微波红外振动床协同干燥机设计与试验

针对农产品加工中微波干燥不均和红外干燥穿透能力有限等技术问题,研制了微波红外振动床协同干燥（MIVBD）设备。在结构设计上,通过COMSOL仿真分析谐振腔场强分布的均匀性,并优化了微波源馈波口布置。设备通过多孔面板将红外源与微波谐振腔隔离,在保证红外热量高效辐射的同时,确保微波、红外二者互不干扰。振动系统采用聚苯硫醚等谐振腔内部材料和钢结构外部材料制成,通过振动电机和橡胶弹簧带动物料振动。以高含水率生姜片为典型物料,对MIVBD设备的干燥效率、均匀性和色泽等相关品质进行试验研究,当物料温度超过上限温度时微波和红外停止工作,结果发现,微波红外振动干燥比微波红外干燥时间缩短了14.29%,微波红外振动干燥时温度不均匀系数最小（2.28%）,并且微波红外振动干燥显著降低了干燥能耗,改善了相关品质。     

苦瓜微波-热风振动床干燥湿热特性与表观形态研究

为探索热风对苦瓜片微波干燥特性、湿热特性与表观形态的影响,利用微波-热风振动流化床干燥机,研究了新鲜苦瓜片在不同微波-热风组合方式下的干燥动力学特性、热像变化、水分状态分布、色泽以及微观结构的变化。试验结果表明：热风对微波振动流化床干燥有显著影响,微波0.6W/g、微波0.6W/g+热风60℃+风速3m/s、微波0.6W/g+热风70℃+风速6m/s比单独热风70℃+风速3m/s的干燥时间分别缩短56.4%、70.5%和75.6%。在表观形态上,单独热风干燥的脱水苦瓜片与新鲜苦瓜片色泽最为接近,两组微波-热风组合干燥所得样品色泽优于单独微波干燥。在湿热特性上,微波-热风组合干燥后期物料温度均匀性显著优于单独微波干燥,4种干燥方式下NMR波谱下的水分信号逐渐降低,且主峰向左移,水分的活跃程度降低,MRI信号显示,热风能改善微波干燥过程中水分分布均匀性。扫描电镜观测表明,单独热风干燥对保持脱水苦瓜片细胞完整性效果最明显,微波-热风组合干燥的细胞完整性显著优于单独微波干燥。微波-热风组合振动流化床干燥工艺在保证被干物料品质前提下还极大提高了物料干燥效率,缩短了干燥时间。     

多馈源热风微波流态化干燥试验台

阐述了多馈源热风微波流态化干燥试验台的总体结构和工作原理,分析了微波干燥室、微波管开口位置和振动流态化装置的设计,确定了具体结构和相关参数。微波干燥室的总模式数为106,品质因素达到1 398,6管单面开口磁控管配置方式的微波场更为均匀,调节振动电动机频率可使物料处于流态化状态,保证物料更均匀地吸收热能和微波能。利用试验台对鲜胡萝卜的分段组合干燥工艺进行了试验,脱水胡萝卜颗粒之间的含水率差异在1.22%之内,保持胡萝卜原有色泽、气味和滋味的干制品合格率达到88.63%。     

振动流化床茶叶干燥机设计

振动流化床广泛用于制糖、塑料、乳品、医药、化肥、化工、盐业和冶金等工业部门,在干燥方面,其具有流态化均匀、干燥效果好和节能等特点,但在茶叶干燥中运用较少。针对这种情况,测定了碎茶的基本物理与机械特性,设计出一款用于茶叶干燥的振动流化床干燥机,对电机的选择及其安装角度、弹簧等部件进行了设计,对所需风量及热量进行了计算。运用Solidworks画出三维图,用CAD画出二维图,最后用ANSYS对布风板进行模态分析,求解得到干燥机的前10阶固有频率和模态振型。结果表明,干燥机的工作频率能够避开固有频率,有效避免共振的同时能起到很好的隔振效果,样机符合生产要求。      

蘑菇热风、微波对流和微波真空干燥的对比试验

对蘑菇进行了热风、微波对流和微波真空干燥的对比试验.热风干燥温度为60℃,风速为1 m/s;微波对流干燥中,热风进口温度为60℃,风速为1 m/s;微波真空干燥其压力为5.1 kPa.微波功率密度均为0.5 W/g.试验建立了3种干燥方法下蘑菇的干燥时间与含水率之间的关系曲线和蘑菇内部的温度变化曲线.通过测定干燥蘑菇的颜色和复水性来评价其产品的质量.结果表明,应用微波技术大大缩短了蘑菇的干燥时间.采用微波真空干燥,降低了产品温度,改善了干燥产品的质量.     

