網(wǎng)帶式干燥機(jī)的研究與應(yīng)用

閆景鳳

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院,哈爾濱 150081)

0 引言

干燥是一種重要的農(nóng)產(chǎn)品和食品加工方式，能將農(nóng)產(chǎn)品和食品中多余的水分去除，保留物料的色、香、味和營(yíng)養(yǎng)成分，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。農(nóng)產(chǎn)品和食品干燥時(shí)一般應(yīng)用熱風(fēng)干燥、微波干燥、微波真空干燥、微波與熱風(fēng)聯(lián)合干燥、真空冷凍干燥和變溫壓差膨化干燥等方式[1-2]。根據(jù)不同物料的特性選用適合的干燥方式。網(wǎng)帶式干燥機(jī)一般采用熱風(fēng)干燥法，網(wǎng)帶式干燥機(jī)是一種應(yīng)用非常廣泛的干燥設(shè)備，主要用于食品和蔬菜的干燥加工。著重闡述了網(wǎng)帶式干燥機(jī)的研究及其在農(nóng)產(chǎn)品和食品干燥中的應(yīng)用。

1 農(nóng)產(chǎn)品的干燥機(jī)理和干燥工藝

1.1 干燥機(jī)理

干燥是物料內(nèi)部的水分汽化和分離的過(guò)程，本質(zhì)是去除物料中多余的水分達(dá)到要求的含水率。干燥過(guò)程中，物料表面的水分汽化到熱空氣中，同時(shí)物料內(nèi)部水分向表面擴(kuò)散。物料中水分按去除難易程度可分為結(jié)合水和非結(jié)合水，按水分與物料間結(jié)合形式可以將物料中的結(jié)合水分為化學(xué)結(jié)合水、物理化學(xué)結(jié)合水和機(jī)械結(jié)合水。物料在干燥過(guò)程中除去的水分主要是機(jī)械結(jié)合水和部分物理化學(xué)結(jié)合水[3]。物料在干燥過(guò)程中會(huì)發(fā)生物理變化(物料干縮、表面硬化和內(nèi)部多孔性)和化學(xué)變化(蛋白質(zhì)、脂肪、維生素和色素等變化)。

1.2 干燥工藝

使用干燥機(jī)加工農(nóng)產(chǎn)品時(shí)，常見的有以下幾種烘干工藝。

1)預(yù)熱。大多數(shù)物料干燥前需要進(jìn)行預(yù)熱，使農(nóng)產(chǎn)品迅速升溫達(dá)到內(nèi)外溫度平衡。

2)殺青。通常采用高溫殺死物料內(nèi)部活性酶，達(dá)到定色的目的。常見的需要?dú)⑶嗟霓r(nóng)產(chǎn)品如茶葉、八角、辣椒等。

3)除濕定色。除濕定色是保存農(nóng)產(chǎn)品色澤的有效方法。低溫快速除濕定色技術(shù)，通過(guò)低溫快速除濕達(dá)到脫水定色，保留物料原來(lái)的顏色，降低物料破裂、缺損。

4)熟化。熟化是指人為提供適宜的溫度、濕度完成物料熱熟、成分合成和轉(zhuǎn)化等過(guò)程?？緹煹觞S和物料糖化都是熟化工藝的一種。常見的需要熟化的農(nóng)產(chǎn)品包括煙葉、廣式臘腸、番薯干、無(wú)花果等。

5)物料收縮。物料收縮時(shí)需要做到“平衡脫水”，合理控制物料脫水速度，達(dá)到均勻收縮的目的，保證物料烘干后的品相。

6)回汗。讓物料在一定的溫度、濕度下，完成物料內(nèi)部水分的遷移和平衡，保證干燥產(chǎn)品的外觀和品質(zhì)。

7)提香。通過(guò)高溫烘焙，促進(jìn)物料香味散發(fā)，提高農(nóng)產(chǎn)品烘干品質(zhì)和價(jià)值。提香工藝多用于茶葉、花卉等物料的干燥。

8)風(fēng)干。使物料降至常溫，自身水分達(dá)到恒定狀態(tài)，抑制物料表面細(xì)菌的繁殖生長(zhǎng)，避免物料發(fā)霉發(fā)臭。風(fēng)干工藝多用于肉制品、水產(chǎn)品等干燥。

2 網(wǎng)帶式干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及原理

網(wǎng)帶式干燥機(jī)是利用不銹鋼網(wǎng)帶運(yùn)載物料進(jìn)行連續(xù)烘干的干燥設(shè)備，可對(duì)透氣性能好的規(guī)則或不規(guī)則的各種片狀、條狀、塊狀或者顆粒物料進(jìn)行干燥。以空氣能熱泵為熱源的五層網(wǎng)帶干燥機(jī)為例，介紹網(wǎng)帶式干燥機(jī)的干燥機(jī)理、結(jié)構(gòu)組成和工作原理。

