污泥过热蒸汽薄层干燥特性及干燥模型构建

为了解污泥常压过热蒸汽薄层干燥特性,搭建了常压过热蒸汽干燥试验台,进行了2、4、6和10 mm厚度污泥在不同过热蒸汽温度160~280℃下薄层干燥试验,并分段对试验数据进行拟合分析,得到了模型参数与过热蒸汽温度、污泥厚度之间的关系。结果表明:污泥在较高温度过热蒸汽干燥后没有氧化燃烧,且裂纹密集,表面粗糙,利于干燥的进行。污泥薄层在干燥初始阶段存在凝结过程,过热蒸汽凝结在物料表面使其质量不降反而增加,导致干燥时间延长,凝结水质量和干燥时间的增幅受过热蒸汽温度的影响较大,过热蒸汽温度越高,增幅越小,而污泥的厚度对污泥质量和干燥时间的增幅影响较小。根据斐克第二定律,得到2、4、6和10 mm厚度污泥在160~280℃过热蒸汽干燥水分有效扩散系数分别为2.0641×10-9~8.8527×10-9、4.3738×10-9~1.6626×10-8、6.6082×10-9~2.46×10-8和1.1916×10-8~4.0806×10-8 m2/s,由Arrhenius方程建立有效扩散系数的对数与温度倒数的线性关系,得到水分的活化能分别为26.250、22.032、21.894和20.961 kJ/mol。试验结果可为污泥过热蒸汽干燥工艺参数优化及干燥设备研制提供参考。     

污泥过热蒸汽干燥工艺优化

为了确定较优的污泥过热蒸汽干燥工艺参数,搭建了常压过热蒸汽干燥试验台,选取相对单位能耗和平均干燥强度为评价指标,采用三因素二次正交旋转组合试验设计,建立了污泥过热蒸汽干燥工艺参数评价指标与过热蒸汽温度、污泥质量和过热蒸汽流量之间的数学模型。通过试验数据分析表明:建立的相对单位能耗和平均干燥强度回归方程决定系数R2分别为0.842和0.797;3个因子对2个评价指标影响大小的顺序均为:污泥质量蒸汽流量蒸汽温度;污泥过热蒸汽干燥相对单位能耗最优工艺条件为:蒸汽温度为215℃,污泥质量为26 g(厚度约为8 mm),蒸汽流量为30 m3/h,在此条件下相对单位能耗预测值为281.313 k J/g,验证试验得到实际相对单位能耗为280 k J/g,相对误差为0.467%。该试验结果可为污泥过热蒸汽干燥工艺参数优化及干燥设备研制提供参考。     

油菜籽过热蒸汽流化床常压干燥过程的数学模拟

为提高过热蒸汽流化床干燥模型的模拟精度,该文基于过热蒸汽流化床干燥机理,结合“双流体”理论建立了描述过热蒸汽流化床干燥过程的非稳态轴对称二维数学模型。利用有限体积法求解模型,模拟研究了常压下油菜籽的过热蒸汽流化床干燥过程及其干燥动力学特性,模拟结果与试验数据相吻合。研究结果表明,该模型能够很好地描述常压下油菜籽的过热蒸汽流化床干燥过程和物料在干燥过程中的运动状态。     

低压过热蒸汽干燥青萝卜片的逆转点温度研究

低压过热蒸汽干燥与其他传统干燥方法相比,能够较好地保留果蔬类物料中的营养成分,但只有当干燥温度超过逆转点温度时,过热蒸汽干燥才具有干燥效率优势。为了研究果蔬类物料在低压过热蒸汽干燥过程中是否存在逆转点温度,本文以青萝卜为试验物料,分别基于第一降速干燥阶段与整个干燥阶段平均干燥速率,对其低压过热蒸汽干燥过程逆转点温度进行求解。研究结果表明:基于上述2种计算方式,青萝卜片在低压过热蒸汽干燥过程中都存在逆转点温度。在干燥压力为0.009 5 MPa时,基于整个干燥阶段与第一降速干燥阶段计算的逆转点温度分别为92.7℃和86.1℃,当干燥温度为100℃时(逆转点温度以上),低压过热蒸汽与真空干燥的青萝卜片中维生素C的保留率分别为35.13%和33.29%。低压过热蒸汽干燥在逆转点温度以上不仅干燥效率要高于真空干燥,而且青萝卜片中维生素C的保留率也高于真空干燥。     

