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摘 要： 摘要：對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品加工企業(yè)加工干燥時(shí)，干燥時(shí)間長(zhǎng)、能耗大的問(wèn)題，從節(jié)能的角度出發(fā)，提出了一種節(jié)能的農(nóng)副產(chǎn)品干燥系統(tǒng)。本文中空氣能熱泵烘干房是由云南省農(nóng)機(jī)所研發(fā)，本文介紹了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作流程，并進(jìn)行了烘烤實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證該該烤房的性能和經(jīng)濟(jì)效
摘要：對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品加工企業(yè)加工干燥時(shí)，干燥時(shí)間長(zhǎng)、能耗大的問(wèn)題，從節(jié)能的角度出發(fā)，提出了一種節(jié)能的農(nóng)副產(chǎn)品干燥系統(tǒng)。本文中空氣能熱泵烘干房是由云南省農(nóng)機(jī)所研發(fā)，本文介紹了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作流程，并進(jìn)行了烘烤實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證該該烤房的性能和經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)利用空氣能熱泵作為熱源，不僅縮短農(nóng)副產(chǎn)品的干燥時(shí)間，而且通過(guò)測(cè)算對(duì)比，該系統(tǒng)相對(duì)采用其他干燥系統(tǒng)具有良好的節(jié)能效果。
關(guān)鍵詞：農(nóng)副產(chǎn)品,熱泵,經(jīng)濟(jì)效益
0引言
在云南地區(qū)，傳統(tǒng)的農(nóng)副產(chǎn)品加工企業(yè)的干燥過(guò)程通常采用電加熱或燃煤的方式，且無(wú)任何除濕裝置，烘烤房?jī)?nèi)濕度大，導(dǎo)致干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，能耗過(guò)大。針對(duì)以上問(wèn)題，云南省農(nóng)機(jī)所在空氣能熱泵技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了農(nóng)副產(chǎn)品干燥系統(tǒng)，并根據(jù)干燥過(guò)程的特點(diǎn)對(duì)除濕系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以縮短干燥時(shí)間，降低干燥能耗。
1材料與方法
1.1測(cè)試品種云南七彩花生。本次試驗(yàn)以云南的地方特產(chǎn)—七彩花生，為樣品進(jìn)行設(shè)備的性能測(cè)試。七彩花生的產(chǎn)地位于云南省的西南邊陲，一個(gè)叫孟連的美麗地方。
1.2實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)云南省昆明市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所研發(fā)工場(chǎng)。
2烤房簡(jiǎn)介
2.1空氣能熱泵烘干機(jī)組的主要組成系統(tǒng)
本烤房的主要組成系統(tǒng)包括：主機(jī)(加熱系統(tǒng))，烘干房，循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)，排濕系統(tǒng)(干燥系統(tǒng))，排水系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，預(yù)警系統(tǒng)。其中主要的部件有：壓縮機(jī)、電子膨脹閥、貯液罐、氣液分離器、冷凝器、蒸發(fā)器、熱回收器、自動(dòng)控制器、軸流風(fēng)機(jī)、冷媒等等。其系統(tǒng)組成和工作原理示意圖如圖1。
2.2烤房實(shí)物圖(圖2)
3花生烘烤實(shí)驗(yàn)
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在花生的干燥過(guò)程中溫度對(duì)其影響較深，直接影響花生的成色與口感。在烘干過(guò)程中采取干燥溫度從低到高的方式。我們采取分階段干燥對(duì)干燥溫度采用三因素三水平正交法得到最佳工藝方案，并用得到的最佳干燥工藝方案進(jìn)行了烘烤實(shí)驗(yàn)。通過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)備，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而驗(yàn)證此烘干設(shè)備的合理性，可行性、經(jīng)濟(jì)性。
