花生熱風(fēng)干燥特性及動(dòng)力學(xué)模型的研究

林子木 趙卉 李玉 王赫 趙旭 李佳

摘要：為研究花生干燥特性，選取不同干燥溫度、干燥風(fēng)速對(duì)花生進(jìn)行薄層熱風(fēng)干燥，并建立干燥動(dòng)力學(xué)模型。結(jié)果表明：干燥溫度、干燥風(fēng)速越高，花生干燥速率越快，干燥用時(shí)越短;干燥溫度對(duì)花生干燥是影響大于干燥風(fēng)速的影響。由模型擬合數(shù)據(jù)可知，花生干燥過(guò)程可以利用Page模型進(jìn)行較為準(zhǔn)確的描述。

關(guān)鍵詞：熱風(fēng)干燥;花生;試驗(yàn);溫度;風(fēng)速

剛收獲的花生由于含水量很高，容易發(fā)霉，每年由此造成的損失占總產(chǎn)量的10%～20%，因此花生需干燥后才能長(zhǎng)期存放和加工。利用機(jī)械進(jìn)行花生干燥時(shí)，升高溫度有助于花生快速干燥和提高干燥效率，但溫度過(guò)高，容易引起花生蛋白變性，影響花生品質(zhì)。以鮮花生為原材料，研究熱風(fēng)干燥特性及品質(zhì)，以期科學(xué)控制花生干燥速率和時(shí)間，達(dá)到較好的干燥效果。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)原料

新鮮帶殼花生產(chǎn)自遼寧錦州，干基含水率為0.658 9 g/g。

1.2 儀器與設(shè)備

JK-KB1700型多參數(shù)可控原位精確干燥試驗(yàn)臺(tái)：長(zhǎng)春市神陽(yáng)機(jī)電有限公司;電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海蘇進(jìn)儀器設(shè)備廠;電子天平（精度0.000 1 g）：北京賽多利斯天平有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

取鮮花生1 kg，均勻攤在直徑為30 cm、孔徑2 mm篩網(wǎng)托盤上，干燥試驗(yàn)開始后，每隔30 min測(cè)定樣品的質(zhì)量，水分≤10%時(shí)停止干燥。干燥溫度分別為40，50，60 ℃，干燥風(fēng)速分別為0.2，0.4，0.6 m/s。

1.3.1 干基含水率Mt

1.3.2 干燥速率DR

1.3.3 濕分比MR

1.4 數(shù)據(jù)處理與模型分析

采用Excel和Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與模型分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥溫度對(duì)花生干燥的影響

由圖1可知，花生的干基含水率隨干燥時(shí)間的增加逐漸降低;干燥溫度越高，花生的干燥曲線越陡，干基含水率降低越快。

由圖2可知：干燥溫度越高，干燥速率曲線越陡;根據(jù)干燥速率變化，花生干燥過(guò)程可以分為加速和降速兩個(gè)階段;在干燥前期，花生的表面干基含水率較高，隨著干燥溫度的升高，花生表面水分蒸發(fā)較快，呈現(xiàn)干燥增速加速過(guò)程;持續(xù)干燥一定時(shí)間后，隨著花生干基含水率的降低，花生表面水分蒸發(fā)減緩，花生內(nèi)部水分遷移距離增加，導(dǎo)致水分傳遞速度減慢，因此干燥速率降低，進(jìn)入降速干燥過(guò)程。

2.2 干燥風(fēng)速對(duì)花生干燥的影響

由圖3可知：在干燥前期，花生干基含水率曲線的斜率隨著風(fēng)速增加而變大，這是由于風(fēng)速增加使花生在單位時(shí)間內(nèi)與熱空氣接觸面積增加，花生表面水分蒸發(fā)較快，干基含水率降低較快。

由圖4可知，干燥初始階段花生干基含水率較高，隨著干燥風(fēng)速的提高，干燥速率升高;但隨著干燥時(shí)間的增加，在干基含水率為0.2 g/g時(shí)，不同干燥風(fēng)速的干燥速率趨于相同。這是因?yàn)樵诟稍锖笃冢ㄉ稍锼俾手饕軆?nèi)部水分?jǐn)U散速度影響，而干燥風(fēng)速對(duì)其影響不明顯。

2.3 動(dòng)力學(xué)模型的建立

花生干燥是一個(gè)復(fù)雜的、非穩(wěn)態(tài)的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，熱風(fēng)溫度對(duì)花生的干燥有顯著的影響。對(duì)各模型進(jìn)行回歸分析和模型擬合的方差計(jì)算，3種模型均常用于農(nóng)產(chǎn)品的薄層干燥，結(jié)果見表1。

由表1可知，Lewis，Henderson，Page這3種模型決定系數(shù)平均值分別為0.943 07，0.975 57，0.995 38，均方根誤差平均值分別為0.021 46，0.016 36，0.019 52。綜合考慮擬合程度和回歸效果，Page模型在不同干燥溫度下的決定系數(shù)最大而均方根誤差較小，可以作為花生干燥動(dòng)力學(xué)模型。

3 結(jié)論

干燥溫度和干燥風(fēng)速越高，花生干燥速率越快，干燥用時(shí)越短。干燥溫度對(duì)花生干燥的影響大于干燥風(fēng)速?；ㄉ稍锴捌?，干燥速率隨干燥溫度和干燥風(fēng)速的增加逐漸增大，而花生的干基含水率逐漸降低;到干燥后期，干基含水率降到一定程度時(shí)，干燥速率由水分?jǐn)U散速率決定。由模型擬合數(shù)據(jù)可知，花生干燥過(guò)程可以利用Page模型進(jìn)行較為準(zhǔn)確的描述。

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