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农产品热泵烘干房系统设计与经济效益分析

发布时间:2018-10-11 15:26所属分类:农业论文浏览:1

摘要:对农副产品加工企业加工干燥时,干燥时间长、能耗大的问题,从节能的角度出发,提出了一种节能的农副产品干燥系统。本文中空气能热泵烘干房是由云南省农机所研发,本文介绍了系统的基本结构及工作流程,并进行了烘烤实验,验证该该烤房的性能和经济效

  摘要:对农副产品加工企业加工干燥时,干燥时间长、能耗大的问题,从节能的角度出发,提出了一种节能的农副产品干燥系统。本文中空气能热泵烘干房是由云南省农机所研发,本文介绍了系统的基本结构及工作流程,并进行了烘烤实验,验证该该烤房的性能和经济效益。系统利用空气能热泵作为热源,不仅缩短农副产品的干燥时间,而且通过测算对比,该系统相对采用其他干燥系统具有良好的节能效果。

  关键词:农副产品,热泵,经济效益

  0引言

  在云南地区,传统的农副产品加工企业的干燥过程通常采用电加热或燃煤的方式,且无任何除湿装置,烘烤房内湿度大,导致干燥时间过长,能耗过大。针对以上问题,云南省农机所在空气能热泵技术的基础上,设计了农副产品干燥系统,并根据干燥过程的特点对除湿系统进行设计,以缩短干燥时间,降低干燥能耗。

  1材料与方法

  1.1测试品种云南七彩花生。本次试验以云南的地方特产—七彩花生,为样品进行设备的性能测试。七彩花生的产地位于云南省的西南边陲,一个叫孟连的美丽地方。

  1.2实验地点云南省昆明市农业机械研究所研发工场。

  2烤房简介

  2.1空气能热泵烘干机组的主要组成系统

  本烤房的主要组成系统包括:主机(加热系统),烘干房,循环风系统,排湿系统(干燥系统),排水系统,控制系统,预警系统。其中主要的部件有:压缩机、电子膨胀阀、贮液罐、气液分离器、冷凝器、蒸发器、热回收器、自动控制器、轴流风机、冷媒等等。其系统组成和工作原理示意图如图1。

图1

  2.2烤房实物图(图2)

图2

  3花生烘烤实验

  根据经验,在花生的干燥过程中温度对其影响较深,直接影响花生的成色与口感。在烘干过程中采取干燥温度从低到高的方式。我们采取分阶段干燥对干燥温度采用三因素三水平正交法得到最佳工艺方案,并用得到的最佳干燥工艺方案进行了烘烤实验。通过相关的实验方法和设备,对相关数据进行测量,进而验证此烘干设备的合理性,可行性、经济性。

  3.1实验方法与设备

  实验设备是建造较好的产品样机,以及足量的新鲜七彩花生;前期先进行三因素三水平正交法得到最佳工艺方案,后期实仓做实验。花生含水率为我们需要测量的关键数据,含水率测定的方法为中每2小时选取10颗大小均一的花生样品,以干基湿含量表示含水率,干基湿含量Xm,湿基湿含量Wm分别可以通过如下公式计算:

图3

  3.2三水平三因素正交实验

  正交实验是研究多因素多水平的一种设计方法,它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验,这些有代表性的点具备了“均匀分散,齐整可比”的特点,正交试验设计是分析因式设计的主要方法。三水平三因素的话,原本需要27次的实验,但是采用正交法的话通过9次试验的代表性,能较全面地反映出全面试验的结果,这就是正交实验设计所特有的均衡分散性。

表1

  我们正是利用这一特性来合理的设计和安排试验,以便通过尽可能少的试验次数,找出最佳水平组合。通过预热、恒速和降速干燥三个阶段最终达到干燥目的。初始水分越高,选择的热风温度应该越低。不同干燥温度对花生品质影响不同,根据国外干燥试验的验证,最优干燥温度在30℃~50℃,干燥温度不得超过50℃。

