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1、农业经济作物、农副产品干燥技术及干燥 设备的发展 卢英林 ( 沈阳远大科技实业有限公司沈阳东大干燥技术研究所， 1 1 0 0 1 6 ) 随着科学技术的发展，农业经济作物的种类越来越多，农副产品的用途愈来愈广泛，以前 污染环境的“三废物资，经科学处理后变为可再利用的宝藏。 农业经济作物或农副产品的加工都缺少不了干燥过程，因此，干燥技术的创新，干燥设备 的改进，成为了农业经济作物及农副产品加工发展的瓶颈。 近l O 年来，沈阳远大科技实业有限公司本着为农业服务，让农民增收的宗旨，开发了具 有自主知识产权的国际先进的高温快速、顺流干燥新工艺，及多环滚筒干燥机，并不断创新。 先后开发出三代用于农产
2、品深加工的干燥成套设备，成功的解决了农业经济作物：银杏叶的干 燥、苜蓿草的干燥、万寿菊的干燥、大麦苗的干燥、菊芋粕的干燥、桑叶的干燥使农民收益提 高了3 - 一5 倍，农业亩产值提高5 1 0 倍：及农业三废：西兰花茎叶的干燥、玉米酒精糟的干 燥、木薯酒精糟的干燥、地瓜酒精糟的干燥、柠檬酸渣的干燥，牛粪的干燥等，不仅解决了环 境污染的问题，还变废为宝。 1农业经济作物及农副产品烘干的难点和特点 1 、要求产量大； 2 、初含水高，通常都在8 0 以上，即使经过前期处理，其水分也在7 0 以上，且为内含 水； 3 、烘干过程中，物料自身温度不能超过8 0 ，否则蛋白质及其它有机元素将被破坏； 4
3、 、烘干成本不能高，因其附加值较低。 2 为克服上述烘干难点，采用高温、快速、顺流烘干新工艺 l 、理论依据是：在对流干燥过程中，湿物料在干燥介质中，当介质温度超过环境的湿球 温度时，湿物料的水分就开始蒸发。由于水分蒸发是吸热过程，故高温介质带来的热量，均被 湿物料水分蒸发所吸收，故在等速干燥阶段，湿物料自身温度始终不会超过环境的湿球温度， 通常湿球温度都不会超过8 0 由于采用顺流干燥，故随着湿物料水分的蒸发，高温介质湿度 也逐渐降低，关键是掌握好干燥机的出口，使其控制在等速干燥的终点，即物料水分达到 1 4 以下，即与干燥介质脱离，因为进入降速干燥过程，由于高温介质给予物料的热量将高于水分
4、 蒸发所需的热量，物料温度会上升。为此，必须采用快速干燥，即根据物料的比重及粒度，合 理控制介质速度。 2 、其优点是： ( 1 ) 产量高，容积小，从而消耗动力少 干燥机进口风温可达8 5 0 ，出口风温控制在9 0 1 2 5 ，干燥强度达1 0 0 k g ( H 2 0 ) m 3 h ，是传统单滚筒的2 , - - - 3 倍，物料在机内停留时间仅1 5 “ - 2 分钟，最大小时蒸发水分达8 0 0 0 公斤时，日产量为8 0 1 0 0 屯，日( 干品) 。机器主机装机容量仅是常规滚筒的八分之一。 其原理是：温差大，传热快。 3 9 1 从传热学理论可知：高温介质向湿物料传热，二
5、者温差越大，传给湿物料的热量越多，湿 物料的水分蒸发愈快。 湿物料与干燥介质问的传热方程( 忽略辐射) 可由牛顿定律描述： Q = Q A ( T - T A ) 上式中：Q 为单位时间内的传热量( k w ) a 为介质与物料的传热系数( k w m 2 ) A 为有效接触面积( m 2 ) T 为干燥介质的温度( ) T A 为湿物料的温度( ) 从上式中看出：干燥介质的温度( T ) 越高，它与湿物料的温差( T - T A ) 愈大。单位时间 内传送的热量就愈大，从而单位时间内水分蒸发量也愈大。 由于采用高温烘干，故使干燥机干燥强度大大提高，即同样干燥容积，烘干产量大大提高。 即同一产
