空氣能熱泵干燥技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工中的應(yīng)用與分析

摘要：干燥已成為農(nóng)產(chǎn)品加工過(guò)程中提高生產(chǎn)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，空氣能熱泵干燥技術(shù)因節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)具有十分廣闊的應(yīng)用前景。文章簡(jiǎn)述熱泵干燥設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和原理，通過(guò)實(shí)例分析現(xiàn)有空氣能熱泵干燥設(shè)備在農(nóng)產(chǎn)品加工的應(yīng)用狀況，討論在應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：空氣能熱泵；農(nóng)產(chǎn)品；烘干；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TK172文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-4374（2013）03-0044-03

目前，農(nóng)產(chǎn)品加工過(guò)程中，不可避免地要進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品烘干（干燥），使其含水量達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以利于農(nóng)產(chǎn)品的保管、儲(chǔ)藏以及再加工。農(nóng)產(chǎn)品最傳統(tǒng)干燥方法多采用日曬或人工烘烤，該工藝效率低下，受天氣制約，且成品質(zhì)量難以保證。目前稍具規(guī)模的加工廠采取蒸氣烘干或電熱風(fēng)干燥，雖說(shuō)蒸氣烘干或電熱風(fēng)干燥法比起日曬或人工烘烤法有著無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，但隨著人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)環(huán)境的保護(hù)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)以及不可再生能源（如天然氣、煤、石油）的日益枯竭，原有的燃煤、燃油或是電熱等高能耗、高污染的干燥設(shè)備的使用將受到嚴(yán)格限制甚至被禁止使用，它們已處在被淘汰的地位。太陽(yáng)能烘干設(shè)備雖能節(jié)能但不能支持長(zhǎng)期工業(yè)化生產(chǎn)，尋找一種新型的、安全的、環(huán)保的、高效節(jié)能的干燥設(shè)備替代原有舊式的干燥設(shè)備顯得越來(lái)越緊迫，空氣能熱泵烘干設(shè)備就是在這種環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生了。

1空氣能熱泵烘干的工作原理

空氣能熱泵是根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，采用少量的電能驅(qū)動(dòng)熱泵，通過(guò)熱泵裝置中的構(gòu)成部分——蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥或節(jié)流閥，促使工質(zhì)不斷完成蒸發(fā)（吸收外界空氣中熱量，或回收干燥過(guò)程中排氣余熱）—壓縮—冷凝—節(jié)流—蒸發(fā)的熱力循環(huán)過(guò)程，使空氣環(huán)境中的能量搬運(yùn)至烘箱（房）內(nèi)，烘箱內(nèi)熱空氣經(jīng)過(guò)反復(fù)循環(huán)升溫，吸收物料中水分，自身降溫加濕，經(jīng)熱風(fēng)排濕或冷凝除水過(guò)程把物料中水分排除帶走，并最終實(shí)現(xiàn)物料連續(xù)干燥。熱泵烘干過(guò)程中，若消耗了一份的能量（電能），它同時(shí)從環(huán)境空氣中吸收轉(zhuǎn)移三份的能量（熱量）到干燥介質(zhì)中，相對(duì)于電熱烘干機(jī)而言，就節(jié)約了三分之二的電能，熱泵憑其高效節(jié)能的最大特點(diǎn)成了備受關(guān)注的新型綠色能源產(chǎn)業(yè)。

2空氣能熱泵干燥設(shè)備的具體應(yīng)用分析

2.1運(yùn)用實(shí)例對(duì)比

廣西農(nóng)作物種類豐富，特色產(chǎn)品如荔枝、龍眼、香蕉、木瓜、薯類、煙葉、茶葉、中藥材等產(chǎn)量大，常常需要再加工，現(xiàn)有加工企業(yè)多是中小規(guī)模的廠家，目前多是采用蒸氣或電熱風(fēng)進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品干燥，空氣能熱泵技術(shù)只是開(kāi)始在廣西中小農(nóng)產(chǎn)品加工廠家嘗試使用，南寧市好聰仔食品有限公司從2012年5月份開(kāi)始正式投入使用時(shí)就已使用梧州市華源動(dòng)力機(jī)械有限公司為它量身定制的熱泵烘干節(jié)能設(shè)備，其具體使用情況分析如下：

