控制方法,并将其应用于JBGZ-2.0型干燥试验窑的温度控制。该方法使用一个传统的反馈控制器和一个可自适应调整的神经网络控制器共同作用,其中神经网络的自适应参考信号采用反馈误差,使算法简单并易于实现。由于采用了PID控制器,神经网络的学习无需事先训练即可使系统保证稳定。试验证明：与只用PID控制器方法相比,该方法不但能保证系统稳定性要求,又能满足控制系统的自适应性和未确定性要求,具有更好的动态响应特性,系统响应快,超调小,稳态精度高,在系统参数变化时温度控制稳态误差由只用PID时的3℃提高到0.5℃。