罗非鱼片的超临界CO2干燥动力学及模型

超临界CO2干燥是一种新型的干燥技术。为掌握罗非鱼片的超临界CO2干燥特性,该文研究了温度、压力和CO2流量对罗非鱼片的超临界CO2干燥动力学的影响规律,拟合了干燥曲线方程。结果表明:温度(35～55℃)对超临界CO2干燥过程有显著影响,而压力(15～35MPa)和CO2流量(15～35L/h)对干燥过程的影响相对较小;干燥方程符合Page模型。研究结果可为罗非鱼片的超临界CO2干制工业化生产和控制提供参考。     

工艺参数对苹果变温压差膨化干燥过程中水分扩散的影响

利用非稳态菲克第二定律计算苹果片变温压差膨化干燥过程中水分扩散系数,讨论膨化温度、抽空温度和切片厚度对苹果片干燥过程中水分扩散的影响.采用Page、Henderson&Pabis和Logarithmic3种数学模型对苹果膨化干燥过程中水分的扩散进行了模型拟合,由模型统计参数平均偏差(MBE)、相对平均标准差(RMSE)、卡方(X2)、模型拟合效率(EF)值及决定系数r2评价模型优劣.结果表明:Logarithmic模型能够很好地描述苹果片变温压差膨化干燥中水分扩散的过程(r2≥0.97).试验设定工艺参数下,有效水分扩散系数De.在98.034×10-12 ～274.165×10-12m2 ·s-1之间,并且有效水分扩散系数随膨化温度、抽空温度的升高而升高;随切片厚度的增加而降低.     

中国毛虾红外热风耦合干燥特性及动力学模型研究

为研究红外热风耦合干燥(IRHA)对中国毛虾干燥特性的影响,采用低场核磁共振波谱(NMR)及氢质子成像技术(MRI)分析毛虾IRHA干燥过程中干物质与水结合状态,分析不同干燥温度、不同辐射距离和不同物料载量下IRHA对中国毛虾的干燥特性。结果表明,干燥温度对毛虾的干燥速率影响最大,干燥过程直接表现为降速阶段。毛虾干燥动力学数学模型拟合表明,Two-term模型拟合度最高(R²>0.999 8),可以用来描述和预测毛虾IRHA干燥过程。通过菲克第二定律求得干燥过程的有效水分扩散系数(D_eff)范围为4.47×10^-10~1.295×10^-9 m²· s^-1。根据Arrhenius公式计算出毛虾IRHA干燥的活化能(E_a)为34.24 kJ· mol^-1。干燥过程中毛虾干物质与水结合越来越紧密,自由水和不易流动水逐渐消失,最终只存结合水,且结合水的量有所上升,有可能来自不易流动水的转化,这从微观上解释了干燥后期干燥速率下降的原因。本研究结果为IRHA在中国毛虾干燥方面的实际应用提供了一定的理论依据。     

过热蒸汽干燥凝结段的干燥动力学特性

为了深入了解过热蒸汽干燥过程的机理,进而优化干燥操作,开展了褐煤热空气干燥和过热蒸汽干燥对比试验,结果表明:在过热蒸汽干燥的初始阶段存在明显的蒸汽凝结现象,其干燥动力学特性与热空气干燥存在明显不同。通过对过热蒸汽干燥动力学过程的理论分析,研究了过热蒸汽凝结对干燥过程初始阶段的影响。在热空气干燥过程数学模型的基础上,结合过热蒸汽的凝结现象,对过热蒸汽干燥的数学模型进行了改进。经试验结果验证,改进的数学模型具有很好的拟合精度,决定系数大于0.97。研究为优化干燥设备设计和操作条件提供了依据。     

污泥干燥模型选择及Weibull分布模型求解与分析

为了研究污泥薄层干燥的动力学模型、明确薄层干燥模型选取原则、分析模型参数影响因素及在干燥中应用,该研究搭建了污泥干燥试验台,对不同干燥温度（50、75、100、125 ℃）、不同风速（0.5、1.0、1.5、2.0 m/s）与不同污泥厚度（5、10、15、20 mm）的污泥进行干燥试验,利用Weibull分布模型对其干燥动力学曲线进行模拟并分析,建立了风温、风速和污泥厚度与模型参数的定量关系。从原模型与改进模型、因变量与自变量转换、多参数模型及初始条件等4个角度分析,选择Lewis、Page、Two-term exponential和Weibull分布模型进行拟合分析,发现污泥的热风干燥过程服从 Weibull 分布模型（R2=0.994～0.997）,是典型的降速干燥过程,降速阶段存在第一、第二降速段,模型的尺度参数（α）和形状参数（β）均与热风温度、风速和污泥厚度有关;第二降速段扩散系数大于第一降速段扩散系数,第一降速段活化能变化范围为12.91～17.12kJ/mol,第二降速段活化能变化范围9.56～15.05 kJ/mol。研究结果可为污泥干燥工艺参数优化及干燥设备研制提供参考。     

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.     

