折射窗干燥裝置設計與試驗

張衛(wèi)鵬 聶一凡 肖紅偉 鄭志安 巨浩羽 黃志剛

(1. 北京工商大學人工智能學院，北京 100048；2. 中國農(nóng)業(yè)大學工學院，北京 100083；3. 河北經(jīng)貿(mào)大學生物科學與工程學院，河北 石家莊 050061)

折射窗干燥技術(Refractance window, RW)是一種新型薄層干燥技術，也稱“偏流窗”干燥技術，可將經(jīng)過調(diào)制處理的漿類物料快速干燥成粉狀物料，便于貯藏運輸，提高產(chǎn)品附加值。RW干燥裝置常采用循環(huán)熱水作為干燥熱源，將特制的聚脂薄膜覆蓋在熱水表面，果漿等濕物料均勻噴涂在聚酯膜上，膜下熱水的熱量通過聚酯膜傳遞給膜上薄層濕物料，蒸發(fā)的水蒸氣通過抽風機快速排出，加速物料脫水。

Lamidi等[1-2]指出漿類物料內(nèi)部水分的快速蒸發(fā)，可在物料上方形成飽和蒸汽層，一定程度上遏制物料與氧氣的接觸，有利于營養(yǎng)成分的保持。Celli等[3]指出RW干燥的Haskap果漿，其花青素保留率高達90%。Caparino等[4-5]指出，當干燥溫度一定時，干燥速率的快慢主要受膜上物料厚度的影響，芒果漿厚度由2 mm整加至3 mm時，干燥速率降低約40%。Bernaert等[6]指出針對高糖分物料，RW干燥技術比噴霧干燥更為有效，可有效避免干燥過程的“黏壁”現(xiàn)象。Abonyi等[7]發(fā)現(xiàn)RW干燥方式下β-胡蘿卜素僅降低約9.9%，而轉鼓干燥降低了約57%；Rajoriya等[8]發(fā)現(xiàn)RW干燥甚至可有效保留蘋果片中的有效成分；Nemzer等[9]研究表明RW干燥有利于藍莓漿中維生素B的保持，并將其同微波干燥、紅外干燥、射頻干燥歸為第4代干燥技術。這些研究主要側重于干燥工藝研究，未明確涉及具體的RW干燥裝置設計，尚不能提供靈活可靠的工程應用解決方案，Raghavi等[10-11]也明確指出RW裝置設計細節(jié)不清晰，制約了該技術的進一步推廣應用。

RW技術以循環(huán)熱水為熱源，熱水可循環(huán)利用，無排污；熱水介質(zhì)不與物料接觸，避免了干燥物料的二次污染；具有一定的技術優(yōu)勢，但需要復雜的熱水循環(huán)系統(tǒng)和保溫裝置。且熱水溫度的改變具有明顯的滯后性，不利于干燥溫度的快速調(diào)節(jié)。隨著材料技術的發(fā)展和革新，新型紅外熱源——碳纖維紅外板也逐步被推廣到農(nóng)業(yè)領域。因其具有發(fā)熱面積大、厚度薄、溫度便于調(diào)控的優(yōu)勢，已被應用于真空加熱方面[12]。胡蘿卜原料易得，且含豐富的胡蘿卜素和維生素C，加工而成的胡蘿卜粉是嬰兒輔食中的重要原料。試驗擬先介紹碳纖維紅外板發(fā)熱特性和折射窗干燥原理，并提出基于碳纖維紅外加熱的紅外折射窗干燥技術(Inrafared Refractance Window，IR-RW)；分別制作RW和IR-RW干燥裝置，基于Modbus協(xié)議實現(xiàn)兩種干燥裝置的自動化控制方案；以胡蘿卜漿為試驗原料，驗證該兩種干燥裝置設計方案的可行性，對比二者的薄層干燥特性；分析干燥效率、物料內(nèi)部溫度以及品質(zhì)指標(色澤、胡蘿卜素)的變化，為RW和IR-RW干燥技術的推廣和應用提供理論依據(jù)。

