空气能热泵干燥技术在农产品加工中的应用与分析

空气能热泵干燥技术在农产品加工中的应用与分析

摘要：干燥已成为农产品加工过程中提高生产质量的关键环节，空气能热泵干燥技术因节能等优点具有十分广阔的应用前景。文章简述热泵干燥设备的基本结构和原理，通过实例分析现有空气能热泵干燥设备在农产品加工的应用状况，讨论在应用中存在的主要问题和发展趋势。

关键词：空气能热泵；农产品；烘干；应用

中图分类号：TK172文献标识码：A文章编号：1003-4374（2013）03-0044-03

目前，农产品加工过程中，不可避免地要进行农产品烘干（干燥），使其含水量达到有关标准以利于农产品的保管、储藏以及再加工。农产品最传统干燥方法多采用日晒或人工烘烤，该工艺效率低下，受天气制约，且成品质量难以保证。目前稍具规模的加工厂采取蒸气烘干或电热风干燥，虽说蒸气烘干或电热风干燥法比起日晒或人工烘烤法有着无法比拟的优点，但随着人们生活质量的提高，对环境的保护意识越来越强以及不可再生能源（如天然气、煤、石油）的日益枯竭，原有的燃煤、燃油或是电热等高能耗、高污染的干燥设备的使用将受到严格限制甚至被禁止使用，它们已处在被淘汰的地位。太阳能烘干设备虽能节能但不能支持长期工业化生产，寻找一种新型的、安全的、环保的、高效节能的干燥设备替代原有旧式的干燥设备显得越来越紧迫，空气能热泵烘干设备就是在这种环境下应运而生了。

1空气能热泵烘干的工作原理

空气能热泵是根据逆卡诺循环原理，采用少量的电能驱动热泵，通过热泵装置中的构成部分――蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀或节流阀，促使工质不断完成蒸发（吸收外界空气中热量，或回收干燥过程中排气余热）―压缩―冷凝―节流―蒸发的热力循环过程，使空气环境中的能量搬运至烘箱（房）内，烘箱内热空气经过反复循环升温，吸收物料中水分，自身降温加湿，经热风排湿或冷凝除水过程把物料中水分排除带走，并最终实现物料连续干燥。热泵烘干过程中，若消耗了一份的能量（电能），它同时从环境空气中吸收转移三份的能量（热量）到干燥介质中，相对于电热烘干机而言，就节约了三分之二的电能，热泵凭其高效节能的最大特点成了备受关注的新型绿色能源产业。

2空气能热泵干燥设备的具体应用分析

2.1运用实例对比

广西农作物种类丰富，特色产品如荔枝、龙眼、香蕉、木瓜、薯类、烟叶、茶叶、中药材等产量大，常常需要再加工，现有加工企业多是中小规模的厂家，目前多是采用蒸气或电热风进行农产品干燥，空气能热泵技术只是开始在广西中小农产品加工厂家尝试使用，南宁市好聪仔食品有限公司从2012年5月份开始正式投入使用时就已使用梧州市华源动力机械有限公司为它量身定制的热泵烘干节能设备，其具体使用情况分析如下：

对比内容蒸气干燥热泵干燥干燥循环方式开放式（空气经加热后进入干燥房内吸湿后敞开排入大气中）封闭式（作为干燥介质的空气只在干燥房内循环）去湿方式排湿（高温湿空气直接敞开强排入大气）制冷除湿（通过制冷系统降温除湿自动水汽分离）热源蒸汽冷凝热回收温度均匀性不良（因蒸汽供热方式前入后出导致加热不均匀）优（加热系统布置合理使烘房内温度均匀）干燥质量一般（有变色、变形现象）优（产品能较好地保持原有的色泽、风味）总功率100kw（换算功率）35kw电机功率23kw8kw能效比70%300%烘干温度80℃40―60℃烘干时间30h20h运行费用高（废热排放大，热效率低；烘干时间长，劳动强度较大，运行费用高）低（无废热排放，热效率高，烘干时间较短，人工劳力减少运行费用低）环保性差（有废气、废水、废渣排出）优（生产过程中几乎零释放）噪音噪音大噪音小