苹果片中短波红外干燥过程中水分扩散特性

为了研究苹果片中短波干燥过程中水分扩散特性和玻璃化转变温度的变化规律,进而明确中短波红外干燥过程中的水分扩散特性,采用中短波红外干燥箱在50、70和90℃的条件下对苹果片进行中短波红外干燥处理试验,应用低场核磁共振(low-field nuclear resonance,LF-NMR)和差示量热扫描(differential scanning calorimetry,DSC)等技术,测定中短波红外干燥过程中水分状态、玻璃化转变温度、水分活度、体积等变化情况,进一步分析中短波红外干燥过程中水分状态与玻璃化转变温度、水分活度等指标之间的相关性及变化规律。结果表明:干燥过程中,中短波红外温度对水分扩散影响较大,50、70、90℃3个温度条件下平均干燥速率之比为1∶1.5∶2.3;苹果片中存在3种状态水分,干燥过程中液泡中的自由水含量大幅度降低的同时,细胞质和细胞外空隙中不易流动水质量分数由7.96%增加至46.82%,干燥继续进行,不易流动水含量逐渐降低;中短波红外干燥过程中,苹果片内不易流动水含量的降低,明显提高了玻璃化转变温度(p0.05),使其由-38℃左右最高上升至13.41℃,并引起水分活度由0.99迅速下降至0.24(p0.01);随干燥过程中水分的散失,苹果片发生皱缩现象,体积与水分含量表现出极显著相关性(R0.99)。该研究为中短波红外干燥中水分扩散特性研究提供了理论依据。     

基于电子鼻气味检测的苹果微波干燥方案优选

微波干燥中,过程参数设置不当会引起物料结构破坏和表面焦糊,期间往往伴随着特征气味的散发。该文以苹果为对象,采用60、70、80℃恒温、模糊逻辑控制和线性温度控制5种干燥方案,通过电子鼻采集的气味图谱,研究特征气味的散发规律,及优化干燥方案。根据恒温方案气味图谱中苹果风味峰和焦糊峰的变化规律,确定的模糊逻辑控制方案,可实现在线调节磁控管功率,保留风味、减少焦糊。将模糊逻辑控制方案中实测物料温度曲线进行优化,确定的线性温度控制方案,省去电子鼻检测环节,更适合工业应用。通过比较不同微波干燥方案下的产品品质,线性温度控制方案下干燥产品的品质高、耗时合理、干燥能力强,为优先方案。该研究为气味检测技术应用于苹果干燥提供了技术依据。     

基于LF-NMR及不同干燥方法的哈密瓜片含水率预测模型

为建立稳健、适用范围更广的哈密瓜片含水率预测模型,采用不同干燥方法(热风干燥(Hot Air drying,HA)和红外辐射干燥(Infrared drying,IR)),在相同温度水平下(50、60、70℃)对哈密瓜片进行干燥,采用低场核磁共振技术(Low-Field Nuclear Magnetic Resonan...     

热风-脉动压差闪蒸干燥对苹果片水分及微观结构的影响

该文应用菲克第二定律、采用低场核磁共振及磁共振成像系统（MRI,magnetic resonance imaging）、差示量热扫描、扫描电子显微镜等技术,分析不同预干燥温度对苹果片脉动压差闪蒸干燥过程中水分扩散和微观结构的变化。试验结果显示：随预干燥温度升高,水分扩散速率加快,有效水分扩散系数随温度升高而变大,整体范围在9.84×10-9～7.24×10-8 m2/s;干燥作用引起水分状态由高自由度向低自由度迁移,自由水含量在干燥初期迅速降低,不易流动水含量先增加后降低;MRI结果表明：苹果鲜样水分集中于中心部位,随干燥进行,水分向外扩散并均匀分布于样品中,含水率的降低,导致图像亮度呈现降低趋势,同时样品表现出向中心收缩的现象;脉动压差闪蒸干燥过程中,含水率与玻璃化转变（Tg）和水分活度（aw）之间表现出极显著相关性（R＞0.90,p＜0.01）,含水率的降低引起Tg升高、aw降低,且Tg与aw之间呈线性相关（R2＞0.81）;水分的散失导致微观结构发生变化,细胞破裂形成空腔,脉动瞬间的真空作用促使苹果片多孔海绵状结构进一步形成,赋予其酥脆口感。该试验可以为苹果片在脉动压差闪蒸干燥方面提供理论依据和技术参考。     