枸杞热风微波真空组合干燥试验

进行了半干枸杞的微波真空干燥试验,分析了护色处理对新鲜枸杞微波真空干燥效果的影响,对热风微波真空组合干燥、微波真空干燥、热风干燥和自然晾晒4种干燥方式对枸杞干燥效果的影响进行了比较。结果表明,护色处理有利于枸杞的干燥加工;微波真空干燥不适合新鲜枸杞的直接干燥加工,更适合于枸杞的后期干燥;热风微波真空组合干燥具有干燥时间短,感官状态良好,枸杞多糖保存率较高的特点,干燥时间为13.1 h,比热风干燥缩短了34.9h,比自然晾晒缩短了94.9h,感官状态好于微波真空干燥,与热风干燥接近,枸杞多糖保存率与热风干燥和自然晾晒基本接近。     

盘式热风与红外联合干燥机设计与试验

将热风干燥与红外干燥相结合,设计了一种盘式热风与红外联合干燥机及配套控制系统。应用在线称重技术和机器视觉技术,设计了自动称重系统和图像提取系统,可实现干燥过程中物料含水率与色泽的实时检测。以冬枣片(厚度为5mm)为物料,在风速2.5m/s、不同风温(55、65、75℃)干燥条件下进行性能试验,获得了实验条件下冬枣片干燥过程中含水率与色泽(L*、a*、b*、△Ε*)的实时变化曲线。     

枸杞子微波热风联合干燥技术研究

微波和热风干燥具有各自的优缺点,采用微波处理干燥枸杞子,初始温度上升较快,枸杞子中生物氧化酶迅速失去活性,有利于稳定枸杞子品质。采用微波热风联合干燥方式,设定不同微波强度、微波处理时间、热风温度、热风干燥时间,研究了各种干燥参数对枸杞子干燥速度与外型效果的影响,给出了枸杞子干燥的最佳参数组合。     

花椒热风-微波组合干燥失水特性研究

花椒热风干燥降速期水分含量低,水分扩散慢,导致热风干燥耗时长。为提高干燥效率,并通过热风与微波组合干燥,分别进行热风干燥、微波干燥和热风-微波组合干燥实验,探究不同干燥参数对花椒失水特性的影响,以确定合理的干燥转换临界点和最优组合干燥模型,并将傅里叶准则数(F₀)引入Fick第二扩散定律方程,求解有效水分扩散系数(D_eff)。研究结果表明：热风和微波单独干燥时,升高风温风速和增加微波功率均有利于缩短干燥时间;热风-微波组合干燥花椒时,热风段转微波段的最佳目标含水率即为热风干燥的临界点含水率(65%(w. b)),且高热风温度和高微波功率均可使微波干燥段获得高失水速率;热风-微波组合干燥花椒热风段和微波段对应的最优模型分别为Wang and Singh模型和Page模型,D_eff范围分别为1.908×10^-9～3.547×10^-9 m²/s和1.883×10^-8～3.321×10^-8 m²/s...     

稻谷热风、微波干燥品质与玻璃化转变研究

以函数拟合、近红外检测及发芽率测定,研究稻谷热风、微波干燥的去水性能及其蛋白质、直链淀粉含量与出芽品质;结合TG/DSC测试,探讨2种热源干燥稻谷的玻璃化转变对其干燥后品质的影响。结果表明:以对数函数拟合稻谷热风、微波干燥去水性能的准确度高;经2种热源干燥稻谷的蛋白质、淀粉含量过程差异不显著;但热风干燥稻谷初期蛋白质含量差异明显。鲜稻谷发芽率显著低于其经热风、微波干燥后的发芽率,三者分别为0.65±0.19、0.93±0.03、0.77±0.02。随含水率降低,经热风、微波干燥稻谷的热重损失与热流则呈不同趋势变化,二者中点温度均减小,综合影响干谷品质。     

北方粳高粱微波干燥特性试验与仿真分析*

为明确微波干燥条件对高粱含水率和籽粒温度等干燥特性的影响,以粳高粱“龙杂10”为原料,在隧道式微波干燥机上进行连续式干燥试验。并利用HFSS软件仿真分析试验用干燥机的磁控管排布方式和微波作用距离对高粱干燥均匀性的影响。结果表明:随着单位质量功率在2~6 W/g范围内逐渐增加,含水率下降幅度先加快后渐缓,籽粒温度有所下降;每循环干燥时间在1.02~5.0 min范围内逐渐增加,含水率下降幅度显著增强,籽粒温度增加显著;排湿风速在0.0~2.0 m/s范围增加,含水率下降幅度有减小趋势,籽粒温度略有下降。仿真分析表明干燥机磁控管采用“三二三排布方式”、微波作用距离为250 mm时电磁场分布的均匀性更好,从理论上表明本试验采用的隧道式微波干燥机对高粱干燥均匀性是有利的。研究结果将为高粱微波干燥产业化应用提供理论和数据支持。     

高湿粮食贮藏干燥机设计与试验

在对高湿粮食干燥状态参数和水分结合能变化特征理论分析的基础上,设计了一种高湿粮食贮藏干燥机,从理论和试验两方面证实了干燥系统客观能势的利用效果,图解了高湿粮食在贮藏干燥机内的温度及其含水率状态变化过程。试验结果显示,温度在30℃、相对湿度40%时,利用自然空气可将粮食的温度降至低于环境温度10℃、降水速率在0.76%/h以上。研究结果为粮食干燥工艺系统设计指明了高效节能的途径,为大型粮食集中干燥设施提供了高效节能的预干燥设备。     

