熱泵干燥動(dòng)力學(xué)研究何麗季阿敏李杰東北石油大學(xué)華瑞學(xué)院(150027)摘要:利用熱泵干燥裝置對(duì)大紅蘿卜進(jìn)行干燥,采用單因素方法,運(yùn)用 MATALB軟件對(duì)曲線進(jìn)行擬合,得出相應(yīng)條件下的多項(xiàng)式回歸模型,干燥動(dòng)力學(xué)模型對(duì)于干燥過(guò)程操作、提高產(chǎn)品質(zhì)量也有重要的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵字:熱泵動(dòng)力學(xué)單因素前言干燥動(dòng)力學(xué)研究是設(shè)備放大設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),對(duì)于某種未知干燥特性的物料,在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的設(shè)備上進(jìn)行干燥動(dòng)力學(xué)研究,使用較少的物料,改變不同的干燥參數(shù),為放大設(shè)計(jì)工業(yè)化干燥器提供理論依據(jù)。1.干燥動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的材料、測(cè)量?jī)x器和實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)選用的材料為從市場(chǎng)購(gòu)得的新鮮、無(wú)蟲(chóng)眼、表面光滑的大紅大紅蘿卜,實(shí)驗(yàn)前將其清洗,切除根梢,然后切成約lcm左右的大紅蘿卜丁,均勻地平鋪在物料架網(wǎng)狀擱板上溫度和濕度測(cè)量采用數(shù)字鉑電阻溫度計(jì)及干、濕球溫度計(jì);風(fēng)速測(cè)量采用北京檢測(cè)儀器廠生產(chǎn)的F10型智能型熱式風(fēng)速儀;含水率的測(cè)定選用型號(hào)LD電子天平稱(chēng)重。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),采用直接干燥法測(cè)取1大紅蘿卜初始水分含量。物料內(nèi)部水分的表示方法有兩種(即濕基含水量和干基含水量),本實(shí)驗(yàn)采用干基含水率。干基含水量()是以干物質(zhì)為基準(zhǔn)的水分含量。(%)式中,g水濕物料中水分質(zhì)量,kg;g-濕物料中絕干物質(zhì)的質(zhì)量,kg2.干燥動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析為了提高回歸方程的可靠性和回歸曲線的精度,采用 Matlab軟件來(lái)對(duì)回歸曲線進(jìn)行擬合,得到不同條件下的擬合方程(1)不同大紅蘿卜質(zhì)量條件下4kg:y=0.0106x4-0.280x3+1.8394x2-68196X+10.51526kg:y=0.0030x-0.0863x+0.9552x2-4.9371x+10.51008kg:y=0.0012x-0.039X+0.5700x2-3.9388X+10.4614(2)不同溫度條件下30℃:y=0.0030x4-0.0863x3+0.9554x2-49373X+10.510035℃:y=0023x2-0.0394x30.9455x2-54863x+10.516940℃:y=-0.0104x4+0.0162x32+0.9451x2-59057X+10.4925(3)不同風(fēng)速條件下中國(guó)煤化工CNMHG4ms:y=-0.0052x4+0.0641x3+0.0481x2-31319X+10.56702ms:y=0.0030X4-00863x3+0.9554x2-49373x+10.510026ms:y=0.0116x4-0.2234x3+1.6794x2-6.2501X+10.5142(4)不同相對(duì)濕度條件下20%:y=0.0098x4-0.1904x3+14947x2-59425x+10.448330%:y=0.0030x4-0.0863x3+09554x2-4937X+10.510040%:y=0.0007x-0.0343x3+0.5679x2-3.9797X+10.5341由擬合前后數(shù)值的比較和曲線擬合程度可以看出,各條件下的多項(xiàng)式回歸擬合度較好,回歸系數(shù)顯著。繪制出其導(dǎo)數(shù)多項(xiàng)式曲線,即干燥速率曲線。y4k6kg8kg乏干彈時(shí)問(wèn)圖1不同大紅蘿卜量下,干燥速率一時(shí)間曲線圖1說(shuō)明,在一定的干燥面積下,隨著大紅蘿卜量的增加,大紅蘿卜在托架的堆放高度增多,大紅蘿卜間相互疊加面積增大,從而減少了蒸發(fā)面積,降低了空氣穿過(guò)大紅蘿卜的速度,不利于水分蒸發(fā),延長(zhǎng)了干燥周期。圖2表明,干燥速率前期受風(fēng)速影響較大,對(duì)干燥中后期影響不顯著。圖3表明,隨著風(fēng)溫的升高,大紅蘿卜蒸發(fā)水分所需的熱量增加,加快了水分蒸發(fā)速率,有利于干燥時(shí)間的縮短圖4表明,在干燥前、中期,相對(duì)濕度越低越有利于干燥速率的加快;而在干燥后期,相對(duì)濕度影響并不顯著,這是因?yàn)樵诖穗A段大紅蘿卜自身質(zhì)地緊縮,水分梯度對(duì)其影響微乎其微。結(jié)束語(yǔ)(1)選用大紅蘿卜量、風(fēng)速、風(fēng)溫、相對(duì)濕度作為大紅蘿卜干燥的單因素進(jìn)行大紅蘿卜干燥動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn),得出大紅蘿卜干燥特性曲線。(2)同時(shí)運(yùn)用 MATALB軟件對(duì)干燥曲線進(jìn)行有效的擬合,得到不同條件對(duì)大紅蘿卜干燥速率的影響和相應(yīng)條件下的多項(xiàng)式回歸模型。中國(guó)煤化工CNMHG30℃35℃40℃干爍時(shí)問(wèn)圖2不同溫度下,干燥速率一時(shí)間曲線14m/s2m/s2.6m/s4干爍時(shí)間(圖3不同風(fēng)速下,干燥速率一時(shí)間曲線20%40%干爍時(shí)問(wèn)(圖4不同相對(duì)濕度下,干燥速率-時(shí)間曲線參考文獻(xiàn)[1] Christopher bAker.食品工業(yè)化干燥.張慜,王劍平,李云飛等譯。北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社,2003:16-17[2]潘永康.現(xiàn)代干燥技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998:68-97[3]食品中水分的測(cè)定方法(GB50093-85)中國(guó)煤化工CNMHG中國(guó)煤化工CNMHG