6、量，干燥机相应的容积可大大减少，从而装机容量减少。 ( 2 ) 干燥介质温度高，干燥速度快 物料在烘干机内停留时间仅1 5 2 分钟。 其原理是：根据传热介质方程 其干燥速率可用下式表示： V c ：百a ( T - T w ) 埏( H 2 。) ，m 2 H 上式中：Q 为物料与干燥介质的传热系数( k w m 2 ) r w 为介质湿球温度下的汽化潜热( K W k g ) T 为介质温度( ) T w 湿球温度下干燥介质的饱和温度( ) 从上式中又看出：干燥介质的温度T 愈高，必然使干燥介质与湿物料的温差( T - T w ) 愈 大，干燥速率愈高。 ( 3 ) 干燥的热效率高 本机组
7、以煤为燃料，其综合热效率达7 6 ，烘干酒精糟( 初含水为7 0 ，终含水1 0 1 2 ) ， 吨干品耗煤仅2 5 0 公斤( 煤发热量为6 3 0 0 千卡，公斤) 其原理是： 懈己= 粼1 0 旷 上式中： T 1 为干燥机入口的介质温度( ) T 2 为干燥机出口的介质温度( ) T o 为环境温度( ) L 为干空气需要量( k g ( 干) H ) C H l 为进入干燥机时空气温比热( K J n c g ) 若环境温度T 盱- - - 0 “ C ，则= ( 1 一苦) X1 0 0 3 9 2 显然：干燥介质温度T l 愈高，其干燥热效率越大。 ( 4 ) 干燥物品品质好 在
8、高温干燥的条件下，必须采用顺流，即物料的走行方向与干燥介质的走行方向一致。其 原理是：入口高温热风与高含水物料接触，高温带给湿物料的热量均被水份蒸发所吸收，自身 温度始终保持在相应的湿球温度，水分则不断降低，相应的热风温度也相应降低。只要控制好 干燥机的出口风温，即可得到满足设定的终含水率要求，而物料温度在干燥过程中始终低于 6 0 左右，保证物料有用物质在烘干的过程中不变质。 3 多环滚筒干燥机 与前述高温、快速、顺流烘干工艺相结合，采用多环滚筒式干燥机。它是上世纪9 0 年代 投入市场的新型干燥机。首先出现在欧洲。目前欧美市场主要是以多环滚筒干燥机代替原来的 单滚筒机。 结构特点： 三个直
9、径不等的滚筒套装，组成一个多环滚筒，内、中环滚筒内外表面，外环滚筒内表均 装有抄板。三层滚筒以同一转数回转，物料走向是：湿物料从内筒进入，从末端返回进入中层 滚筒走到首端，再转入外层滚筒，最后由外筒末端排出。 多环滚筒干燥机物料走向图 较单层滚筒干燥机的优点： 1 、改善烘干性能：它能满足高温、快速、顺流烘干新工艺的要求。因为内、中、外三个 简体直径不同，故热风通过的断面积不等，故湿物料在三层简体内的运行速度不等。故可根据 干燥过程水分蒸发的速度合理布置，三筒体的通过断面，如内筒由于物料水分含量高，且干燥 介质湿度高，干燥强度大，故设计成断面小些，使其烘干时间短，中筒、外筒由于物料含水逐 渐减
10、少，介质温度也相应增大，使其湿物料通过速度降低，延长烘干时间，以其达到理想烘干 效果。 2 、长度缩小了三分之二，厂房面积相应缩小。 3 、机器钢材消耗大大降低，由于其机重降低，装机容量大大减少，相应电耗降低。 4 、保温效果好，热能利用率高。 4 高温快速顺流干燥系统的工艺流程 1 、工艺流程是：湿物料推入上料刮板运输机，在刮板运输机出料口前均料机将物料层摊 平，等厚度的料流进入上料螺旋输送机，再将料排入热风炉出风E l 处，被燃煤热风炉产生的高 温热气流吸入三环滚筒干燥机内进行烘干。烘干后的物料吸入排料系统，混入的石块等杂物沉 积到沉积装置( 定期排出) ，干物料在收集器( A ) 进行料