2.1 網(wǎng)帶式干燥機(jī)結(jié)構(gòu)組成

網(wǎng)帶式干燥機(jī)主要由烘干箱體框架、箱體保溫板、進(jìn)料裝置、出料裝置、傳輸網(wǎng)帶、空氣能熱泵、離心風(fēng)機(jī)、電機(jī)、控制系統(tǒng)等組成。網(wǎng)帶式干燥機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

1.出料裝置；2.烘干箱體框架；3.傳輸網(wǎng)帶；4.余熱回收管道；5.進(jìn)料裝置；6.空氣能熱泵

圖2 網(wǎng)帶式干燥機(jī)三維示意圖

2.2 網(wǎng)帶式干燥機(jī)工作原理

網(wǎng)帶式干燥機(jī)采用五層傳輸網(wǎng)帶，物料經(jīng)由進(jìn)料裝置均勻平鋪到第一層網(wǎng)帶，運(yùn)行到端部落到下一層傳輸網(wǎng)帶繼續(xù)傳送，以此往復(fù)在烘干箱體內(nèi)移動(dòng)，直至第五層端部掉落到出料裝置。物料在烘干箱體內(nèi)時(shí)，熱空氣從下向上依次通過(guò)各層傳輸網(wǎng)帶及網(wǎng)帶上的物料層，帶走物料中的水分，實(shí)現(xiàn)物料均勻干燥。

3 干燥機(jī)主體設(shè)計(jì)

網(wǎng)帶式干燥機(jī)以熱泵為加熱熱源，烘干箱體內(nèi)設(shè)置有5層平行布置的傳輸網(wǎng)帶，相鄰傳輸網(wǎng)帶端部交錯(cuò)布置，相鄰層傳輸網(wǎng)帶運(yùn)行方向相反。每一層傳輸網(wǎng)帶延伸方向的兩側(cè)和傳送方向端部均安裝有擋料板，鉚接固定在烘干箱體內(nèi)部。沿烘干箱體長(zhǎng)度方向，傳輸網(wǎng)帶運(yùn)行方向一端頂部設(shè)置有進(jìn)料口，另一端底部設(shè)置有出料口，分別與進(jìn)料裝置和出料裝置相連。箱體側(cè)邊底部位置設(shè)計(jì)有進(jìn)風(fēng)口，配備離心風(fēng)機(jī)，與熱泵出風(fēng)口通過(guò)管道連接。箱體頂部設(shè)置有出風(fēng)口，用管道與熱泵進(jìn)風(fēng)口處連接，可實(shí)現(xiàn)余熱回收，節(jié)省能源。

3.1 主要規(guī)格與參數(shù)

傳輸網(wǎng)帶有效干燥寬度為1.5 m，有效干燥長(zhǎng)度36 m，運(yùn)行速度為2～20 cm·min-1；烘干箱體使用空氣能熱泵加熱，配備14P空氣能熱泵2臺(tái)，外形尺寸8.1 m×1.67 m×2.5 m。

3.2 進(jìn)料裝置

加工成一定形狀的物料從進(jìn)料斗鋪放在進(jìn)料裝置的傳輸網(wǎng)帶上，進(jìn)料裝置上設(shè)有撥料部件，用滑塊軸承座固定到進(jìn)料裝置機(jī)架上，可通過(guò)調(diào)整滑塊軸承座與機(jī)架的距離，調(diào)整物料在傳輸網(wǎng)帶上的堆積厚度和均勻度。物料層厚薄不均，影響干燥效果，易導(dǎo)致薄物料層過(guò)度干燥，而厚物料層干燥不足[4]。

3.3 出料裝置

烘干處理后的物料從第五層傳輸網(wǎng)帶落到出料裝置上，出料裝置通過(guò)三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送帶把物料傳送到下一道工序。

3.4 傳輸網(wǎng)帶

傳輸網(wǎng)帶采用雙層金屬網(wǎng)帶。選用雙節(jié)距不銹鋼鏈條網(wǎng)鏈，網(wǎng)鏈上覆一層不銹鋼細(xì)網(wǎng)。傳輸網(wǎng)帶表面平整，透孔均勻，鏈條傳動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)。網(wǎng)鏈中間穿桿載重能力大，適合含水多的物料傳送。沿著傳輸網(wǎng)帶長(zhǎng)度方向下方布置角鋼支撐網(wǎng)帶，角鋼固定在箱體框架內(nèi)壁上。雙層金屬傳輸網(wǎng)帶如圖3所示。