新型脉动流化干燥机设计与试验

研制了一种新型脉动流化干燥机，解决了气流旋转阀分配器的设计、脉动气流在干燥机床面上的分布和流动方向、瞬时脉动气流速度的周期变化与床层物料状态的配合、物料在床面上的运动和连续输送等问题。与气流干燥机和振动流化床干燥机相比，该种干燥机不仅具有结构简单、重量轻、整机无振动件、床层压降小、干燥均匀等优点，而且节能优势明显。     

胡萝卜片微波-热风滚动床干燥物料特性研究

为了改善微波干燥果蔬的物料特性,通过搭建的微波-热风滚动床干燥(Microwave-hot-airflow rolling drying,MARD)试验台,研究了胡萝卜片在MARD不同干燥阶段的热像变化,通过低场核磁共振分析与成像(Low-field nuclear magnetic resonance analysis and imaging,NMR/MRI)研究了胡萝卜片在MARD不同干燥阶段水分状态和水分分布,试验还测得在对应干燥阶段胡萝卜片介电常数ε'和介电损耗因子ε″的变化规律。通过分析物料的脱水过程和干燥品质发现,MARD过程干燥速度逐渐降低,物料温度分布均匀,随着干燥进行温度稳定在设定范围; NMR波谱下的水分信号量逐渐降低且主峰向左移,水分的活跃程度降低; MRI信号显示,MARD干燥过程中水分分布均匀;随着MARD进行,物料介电常数ε'和介电损耗因子ε″显著降低,边缘部位介电损耗比心部低,随着干燥的进行,这种差别逐渐减小,说明由介电特性差异导致的微波干燥不均的影响在MARD过程中减弱。     

红外联合热风干燥装置设计与性能验证

为探究辐射与对流在联合干燥过程中的匹配机理,了解红外与热风之间的影响机制,需要搭建精准调控介质温湿度、风速和辐射温度的红外联合热风干燥试验平台。选择碳晶涂层式加热板、超声波加湿器、离心风机、四线式轴流风机等硬件进行设计、组装样机,并选取白萝卜片和猕猴桃片作为两种质地均匀和不均匀的代表物料验证该机均匀性效果。该装置由控制系统、加热腔室、料盘料架、气流分配室、加湿装置等组成。控制系统以触摸屏为主机,与各从机进行串口通讯,实现人机交互、逻辑运算、数据存储等功能。技术参数具体为热风风速调节范围0～3m/s,辐射温度及热风温度调节范围为常温至120℃,相对湿度调节范围为30%～60%,误差均在3%以内。气流分配室仿真结果表明采用稳压腔和高、低转速轴流风机结合的方式有效改善沿管道轴线方向风速高、周围低的问题。优化后均匀性验证试验结果表明速度偏差比最大可达5.9%,速度不均匀系数为4.6%。验证试验结果表明,红外联合热风干燥不同区域物料的干燥特性曲线和中心温度上升曲线基本接近,满足干燥装备均匀性良好的要求。     

热风干燥装置设计与试验

根据果品干燥特性和热风干燥原理及特点,在分析热风干燥工艺基础上,完成了燃煤热风炉、挡风板和控制系统等主要工作部件及整机的热风干燥装置结构设计,并进行了试验。试验结果表明:将挡风板垂直安装,宽度分别为5、7、10、12cm,距隔板距离分别为0.9、1.9、3.8、5.7m时,干燥室内的风速比较均匀,此时在A面测得各风道处风速在1.5~1.53m/s的范围内变化。同时,以杏子为研究对象进行干燥试验,将杏子湿基含水率降到15%以下需要64 h,干燥室内干燥不均匀度小于3%,符合结构设计要求。     

玉米干储一体仓气流场仿真分析与优化

为提高玉米干储一体仓中气流场均匀性,采用计算流体力学和正交试验相结合的方法对玉米干储一体仓内部气流场分布进行数值仿真和参数优化。通过单因素试验,研究水平进风管位置、竖向通风笼直径、单位通风量3个因素对玉米干储一体仓通风均匀性的影响规律,并通过系列数值仿真及正交试验对干储一体仓通风结构及参数进行优化设计。结果表明：干储一体仓内气流的平均速度,受不同水平进风管位置的影响不明显,随着竖向通风笼直径的增加呈逐渐降低趋势,而随着单位通风量的增加持续增长。速度不均匀系数随水平进风管位置从上到下变动、竖向通风笼直径增加和单位通风量增加分别呈现先减小后增大、先急剧后缓慢降低和整体增加的趋势。其中,竖向通风笼直径对干储一体仓内部流场均匀性的影响最为显著,其次是水平进风管位置和单位通风量。优化后的干储一体仓通风结构及参数的组合为水平进风管位置-0.34m、竖向通风笼直径400mm、单位通风量20m3/(h·t),此方案下干储一体仓内部流场速度不均匀系数综合加权评分值与初始方案相比提高了77.4%,表明了优化方案的可行性。