1 整機結構及工作原理

1.1 碳纖維紅外板發(fā)熱特性

碳纖維紅外板的核心發(fā)熱材料是碳纖維導電紙或碳晶涂層。由于導電紙溫度均勻性較差，試驗選用碳晶涂層。其具體結構如圖1所示，碳晶涂層4兩側粘貼電極3，上、下方分別依次覆蓋基質(zhì)層2和保護層1，最后經(jīng)高溫高壓融為一體。厚度僅約為2～3 mm，碳纖維紅外板長寬約為600 mm×900 mm。通電(220 V)后激發(fā)的紅外電磁波，波長主要分布于5～15 μm，溫度最高可達120 ℃。

圖1 碳纖維紅外板結構圖Figure 1 Photos of carbon crystal infrared plate

1.2 基于紅外窗口效應的RW干燥原理

有關RW技術的干燥原理目前有兩種截然不同的觀點。觀點一認為RW干燥有顯著的“紅外窗口”效應。其原理如圖2(a)所示，熱水表面覆蓋的聚氨酯膜是一種導熱性能較差的薄膜材料，可有效削弱循環(huán)水的蒸發(fā)作用及熱傳導作用帶來的熱量損失，但波長為3.0～15.3 μm的紅外可有效穿過聚酯膜[13]。膜下熱水被加熱至約95 ℃。干燥初期，由于物料與熱水溫度差異大，物料與聚酯膜接觸的部位形成一個可以使紅外能量通過的“窗口”，熱能主要以紅外輻射的方式傳送到物料。如圖2(b)所示，隨著物料內(nèi)部水分受熱蒸發(fā)，含水率的降低，物料與熱水溫度相近，該“紅外線窗口”會逐漸關閉，能量只能以熱傳導的方式傳送，而聚酯膜是熱的不良導體，多余的熱量又被薄膜折射回水中，從而有效避免了膜上物料被過度加熱[14]，干燥后期物料溫度也會出現(xiàn)降低的趨勢。

1. 電加熱管 2. 聚氨酯薄膜 3. 漿類物料 4. 水蒸氣圖2 RW熱量傳遞過程示意圖Figure 2 Schematic diagram of RW heat transfer process

1.3 基于非紅外窗口效應的RW工作原理

觀點二認為RW干燥的“紅外窗口”效應并不顯著，物料與聚氨酯膜貼合，熱傳導是其熱量傳遞的主要方式。如圖3所示，干燥后期，某些物料溫度之所以降低，是因為隨著物料脫水，物料與聚酯膜之間會產(chǎn)生氣體間隙，降低了聚酯膜和物料之間的熱傳導系數(shù)，從而遏制了干燥后期物料溫度的升高。RW干燥過程中，適宜的干燥溫度和較短的干燥時間，始終是保證物料干燥品質(zhì)的關鍵。

1. 碳纖維紅外板 2. 聚氨酯薄膜 3. 漿類物料 4. 水蒸氣 5. 氣體間隙圖3 IR-RW熱量傳遞過程示意圖Figure 3 Schematic diagram of IR-RW heat transfer process

基于上述各干燥工作原理的差異，對RW干燥過程“紅外窗口”效應是否顯著的判斷，可轉化為對干燥后期物料溫度變化的判斷，如干燥后期未出現(xiàn)物料溫度降低的情況，則表明RW干燥后期熱量不會被聚氨酯膜折射回水中，“紅外窗口”效應不顯著。

1.4 RW整機結構設計

如圖4所示，RW干燥裝置由進料系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和卸料系統(tǒng)4部分組成。進料系統(tǒng)可均勻地將物料噴涂于傳送帶上，傳送帶浮于熱水表面，在傳動輥的帶動下運動。熱水溫度由電加熱管調(diào)控，在循環(huán)水泵的作用下，熱水不斷輸送到熱水槽內(nèi)。當載有薄層物料的傳送帶經(jīng)過此段熱水體時，水分快速蒸發(fā)。干燥后期物料溫度依然較高，直接進行包裝，產(chǎn)品易黏結。而冷凝器可帶動低溫水體快速冷卻產(chǎn)品，使物料溫度降低至玻璃化轉變溫度以下，便于卸料。