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。     

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。     

污泥过热蒸汽与热风薄层干燥的湿分扩散系数和活化能分析

为研究污泥薄层在过热蒸汽干燥和热风干燥过程中有效扩散系数及活化能,搭建了常压内循环式干燥试验装置。在160~280℃温度下,分别对4、10 mm污泥薄层进行过热蒸汽干燥和热风干燥。利用Fick扩散模型,建立有效扩散系数和干燥时间的关系,试验得到4 mm污泥薄层过热蒸汽干燥与热风干燥的有效扩散系数范围分别为7.1515×10-9～2.4852×10-8m2/s和1.2414×10-8～2.2769×10-8 m2/s;10 mm污泥薄层过热蒸汽干燥与热风干燥的有效扩散系数范围分别为1.9659×10-8～5.8811×10-8 m2/s和2.8042×10-8～5.6095×10-8 m2/s。根据Arrhenius经验公式建立有效扩散系数与温度的关系,得到4、10 mm污泥薄层过热蒸汽干燥和热风干燥的平均活化能分别为21.173、18.085和9.485、11.191 kJ/mol。用Midilli薄层干燥模型模拟得出的过热蒸汽干燥与热风干燥有效扩散系数和活化能与试验值基本吻合。研究结果表明：当温度超过260℃时,过热蒸汽干燥的有效扩散系数比热风干燥有效扩散系数大。过热蒸汽干燥有效扩散系数随温度增加的趋势近乎成一条斜直线,而热风干燥的有效扩散系数增加趋势则是曲线性,说明热风干燥过程中存在氧化、燃烧的可能。文章确定了污泥薄层干燥有效扩散系数值及过热蒸汽干燥逆转点温度,为污泥过热蒸汽干燥参数优化与干燥设备设计提供参考。     

Research on hot-air drying and control model for dry basis moisture content of seed cotton

为了使机采籽棉在清棉、轧花等加工前把水分控制到合适的范围以提高加工质量,需要对籽棉进行一定的烘干处理,并对烘干过程进行实时控制。该文设计了籽棉热风烘干的三因素三水平正交回归旋转试验,研究了喂花量、籽棉初始干基含水率和热风温度这3个因素对籽棉烘干后干基含水率的影响。试验结果表明喂花量、籽棉初始干基含水率和热风温度对籽棉干燥速率都有较明显的影响,烘干过程的前15 s干燥速率变化较快,之后趋于平缓。分别使用单项式扩散模型、Page模型和二次多项式模型进行拟合,发现单项式扩散模型拟合效果最好,决定系数R2均值为0.9549。该模型应用于实际生产中籽棉烘干的实时控制。效果表明使用该模型后烘干效率更高,籽棉烘干后干基含水率一致性更好。     

籽棉热风烘干控制干基含水率模型的研究

为了使机采籽棉在清棉、轧花等加工前把水分控制到合适的范围以提高加工质量,需要对籽棉进行一定的烘干处理,并对烘干过程进行实时控制。该文设计了籽棉热风烘干的三因素三水平正交回归旋转试验,研究了喂花量、籽棉初始干基含水率和热风温度这3个因素对籽棉烘干后干基含水率的影响。试验结果表明喂花量、籽棉初始干基含水率和热风温度对籽棉干燥速率都有较明显的影响,烘干过程的前15s干燥速率变化较快,之后趋于平缓。分别使用单项式扩散模型、Page模型和二次多项式模型进行拟合,发现单项式扩散模型拟合效果最好,决定系数R2均值为0.9549。该模型应用于实际生产中籽棉烘干的实时控制。效果表明使用该模型后烘干效率更高,籽棉烘干后干基含水率一致性更好。     

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。