太阳能苜蓿干燥装置设计方案课题设计

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1、目录目录 1.引言.1 1.1 本研究的目的及意义1 1.2 国内外牧草干燥技术发展概况2 1.2.1 牧草干燥方法简介.2 1.2.2 国外研究现状.4 1.2.3 国内研究现状.5 1.3 主要研究内容6 2.太阳能牧草干燥概述.7 2.1 牧草资源及市场概述7 2.2 我国的能源环境概述7 2.3 太阳能干燥及其特点8 2.4 太阳能干燥国内外技术现状8 2.5 太阳能干燥的优势9 2.5.1 太阳能干燥与自然干燥相比具有以下优势:9 2.5.2 太阳能干燥与采用常规能源的干燥装置相比具有以下优势:.10 3.干燥基本理论.11 3.1 太阳能干燥装置的物料衡算11 3.2 太阳能干燥装

2、置的热能衡算12 4.干燥装置的设计.13 4.1 太阳能干燥器的基本类型13 4.2 太阳能干燥装置方案选择14 4.3 太阳能空气集热器的设计14 4.3.1 三种空气集热器的比较研究.15 4.3.2 集热器所用材料.17 4.3.3 太阳能集热器的安装方式.17 4.4 太阳能空气集热器与热风炉串联集成设计18 4.5 控制系统的设计19 4.6 换热系统的设计19 4.6.1 换热装置的构造组成19 4.6.2 载料车的构造组成20 4.7 烘干工艺流程21 5.结论.22 参考文献23 致谢25 1 太阳能苜蓿干燥装置设计方案太阳能苜蓿干燥装置设计方案 1.1.引言引言 太阳能苜蓿

3、干燥装置的设计方案主要考虑大农户的使用, 它的设计思想基 于连续烘干作业, 不受天气和夜间的影响。采用此方法的最大好处是白天利用 太阳能产生热风,晚上用热风炉加热, 二者相互配合, 取长补短, 可大大缩短烘 干周期。烘干室地面铺设轨道, 料盘架用小车推入, 内墙壁采用保温隔热层,安 装太阳能空气集热器时选择最佳的位置接受阳光的辐射。集热装置的集气管与 热风炉进气孔接通, 使太阳能采气系统和热风炉加热系统结合起来。太阳能空 气集热器直接吸收太阳辐射能, 空气则由于温室效应而被加热。干燥室内安装 轴流风机, 使空气在干燥室中不断循环, 并使其上下穿透物料层, 使物料表面 增加与热空气接触的机会。在

4、混合型太阳能干燥装置内, 装有干湿球温度传感 器控制进风和排风。白天可根据天气情况随时启动热风炉补充加热, 夜晚主要 用热风炉提供热风。 1.1 本研究的目的及意义 苜蓿是世界上栽培最早、面积最广、最重要的饲草原料之一，不仅产草量 高，草质优良，而且富含蛋白质、多种维生素和矿物质，其干物质中粗蛋白质 含量为15%-25%，相当于豆饼的一半，比玉米高1一1.5倍，有“牧草之王”的美 称。同时种植牧草，还可改土肥田、提高粮食单产。全世界苜蓿种植面积达5亿 亩，但由于苜蓿为豆科牧草，含有较多的胶体物质和较少的碳水化合物而不易 青贮，收割的苜蓿必须及时干燥，否则就会发霉变质甚至腐烂，致使动物无法 食用

5、。青干草是草产品流通的主要形式，同时也是发展绿色畜牧业的重要的蛋 白质资源。目前，己开发的牧草产品有草粉、草颗粒、草块、草饼、草捆、叶 块、叶粒和浓缩叶蛋白等。牧草产品在国际、国内均具有非常广阔的市场，亚 洲已成为世界上最大的苜蓿产品进口市场，年总需求量240一255万吨，其中， 刘才华：太阳能苜蓿干燥装置设计方案 2 紫花苜蓿是生产量和销售量最大的牧草产品，在美国已成为仅次于小麦、玉米 和水稻的第四大农作物，成为美国农业的支柱产业。苜蓿草产品国际市场售价 为200230美元/吨，优质草粉高达300美元/吨;国内苜蓿产品售价多在1100一 1400元/吨，优质产品达1600一1800元/吨;我

6、国出口的粗蛋白含量为15%的草粉， 价值1200元/吨，蛋白质含量增加1%，售价增加100元(黄浩平，2001)。 我国是蛋白质饲料资源短缺的国家，同时对牧草产品需求量较大，据有关 专家分析和国外的生产实践，在各类畜禽的饲喂标准中，牧草产品在牛羊饲料 中可占到60%，猪饲料中可占到10%一15%，鸡饲料中可占到3%一5%，可用于配合 饲料的牧草产品市场前景广阔，另一方面，我国适宜冷季放牧的草地仅占全年 放牧草地的24.3%，还有75%以上地区的牧畜冬季缺草，同时，适于收割调制干 草储备过冬的草地只占全国草地面积的25%，而且70%以上分布在东部和南部湿 润地区，这种地区间和季节性的不平衡将会推

