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1、云南普洱茶太阳能干燥方案云南普洱茶太阳能干燥方案名名 称：称： 云南普洱茶太阳能干燥云南普洱茶太阳能干燥 单单 位：位：上海筑能环境科技有限公司上海筑能环境科技有限公司二零一四年五月二零一四年五月第一章第一章 利用太阳能干燥可行性利用太阳能干燥可行性一、太阳能干燥的理论知识一、太阳能干燥的理论知识太阳能干燥就是使被干燥的物料通过太阳能集热器所加热的空气进行对流换热而获得热能，继而再经过以上描述的物料表面与物料内部之间的传热、传质过程，使物料中的水分逐步汽化并扩散到空气中去，最终达到干燥的目的。干燥过程是利用热能使固体物料中的水分汽化并扩散到空气中去的过程。物料表面获得热量后，将热量传入物料内部
2、，使物料中所含的水分从物料内部以液态或气态方式进行扩散，逐渐到达物料表面，然后通过物料表面的气膜而扩散到空气中去，使物料中所含的水分逐步减少，最终成为干燥状态。因此，干燥过程实际上是一个传热、传质的过程。它主要包括以下几个方面。太阳能直接或间接加热物料表面，热量由物料表面传至内部。物料表面的水分首先蒸发，并由流经物料表面的空气带走。此过程的速率取决于空气温度，相对湿度和空气流速及物料与空气接触的表面积等外部条件。此过程称外部条件的控制过程。物料内部的水分获得足够的能量后，在含水率梯度或蒸汽压力梯度的作用下，有内部迁移至物料表面。此过程的速率取决于物料性质，温度，含水率等内部条件。此过程称内部条
3、件的控制过程。物料的干燥特性曲线如下：太阳能干燥需要了解的参数： 干燥需要的能量 Q：影响干燥的因素：（1）空气的温度 若空气的相对湿度不变，温度愈高，达到饱和所需的水蒸汽愈多，水分蒸发就愈容易，干燥速度也就愈快；反之，温度愈低，干燥速度也就愈慢，产品容易发生氧化褐变，甚至生霉变质。但也不宜采取过度高温，因为果蔬含水量高，遇过高温度，使细胞质液迅速膨胀，细胞壁破裂，使可溶性物质流失。此外，原料中的糖因高温而焦化，有损外观和风味，高温、低湿还容易引起结壳现象。在干制过程中，一般采用 4090，凡是富含糖分和挥发油的果蔬，宜用低温干制。（2）空气的相对湿度 如果温度不变，空气的相对湿度愈低，则空气
4、湿度饱和差愈大，干燥速度愈快，空气相对湿度过高，原料会从空气中吸收水分。（3）空气的流速 通过原料的空气流速愈快、带走的湿气愈多，干燥也愈快。因此，人工干燥设备中，可以用鼓风增加风速，以便缩短干燥时间。（4）原料的种类和状态 果蔬原料的种类不同，其化学组成和组织结构也不同，干燥速度也不一致，如原料肉质紧密，含糖量高，细胞液浓度大，渗透压高，干燥速度快，有些原料如葡萄、李子等果面有一层蜡质，阻碍水分的蒸发，可在干燥前用盐水处理，将蜡质溶解，以增加干燥速度，由于水分是从原料表面向外蒸发的，因此原料切分的大小和厚薄对干燥速度有直接的影响，原料切分的愈小，其比表面积愈大，水分蒸发愈快。原料铺在烘盘上或
5、晒盘上的厚度愈薄，干燥愈快。（5）干燥设备的设计及使用 人工干燥设备是否适宜和使用是否得当，也是影响干燥速度的主要因素。二、太阳能空气集热器干燥优势二、太阳能空气集热器干燥优势1、安全性：空气型PCM相变蓄能集热器作为一种以空气为介质的太阳能集热器，具有升温速度快，便于维护，成本较低，泄露不影响系统工作，无需防冻、防腐等优势；2、可靠性： PCM 蓄热式太阳能空气集热器，传热介质采用循环空气。该系统从根本上解决了太阳能供热采暖系统在高寒地区可能出现的冻裂、泄漏、过热等安全隐患问题，且集热蓄热一体化，降低了太阳能供热系统成本，确保了太阳能采暖供热系统的长寿命。空气型太阳能集热器可在太阳升起后 1
6、 小时内就可进行集热，可提供多种物料干燥温度需求； 3、无污染：集热器集热采用风作为干燥媒介，媒介和所干燥物料直接接触，可有效避免物料干燥的二次污染，同时，使用太阳能作为热源可防止因消耗燃料给环境造成的伤害；4、热性能：热起动快，与公共建筑用热匹配性好，太阳升起，即可供热。可提供多种热源温度选择，温度可从 40120之间进行选择。三、传统干燥方式与太阳能干燥方式比较三、传统干燥方式与太阳能干燥方式比较1、传统干燥烟味是我国炒青绿茶中普遍存在的问题，由于木材燃烧和煤炭燃烧后产生的烟味引起的污染。木材燃烧产生的污染物在茶叶中主要是一氢茚、萘、愈创木酚、正壬酸等化合物。煤炭燃烧产生的污染物在茶叶中主