1. 集料倉 2. 物料 3. 卸料輥 4. 轉動輥 5. 熱風罩 6. 風機 7. 進料系統(tǒng) 8. 熱水槽 9. 熱水器 10. 電加熱管 11. 循環(huán)水泵 12. 冷凝器

1.5 IR-RW整機結構設計

如圖5所示， IR-RW整機結構與RW類似，但RW的熱水加熱系統(tǒng)被替換為碳纖維紅外板，精簡了設計結構。碳纖維紅外板與聚酯膜相貼合，利于熱量快速傳導至上方濕物料。碳纖維紅外板底部粘貼DS18B20溫度傳感器(深圳市華偉熱電偶有限公司，精度±0.2 ℃)，可實時反饋加熱板溫度，便于溫度的精準調(diào)控。

1. 集料倉 2. 物料 3. 卸料輥 4. 轉動輥 5. 熱風罩 6. 風機 7. 進料系統(tǒng) 8. 碳纖維紅外板 9. 冷凝器

2 關鍵性零部件的設計與選型

2.1 進料系統(tǒng)設計

漿類物料種類不同，流變特性、黏度系數(shù)也不同。常規(guī)食品級離心泵流量難以保持出口流量的穩(wěn)定性。如圖6 所示，試驗設計進料系統(tǒng)由蠕動泵、原料槽、布料噴嘴組成。一臺撓性蠕動泵對應多個噴頭，但因噴頭位置不同，支管上最后一個噴頭的壓力總是低于第一個噴頭的壓力。為此，系統(tǒng)選用FullJet系列實心錐形噴嘴(斯普瑞噴霧系統(tǒng)有限公司)，具有壓力調(diào)節(jié)功能，每個噴頭壓力可精確調(diào)節(jié)至0.15～0.25 MPa。

干燥裝置傳送帶幅面寬度為900 mm，噴嘴噴射幅面略小于傳送帶寬度。在噴射壓力0.2 MPa下，對所需噴嘴數(shù)量進行了測試，結果如表1所示。由表1可知，當噴嘴數(shù)量為3時，噴霧夾角為30°，有效噴射距離為380～420 mm，可滿足噴射距離400 mm的要求。因此，3個噴嘴等間距排列，即可滿足系統(tǒng)設計要求。

蠕動泵可平穩(wěn)高效地輸送含有固體顆粒的懸浮液、漿狀物等。除泵頭中軟管外無其他部件會與物料接觸，結構簡單且可靠、避免了二次污染。并可通過調(diào)速器精確控制流量輸出，按式(1)計算蠕動泵流量。

表1 不同噴嘴數(shù)量噴射參數(shù)測試結果

(1)

式中：

Q——蠕動泵流量，m3/min；

r——蠕動泵轉速，r/min；

q——蠕動泵單位排量，m3/r；

D——泵殼圓周節(jié)圓直徑，m；

d——泵軟管內(nèi)徑，m。

因此，RW和IR-RW裝置的進料系統(tǒng)均選用730DuN蠕動泵(Watson-Marlow中國有限公司)，流量可達33 L/min，泵體轉速調(diào)節(jié)范圍為0.56～2 000 r/min，具有RS485通訊功能，可配置輸入輸出功能。

2.2 RW和IR-RW加熱系統(tǒng)設計

如圖7所示，RW和IR-RW加熱系統(tǒng)可簡化為單面、薄層干燥模型。則物料水分蒸發(fā)所需熱量為[15]：

圖7 熱量傳遞示意圖Figure 7 Heat transfer diagram

QE=Ws2[(1-Xs2)CsTs2+Xs2CwTs2]-Ws1[(1-Xs1)CsTs1+Xs1CwTs1]，

(2)