7、动我国牧草产品的发展和流通。 中国畜牧业九五计划和2010年远景规划指出，突出发展草食型、节粮型畜 牧业，已成为当前和今后一段时间内农业结构调整的当务之急，随着我国农业 实施粮一经一饲(3:1:l)三元结构调整，苜蓿将成为发展可持续农业的首选饲料 作物，发展优质豆科草粉将成为开发蛋白质饲料资源的一项新技术产业。 近几年我国苜蓿草的种植发展很快，目前已有10多个省大面积种植，但由 于受气候条件的限制，除西北等少雨地区，苜蓿靠自然晾晒外，其它地区苜蓿 主要收获季节均在雨季，现蓄期和初花期收割的青绿牧草含水量在70%一85%之 间，而安全贮存标准需将其水分降到14%以下.因为没有烘干设备，收获后的苜

8、 蓿大多变质、腐烂，失去其饲用价值和商业价值，造成农牧民丰产不丰收，极 大地挫伤了农牧民种草的积极性(卢英林2002)。 1.2 国内外牧草干燥技术发展概况 1.2.1牧草干燥方法简介 牧草的干燥方法主要有自然干燥法、人工干燥法、化学干燥法等。自然干 燥法是先将苜蓿收割后就地摊晒，待植株体内的水分下降到45%左右时堆晒。在 自然干燥过程中，由于豆科牧草苜蓿含有较多胶体物质和较少碳水化合物，分 散失水速度较慢，且茎杆较叶片的干燥时间长，当苜蓿叶干燥到含水率15%一20%时， 3 苜蓿茎的水分含量是35%40%，在晒制过程中，因叶片先于茎秆干燥而造成脱 落，使苜蓿干草的蛋白质、胡萝卜素、叶绿素、含

9、量急剧减少，从而失去应 c V 有的饲喂价值和商业价值(韩建国，1998;李鸿翔，1999)。另外，在光照时间短、 光照强度低、潮湿多雨的地方，很难只利用阳光来晒制干草而必须结合利用草 堆的发酵产热降低水分来共同完成牧草干燥过程.发酵干燥法就是将收获后的牧 草先进行摊晾，使其水分降低到50%左右草堆集成3米一5米高的草垛逐层压实， 垛的表层可以用土或薄膜覆盖，使草垛发热在二三天内，使垛温达到60一 70，随后在晴天时开垛晾晒，将草干燥，当遇到连阴雨天时，可以保持温度 不过分升高的前提下，而发酵更长的时间，此法晒制的干草养物质损失较大(韩 建国，1998)。 人工干操法干燥牧草，主要有三种形式:

10、 （1）常温通风干燥，是先建干燥库房，设置大功率鼓风机，地面安置通风 管道，需干燥的牧草，经收割压扁后，堆在通风管道上，开动鼓风机完成干燥。 此法占地面积大、效率低。 （2）低温烘干法，是先建造牧燥室、空气预热锅炉、设置鼓风机和牧草传 送设备，用煤或电作能量将空气加热到90150，鼓入干操室，利用热气流经 数小时完成干操。 （3）高温快速干操法，主要用来生产粉，利用高温气流(温度500一1000 以上)，将切碎的青草(长约25mm)在数分钟甚数秒钟内使水分降至14%15%，再 由粉碎机粉碎成粉状或直接压制成干草块。整个过程由恒温器和电子仪器控制。 采用高温快速干操法调制的干草粉可保存幼嫩青草和

11、绿饲料养分的90%95%， 在一公斤干草粉内含有120g一200g粗蛋白，200g一400g胡萝卜素和低于240g的 粗纤维。干草粉的特点是营养完善而品质高，含有生物价值完善的蛋白质、丰 富的胡萝卜素、叶黄素、维生素E和维生素K，可作为维生素、蛋白质的补充料 使也是猪、禽、幼牛等配合饲料必不可少的组成部分。另一特点是压制成颗粒 状或饼状容易保存，便于运输，商品性强。但此干燥法的干燥成本较高一般不 易被接收。 化学干操是指将苜蓿收割后喷洒化学药剂加速干燥。干澡剂改变了牧草角 质层结构或溶解了角质层，促进水分的散失，缩短了田间自然干燥的时间，降 刘才华：太阳能苜蓿干燥装置设计方案 4 低营养物质的