用傅里叶数与优化法分析污泥过热蒸汽干燥有效扩散系数

为进一步研究污泥薄层在过热蒸汽干燥中湿分扩散机理与有效扩散系数,根据干燥法测定有效扩散系数计算时往往忽略物料湿含量变化对有效扩散系影响,该文采用傅里叶数法和优化法分别计算2、4、6和10 mm厚度污泥薄层,在120~280℃过热蒸汽温度下的有效扩散系数,分析有效扩散系数与过热蒸汽温度、薄层厚度之间的关系。计算分析结果表明:采用傅里叶数法和优化法得出的有效扩散系数数值基本一致,能更为精确反应污泥薄层过热蒸汽干燥有效扩散系数值及变化特性;傅里叶数法和优化法算得4 mm厚度污泥在120~280℃过热蒸汽干燥有效扩散系数分别为2.52×10-10~2.93×10-9 m2/s与2.75×10-10~3.32×10-9 m2/s;2、4、6和10 mm厚度污泥在160℃过热蒸汽干燥时2种方法计算的有效扩散系数分别为3.84×10-10~2.28×10-9 m2/s与4.40×10-10~2.72×10-9 m2/s;有效扩散系数随着过热蒸汽温度、薄层厚度增大而逐渐增大,并成线性关系。通过多元线性回归得到2种方法计算的有效扩散系数与干燥温度、薄层厚度简化的表达式,决定系数分别为0.9982、0.9956。计算结果可为污泥薄层过热蒸汽干燥湿分扩散过程与有效扩散系数的变化分析提供参考。     

污泥低温干燥动力学特性及干燥参数优化

为了研究污泥的低温干燥动力学特性,以薄层污泥为研究对象进行了低温干燥试验,探讨了温度、薄层厚度以及风速对污泥水分比和干燥速率的影响,并对低温干燥参数进行了优化.结果表明:污泥低温干燥过程主要由升速和降速段组成,其中降速阶段存在第一、第二降速阶段;不同低温干燥条件下的第二临界含水率变化不大,大致在0.5g/g(干基)附近.使用决定系数R2、卡方χ2及均方根误差RMSE对6种常用干燥模型进行评价,结果表明Midilli模型的平均R2最大、平均χ2及RMSE最小,分别为0.9998、2.46×10-5、0.0042,是描述污泥低温热风干燥的最优模型.根据Fick第二定律和Arrhenius方程,得到5、10和15mm厚度污泥在50~90℃热风干燥的水分有效扩散系数和活化能.正交试验得到相对单位能耗最优干燥工艺为:温度90℃、风速0.8m/s、厚度10mm,平均干燥强度最优工艺为干燥温度90℃、风速0.8m/s、厚度5mm.试验结果可为后续研究污泥热泵干燥及太阳能-热泵联合干燥提供参考.     

基于图像处理的过热蒸汽与热风干燥污泥收缩特性分析

为了解污泥过热蒸汽与热风干燥过程收缩特性,搭建了常压过热蒸汽和热风干燥试验台,选用直径为50 mm厚度为10 mm的污泥样品在160和200℃下进行试验。利用图像处理技术分析干燥过程污泥收缩现象及特性,采用叠加技术,建立了基于无限大平板和无限长圆柱体叠加而成的有限圆平板在考虑收缩情况下的Fick第二定律湿分扩散模型,并结合经验模型推导出计算有效扩散系数的表达式。结果表明：污泥在干燥过程中存在明显的收缩现象,前段干燥收缩幅度大,后段干燥收缩幅度小,收缩变化规律与水分变化规律一致。160、200℃污泥过热蒸汽与热风干燥终了时刻体积比约为0.3,体积收缩系数为0.7。过热蒸汽干燥和热风干燥对污泥的收缩影响一致。160、200℃污泥过热蒸汽与热风干燥有效扩散系数的变化与水分比的变化相对应。在考虑污泥收缩的条件下,160、200℃污泥过热蒸汽干燥平均有效扩散系数分别为1.92×10-8和3.75×10-8 m2/s,热风干燥平均有效扩散系数分别为0.94×10-8和1.31×10-8 m2/s,约为不考虑收缩条件下平均有效扩散系数值的1/2。试验结果为污泥干燥过程机理分析、工艺参数优化和干燥设备开发提供参考。     