7、要是萘、雪松醇和愈创木酚。采用燃烧木材的方式，对木材资源产生了较大损坏，同时对当地环境了造成了一定的破坏。造成了当地的水土流失，对生态环境早成了不可逆的破坏。同时燃煤干燥的方式，对空气存在严重的污染，造成空气中二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物排放量的增多，对环境及民众的身体健康造成极大地危害。2、太阳能干燥优势太阳能干燥与自然晾晒(大气干燥) 相比其主要优势是能较大幅度的缩短干燥时间和提高产品质量。 对于产品质量问题，在过去并不引起人们的关注，这主要是因为在过去不同质量的产品其价位差很小，人们对健康问题不太注重。太阳能干燥系统采用专门的干燥室，可避免灰尘、忽然降雨等污染和危害，又由于干燥温度较自然
8、干燥高，还具有杀虫灭菌的作用。太阳能干燥系统与采用常规能源的干燥系统相比具有以下优势: 节省燃料 常压下蒸发一千克水，约需要 2.5103 kJ/kg 的热量。考虑到物料升温所需热量、炉子燃烧效率等各种因素，有资料估算，干燥一吨农副产品，大约要消耗 1 吨以上的原煤，能耗很大，若采用太阳能干燥则节能效果非常明显。减少对环境的污染 我国大气污染严重，这主要源于煤，石油等燃烧后的废气和烟尘的排放，采用太阳能干燥工农业产品，在节约化石燃料的同时，又可以缓解环境压力。运行费用低 就初投资而言，太阳能与常规能源干燥二者相差不大。但是在系统运行时，采用常规能源干燥物料其燃料的费用是很高的，若采用太阳能干燥
9、，设备投资(初投资)二者相差不大，但太阳能干燥除风机消耗少量电能外，太阳能是免费的。即使太阳能干燥不能完全取代采用常规能源的干燥手段，通过设计使二者有机结合，使太阳能提供的能量占到总能量消耗的较大比例，同样可节约大量运行费用。此外，太阳能干燥装置各部分工作温度属中低温，操作简单、安全可靠。第二章第二章 太阳能干燥系统设计太阳能干燥系统设计第一节第一节 太阳能干燥原理及解决方案太阳能干燥原理及解决方案太阳能干燥茶叶是利用太阳能热空气将茶叶内的结合水进行蒸发的一种工艺过程。根据对普洱生茶、熟茶加工工艺的了解，我们可以看到在每一个加工工艺流程中都需要干燥环节，必须经干燥后将茶叶的含水量降至10%（安
10、全含水量）以下，据此我们以太阳能空气集热器干燥和金属热风炉作为辅助能源进行设计。一、太阳能干燥原理及原理说明一、太阳能干燥原理及原理说明1、原理说明：根据不同的茶叶制品不同的工艺流程，将物料放置在干燥房（可以是太阳能温室）内，并放置在台架上，通过空气集热器集热，同时使用变频风机将热量输送至室内并对风量进行控制，排湿风机根据室内空气湿度和温度进行排湿。当太阳能系统温度达不到物料干燥温度要求时，通过控制转换至金属热风炉干燥，保证物料干燥温度的需求。2、控制说明：（1） 、当集热器温度大于设定温度 T（可调）时，风机 FJ1 启动，风阀 FA2 打开，系统进入太阳能供热模式；当集热器温度小于设定温度
11、 T（可调）时，风机 FJ1 停止运行,风阀FA2 关闭，风阀 FA1 打开，风机 FJ3 启动，利用金属热风炉提供物料干燥所需的温度，此时以太阳能集热系统温度作为初温度，系统进入辅助能源供热模式。（2） 、当干燥室内湿度大于设定值 T1（可调）时，风机启动 FJ2 启动，风阀 FA3 打开，进行排湿；当干燥室内湿度小于设定值 T1（可调）时，风机启动 FJ2 停止运行，风阀 FA3关闭。第二节第二节 设计依据、标准和相关计算设计依据、标准和相关计算一、设计依据一、设计依据所在地：所在地：云南普洱市概概 况：况：干燥地点位于云南普洱市，干燥量为每天 1 吨普洱生茶叶。 二、设计指标：二、设计指