  干燥前期,温度越高,干燥速率越快,随着游离水分的蒸发,剩余的结合水越发难排除,为找出最佳的工艺方案,所以采用恒温干燥设备进行了正交实验,并且将三个阶段温度做为了3个因素。实验过程中各温段标准为:①初始阶段,果壳表皮干燥,陈现黄白色,说明果壳表面水分蒸发完全。②干燥阶段,阶段结束时打开果壳,果仁手感有湿度,果仁质地稍软,果仁皮较难剥离。③最终阶段,果仁干燥透彻,果仁坚硬,呈现浓浓的花生香味,成熟度越高香味越浓。设计因素表格如表1。

  3.3正交实验结果与分析

  通过对上述结果的分析,干燥时间较优的为A2B2C3,此方案为最佳工艺方案。

  3.4最佳干燥工艺方案下的实仓实验

  我们采用之前设计的样机进行了实验,对于农副产品而言,最重要的是卖相以及口感,所以感官鉴定非常重要,可以根据观察烘烤之后的产品的外观特点以及口感,进而可以对位于烘烤房不同位置的产品品质进行鉴定评级,如果烘烤房内各部位的烘烤质量相差无多,那么就验证了前面章节对风道改造的可行性,进而说明本设计可以应用于生产实践。

表2

  在样机干燥室内,选择6个不同的位置放置样品花生,6个点位于样机内各个位置,并且位置距离大致相同,验证最佳干燥方案下各个位置的花生干燥速率是否均匀,进而验证了均匀风道布置的有效。实验初始阶段温度在34℃,当果壳表面水分蒸发完全,果壳表皮干燥,陈现黄白色,为提高干燥效率,我们将温度提高至39℃,此时果仁质地稍软,果仁皮较难剥离,果仁颜色无明显变化,果仁脆度、柔嫩度、细腻度于生花生无异。

  将温度提升至48℃,试验结果果仁干燥透彻,果仁坚硬,呈现浓浓的花生香味,果仁脆度、柔嫩度、细腻度有显著提升。进行取样分析,6个取样点,平均每隔2个小时各取一次样品,采用前述的测水分的方法,分别测出数据,制作成表3,通过对比我们发现,不同位置样品的含水率差值不大,烘烤比较均匀;通过目测法等感官测量方法,可以确认花生烘烤出炉后色泽明亮香味明显,不同位置花生质量较为均匀,进而证明了送风风道设计的合理性。我们取第一取样点的数据,做成散点图,如图3所示。

图3

  从上面的散点图可见,本设备烘烤花生的变化曲线与农产品干燥曲线基本一致,而且,不同取样点的含湿量数值差距不大,进而证明本设备设计的合理性。

  3.5实验结果分析

  ①用三因素三水平正交法得到了花生干燥的工艺方案,按照干燥速率,各温度段为初始阶段温度在34℃干燥阶段温度在39℃最后阶段温度在48℃。②为了验证我们采用之前设计的样机进行了实验,在样机干燥室内,选择6个不同的位置放置样品花生,6个点位于样机内各个位置,并且位置距离大致相同,最佳干燥方案下各个位置的花生干燥速率均匀,进而验证了均匀风道布置的有效性。

  4效益分析

  4.1除去

  100kg水的费用分析表(表4)

表4

  4.2经济效益

  ①热泵干燥节能明显,与常规干燥设备相比,其节能率一般在60%左右。②热泵干燥在电价错峰期间或者地区,其干燥成本会更低。③热泵干燥使用清洁能源有利于环保,建议在企业长远发展过程中大力推广使用。④热泵干燥与其它能源联合干燥节能效果会更好,是今后发展的方向。

  4.3环境效益

  对环境没有污染,创造了一个清洁和谐的工作环境及生产环境、为企业的可持续发展奠定了基础,为企业的未来和科技创新及产业结构的调整、进行了有力的带动,符合人与自然、经济协调发展的规律。

表3

  5小结

  热泵烘干技术的使用,标志着农副产品脱水烘干迈向了新方向和新的领域、对传统农副产品烘干方式和烘干设备具有强有力的冲击和挑战。于此同时、热泵技术的应用也符合国家和地方政府提倡的节能减排、低碳生产生活的呼声、顺应了时代的发展、可谓势不可挡;在经济效益和社会效应两方面发挥了重大作用、为企业实施和推动可持续发展的目标和行动、可行性做出了表率、具有很强的说服力,利己利民。

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