式中：

QE——物料水分蒸發(fā)所需熱功耗，kJ/h；

W——介質(zhì)質(zhì)量流量，kg/h；

阿里之所以叫阿里，是有一年阿里的母親聽到一首歌，歌子唱道：阿里，阿里巴巴，阿里巴巴是個快樂的青年。阿里的母親便去派出所替阿里改名字。管戶口的警察不同意，說巴西隊的球踢得幾漂亮，就叫巴西蠻好。阿里的母親告訴他，兒子腦子有點問題，叫巴里是想圖個吉利。警察便說，是個苕？那就改吧。免得把巴西隊也搞苕了。難怪他們最近有點苕樣。

T——介質(zhì)溫度，℃；

X——物料中含水量，%；

C——介質(zhì)比熱容，kJ/(kg·℃)；

S——物料中的固形物；

1——進口位置；

2——出口位置。

折射窗干燥裝置的熱效率為35%～48%，則其總熱量可按式(3)計算：

(3)

對于RW干燥裝置，能量由熱水提供，其總熱量按式(4)計算：

QH=hsSB(TH-Ts)。

(4)

同理，IR-RW的總熱量可按式(5)計算：

QH=haSB(Tcarbon-Ts)，

(5)

式中：

ha——傳導式干燥器的經(jīng)驗傳熱系數(shù)，kJ/(h·℃·m2)；

SB——干燥裝置有效干燥面積，m2；

TH——熱水循環(huán)溫度，90～95 ℃；

Ts——料層溫度，40～95 ℃；

Tcarbon——碳纖維紅外板溫度，90～95 ℃。

通過上述計算干燥裝置的床層面積2.16～2.70 m2，選定床層面積2.7 m2，設定裝置寬度為0.9 m，則長度為3 m，進而可得到其他設備關鍵尺寸。

2.3 RW和IR-RW冷卻系統(tǒng)設計

RW和IR-RW干燥裝置均通過冷凝器帶動水體循環(huán)散熱，從而降低物料溫度。為確保冷卻系統(tǒng)滿足設計要求，需核算冷卻系統(tǒng)散熱能力。

(6)

式中：

Tout——冷卻水出口溫度，℃；

Tin——冷卻水入口溫度，℃；

Tmax——系統(tǒng)允許冷卻水最高出口溫度，℃；

ρ——冷卻液體的密度，kg/m3；

v——冷卻液體的流動速度，m3/h；

Cp——冷卻液體的比熱容，J/(kg·℃)。

(1) 熱水控制模塊 (2) 碳纖維紅外板控制模塊圖8 RW和IR-RW控制系統(tǒng)結構圖Figure 8 Chart of RW and IR-RW control system

若Tout>Tmax，則冷凝系統(tǒng)不能解決散熱問題，需重新選配。根據(jù)計算試驗裝置選配SC21CL型號制冷機組(杭州排浪科技有限公司)。

3 控制系統(tǒng)的設計

3.1 RW和IR-RW控制系統(tǒng)的總體設計

控制系統(tǒng)采用“主—從”機模式，從機按功能可劃分為排濕風速控制、傳動帶轉速控制、輔助功能控制、干燥溫度控制4個功能模塊。如圖8所示，主機選用MT6070iH觸摸屏(Weinview公司，中國)，依據(jù)Modbus 協(xié)議通過RS485串口，分別與變頻器、驅動控制器、繼電器模塊、溫控儀等不同類型下位機進行通訊。主機執(zhí)行自定義宏指令實時讀取、存儲下位機中寄存器數(shù)據(jù)，并將其顯示于人機交互界面。溫控儀采用PID模式控制RW裝置水槽中的電加熱管，調(diào)控熱水溫度。IR-RW裝置中碳纖維紅外板溫度變化敏捷，采用on/off模式控制干燥溫度。溫度采集模塊基于I2C協(xié)議讀取DS18B20溫度傳感器數(shù)據(jù)，并發(fā)送給主機。主機執(zhí)行判斷宏指令，當讀取溫度高于設定值時，向繼電器模塊2發(fā)生關閉指令，停止碳纖維紅外板加熱，否則通電開啟加熱。