12、损失。 自然干操法不需要特殊的设备、成本低，但易受自然气候条件的制约，而 且劳度大、效率低，干燥过程持续时间长、营养物质损失较大，收获后压扁苜 蓿茎秆是常用的机械加速干澡的方法，苜蓿茎经过压裂后干操所需干燥时间与 未压裂的同类相比，前者仅为后者的l/2一l/3(韩建国，1998)。化学干燥剂的 使用可以显著地提高速度，有效的减少营养物质的损失。但其干操原理及干燥 剂的组配还有待进一究。目前，国外普遍采用人工高温快速干燥法千操牧草， 这种方法可以克服自然对天气状况的依赖，并减少微生物、生理生化过程、雨 淋和枝条折断等因素对干草质量的影响，但人工干燥法的成本高。我国牧草人 工干燥研究起步较晚，有关

13、牧草干参数及工艺研究甚少。 1.2.2国外研究现状 国外关于牧草人工干燥和化学干燥的研究较早，美国1910年在路易斯安那 州建立了第一个用脱水苜蓿生产草粉的企业。当时所用的干燥机为垂直安装有 七个传送带的传送型，由鼓风炉送进90一120的热风。1926年在路易斯安那 州农业试验站设计出了介质温度为800的第一台滚筒式干燥机，热效率为 59%。1929年在这种型号的基础上又设计出了滚筒直径1.85m，长12.5m，功率 15.5kw，生产能力为12O0kg/h千苜蓿的干燥机。前苏联于1928一1930年开始牧 草烘干实验，1933研制成功并在生产上应用的CTII一0.1型风动式(筒式)干燥机，

14、生产能力1OO kg/h干草(包括将草粉压制成块状饲料)。目前，俄罗斯应用ABM机 组，每小时生产草粉1.6一1.8吨。荷兰用AS一25型草粉加工机组，该设备生产 能力为1250kg/h，工艺流程与俄罗斯ABM型机组相仿。B.J.Hong，(1987)研究表 明，电镜下压扁茎秆最明显的效果就是将木质化和非木质化的细胞分开，压扁 使茎秆分成许多部分，从而增加茎秆表面积，减弱了保持水分的能力，从而提 高了干操速度。Harris等人研究了化学干燥的机理及化学药剂的使用。Harris 等认为苜蓿收割后水分散失的主要障碍为茎叶表面的角质层及蜡质，以有机溶 剂溶解茎叶表面的蜡质后，破坏了蜡质层的结构，改变

15、蜡粒的排列方式，从而 加速了水分的散失。长链脂肪酸甲醋结合于蜡质表面，促进了水分在蜡质表面 的运输，从而促进了水分的散失，加快了苜蓿的干燥速度。Meredith等研究了 碱金属碳酸盐溶液及钾盐对加快苜蓿干燥速度的研究中发现:碱金属的碳酸盐如 5 Li CO 、Na CO 、K CO 均可加快 苜蓿干燥速度，而钾盐溶液:KCl、 232323 K CO 、KHS0 、KOH、K S0 中较为有效地是KOH和K CO ，并且确定K CO 的 234242323 浓度为0.16M。eghart等在化学药剂对加快苜蓿干燥的研究中选用十六碳和十八 碳脂肪酸甲酯与X一77表面活化剂作为处理，发现长链脂肪酸

16、甲酯与X一77表面 活化剂的混合液的效果较好，但以2%的长链脂肪酸甲酯+1%一77+0.2M K CO 的 23 干燥效果最好。 1.2.3国内研究现状 国内由于受到牧草种植面积、经济效益等多方面的影响，对自然干燥法加 快牧草脱水途径研究较多，化学干燥也有报道。张秀芬等研究了压扁苜蓿茎秆 对加快干燥速度的影响，发现压扁苜蓿茎秆可以加快其干燥速度，并且压扁苜 蓿茎秆后，苜蓿茎、叶干燥速度趋于一致，减少了叶及幼嫩部分的损失(张秀芬， 1997;高彩靛，1997)。王钦指出，自然干燥法中压扁干燥的紫花苜蓿比普通干 燥的牧草干物质损失减少2一3倍，碳水化合物损失减少2一3倍，粗蛋白质损失 减少3一5倍;但在阴雨天，茎秆压扁的牧草营养物质易被淋失，从而产生不良效 果(王钦1995)。孙京魁研究了薄层摊晒法、小捆晒制法、搭架晒制法不同晒制 方法处理的苜蓿青干草中粗蛋白和粗纤维含量，结果表明，搭架晒制苜蓿青干 草，可有效地防止叶片和花蕾脱落，从而保存了叶片中所含粗蛋白、钙、磷及 多种微量元素和维生素。搭架晒干的粗蛋白显著(P0.05)高于小捆晒制和薄层 摊晒，粗蛋白分别提