热泵干燥动力学研究

热泵干燥动力学研究何丽季阿敏李杰东北石油大学华瑞学院(150027)摘要:利用热泵干燥装置对大红萝卜进行干燥,采用单因素方法,运用 MATALB软件对曲线进行拟合,得出相应条件下的多项式回归模型,干燥动力学模型对于干燥过程操作、提高产品质量也有重要的指导意义。关键字:热泵动力学单因素前言干燥动力学研究是设备放大设计的基础,对于某种未知干燥特性的物料,在实验室规模的设备上进行干燥动力学研究,使用较少的物料,改变不同的干燥参数,为放大设计工业化干燥器提供理论依据。1.干燥动力学实验的材料、测量仪器和实验方法实验选用的材料为从市场购得的新鲜、无虫眼、表面光滑的大红大红萝卜,实验前将其清洗,切除根梢,然后切成约lcm左右的大红萝卜丁,均匀地平铺在物料架网状搁板上温度和湿度测量采用数字铂电阻温度计及干、湿球温度计;风速测量采用北京检测仪器厂生产的F10型智能型热式风速仪;含水率的测定选用型号LD电子天平称重。根据国家标准,采用直接干燥法测取1大红萝卜初始水分含量。物料内部水分的表示方法有两种(即湿基含水量和干基含水量),本实验采用干基含水率。干基含水量()是以干物质为基准的水分含量。(%)式中,g水湿物料中水分质量,kg;g-湿物料中绝干物质的质量,kg2.干燥动力学实验的结果与分析为了提高回归方程的可靠性和回归曲线的精度,采用 Matlab软件来对回归曲线进行拟合,得到不同条件下的拟合方程(1)不同大红萝卜质量条件下4kg:y=0.0106x4-0.280x3+1.8394x2-68196X+10.51526kg:y=0.0030x-0.0863x+0.9552x2-4.9371x+10.51008kg:y=0.0012x-0.039X+0.5700x2-3.9388X+10.4614(2)不同温度条件下30℃:y=0.0030x4-0.0863x3+0.9554x2-49373X+10.510035℃:y=0023x2-0.0394x30.9455x2-54863x+10.516940℃:y=-0.0104x4+0.0162x32+0.9451x2-59057X+10.4925(3)不同风速条件下中国煤化工CNMHG4ms:y=-0.0052x4+0.0641x3+0.0481x2-31319X+10.56702ms:y=0.0030X4-00863x3+0.9554x2-49373x+10.510026ms:y=0.0116x4-0.2234x3+1.6794x2-6.2501X+10.5142(4)不同相对湿度条件下20%:y=0.0098x4-0.1904x3+14947x2-59425x+10.448330%:y=0.0030x4-0.0863x3+09554x2-4937X+10.510040%:y=0.0007x-0.0343x3+0.5679x2-3.9797X+10.5341由拟合前后数值的比较和曲线拟合程度可以看出,各条件下的多项式回归拟合度较好,回归系数显著。绘制出其导数多项式曲线,即干燥速率曲线。y4k6kg8kg乏干弹时问图1不同大红萝卜量下,干燥速率一时间曲线图1说明,在一定的干燥面积下,随着大红萝卜量的增加,大红萝卜在托架的堆放高度增多,大红萝卜间相互叠加面积增大,从而减少了蒸发面积,降低了空气穿过大红萝卜的速度,不利于水分蒸发,延长了干燥周期。图2表明,干燥速率前期受风速影响较大,对干燥中后期影响不显著。图3表明,随着风温的升高,大红萝卜蒸发水分所需的热量增加,加快了水分蒸发速率,有利于干燥时间的缩短图4表明,在干燥前、中期,相对湿度越低越有利于干燥速率的加快;而在干燥后期,相对湿度影响并不显著,这是因为在此阶段大红萝卜自身质地紧缩,水分梯度对其影响微乎其微。结束语(1)选用大红萝卜量、风速、风温、相对湿度作为大红萝卜干燥的单因素进行大红萝卜干燥动力学实验,得出大红萝卜干燥特性曲线。(2)同时运用 MATALB软件对干燥曲线进行有效的拟合,得到不同条件对大红萝卜干燥速率的影响和相应条件下的多项式回归模型。中国煤化工CNMHG30℃35℃40℃干爍时问图2不同温度下,干燥速率一时间曲线14m/s2m/s2.6m/s4干爍时间(图3不同风速下,干燥速率一时间曲线20%40%干爍时问(图4不同相对湿度下,干燥速率-时间曲线参考文献[1] Christopher bAker.食品工业化干燥.张慜,王剑平,李云飞等译。北京:中国轻工业出版社,2003:16-17[2]潘永康.现代干燥技术.北京:化学工业出版社,1998:68-97[3]食品中水分的测定方法(GB50093-85)中国煤化工CNMHG中国煤化工CNMHG