對(duì)比內(nèi)容蒸氣干燥熱泵干燥干燥循環(huán)方式開(kāi)放式（空氣經(jīng)加熱后進(jìn)入干燥房?jī)?nèi)吸濕后敞開(kāi)排入大氣中）封閉式（作為干燥介質(zhì)的空氣只在干燥房?jī)?nèi)循環(huán)）去濕方式排濕（高溫濕空氣直接敞開(kāi)強(qiáng)排入大氣）制冷除濕（通過(guò)制冷系統(tǒng)降溫除濕自動(dòng)水汽分離）熱源蒸汽冷凝熱回收溫度均勻性不良（因蒸汽供熱方式前入后出導(dǎo)致加熱不均勻）優(yōu)（加熱系統(tǒng)布置合理使烘房?jī)?nèi)溫度均勻）干燥質(zhì)量一般（有變色、變形現(xiàn)象）優(yōu)（產(chǎn)品能較好地保持原有的色澤、風(fēng)味）總功率100kw（換算功率）35kw電機(jī)功率23kw8kw能效比70%300%烘干溫度80℃40—60℃烘干時(shí)間30h20h運(yùn)行費(fèi)用高（廢熱排放大，熱效率低；烘干時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，運(yùn)行費(fèi)用高）低（無(wú)廢熱排放，熱效率高，烘干時(shí)間較短，人工勞力減少運(yùn)行費(fèi)用低）環(huán)保性差（有廢氣、廢水、廢渣排出）優(yōu)（生產(chǎn)過(guò)程中幾乎零釋放）噪音噪音大噪音小

2.2傳統(tǒng)干燥方法存在的具體問(wèn)題

經(jīng)歸納總結(jié)，蒸氣烘干或電熱風(fēng)干燥等傳統(tǒng)烘干生產(chǎn)工藝存在以下幾方面的主要問(wèn)題：

2.2.1加熱溫度過(guò)高傳統(tǒng)工藝干燥技術(shù)，加熱溫度不易控制，加熱溫度不易均勻，往往使干燥溫度較高。

2.2.2干燥時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)品的品質(zhì)不高傳統(tǒng)的加熱干燥是依靠熱力通過(guò)傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射等途徑對(duì)物料加熱，這種由表及里的干燥過(guò)程延長(zhǎng)了農(nóng)產(chǎn)品的干燥時(shí)間，容易導(dǎo)致食品營(yíng)養(yǎng)成分損失，并破壞了食品原有的自然口感，使產(chǎn)品的等級(jí)不高。

2.2.3能耗大由于廢氣損失熱量所占比例較高，加上干物料帶走熱量等，傳統(tǒng)干燥過(guò)程熱效率不高，僅為30%—60%。

2.2.4工作環(huán)境不友好傳統(tǒng)干燥工藝，往往勞動(dòng)強(qiáng)度較大，工作環(huán)境不夠友好，會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣（尤其是有燃煤、燃油過(guò)程），不環(huán)保。

2.3空氣能熱泵干燥法的優(yōu)點(diǎn)

實(shí)踐證明，空氣能熱泵技術(shù)有以下主要優(yōu)點(diǎn)：

2.3.1節(jié)約能源， 運(yùn)行費(fèi)用低節(jié)約能源是高溫?zé)岜米畛鯌?yīng)用的出發(fā)點(diǎn)，也是主要的優(yōu)點(diǎn)。與原來(lái)的燃煤蒸氣烘干相比，可節(jié)省60%—70%的能耗成本，且節(jié)約人工成本，運(yùn)用費(fèi)用低。

2.3.2安全環(huán)保熱泵烘干機(jī)組采用了電氣分離技術(shù)，具有很高的安全性，生產(chǎn)過(guò)程的零污染排放使環(huán)境更綠色環(huán)保。

2.3.3干燥物品質(zhì)好熱泵烘干的溫和干燥方式，接近自然干燥，其表面水分的蒸發(fā)速度與內(nèi)部水分向表面遷移速度比較接近。整個(gè)干燥系統(tǒng)處于密閉狀態(tài)，減少受熱變性及變色，風(fēng)味物質(zhì)損失少，比傳統(tǒng)干燥設(shè)備更有效地保護(hù)干燥物的色、香、味、個(gè)體形態(tài)和有效成分，所以成品品質(zhì)好，等級(jí)高。

