远红外联合低温真空干燥设备研究与设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)陕西科技大学机电工程学院 作者:张秦权

  针对现有干燥设备存在的生产效率低,难以满足企业规模仅生产等缺陷的问题。在真空条件下,对干燥原理与方法进行研究,设计一套工业远红外联合干燥设备。文章介绍该设备的主要结构及其参数,通过能量衡算,确定热量的需求量和加热系统(红外管的参数)的布局。设计的干燥设备成本低、能量利用率高,预期可满足工业需求。

  常用的果蔬干燥方法有自然干燥、热风干燥、真空冷冻干燥、远红外干燥、微波干燥、真空低温干燥及各种组合干燥等。真空低温干燥是指使物料中的水分在较低的温度之下(60℃以下)沸腾而蒸发,所加工的干制品香、色、味皆佳,复水性良好。远红外真空干燥的方法具有最终产品干燥效果好、成本低、射线来源广以及能符合大批量生产的要求等优势,已经被越来越多的企业所接受。郁雯霞等针对国内外远红外真空干燥设备存在干燥不均匀、无法调节辐射距离等缺陷,通过试验对远红外真空干燥试验设备进行了优化设计。优化后的干燥设备不仅能达到较高的真空度,并且可以调节真空度,同时也可以改变干燥功率,解决局部加热过程中远红外辐射不均匀的问题,为远红外真空干燥技术的继续发展奠定了基础。由于单一的干燥方法往往得不到最终产品的质量要求,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为联合干燥是未来干燥技术的发展趋势之一。孙传竹等针对蔬菜传统的单纯远红外辐射和热风干燥脱水干燥形式所存在的各种问题,采用热风与远红外优化组合,解决了顶层干燥箱风量需求以及底层接近干燥的物料烤糊等问题。

  目前多数干燥设备的研究基于微型企业或实验室,不能满足企业的规模化生产。有关真空低温干燥(蒸汽加热)与远红外干燥联合干燥方面的研究较少。鉴于此,本试验在大量试验的基础上,结合两种干燥方法的优点,提出蒸汽加热与远红外联合的快速干燥技术,设计一套工业远红外联合低温真空干燥设备,旨在为解决现有干燥方法所引起的干制品品质差、产量低和不能满足企业要求等问题。

1、真空干燥设备的结构原理及参数

  1.1、真空干燥设备的工作原理

  真空低温干燥技术的原理是利用低压下水分的沸点变低,配合真空干燥机,使具有一定自由水的原料得以脱水干燥。真空干燥也称负压干燥,是将被干燥物料放置在封闭的干燥室内,用真空泵对其抽真空;同时对被干燥物料间断或连续加热。

  真空低温干燥可以干燥易氧化、易变色的物料等,尤其是在果蔬干燥过程中可以降低物料中维生素的氧化以及褐变程度,所以采用真空干燥可提高干制品质量。远红外干燥热效高、干燥时间短、加热温度均匀。

  因此,在真空条件下,将蒸汽加热与远红外优化组合,充分发挥各自的优势,整合为一种全新的干燥方式,从而实现高品质、高效率、短时间等优势。

  1.2、真空干燥设备的结构组成

  本真空干燥设备是由中国某公司ZGT型真空低温干燥机增加红外管等组件改装而成,配制四级水蒸气喷射真空泵,可根据需要改变真空度(蒸汽喷射真空泵真空度可达一级20kPa/60℃、二级12.3kPa/50℃、三级7.4kPa/40℃、四级4.2kPa/30℃),因为四级真空泵全部投入工作,可获得较高的真空度。

  图1为真空干燥设备结构示意图,主要由干燥箱、四级水蒸气喷射真空泵组、锅炉组件以及控制系统等组成。

真空干燥设备结构示意图

图1 真空干燥设备结构示意图

3、验证实验

  以猕猴桃为材料进行试验研究,分析干燥过程中的工艺参数(物料厚度、干燥温度、真空度)对干制品品质(体积收缩率、总酸、总糖、VC)的影响。研究表明:温度是影响干制品最主要的因素之一,其次是切片厚度和真空度;工艺参数对VC的影响较明显,体积收缩率、总酸、总糖影响不显著。比如:真空冷冻干燥时间18h,热风干燥7.5h,真空低温联合远红外干燥2.0h时干制品品质较好。显然,真空低温联合远红外干燥有较大的优势。

4、结束语

  (1)本设备将真空干燥(蒸汽加热)与远红外干燥有效的结合在一起,充分发挥各自的优势,整合为一种混合加热的干燥方法。

  (2)该设备已生产样机。经试验表明,蒸汽加热弥补了远红外辐射不均匀的问题;废气加热节约了热源;热量衡算缩短了干燥时间、提高了干燥速率、优化并降低了设备运转费用。不过,本设备只能对果蔬进行加工,对其它物料还有待于进一步研究和设计。

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