小型太阳能干燥设备研制及试验研究

论文摘要

根据广式凉果的干燥特性,设计开发了一套小型全天候太阳能干燥设备,并对该设备进行应用试验研究,对比分析不同凉果在研制的干燥设备中的实际应用结果,与传统的自然日晒干燥、热风干燥相比的优势,寻找设备干燥凉果最佳工艺条件,对工厂的实际运作起指导作用。（1）该小型装置特点是利用对V型太阳能集热板进行改造,使之成为既可输送热风,也可实现储存热量于热水中,该设备由集热板,干燥室,小型风机,储热水箱,蛇行风管,水泵,温湿度感应器,小型换热器,自动控制阀门及空气过滤装置组成,有完整的一套集热收集太阳能系统和热风干燥系统。白天干燥过程中,风从集热器底部经加热后进入干燥室干燥,排出的热风经鼓风机重新进风,当干燥室内温度过高时,自动控制阀将打开,水由集热器加热收集热量储存于保温水箱中;夜间当温度感应器感应干燥室内部温度过低,由控制阀中断集热器进风口,风由水箱中蛇形风管由水加热进入干燥室,之后类似于白天干燥过程;白天重新开始时,控制单元驱动控制阀关闭蛇形风管进风口,打开集热器进风口,又开始集热板热风干燥过程,储热水箱又可开始储存热能,周而复始,实现连续干燥操作;气候条件不佳时,可利用水箱中的电热丝加热水,通过蛇形风管实现热风干燥过程。该太阳能连续供热式干燥设备,能连续供热、全天候工作、成本低、结构简单、干燥效率且热利用效率高。（2）试验中采用的自主研制太阳能干燥设备,空气对流方式为自然对流和强制对流方式,研究了样品的干燥特性,在达到干燥要求的情况下,自然对流干燥时间需14h,强制对流干燥所需时间为12h,远远低于传统日晒干燥（50h）,自然对流干燥整个干燥过程样品的平均Deff值为1.39×10-6m2/s,强制对流干燥过程中样品的平均Deff值为1.26×10-6 m2/s,两种干燥方式干燥的水分扩散能力都比较均匀。（3）干燥设备自然对流干燥和强制对流干燥两种干燥方式下,以干湿梅作为试验样品,研究样品的理化品质及感官特性,试验结果表明,随着湿基湿含量的降低,处于不同层的梅子成品时的总糖、总酸和盐含量均有不同程度的增加,在样品色泽方面,非酶褐变使各层样品的L*值和a值上升,但对于b值而言,果皮果肉在干燥过程中趋势相反（果皮b值下降,果肉b值上升）,达到出厂产品品质要求。通过对干燥设备不同干燥方式不同物料层,样品理化及感官特性的研究,试验结果表明,自然对流方式通过适当的调整物料层的位置,对于样品的品质会有一定程度的提高,而强制对流方式由于干燥相对比较稳定,不需要通过调整物料层的位置来提高样品的品质。（4）太阳能干燥设备不同干燥方式下的应用研究表明,相对于自然日晒干燥、温室、烘箱干燥等传统干燥方式,太阳能干燥设备存在明显优势,干燥时间明显缩短,最多可以缩短76%,设备干燥总效率为63.4%,干燥过程环保节能;干燥环境高温低湿,产品品质、干燥效率和生产成本均有不同程度的提高,可以满足包括梅子等热敏性物料在内的多种农产品的干燥要求。（5）样品干燥至目标水分含量时,自然日晒大约需要50h,温室干燥约为30h,烘箱热风干燥需要12h,自制太阳能干燥设备自然对流方式及强制对流干燥方式耗时分别为14h和12h。强制对流、烘箱干燥、自然对流、温室干燥与自然日晒干燥在12h内湿含量分别降至58.08%、57.08%、60.21%、64.32%、69.22%。在干燥到相同的湿基湿含量（最终产品）的时候,五种干燥方式干燥产品水分活度均到达储藏要求,产品品质均达到了产品出厂的要求,综合而言,太阳能干燥设备干燥效果最佳。综上分析可以知道,利用自制广式凉果小型太阳能全天侯干燥设备研究温室、自然对流和强制对流等干燥方式与传统热风干燥与自然日晒干燥的差异,本试验为小型太阳能全天侯干燥设备对工厂的加工生产中的实际应用提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 农产品干燥技术进展
• 1.1.1 自然日晒干燥
• 1.1.2 热风干燥
• 1.1.3 真空冷冻干燥
• 1.1.4 微波干燥技术
• 1.1.5 太阳能干燥技术
• 1.1.6 其它干燥技术的应用
• 1.2 太阳能干燥设备的研究现状
• 1.2.1 自然对流型干燥设备
• 1.2.2 强迫对流型干燥设备
• 1.3 广式凉果的原料特性
• 1.4 广式凉果干燥产品评价指标
• 1.4.1 色泽
• 1.4.2 质构特性
• 1.4.3 感官评价
• 1.5 本课题研究的主要目的、意义和研究内容
• 1.5.1 本课题研究的主要目的、意义
• 1.5.2 本课题研究的主要内容
• 第二章 太阳能干燥装置研制
• 2.1 引言
• 2.2 太阳能干燥原理
• 2.3 太阳能干燥设备设计思路
• 2.3.1 传统干燥方式优势及不足
• 2.3.2 太阳能干燥设备设计
• 2.4 太阳能干燥装置物料衡算
• 2.4.1 干燥介质性质
• 2.4.1.1 湿空气特性
• 2.4.1.2 湿物料特性
• 2.4.2 除湿量的计算
• 2.4.3 空气消耗量的计算
