蔬菜热泵型联合干燥研究

论文摘要

热泵干燥（HPD, heat-pump drying）是一种封闭式循环除湿干燥,没有尾气余热损失,热损失主要为设备与外界的热交换损失,可以大大降低干燥过程的能源损耗。这对于企业提高产品竞争力、节能减排以及保护环境等具有重要意义。传统穿流式干燥（AD, air drying）由于后期尾气是高温高湿的,带走了大量余热,使得目前国内脱水蔬菜生产能耗居高不下。真空冷冻干燥（FD, freeze drying）虽然获得了高品质的脱水蔬菜,但是干燥成本和初期投资仍然很高,使冻干产品价格贵,市场不能完全打开。本文以甘蓝菜、大葱为原料,研究热泵型联合干燥工艺,降低干燥能耗的同时,使样品获得最好的品质。通过设备总体结构设计和主要构件选型计算,确定了设备总体大小尺寸、材料、干燥系统和热泵系统主要构件的参数及布置,为生产厂家进一步设计、制造提供了依据。在一定实验条件下,以棉布料为实验对象,热泵干燥机的最大除湿量达到了1.2kg水/h。同时也说明了除湿量不仅受干燥对象的出水速率影响,还受热泵系统的整体除湿性能影响。在甘蓝菜热泵干燥单因素试验基础上,确定联合干燥方式为先热泵干燥后热风干燥（HPD+AD）。以热泵干燥阶段温度、分阶段干燥的水分转换点、后期热风干燥阶段温度为影响因素,以单位能耗除湿量（SMER, specific moisture extraction rate）值和叶绿素含量两者的综合指标Y为最终评价指标进行响应面优化分析,得出联合干燥最佳工艺参数:热泵干燥温度（xl=57.2℃）、水分转换点（x2=26.4%）和热风干燥温度（x3=54.5℃）。在最优工艺条件下比较HPD、HPD+AD、AD三种干燥方式下的样品品质和耗能,除了叶绿素含量外,联合干燥下得到的甘蓝菜成品品质好于热风干燥,而且降低了干燥耗能40.67 %。最后,通过不同组合干燥方式的对比,确定了大葱先真空冷冻干燥后热泵干燥（FD+HPD）的联合干燥方式。选取影响综合指标的冻干温度、水分转换点、热泵干燥温度3个主要因素进行研究,得出联合干燥最佳工艺参数:真空冷冻干燥温度（xl=61.1℃）、水分转换点（x2=36.5%）和热泵干燥温度（x3=57.4℃）。在最优工艺条件下比较FD、FD+HPD、HPD三种干燥方式下的样品品质和耗能,比较结果说明,联合干燥下得到的大葱成品外观上已接近于真空冷冻干燥,而且降低了干燥部分耗能55.08%,但除了总酸外,营养指标和复水比与冻干大葱成品还存在差距,这也需要将来做进一步的深入研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 节能型脱水蔬菜发展现状与前景
• 1.2 蔬菜热泵干燥研究进展
• 1.3 蔬菜热风干燥、冻干、联合干燥研究进展
• 1.4 立题背景和意义
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 第二章 蔬菜热泵干燥设备主要参数选定及性能测试
• 2.1 前言
• 2.2 设备总体设计
• 2.3 干燥系统构件设计与计算
• 2.4 热泵系统热力计算及设备选型
• 2.5 控制箱设计
• 2.6 热泵干燥设备性能测试
• 2.7 本章小结
• 第三章 甘蓝热泵与热风联合干燥工艺研究
• 3.1 前言
• 3.2 材料与设备
• 3.3 试验方法
• 3.4 结果与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 大葱热泵与真空冷冻联合干燥工艺研究
• 4.1 前言
• 4.2 材料与设备
• 4.2.1 试验材料
• 4.2.2 药品
• 4.2.3 试验仪器与设备
• 4.3 试验方法
• 4.3.1 试验指标的测定方法
• 4.3.2 工艺流程
• 4.3.3 大葱冷冻干燥曲线的测定
• 4.3.4 大葱热泵干燥特性研究方法
• 4.3.5 大葱热泵与真空冷冻干燥组合方式分析
• 4.3.6 大葱热泵与真空冷冻干燥联合干燥工艺优化试验方法
• 4.3.7 不同干燥方式品质与能耗的比较
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 大葱冷冻干燥曲线
• 4.4.2 大葱热泵干燥特性分析
• 4.4.3 大葱热泵与真空冷冻干燥组合方式的确定
• 4.4.4 大葱先真空冷冻干燥后热泵干燥（FD+HPD）工艺条件的确定
• 4.4.5 不同干燥方式下脱水大葱品质与能耗的比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2：本课题所用的主要设备实照
• 附录3：不同干燥方式的产品外观图