2.2传统干燥方法存在的具体问题

经归纳总结，蒸气烘干或电热风干燥等传统烘干生产工艺存在以下几方面的主要问题：

2.2.1加热温度过高传统工艺干燥技术，加热温度不易控制，加热温度不易均匀，往往使干燥温度较高。

2.2.2干燥时间过长，产品的品质不高传统的加热干燥是依靠热力通过传导、热对流和热辐射等途径对物料加热，这种由表及里的干燥过程延长了农产品的干燥时间，容易导致食品营养成分损失，并破坏了食品原有的自然口感，使产品的等级不高。

2.2.3能耗大由于废气损失热量所占比例较高，加上干物料带走热量等，传统干燥过程热效率不高，仅为30%―60%。

2.2.4工作环境不友好传统干燥工艺，往往劳动强度较大，工作环境不够友好，会产生大量的废气（尤其是有燃煤、燃油过程），不环保。

2.3空气能热泵干燥法的优点

实践证明，空气能热泵技术有以下主要优点：

2.3.1节约能源，运行费用低节约能源是高温热泵最初应用的出发点，也是主要的优点。与原来的燃煤蒸气烘干相比，可节省60%―70%的能耗成本，且节约人工成本，运用费用低。

2.3.2安全环保热泵烘干机组采用了电气分离技术，具有很高的安全性，生产过程的零污染排放使环境更绿色环保。

2.3.3干燥物品质好热泵烘干的温和干燥方式，接近自然干燥，其表面水分的蒸发速度与内部水分向表面迁移速度比较接近。整个干燥系统处于密闭状态，减少受热变性及变色，风味物质损失少，比传统干燥设备更有效地保护干燥物的色、香、味、个体形态和有效成分，所以成品品质好，等级高。

2.4用实例设备的优点和缺点

2.4.1热泵烘干设备结构简单可靠，成本合适该干燥系统的冷却设备和干燥设备是独立模块设计，两部分用连接管连接，进入连接管的空气以制冷系统调节（温度、流速和绝对湿度）后进入干燥室，这能保证各模块元件灵活拆装，且干燥室的大小和配置也更简单、灵活，设备成本容易控制。

2.4.2合理的干燥房设计，使成品率接近100%热泵干燥技术的烘干质量由热泵烘干设备的技术工艺所决定，但烘干房的设计也会相应影响着烘干设备的效率和烘干品质，该系统设备的干燥房设计合理，使整个干燥房的温度均匀稳定，均匀平衡脱水技术使成品率很高。

2.4.3不能动态自动控制温度湿度等虽然该设备使用时稳定性较高，但也需要根据被加工的农产品的类别事先进行温度和湿度的调控，但干燥加工是一个复杂多变过程，应根据物料脱水情况及环境状况实时调控工艺参数，所以自动化控制尤其重要，出于成本方面的考虑，该设备没有安装操作使用方便的PLC可编程控制器、触摸屏人机界面控制系统，还不能做到热泵干燥过程中，根据不同物料自动的将循环空气的温度、湿度及循环流量精确、有效的控制，所以对不同类型的物料干燥要进行定制作，而不能做到混用，使设备不能标准化，使用范围受到限制。

3前景展望

物料烘干是一个巨大耗能过程，大多数发达国家用于烘干的能耗占全国能耗的7%―15%，热效率仅为25%―50%，空气能热泵烘干作为能将降低能源消耗和提高烘干产品质量两者完美统一起来的技术将给烘干（干燥）行业带来重大的技术革命。

大部分烘干脱水的农产品要求是既不能炭化和糖化，更不能使物料内部的各种有益元素流失，通常烘干温度55℃就是一个临界点，而空气能烘干设备能有效的控制这个关键点。

广西农作物种类丰富，产量大，据相关数据表明，广西八角的产量占全球80%，水果和八角产品每年因为不能及时加工而损失量很大。空气能烘干设备的成功运用将对广西的蔬果、农产品加工提供更好的选择。

空气能热泵干燥设备的适用范围非常广，不仅适用于常规的农产品加工，还可用于海产