杏鲍菇真空微波干燥特性及动力学模型

为了解杏鲍菇在真空微波干燥过程中水分含量的变化,进行了真空微波干燥试验,获得了不同真空度(-50、-70、-85kPa)、微波功率(250、750、1250W)及装载量(50、100和150g)对杏鲍菇真空微波干燥特性的影响。结果表明,杏鲍菇真空微波干燥过程符合Page方程(P<0.05),该模型可较准确地预测杏鲍菇在真空微波干燥过程中的含水率和失水速率。本研究为杏鲍菇真空微波干燥过程的优化和控制提供了理论依据。     

壳聚糖红外干燥特性及动力学模型研究

干燥是壳聚糖制备过程中必不可少的工序,会对能耗和产品理化性能产生重要的影响。为了寻找壳聚糖低耗高效干燥方法,该文在红外干燥条件下,对壳聚糖的干燥特性进行了研究。结果表明,温度因素对壳聚糖的干燥速率影响较大,随着温度的升高,干燥速率增大,而物料的粒度对干燥速率没有显著影响;紫外可见分光光度仪、黏度法和FTIR的研究结果表明,在120℃的干燥条件下,物料的脱乙酰度、分子量及分子结构没有显著变化;对试验数据进行了拟合,建立了薄层干燥动力学模型,结果显示其吻合性较好。     

基于电阻抗的苹果干燥过程含水率实时检测及动力学分析

为了找到一种经济便捷的苹果片干燥过程含水率实时检测方法,分析热风温度和风速对干燥过程的影响,该研究实时检测了不同风速和热风温度下苹果片的电阻抗和含水率并分析了其随时间变化的规律。结果表明,干燥过程中苹果片电阻抗随干燥时间的增加而增大,含水率随干燥时间而减小,两者线性负相关(R2≥9.3),因此可以通过电阻抗的变化实时检测苹果干燥过程。苹果片电阻抗和含水率随干燥时间的变化均符合薄层干燥Logarithmic模型;基于电阻抗和含水率分别拟合得出不同条件下的干燥速率,并利用阿伦尼乌斯公式求出苹果试样干燥过程活化能,当风速为0.5和1.0 m/s时,依据电阻抗计算所得活化能分别为32.447和23.212 k J/mol,含水率计算所得活化能为27.320和22.947 k J/mol,依据电阻抗计算所得活化能与前人研究活化能值更一致。研究结果可为苹果片干燥过程在线检测和分析提供参考。     

双孢菇微波冷冻干燥特性及干燥品质

为获得干燥时间短、产品质量高的蘑菇制品,采用微波冷冻干燥技术对双孢菇进行干燥处理,研究其在不同微波比功率(0.25,0.5,0.75 W/g)和系统压强(50,100,150 Pa)下的干燥曲线、有效水分扩散系数、复水比、收缩率、白度、维生素C保存率、能耗及基于模糊数学推理法下感官评定的变化规律;通过非线性拟合建立了适用于双孢菇微波冷冻干燥的数学模型;基于干燥能耗、干燥时间及部分品质指标对不同条件下双孢菇微波冷冻干燥过程进行加权综合评价。结果表明:微波比功率对干燥速率及干制品物理品质指标影响比对其他指标的影响更显著(P0.05);系统压强对干制品营养含量指标、干燥能耗以及感官评定的影响比对干燥特性的影响显著(P0.05);采用Henderson and Pabis模型能够准确(R20.9)描述干燥过程中水分变化规律;双孢菇有效水分扩散系数在10-10 m2/s数量级且受微波比功率影响更明显(P0.05);微波比功率和系统压强过高会造成双孢菇干制产品不被消费者接受;当微波比功率和系统压强分别为0.25 W/g和100 Pa时双孢菇微波冷冻干燥的综合评分值最高为0.67847,该条件较适合应用于双孢菇微波冷冻干燥中。研究探索了不同微波冷冻干燥条件下双孢菇干燥及品质特性的变化规律,为双孢菇微波冷冻干燥较优工艺参数组合的选择提供了理论依据。     