排濕模塊由變頻器和離心風機組成，采用耐高溫型HTDT-HTX200溫濕度傳感器(羅卓尼克，瑞士)讀取物料上方濕度，相對濕度測量精度為1.5% RH。傳送帶由厚度為1 mm的聚酯膜和加強纖維黏合而成，厚度薄，強度高。傳動輥表面壓制有斜紋網(wǎng)格，可增大摩擦系數(shù)。輔助功能工作模塊通過零型固態(tài)繼電器，實現(xiàn)微小控制信號直接驅動大電流負載的蠕動泵、熱水循環(huán)水泵、冷凝器機組、報警燈等。

3.2 多從機通訊功能地址分配及實現(xiàn)流程

觸摸屏循環(huán)發(fā)送讀取指令，監(jiān)控各從機狀態(tài)。根據(jù)內(nèi)部嵌入的宏指令執(zhí)行相應的邏輯判斷。從機按圖8中從左到右的順序，依次分配不同的從機地址(0x00～0xff)。觸摸屏依據(jù)Modbus協(xié)議讀取、寫入數(shù)據(jù)的執(zhí)行過程如圖9所示。從機接收指令，依照功能碼來區(qū)分是讀指令還是寫指令，隨之進行CRC校驗，錯誤則舍棄該指令。同時判斷該從機地址是否與其分配的從機地址相匹配，不正確則舍棄該幀信息，接收下一幀。若正確，則根據(jù)信息幀中的功能碼來執(zhí)行不同的程序，如系統(tǒng)的啟停、返回溫度數(shù)據(jù)等，然后組織響應信息幀，將其上傳至觸摸屏。

圖9 信息幀的解析與執(zhí)行流程Figure 9 Interpretation and implementation process of information frame

3.3 RW和IR-RW控制系統(tǒng)軟件設計

觸摸屏主機程序包括系統(tǒng)界面以及宏指令庫。系統(tǒng)界面通過Easybuilter 8000 開發(fā)環(huán)境編制，如圖10所示，可動態(tài)顯示、設置傳動輥轉速、總干燥時間、干燥溫度、冷卻溫度等工藝參數(shù)。IR-RW裝置控制系統(tǒng)界面和RW裝置類似，由右下角“干燥模式切換”按鈕切換控制界面。

圖10 觸摸屏控制界面Figure 10 Control interface of touch screen

關鍵宏指令執(zhí)行流程如圖11所示。RW裝置和IR-RW裝置熱水、碳纖維紅外板加熱模塊的宏指令分別對應(1)、(2)所示虛線框。觸摸屏控制系統(tǒng)基于Flag標志位狀態(tài)，對裝備進行邏輯控制，當Flag為1時，表明干燥尚未結束，上位機獲取設定的干燥參數(shù)，結合控制邏輯發(fā)送控制指令，控制傳動輥轉速、干燥溫度、排濕風速等參數(shù)的調(diào)控。當Flag為0時，表明干燥時間結束，上位機發(fā)送停機指令。

圖11 觸摸屏關鍵宏指令執(zhí)行流程圖Figure 11 Flow chart of key instruction execution of touch screen

4 試驗裝置驗證材料與方法

4.1 試驗材料及預處理過程

新鮮胡蘿卜經(jīng)打漿、均質(zhì)后冷藏備用，備料過程耗時<30 min。結合GB/T 5009.3—2010中的直接干燥法，測定胡蘿卜漿的濕基含水率為(97.4±0.42)%。