2.4用實(shí)例設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

2.4.1熱泵烘干設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，成本合適該干燥系統(tǒng)的冷卻設(shè)備和干燥設(shè)備是獨(dú)立模塊設(shè)計(jì)，兩部分用連接管連接，進(jìn)入連接管的空氣以制冷系統(tǒng)調(diào)節(jié)（溫度、流速和絕對(duì)濕度）后進(jìn)入干燥室，這能保證各模塊元件靈活拆裝，且干燥室的大小和配置也更簡(jiǎn)單、靈活，設(shè)備成本容易控制。

2.4.2合理的干燥房設(shè)計(jì)，使成品率接近100%熱泵干燥技術(shù)的烘干質(zhì)量由熱泵烘干設(shè)備的技術(shù)工藝所決定，但烘干房的設(shè)計(jì)也會(huì)相應(yīng)影響著烘干設(shè)備的效率和烘干品質(zhì)，該系統(tǒng)設(shè)備的干燥房設(shè)計(jì)合理，使整個(gè)干燥房的溫度均勻穩(wěn)定，均勻平衡脫水技術(shù)使成品率很高。

2.4.3不能動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制溫度濕度等雖然該設(shè)備使用時(shí)穩(wěn)定性較高，但也需要根據(jù)被加工的農(nóng)產(chǎn)品的類別事先進(jìn)行溫度和濕度的調(diào)控，但干燥加工是一個(gè)復(fù)雜多變過(guò)程，應(yīng)根據(jù)物料脫水情況及環(huán)境狀況實(shí)時(shí)調(diào)控工藝參數(shù)，所以自動(dòng)化控制尤其重要，出于成本方面的考慮，該設(shè)備沒(méi)有安裝操作使用方便的PLC可編程控制器、觸摸屏人機(jī)界面控制系統(tǒng)，還不能做到熱泵干燥過(guò)程中，根據(jù)不同物料自動(dòng)的將循環(huán)空氣的溫度、濕度及循環(huán)流量精確、有效的控制，所以對(duì)不同類型的物料干燥要進(jìn)行定制作，而不能做到混用，使設(shè)備不能標(biāo)準(zhǔn)化，使用范圍受到限制。

3前景展望

物料烘干是一個(gè)巨大耗能過(guò)程，大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家用于烘干的能耗占全國(guó)能耗的7%—15%，熱效率僅為25%—50%，空氣能熱泵烘干作為能將降低能源消耗和提高烘干產(chǎn)品質(zhì)量?jī)烧咄昝澜y(tǒng)一起來(lái)的技術(shù)將給烘干（干燥）行業(yè)帶來(lái)重大的技術(shù)革命。

大部分烘干脫水的農(nóng)產(chǎn)品要求是既不能炭化和糖化，更不能使物料內(nèi)部的各種有益元素流失，通常烘干溫度55℃就是一個(gè)臨界點(diǎn)，而空氣能烘干設(shè)備能有效的控制這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

廣西農(nóng)作物種類豐富，產(chǎn)量大，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，廣西八角的產(chǎn)量占全球80%，水果和八角產(chǎn)品每年因?yàn)椴荒芗皶r(shí)加工而損失量很大。空氣能烘干設(shè)備的成功運(yùn)用將對(duì)廣西的蔬果、農(nóng)產(chǎn)品加工提供更好的選擇。

空氣能熱泵干燥設(shè)備的適用范圍非常廣，不僅適用于常規(guī)的農(nóng)產(chǎn)品加工，還可用于海產(chǎn)品、蔬菜脫水、肉制品、糧食谷物、布料、衣物、藥品、中藥材、紙品、木材甚至肥料、污泥、石膏、五金產(chǎn)品、冶金產(chǎn)品、礦山副產(chǎn)品、化工產(chǎn)品、粉煤、煤泥、褐煤等的烘干。其經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會(huì)效應(yīng)巨大。

目前，熱泵干燥技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是在控制成本的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物料最優(yōu)操作條件下改進(jìn)干燥器，著力改進(jìn)對(duì)原料的適應(yīng)性以實(shí)現(xiàn)大型化和高經(jīng)濟(jì)性。

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