干燥與脫水技術(shù)研究

【科研成果簡(jiǎn)介】

干燥與脫水技術(shù)研究

干燥是農(nóng)產(chǎn)品、食品與生物制品加工及安全儲(chǔ)藏的一種重要方法．隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高，諸如糧食、果蔬、茶葉、林產(chǎn)品、肉類、中藥提取物、酵母、酶制劑等對(duì)干燥技術(shù)和裝備提出了新的要求：①產(chǎn)品質(zhì)量，干燥不僅要有效保留產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)及活性成分，還需滿足質(zhì)地、風(fēng)味、色澤等特定要求；②過(guò)程節(jié)能，干燥是一種能量集中的操作，尤其是對(duì)于低價(jià)大宗農(nóng)產(chǎn)品，干燥能耗成本敏感，迫切需要開(kāi)發(fā)節(jié)能型干燥工藝和設(shè)備；③低碳生產(chǎn)，當(dāng)前干燥設(shè)備以燃用礦石燃料為主，而礦石燃料燃燒會(huì)釋放出導(dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體和污染環(huán)境的氣體、粉塵，也會(huì)影響產(chǎn)品衛(wèi)生．因此，利用可持續(xù)能源，開(kāi)發(fā)食品綠色低碳干燥技術(shù)，也是干燥領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)．

天津科技大學(xué)干燥與脫水技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)以農(nóng)產(chǎn)品、食品、生物物料等為主要研究對(duì)象，進(jìn)行物料物性、干燥機(jī)理及理論、過(guò)程模擬仿真、新型干燥設(shè)備研發(fā)等干燥技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，重點(diǎn)解決現(xiàn)代干燥技術(shù)所涉及的基礎(chǔ)性、前瞻性及共性關(guān)鍵問(wèn)題，開(kāi)發(fā)高效、節(jié)能、清潔干燥技術(shù)與裝備．

針對(duì)高附加值食品和生物制品的儲(chǔ)藏保質(zhì)干燥是本團(tuán)隊(duì)的一個(gè)重點(diǎn)研究方向，在研技術(shù)包括低溫噴霧、噴霧冷凍、真空干燥等．低溫噴霧干燥主體設(shè)備有機(jī)結(jié)合了液體霧化、低溫冷卻、顆粒流化分級(jí)等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)液體物料低溫干燥、造粒、分級(jí)等功能，同時(shí)保存物料中有效成分．該設(shè)備可應(yīng)用于功能食品、保健品、醫(yī)藥、生物等行業(yè)高附加值液體物料的干燥．針對(duì)固體藥劑和功能食品生產(chǎn)的需要，本團(tuán)隊(duì)研發(fā)了新型噴霧冷凍干燥裝置，并獲得發(fā)明專利．噴霧冷凍干燥是一項(xiàng)前沿技術(shù)，結(jié)合了冷凍干燥的高品質(zhì)和噴霧干燥的高生產(chǎn)速度的優(yōu)點(diǎn)．另外，團(tuán)隊(duì)也開(kāi)展干燥上游操作過(guò)程及脫水技術(shù)研究，比如超聲蒸發(fā)、薄膜蒸發(fā)、陶瓷膜濃縮等．

干燥過(guò)程節(jié)能減排對(duì)于發(fā)展中國(guó)家是一個(gè)長(zhǎng)期性研究任務(wù)，近年來(lái)隨著能源價(jià)格上漲和環(huán)境保護(hù)認(rèn)識(shí)提高，其得到更多關(guān)注．在干燥過(guò)程節(jié)能減排方向，本團(tuán)隊(duì)著重研究新型節(jié)能干燥技術(shù)，固、液廢棄物處理裝置及低碳干燥技術(shù)：①新型節(jié)能干燥技術(shù)主要包括微波轉(zhuǎn)鼓干燥、脈動(dòng)燃燒噴霧、中短波紅外干燥技術(shù)等．微波轉(zhuǎn)鼓干燥技術(shù)充分利用了微波快速干燥的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)解決了微波加熱不均勻的問(wèn)題．脈動(dòng)燃燒噴霧技術(shù)采用可控爆燃霧化方式，避免了傳統(tǒng)噴嘴堵塞和磨損問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)高固體含量液體物料、膏狀物料及濕顆粒物料的快速干燥，并降低干燥能耗．②固、液廢棄物處理裝置以食品、農(nóng)產(chǎn)品、生物制品加工過(guò)程中的固、液廢棄物為研究對(duì)象，包括廢液脫水及干燥一體化裝置、固體廢棄物流化床、新型微波熱處理裝置及廢渣高效燃燒裝置等，可實(shí)現(xiàn)過(guò)程工業(yè)清潔化生產(chǎn)和廢棄物的再資源化利用．團(tuán)隊(duì)的在研技術(shù)還包括農(nóng)副產(chǎn)品廢棄物流化床熱解技術(shù)、高黏度發(fā)酵廢液的脈動(dòng)流化吸附干燥技術(shù)及污泥快速干燥與焚燒技術(shù)等．③在低碳干燥技術(shù)方面，團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等可再生能源在干燥領(lǐng)域的有效利用，以及利用廢熱的低溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)式吸附熱泵干燥技術(shù)研究．

干燥裝備數(shù)字化設(shè)計(jì)是裝備設(shè)計(jì)制造新的發(fā)展方向，也是團(tuán)隊(duì)的特色研究方向之一．利用數(shù)值模擬和仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)流化床干燥器、微波轉(zhuǎn)鼓干燥設(shè)備、噴霧干燥器等的計(jì)算機(jī)過(guò)程模擬、系統(tǒng)優(yōu)化、自動(dòng)控制和監(jiān)測(cè)，優(yōu)化了裝備結(jié)構(gòu)和功能，解決過(guò)程規(guī)模放大問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)．

團(tuán)隊(duì)注重國(guó)內(nèi)外交流合作．團(tuán)隊(duì)帶頭人李占勇教授等參編國(guó)內(nèi)干燥技術(shù)工具書(shū)《現(xiàn)代干燥技術(shù)》和《Handbook of Industrial Drying》，是《Drying Technology》等學(xué)術(shù)期刊的編委、學(xué)術(shù)會(huì)議科技委員會(huì)成員及多個(gè)學(xué)術(shù)團(tuán)體主要成員，主辦了第七屆亞太地區(qū)干燥會(huì)議．團(tuán)隊(duì)骨干成員吳中華教授獲第18屆國(guó)際干燥會(huì)議青年科學(xué)家獎(jiǎng)（2012年）．與團(tuán)隊(duì)合作近30年的外國(guó)專家Arun S. Mujumdar教授獲得2013年度中華人民共和國(guó)國(guó)際科學(xué)技術(shù)合作獎(jiǎng)．

干燥與脫水技術(shù)是古老的技術(shù)，但根據(jù)目前的需求和技術(shù)發(fā)展，其仍然是極其活躍的前沿研究領(lǐng)域，還有許多理論和技術(shù)難題需要研究者不斷地探索突破，為發(fā)展綠色低碳的現(xiàn)代干燥技術(shù)及裝備提供重要支撐．

供稿：機(jī)械工程學(xué)院 吳中華