11、风分离，干物料经闭风出料器排入 冷却系统，冷却后的干料经旋风出料器( B ) 排出。进入包装机，装袋外运。从收集器排出的 热风一部分排入大气，大部返回混风室再进行加热。所有机组均由主控制中心控制，由自行研 3 9 3 制的自动控制系统对系统进行自动控制。 供热系统可采用电、油、气、煤，由用户自选。 工艺流程图 2 、干燥特性分析 干燥机的干燥特性分析 干燥分为四段 A B 段：预热段，物料经刮板输送机进入干燥机，由于高温热风的作用使物料升温，达到热风 的湿球温度，这时物料水分几乎没有变化，热空气温度稍有降低，其放出的热量主要 用于物料的预热。 B C 段：等速干燥段，干燥速率为恒值，在此段物料
12、表面始终存在一层自由水，热风传给物料 的热量全部用于水份汽化。因而物料表面的温度始终保持为空气的湿球温度不变，热 风温度及物料的水分迅速降低。 C D 段：干燥进入降速段。物料内部水份扩散速率小于表面水份汽化速率，物料表面没有足够 的水份，故干燥速率降低。空气传给物料的热量大于水份汽化消耗热量，故物料表面 温度不断提高，空气温度进一步降低。如果物料温度达到绝干程度，物料温度将与热 风温度一致。 D E 段：为冷却段，物料含水率已降到要求值，从干燥机排出，进入冷却系统，通冷风，使干 燥物料温度迅速略高于室温，直接装袋外运。 3 9 4 3 、自动控制 由于采用高温快速烘干新工艺，物料在烘干系统中
13、，流动时间只有几分钟，为保证烘干质 量，当湿物料含水率变化时，相应烘干参数必须产生与其相适应的变化。这种变化必须由自动 控制系统完成。在此烘干系统中，我公司设计制造一种独特的控制方法，首先设定物料烘干完 成后的含水率，在烘干过程中，不论物料初含水及热风温度怎样变化，自动控制系统都会自动 调整相应参数，保证干物料的设定含水率。 5 烘干成本低 采用下列节能措施： ( 1 ) 高温快速烘干新工艺 ( 2 ) 尾气循环利用：即排出的尾气( 1 0 0 左右) ，大部返回到混风室，再次加热，作为新的 烘干介质。 ( 3 ) 采用高效燃煤热风炉 上述措施使综合热效率达7 6 以上 ( 4 ) 机器装机容
14、量仅是常规滚筒干燥机的八分之一 ( 5 ) 实现整机自动化，节省操作人员，从而大大节省电能。 6 安全生产 由于采用高温烘干工艺，且烘干物料皆为有机物，燃点较低，故在烘干过程中，如不加以 特殊防范，产生燃烧、爆炸的可能。 为此本系统采用： 1 、尾气回收，热风再循环的技术，实际上千燥介质类似过热水蒸气，从而防止了燃烧的 可能性。 2 、为防万一，机组内装有一套防燃，防爆装置，即可烘干机偶发机内燃烧现象，也可在 不停机情况下，加以消除。 7 可一机多用 可烘干各种片状，纤维状，粒状物料。 如：糟渣、草炭土、苜蓿草、万寿菊、银杏叶、大麦苗、菊芋粕、甜菜渣、玉米胚、蔬菜 茎叶、秸杆、中草药、木屑等多
15、种物料。 8 结论 由于采用高温快速顺流烘干新工艺，新型多环滚筒干燥机，高效节能燃烧热风炉。独创的 自动控制，系统及一系列的安全防爆装置，成功的解决了农业经济作物及农副产品烘干的诸多 难点。经多年的生产实践考验，其各项主要性能指标均达到国际先进水平，并具有中国特色： 以燃煤为干燥热源，以其低烘干成本满足低附加值产品的干燥，而市场售价大大低于进口设备， 故市场占有率居国内领先，逐渐走向国际市场。 参考文献 1 作者：卢英林苜蓿草高温快速烘干设各研制中的若干问题出处：干燥技术与设备2 0 0 4 4 2 作者：卢英林 苜蓿草干燥成套设各及干燥机理出处：中国乳业2 0 0 2 1 3 作者：王国恒干燥过程中的高温快速工艺出处：工业炉2 0 0 6 4 3 9 5
