洞道与流化态干燥实验

流化态干燥与洞道干燥的比较

摘要

本实验通过流化床干燥和洞道干燥两种不同干燥方法，对新鲜胡萝卜进行干燥，通过比较分析，了解两种干燥方法的干燥效果，干燥过程中水分变化情况。关键词流态化干燥洞道干燥胡萝卜水分

1 前言

胡萝卜富含维生素和矿物质, 胡萝卜素含量特别高，含水率高，其干制品是脱水蔬菜主要产品之一。但是胡萝卜素在热风干燥或日晒下容易氧化损失, 致使色泽不佳, 干燥后往往难以保证其天然品质和色泽。目前在脱水蔬菜生产中应用最多的是常压洞道干燥和流化态干燥。常压热风干燥普遍存在干燥速度慢、成本高、复水性能差、品质低等缺陷[1]。本实验通过两种干燥方式，比较干燥产品的品质从而比较两种方式的干燥特点。胡萝卜丁的初始含水率高于90%, 为高含水物料[1]。

2实验材料与仪器

2.1实验材料与试剂

新鲜胡萝卜

2.2 实验仪器

2.2.1 流态化干燥实验装置

流态化干燥实验装置如图3所示，由旋涡气泵22输送的热空气流，经毕托管18和斜管微压计11进行流量计量和电加热19预热，通过流化床分布版17与干燥室12中的湿物料进行流化接触和干燥。废弃上升至干燥室顶部的旋风分离器8，将其中夹带的物料分离后放空。加热前、后空气流的温度以及尾气的温度分别由XMTD数显调节仪1进行温度调节控制及显示。

图1 流化床结构简图

2.2.2 洞道干燥实验装置

实验采用干燥器在恒定干燥条件下干燥颗粒毛细孔胶状物质，其流程如图4所示。空气由风机1输送，经孔板流量计2，电加热器5送入干燥室6，然后返回风机，循环使用。由片式阀门15补充一部分新鲜空气，由阀门16放空一部分循环气，以保持系统湿度恒定。电加热器由触点温度计12及晶体管继电器13控制。使进入干燥室空气的温度恒定。干燥室前方装有干球温度计10和湿球温度计11，干燥室后以及风机出口也装有干球温度计10，用以确定干燥室的空气状态。空气流速由蝶形阀4调节，注意：任何时候阀4都不允许全关，否则电加热器就会因空气不流动而过热，引起损坏[2]。

图2洞道干燥实验设备流程图

3 实验原理

物料在恒定干燥条件下的干燥过程分为三个阶段：Ⅰ物料预热阶段；Ⅱ恒速干燥阶段；Ⅲ降速阶段如图3。

AB 段处于预热阶段，空气中部分热量用来加热物料。

在随后的第Ⅱ阶段BC ，由于物料表面存在自由水分，物料表面温度等于空气的湿球温度tw ，传入的热量只用来蒸发物料表面的水分，物料含水量随时间成比例减少，干燥速率恒定且较大。

到了第Ⅲ阶段，物料中含水量减少到某一临界含水量时，由于物料内部水分的扩散慢于物料表面的蒸发，不足以维持物料表面保持润湿，则物料表面将形成干区，干燥速率开始降低，含水量越小，速率越慢，干燥曲线CD 逐渐达到平衡含水量X *而终止。干燥速率曲线只能通过实验测得，因为干燥速率不仅取决于空气的性质和操作条件，而且还受物料性质、结构以及所含水分的性质的影响。

干燥速率为单位时间内在单位面积上汽化的水分质量，用微分式表示，则为

3 (kg/m ) (1)dw

u s Ad τ

=

式中：u —— 干燥速率 [kg/m 2s] A —— 干燥表面 [m 2] τd —— 相应的干燥时间 [s] dw —— 汽化的水分量 [kg]

因为dx

G dw c -=所以式（1）可改写为

(2)c c G dx G x dw

u Ad Ad A τττ

∆=

=-=∆ 式中：c G —— 湿物料中绝干物料的质量 [kg]

x —— 湿物料含水量 [kg 水／kg 绝干料] 负号表示物料含水量随干燥时间的增加而减少。

()(1)()(1) (3)s i c s i c

c c s i s i c

c G G G G G x G G G G G ++--⎛⎫

∆=-

=- ⎪⎝⎭

式中：

)

(i s G 、)1(+i s G —— 分别为τ∆时间间隔内开始和终了时湿物料的质量 [kg]

图2中的横坐标x 为相应于某干燥速率下的物料的平均含水量。

()(1)1 1 (4)22s i s i i i c G G x x x G +++⎛⎫

+=

=- ⎪⎝⎭

以u 为纵坐标，某干燥速率下的湿物料的平均含水量x 为横坐标，即可绘出干燥速率曲线[2]（见图4）。

图3 干燥曲线 图4干燥速率曲线

4 实验方法

4.1 实验预处理

1) 从市场购买长势好，均匀，组织嫩脆，新鲜，无腐烂，无病虫害，长20cm 左

右的胡萝卜。

2) 取2kg以上新鲜物料（视胡萝卜根数取整），记录重量，用清水洗净，将头部5mm，尾部2-3mm切去。削皮后切成颗粒（绿豆大小）。用漏斗及纱布沥干，称重，备用。

4.2 流化床干燥I

1) 开启风机。

2) 打开仪表控制柜电源开关，加热器通电加热，床层进口温度要求恒定在70℃左右。

3) 将准备好的0.4kg胡萝卜加入流化床进行实验。

4) 调节风量至被干燥物料呈良好流化状态。待风、热风温度恒定后，每隔3min 自动记录床层压降，同时记录床层温度。

5) 待胡萝卜恒重时，即流化床床层压降不变时，为实验终了，关闭仪表电源。

6) 关闭加热电源，关闭风机，切断总电源，清理实验设备。

4.3流化床干燥II

1) 开动风机，预先调节空气流量，使床中湿物料层处于良好的流化状态。

2）通电预热空气流至所需干燥温度，待空气状况稳定后，每隔3min记录温度一次，每隔3min从入料口取样分析一次，至全实验结束。

3）将所采样放入已恒重的称量皿后，应立即盖紧，称量后则取下盖子放入100~120℃左右的烘箱中恒温干燥至恒重，样品从烘箱中取出时应盖紧，再称重，可得此次样品的含水量Wi和绝干物料质量Gci。

4.4 洞道式干燥

1）放置托盘，开启总电源，开启风机电源。

2）打开仪表电源开关，加热器通电加热，旋转加热器按钮至适当加热电压，进行预热。在U型湿漏斗中加入一定水量，并关注干球温度，干燥室温度要求达到70℃。调节风速为流态化实验时所用的风速。

3）取约50g待干燥物料倒入载物盘，平铺一层。记录平铺密度。（质量/盘面积）4）当干燥室温度恒定在70℃时，将载物盘放置于称重传感器上。

5）记录时间和脱水量，每分钟记录一次重量、干球温度、湿球温度。直至被干燥物料的质量前后两次相差0.5g以内。

6）实验结束，关闭风机，电源。