4.2 試驗儀器及方法

RW和IR-RW干燥裝置均采用NJZSD-002型箱體(南京騰飛干燥設備有限公司)，可分別安裝熱水加熱系統(tǒng)、碳纖維紅外加熱系統(tǒng)，對應配置成RW和IR-RW干燥裝置。如圖12所示，RW干燥前后胡蘿卜漿狀態(tài)發(fā)生明顯改變，適宜干燥工藝下，干燥后胡蘿卜漿無明顯板結現(xiàn)象。對照組物料采用101-1S熱風干燥箱(上海力辰儀器科技有限公司)烘干，熱風干燥(HA)溫度與RW和IR-RW干燥溫度相同。

圖12 胡蘿卜漿折射窗干燥前后典型物料狀態(tài)Figure 12 Typical material state of carrot pulp before and after RW drying

4.3 干燥特性參數(shù)計算

4.3.1 含水率測定 結合預試驗，循環(huán)水溫和碳纖維紅外板溫度設定為95 ℃。機器暫停后，從取樣窗口快速取樣，采用SH10A快速水分測定儀(上?；ǔ睂崢I(yè)有限公司)測定傳送帶不同位置物料含水率。所有試驗胡蘿卜漿噴涂密度均為0.02 L/m2，干基含水率<8%時停止試驗，冷卻后裝入聚乙烯塑料袋，真空密封包裝。

4.3.2 色澤、胡蘿卜素、物料溫度檢測

(1) 色澤：干燥后產(chǎn)品色澤參數(shù)通過△E值評價，用HT-2000型色差儀(深圳宏泰創(chuàng)想科技有限公司)測定?！鱁值越小，表明干燥前后色澤差異越小。

(2) 胡蘿卜素含量：參照GB 5009.83—2016的方法進行。

(3) 物料溫度：RW熱水溫度由溫控儀獲取，IR-RW紅外板溫度由溫度采集模塊獲取。聚氨酯膜的上表面溫度、物料溫度均由852B型紅外測溫儀(東莞萬創(chuàng)電子制品有限公司)測定。

4.3.3 數(shù)據(jù)處理 所有試驗均重復3次，采用Excel 2007軟件作圖。

5 結果與分析

5.1 不同干燥方式的干燥時間對比

由圖13可知，HA的干燥時間最長，約為13 min；RW和IR-RW干燥僅需約5 min，且二者無顯著性差異(P<0.05)，表明碳纖維紅外板加熱系統(tǒng)可有效替代RW裝置中的熱水加熱系統(tǒng)，且二者均可有效縮短胡蘿卜漿的干燥時間。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖13 不同干燥方式下的干燥時間Figure 13 Drying time of different drying methods

5.2 微觀結構和干燥溫度曲線變化對比

5.2.1 微觀結構 干燥過程通常會改變農(nóng)產(chǎn)品物料的理化特征和質(zhì)地結構[16-17]。RW干燥和IR-RW干燥后物料微觀結構類似，其典型電鏡圖如圖14所示，干燥胡蘿卜漿上表面粗糙，下表面與聚氨酯薄膜接觸面，呈光滑狀態(tài)，表明干燥過程中與聚氨酯薄膜貼合緊密，有利于熱量傳遞[18]。

圖14 折射窗干燥胡蘿卜漿典型微觀結構Figure 14 Typical picture of refractance window dry carrot pulp