疏解棉秆的微波干燥动力学及能耗分析

为了研究疏解棉秆微波干燥过程中装载量对干燥时间、干燥速率、干燥效率以及单位能耗的影响,该试验采用微波频率为2 450 MHz,输出功率为1 k W的微波干燥设备,装载量范围在34~200 g的疏解棉秆进行干燥。结果显示:干燥过程经过一个短暂的升速后较长时间处于降速阶段;采用7种常见薄层干燥模型对干燥数据进行非线性拟合,通过比较决定系数、均方根误差、离差平方和,发现Midilli模型是表述疏解棉秆微波干燥的最优模型,干燥系数随着装载量的增加而减小;装载量从34 g增加到200 g时,干燥时间也随之从10 min增加到20 min;疏解棉秆的水分有效扩散系数随着装载量的增加而减小,其平均值介于1.8078×10-8~4.1997×10-8 m2/s,同时基于Arrhenius方程,求得平均活化能为4.82 W/g;装载量在34~200 g时,通过提高装载量能够提高微波干燥效率(7.52%~19.78%),同时降低微波干燥的单位能耗(12.49~35.90 MJ/kg)。研究结果为棉秆的干燥和工业化生产提供参考。     

蒸汽烫漂与热风干燥箱流场优化设计及仿真

农产品的烫漂与干燥是农产品加工的关键技术。农产品蒸汽烫漂与热风干燥箱是集烫漂与干燥一体的新型农产品绿色保质低碳智能干燥技术装备。农产品蒸汽烫漂与热风干燥箱内部流场均匀性直接影响着农产品烫漂与干燥效果。为提高其内部速度均匀性与温湿度均匀性,同时减少冷凝现象发生,采用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）方法建立蒸汽烫漂与热风干燥箱模型,对其送风方式和送风口数量进行研究。结果表明：侧送侧回的送风方式在速度场以及温湿度场的均匀性总体优于上送下回,能量利用系数提高约18%,箱内壁面冷凝面积小于上送下回。仿真研究表明,当送风口数量为4个时,箱内的温度场和相对湿度场均匀性更好,能量利用系数最高。试验表明,蒸汽烫漂与热风干燥箱的试验值和仿真值最大温度偏差为2.3℃,相对湿度误差不超过1.3%,误差在合理范围内,仿真结果可靠,研究结果可为农产品低碳智能干燥新技术的研究提供参考。     

青花椒真空脉动干燥特性及干燥品质工艺优化

为提升青花椒的干燥品质,减少其色泽褐变和风味物质流失等问题,该研究采用真空脉动干燥技术加工青花椒,并以热风干燥试验为对照组,研究了不同干燥温度、真空保持时间和常压保持时间对青花椒干燥特性及其品质的影响.在单因素试验基础上进行Box-Behnken中心组合试验设计,以青花椒的平均干燥速率、挥发油、酰胺含量、色差、开口率5...     

甲壳素红外干燥特性及动力学模型研究(简报)

为了寻找甲壳素低耗高效干燥方法,该文在红外干燥条件下.对甲壳素的干燥特性进行了研究.研究结果表明,温度因素对甲壳素的干燥速率影响较大,随着温度的升高,干燥速率增大,而物料的粒度对干燥速率没有显著影响.采用线性回归分析程序,分析比较了不同干燥模型,结果表明,Page模型能较好地描述甲壳素红外干燥过程,可以准确地预测各干燥阶段的干燥速率及含水率.