• 2.5 太阳能干燥装置能量分析
• 2.5.1 总能量平衡
• 2.5.2 物料内能变化和排湿消耗能量
• 2.5.3 干燥系统总耗电能
• 2.5.4 系统热损失
• 2.5.5 干燥效率与系统总效率
• 2.6 太阳能干燥装置的设计
• 2.6.1 设计目标
• 2.6.2 太阳能干燥设备工作原理
• 2.6.2.1 干燥设备工作流程
• 2.6.2.2 干燥设备控制单元原理
• 2.6.3 干燥设备主要结构
• 2.6.4 干燥设备系统参数及试验参数
• 2.6.5 太阳能集热器的设计
• 2.6.5.1 材料结构与特点
• 2.6.5.2 集热器工作效率的计算
• 2.6.5.3 集热器中有效太阳辐射能的计算
• 2.6.6 干燥室设计
• 2.6.6.1 材料结构与特点
• 2.6.6.2 干燥室中有效太阳辐射能的计算
• 2.6.6.3 干燥室工作效率的计算
• 2.6.7 保温水箱的设计
• 2.6.8 小型太阳能干燥设备参数及材料选定
• 2.6.8.1 系统干燥效率
• 2.6.8.2 系统参数计算
• 2.6.8.3 系统部件材料规格
• 2.7 本章小结
• 第三章 太阳能干燥设备应用于广式凉果试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 试验原料
• 3.2.2 试验仪器
• 3.2.3 干湿梅干燥工艺流程
• 3.2.4 理化和感官指标测定方法
• 3.2.4.1 糖酸盐测定方法
• 3.2.4.2 湿基湿含量测定方法
• 3.2.4.3 温湿度测定
• 3.2.4.4 当量半径的测定
• 3.2.4.5 体积收缩率测定
• 3.2.4.6 色差测定
• 3.2.4.7 质构分析
• 3.2.4.8 水分活度的测定
• 3.2.4.9 感官分析
• 3.2.5 有效扩散系数测定
• 3.2.6 数据分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 干湿梅原料特性
• 3.3.2 样品的干燥机理
• 3.3.3 设备干燥（自然对流）样品干燥特性
• 3.3.3.1 干燥环境特性
• 3.3.3.2 样品的干燥特性
• 3.3.3.3 干燥过程中样品内部有效扩散系数分析
• 3.3.3.4 样品干燥过程理化品质变化
• 3.3.3.5 干燥终产品感官分析比较
• 3.3.4 设备干燥（强制对流）样品干燥特性
• 3.3.4.1 样品干燥环境条件
• 3.3.4.2 干燥设备物料层对样品品质影响
• 3.3.4.3 样品干燥特性
• 3.3.4.4 样品干燥速率
• 3.3.4.5 干燥过程中样品内部有效扩散系数分析
• 3.3.4.6 不同干燥方式样品品质的比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 太阳能干燥设备干燥特性及其表达模型
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 试验原料
• 4.2.2 试验仪器
• 4.2.3 试验设计
• 4.2.4 干燥模型
• 4.2.4.1 几点假设
• 4.2.4.2 球形颗粒的内部水分扩散方程
• 4.2.4.3 方程的分析解
• 4.2.4.4 简化的干燥动力学方程
• 4.2.5 数据分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 自然对流干燥的表达模型
• 4.3.1.1 样品干燥特性
• 4.3.1.2 模型选择
• 4.3.1.3 模型的建立
• 4.3.1.4 模型的验证
• 4.3.2 强制对流干燥的表达模型
• 4.3.2.1 样品干燥特性
• 4.3.2.2 模型选择
• 4.3.2.3 模型的建立
• 4.3.2.4 模型的验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 自制设备干燥与常规干燥试验对比研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料和方法
• 5.2.1 试验原料
• 5.2.2 试验仪器
• 5.2.3 理化和感官指标测定方法
• 5.2.4 数据分析
• 5.2.5 试验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 不同干燥方式下样品湿基湿含量变化
• 5.3.2 不同干燥方式干燥样品理化品质分析
• 5.3.2.1 干燥过程中水分活度的对比分析
• 5.3.2.2 不同干燥方式下样品硬度值对比分析
• 5.3.2.3 不同干燥方式样品品质的比较
• 5.3.2.4 不同干燥方式样品色泽变化对比分析
• 5.3.3 不同干燥方式样品感官品质变化对比分析
• 5.4 本章小结
• 结论和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