圖3 傳輸網(wǎng)帶圖片

3.5 熱源

以14P后送式空氣能熱泵為熱源，為物料烘干提供熱風(fēng)?？諝饽軣岜每梢栽O(shè)置加熱空氣的溫度和時(shí)段，依據(jù)不同物料制定相應(yīng)的烘干溫度和時(shí)長(zhǎng)?？諝饽軣岜靡馈澳婵ㄖZ”原理工作，只需要利用少量的電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)工作，吸收環(huán)境中的熱量進(jìn)而對(duì)進(jìn)入熱泵的空氣升溫，與其他熱風(fēng)加熱方式相比較，節(jié)能效果突出、環(huán)保安全。空氣由空氣能熱泵加熱到設(shè)定溫度后進(jìn)入烘干箱體底部離心風(fēng)機(jī)處，熱空氣在離心風(fēng)機(jī)的作用下充滿整個(gè)烘干箱，從烘干箱底部穿過(guò)網(wǎng)帶和待烘干物料上升到箱體頂部進(jìn)入回收管道，回收管道與空氣能熱泵相連接?；厥盏目諝饬粲杏酂岷蜐駳?，部分濕氣經(jīng)排濕風(fēng)機(jī)處理，剩余帶有余熱的濕氣與新進(jìn)入的空氣混合加熱進(jìn)行新一輪循環(huán)。

3.6 電機(jī)

電機(jī)選用3 kW的變頻調(diào)速三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)鏈輪傳動(dòng)。五層傳輸網(wǎng)帶依靠鏈輪鏈條傳動(dòng)，傳送速度一致。鏈輪鏈條傳動(dòng)如圖4所示。

圖4 鏈輪鏈條傳動(dòng)示意圖

3.7 風(fēng)機(jī)

風(fēng)機(jī)選用變頻風(fēng)機(jī)，可以調(diào)整風(fēng)量大小，能有效將熱空氣吹散到烘干箱體底部。

3.8 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)可控制電機(jī)、風(fēng)機(jī)的啟停，調(diào)節(jié)電機(jī)頻率改變傳送網(wǎng)帶的運(yùn)行速度。根據(jù)不同物料特性，調(diào)整待烘干物料在烘干箱體內(nèi)運(yùn)行速度和停留時(shí)間，保證物料的充分烘干。

4 網(wǎng)帶式干燥機(jī)的應(yīng)用

干燥是農(nóng)產(chǎn)品和食品非常重要的一種加工技術(shù)，絕大多數(shù)的農(nóng)產(chǎn)品和食品加工都與干燥密切相關(guān)[5]。產(chǎn)后加工可以降低農(nóng)產(chǎn)品的損耗率和經(jīng)濟(jì)上的損失，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品和食品進(jìn)行干燥處理意義非凡。舉例說(shuō)明網(wǎng)帶式干燥機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。

1)發(fā)芽糙米烘干。發(fā)芽糙米營(yíng)養(yǎng)豐富，剛發(fā)芽后的糙米含水率高，容易發(fā)生霉變，不易儲(chǔ)存和運(yùn)輸。選用網(wǎng)帶式干燥機(jī)對(duì)發(fā)芽糙米進(jìn)行低溫烘干，降低發(fā)芽糙米水分，保留發(fā)芽糙米營(yíng)養(yǎng)，烘干成本低，烘干效果良好。

2)農(nóng)副產(chǎn)品干燥。例如花生、蘑菇、木耳、洋蔥等高含水率的農(nóng)產(chǎn)品干燥。選用網(wǎng)帶式干燥機(jī)，降水幅度大、干燥均勻、能耗低，干燥含水率高的農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3) 新鮮蔬菜干制。茄子、豆角、馬鈴薯等切片、切絲或切條后進(jìn)行烘干，在蔬菜生產(chǎn)旺季干制，提高蔬菜的附加值。方便食品中的片狀、條狀、塊狀的配菜、調(diào)料烘干等。

4)干果干燥。例如大棗、開心果、腰果等。

5)花茶干燥。例如菊花、金銀花、玫瑰花、百合花等。

6)瓜果干燥。例如山楂片、葡萄干、哈密瓜、木瓜等。

網(wǎng)帶式干燥機(jī)還可應(yīng)用于中草藥、水產(chǎn)品、飼料顆粒等脫水干燥。我國(guó)物產(chǎn)豐富，地理環(huán)境適宜蔬菜、水果等生長(zhǎng)，蔬菜、水果等的干制產(chǎn)品發(fā)展前景廣闊。

5 結(jié)論

網(wǎng)帶式干燥機(jī)占地面積小，風(fēng)量、網(wǎng)帶運(yùn)行速度、烘干溫度均可調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)進(jìn)出料；針對(duì)不同物料，通過(guò)調(diào)整烘干時(shí)間、烘干溫度、排濕間隔等制定適宜的烘干曲線，保證農(nóng)產(chǎn)品干制的品質(zhì)，達(dá)到理想的烘干效果。當(dāng)今人們消費(fèi)健康意識(shí)逐漸轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)腌制的食品含有致癌因素，并產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)損失，而脫水干制的食品綠色、方便、健康，這為干制食品帶來(lái)更多商機(jī)，干燥設(shè)備也迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇。

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