5.2.2 干燥溫度曲線 由圖15可知，碳纖維紅外板迅速升溫至95 ℃，傳送帶溫度也隨之升溫至90 ℃，升溫時間僅需約3 min，且二者變化均較平穩(wěn)，表明控制系統(tǒng)采用on/off模式可有效控制碳纖維紅外板溫度變化。RW裝置熱水加熱系統(tǒng)升溫較慢，是因為該方式采用PID模式控制熱水溫度，熱水升溫速率主要與電加熱管功率有關；預熱30 min后，RW傳送帶溫度維持約90 ℃。干燥階段，胡蘿卜漿噴涂于RW和IR-RW裝置傳送帶，物料2 min 內(nèi)由室溫快速升高至約75 ℃直至干燥結束，并未出現(xiàn)物料溫度降低的趨勢，表明折射窗干燥紅外窗口效應并不顯著。證明RW和IR-RW干燥主要基于非紅外窗口效應，依靠熱傳導傳遞熱量。Jimena等[19]通過理論計算，證明折射窗干燥過程中紅外輻射傳遞的熱量僅占約5%，熱量傳遞主要依靠熱傳導進行；但Zotarelli等[20]在芒果漿的干燥中發(fā)現(xiàn)干燥后期物料溫度呈降低的趨勢；這可能是因為物料特性不同，隨著果漿逐漸脫水，物料與傳送帶之間產(chǎn)生間隙，空氣的存在增大了熱阻，阻礙了熱量的傳遞。當胡蘿卜漿濃度過高，漿液噴涂厚度過大時，會出現(xiàn)板結、起殼現(xiàn)象，物料溫度也隨之降低。

圖15 IR-RW和RW裝置溫度變化曲線Figure 15 Temperature changing curves of IR-RW and RW drying system

5.3 色澤、胡蘿卜素含量對比

試驗測得新鮮胡蘿卜漿的L、a、b值分別為53.4，28.8，44.0。由圖16可知，RW和IR-RW干燥后產(chǎn)品疏松，未出現(xiàn)明顯的黏結情況；RW、IR-RW、HA干燥后產(chǎn)品的色差值△E分別為17.3，17.8，37.5，且RW和IR-RW干燥的產(chǎn)品色澤無顯著性差異，色澤明顯優(yōu)于HA干燥。這可能與熱風干燥時間較長，酶促褐變嚴重有關，與Nascimento等[21]在獼猴桃片RW干燥中的結論相類似。新鮮胡蘿卜漿中胡蘿卜素含量約為1.78 mg/g，RW、IR-RW、HA干燥后胡蘿卜素含量分別為1.60，1.61，1.20 mg/g；熱風干燥胡蘿卜素含量明顯較低，三者損失率分別為10.11%，9.55%，32.58%。Ortiz-Jerez等[22]指出，RW較短的干燥時間意味著較高的蒸發(fā)強度，水分的快速散失可提高傳送帶上方的水蒸氣濃度，一定程度上遏制了物料與氧氣的接觸，有利于營養(yǎng)成分的保持。

6 結論

為實現(xiàn)漿類物料的有效干燥，試驗設計了基于熱水加熱、碳纖維紅外板加熱的折射窗干燥、紅外折射窗干燥裝置，并以胡蘿卜漿為原料進行試驗驗證。結果表明：① 基于干燥溫度等狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測，采用Modbus協(xié)議對裝備進行時序控制，實現(xiàn)漿類物料的連續(xù)干燥。針對折射窗干燥裝置，采用PID模式策略精確調(diào)控干燥溫度；針對紅外折射窗干燥裝置中碳纖維紅外板外板厚度薄、溫度敏捷性高的特點，采用on/off模式調(diào)控碳纖維紅外板溫度，檢測溫度變化過程驗證了控制方案的可行性。② 折射窗干燥和紅外折射窗干燥的結果無顯著性差異(P<0.05)，干燥時間、色差值△E、胡蘿卜素損失量分別約為5 min，17，10%；但紅外折射窗干燥裝置在預熱階段，升溫速率明顯高于折射窗干干燥裝置，當干燥溫度為95 ℃時，傳送帶表面溫度約為75 ℃；二者同熱風干燥過程相比，胡蘿卜漿干燥時間縮短了150%，且品質(zhì)明顯較優(yōu)。③ 折射窗干燥技術目前還處于應用探索階段，其過大的占地面積影響了其推廣應用；針對目前的小規(guī)模中試，物料加工種類還有待進一步拓展；因其可直接用來干燥液體或漿類物料，快捷高效，可推測適應于噴霧干燥、閃蒸干燥的物料同樣可用于折射窗干燥。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖16 不同干燥條件下的色差值、胡蘿卜素損失量Figure 16 Color difference and loss of carotene