3.1實(shí)驗(yàn)方法與設(shè)備
實(shí)驗(yàn)設(shè)備是建造較好的產(chǎn)品樣機(jī)，以及足量的新鮮七彩花生;前期先進(jìn)行三因素三水平正交法得到最佳工藝方案，后期實(shí)倉(cāng)做實(shí)驗(yàn)。花生含水率為我們需要測(cè)量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，含水率測(cè)定的方法為中每2小時(shí)選取10顆大小均一的花生樣品，以干基濕含量表示含水率，干基濕含量Xm，濕基濕含量Wm分別可以通過(guò)如下公式計(jì)算：
3.2三水平三因素正交實(shí)驗(yàn)
正交實(shí)驗(yàn)是研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備了“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是分析因式設(shè)計(jì)的主要方法。三水平三因素的話，原本需要27次的實(shí)驗(yàn)，但是采用正交法的話通過(guò)9次試驗(yàn)的代表性，能較全面地反映出全面試驗(yàn)的結(jié)果，這就是正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所特有的均衡分散性。
我們正是利用這一特性來(lái)合理的設(shè)計(jì)和安排試驗(yàn)，以便通過(guò)盡可能少的試驗(yàn)次數(shù)，找出最佳水平組合。通過(guò)預(yù)熱、恒速和降速干燥三個(gè)階段最終達(dá)到干燥目的。初始水分越高，選擇的熱風(fēng)溫度應(yīng)該越低。不同干燥溫度對(duì)花生品質(zhì)影響不同，根據(jù)國(guó)外干燥試驗(yàn)的驗(yàn)證，最優(yōu)干燥溫度在30℃~50℃，干燥溫度不得超過(guò)50℃。
干燥前期，溫度越高，干燥速率越快，隨著游離水分的蒸發(fā)，剩余的結(jié)合水越發(fā)難排除，為找出最佳的工藝方案，所以采用恒溫干燥設(shè)備進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)，并且將三個(gè)階段溫度做為了3個(gè)因素。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各溫段標(biāo)準(zhǔn)為：①初始階段，果殼表皮干燥，陳現(xiàn)黃白色，說(shuō)明果殼表面水分蒸發(fā)完全。②干燥階段，階段結(jié)束時(shí)打開(kāi)果殼，果仁手感有濕度，果仁質(zhì)地稍軟，果仁皮較難剝離。③最終階段，果仁干燥透徹，果仁堅(jiān)硬，呈現(xiàn)濃濃的花生香味，成熟度越高香味越濃。設(shè)計(jì)因素表格如表1。
3.3正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
通過(guò)對(duì)上述結(jié)果的分析，干燥時(shí)間較優(yōu)的為A2B2C3，此方案為最佳工藝方案。
3.4最佳干燥工藝方案下的實(shí)倉(cāng)實(shí)驗(yàn)
我們采用之前設(shè)計(jì)的樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，對(duì)于農(nóng)副產(chǎn)品而言，最重要的是賣(mài)相以及口感，所以感官鑒定非常重要，可以根據(jù)觀察烘烤之后的產(chǎn)品的外觀特點(diǎn)以及口感，進(jìn)而可以對(duì)位于烘烤房不同位置的產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行鑒定評(píng)級(jí)，如果烘烤房?jī)?nèi)各部位的烘烤質(zhì)量相差無(wú)多，那么就驗(yàn)證了前面章節(jié)對(duì)風(fēng)道改造的可行性，進(jìn)而說(shuō)明本設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。
在樣機(jī)干燥室內(nèi)，選擇6個(gè)不同的位置放置樣品花生，6個(gè)點(diǎn)位于樣機(jī)內(nèi)各個(gè)位置，并且位置距離大致相同，驗(yàn)證最佳干燥方案下各個(gè)位置的花生干燥速率是否均勻，進(jìn)而驗(yàn)證了均勻風(fēng)道布置的有效。實(shí)驗(yàn)初始階段溫度在34℃，當(dāng)果殼表面水分蒸發(fā)完全，果殼表皮干燥，陳現(xiàn)黃白色，為提高干燥效率，我們將溫度提高至39℃，此時(shí)果仁質(zhì)地稍軟，果仁皮較難剝離，果仁顏色無(wú)明顯變化，果仁脆度、柔嫩度、細(xì)膩度于生花生無(wú)異。