12、标：物料初始干燥干燥温度 25（取采茶季室外环境温度） ，干燥工作温度 120；初始含水量为 78%，干燥完成后含水量确定为 10%。辅助能源：金属热风炉。 三、当地气象资料三、当地气象资料本方案太阳能辐照情况参照昆明地区气候：昆明年日均太阳能辐照量为 15.73MJ/m2.四、太阳热水器相关标准四、太阳热水器相关标准1、GB/T18713-2002太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范2、GB50015-2003建筑给水排水设计规范3、GB/T17581-2007真空管太阳集热器4、GB50017-2003 钢结构设计规范5、GB5009-2001建筑结构载荷规范6、GB50207-20
13、02屋面工程质量验收规范 7、GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范 8、GB50242-2002建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范9、GB50303-2002建筑电气安装工程施工质量验收规范10、GB50300建筑工程施工质量验收统一标准11、GB/T17049 -2005全玻璃真空太阳集热管 12、GB50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范13、GB50345-2004屋面工程技术规范14、GB/T20095-2006太阳能热水系统性能评定规范五、重要计算及说明五、重要计算及说明 1、茶叶干燥工艺参数2、按照要求进行每天 1 吨茶叶干燥进行设计，计算一天太阳
14、能干燥 1 吨茶叶所需要的集热器的面积 Ac。2.1 计算 1 吨茶叶干燥的排水量： WP = 1000（78%-10%）=680Kg2.2 干燥房内每天的干燥量为 1000kg，取 120 作为典型温度。经查水在 120时汽化潜热为 2202KJ/Kg。在干燥的过程中的热量共需要三个部分，如下：Q=Q1+Q2+Q3Q1-为湿物料温度升温需要的热量，MJ；Q2-为物料中水分挥发需要的热量，MJ；Q3-干燥装置的散热损失，MJ；Q1=C物mt=2.3741000（120-25）120作为干燥时茶叶的温度=225.5MJQ2=msr=6802202=1497.4MJms -物料每天的水分的蒸发量
15、680kgr -水的汽化潜热,2202KJ/KgQ3=（Q1+ Q2）5%=86.1MJ经计算：Q= 1809MJ3、 计算集热面积)1 (LcdTcJfQA总序号参数数据1干燥前含水量，%782干燥后含水量，%103处理量， T/d14干燥前后温度，25/1205日干燥时间， h8直接系统太阳集热器采光面积，；cAQ总总热量, 1809MJ；当地集热器受热面上平均日辐照量15.73MJ/；tJtJ太阳能保证率，无量纲，选 50%；f太阳集热器全日集热效率，根据工况情况取 0.55；cd热损失率，无量纲，此处取 0.2；L计算结果：集热面积 130.7按照每天干燥 1 吨茶叶的需求，则需要集热
16、面积为：130.7。单台“炫风”空气集热器 ZN-30D58-1800A 型为 4，则空气集热器数量为：N=130.7/4=32 台。根据太阳能集热系统管路同程要求，配置 30 台“炫风”空气集热器。4. 干燥室建筑面积计算（1）依据参数 A、集热器台数：30 台B、集热面积 Ac=120C、Jt（年日均辐照量）：15.29 MJ/（ d）D、cd(太阳集热器全日集热效率，取 0.5)E、L(热损失率，无量纲，此处取 0.2)F、空气比热 cp=1.003kJ/(kg*K)G、空气密度 1.293kg/m3H、系统运行时间 8hF、干燥室房间净高 3 米（2）计算集热系统每日有效集热量 Q1:733.92 MJ。建筑每日采暖用热需求 Q2：Q2=1.0031.293(120-25)=123.2 KJ干燥室最大有效容积：V=( Q1/ Q2)*100=400 m3干燥室