將溫度提升至48℃，試驗(yàn)結(jié)果果仁干燥透徹，果仁堅(jiān)硬，呈現(xiàn)濃濃的花生香味，果仁脆度、柔嫩度、細(xì)膩度有顯著提升。進(jìn)行取樣分析，6個(gè)取樣點(diǎn)，平均每隔2個(gè)小時(shí)各取一次樣品，采用前述的測(cè)水分的方法，分別測(cè)出數(shù)據(jù)，制作成表3，通過(guò)對(duì)比我們發(fā)現(xiàn)，不同位置樣品的含水率差值不大，烘烤比較均勻;通過(guò)目測(cè)法等感官測(cè)量方法，可以確認(rèn)花生烘烤出爐后色澤明亮香味明顯，不同位置花生質(zhì)量較為均勻，進(jìn)而證明了送風(fēng)風(fēng)道設(shè)計(jì)的合理性。我們?nèi)〉谝蝗狱c(diǎn)的數(shù)據(jù)，做成散點(diǎn)圖，如圖3所示。
從上面的散點(diǎn)圖可見(jiàn)，本設(shè)備烘烤花生的變化曲線與農(nóng)產(chǎn)品干燥曲線基本一致，而且，不同取樣點(diǎn)的含濕量數(shù)值差距不大，進(jìn)而證明本設(shè)備設(shè)計(jì)的合理性。
3.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
①用三因素三水平正交法得到了花生干燥的工藝方案，按照干燥速率，各溫度段為初始階段溫度在34℃干燥階段溫度在39℃最后階段溫度在48℃。②為了驗(yàn)證我們采用之前設(shè)計(jì)的樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在樣機(jī)干燥室內(nèi)，選擇6個(gè)不同的位置放置樣品花生，6個(gè)點(diǎn)位于樣機(jī)內(nèi)各個(gè)位置，并且位置距離大致相同，最佳干燥方案下各個(gè)位置的花生干燥速率均勻，進(jìn)而驗(yàn)證了均勻風(fēng)道布置的有效性。
4效益分析
4.1除去
100kg水的費(fèi)用分析表(表4)
4.2經(jīng)濟(jì)效益
①熱泵干燥節(jié)能明顯，與常規(guī)干燥設(shè)備相比，其節(jié)能率一般在60%左右。②熱泵干燥在電價(jià)錯(cuò)峰期間或者地區(qū)，其干燥成本會(huì)更低。③熱泵干燥使用清潔能源有利于環(huán)保，建議在企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展過(guò)程中大力推廣使用。④熱泵干燥與其它能源聯(lián)合干燥節(jié)能效果會(huì)更好，是今后發(fā)展的方向。
4.3環(huán)境效益
對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染，創(chuàng)造了一個(gè)清潔和諧的工作環(huán)境及生產(chǎn)環(huán)境、為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，為企業(yè)的未來(lái)和科技創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、進(jìn)行了有力的帶動(dòng)，符合人與自然、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的規(guī)律。
5小結(jié)
熱泵烘干技術(shù)的使用，標(biāo)志著農(nóng)副產(chǎn)品脫水烘干邁向了新方向和新的領(lǐng)域、對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)副產(chǎn)品烘干方式和烘干設(shè)備具有強(qiáng)有力的沖擊和挑戰(zhàn)。于此同時(shí)、熱泵技術(shù)的應(yīng)用也符合國(guó)家和地方政府提倡的節(jié)能減排、低碳生產(chǎn)生活的呼聲、順應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展、可謂勢(shì)不可擋;在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)兩方面發(fā)揮了重大作用、為企業(yè)實(shí)施和推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)和行動(dòng)、可行性做出了表率、具有很強(qiáng)的說(shuō)服力，利己利民。
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