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花粉热风干燥特性研究

信息来源: | 发布日期: 2011-06-01 | 浏览量:17690
关键词:花粉热风干燥特性研究
摘要: 通过对花粉在不同干燥温度( T) 、花粉厚度( h) 条件下干燥实验, 建立了花粉热风干燥的数学模型:MR=aexp( - kdt) 其中: a=exp( 0.056 6T+0.404 4h- 3.358 6) ; kd=- 0.000 3T+0.177 6h- 0.532 1
    关键词: 花粉; 热风干燥; 干燥特性; 数学模型;
    刚采集的新鲜花粉含水量高达15 %~20 %, 易发霉变质, 降低商品价值, 必须通过干燥处理使含水量降到5 %以下, 才可以贮藏, 故干燥是花粉加工中主要问题之一。为保证干燥质量, 使干燥工艺更加合理, 必须先了解花粉干燥中的失水规律。本文旨在研究热风温度、花粉厚度等参数对花粉的干燥影响, 建立干燥数学模型, 为干燥工艺控制和生产应用提供依据。
    1 实验设备、材料和方法
    1.1 实验设备、材料
    电热风干燥箱, 电子天平。鲜花粉, 初始水分15 %左右。
    1.2 实验材料和方法
    将花粉分别放入具有标号的称量瓶中, 称量瓶中花粉厚度分别为0.5 cm、1.0 cm、1.5cm, 并称重作好记录, 把称好的称量瓶置入电热风干燥箱中进行干燥。定时测定装有花粉的称量瓶的质量, 并记录, 直到物料质量不变为止, 此时为花粉的含水量达到平衡状态。将装有花粉的称量瓶放入电烘箱中, 温度为105 ℃。干燥至恒重, 得到绝干物料量。
    2 结果与分析
    2.1 干燥曲线的一般?#38382;?/span>
    通过试验得到了花粉的水分含量比( MR) 与连续通风干燥时间t 之间的干燥曲线, ?#25163;?#25968;关系( 见图1) 。在干燥初期MR 随着时间t 的增加而下降, 下降幅度较大, 干燥后期下降非常缓慢。图1 是在温度60 ℃条件下MR- t 的关系曲线, 说明花粉干燥过程中水分蒸发遵循指数规律下降, 这为建立干燥模型提供了依据。
    2.2 温度对干燥特性的影响
    物料的湿度比与干燥时间呈现指数关系。在相同厚度的情况下, 随着温度的升高, 指数曲线的曲率有所增大, 即温度越高干燥速?#35797;?#24555;, 干燥周期越短( 见图2) 。
    2.3 厚度对干燥特性的影响( 见图3)
    在相同干燥温度下, 花粉厚度越大, 干燥速?#35797;?#23567;, 干燥时间越长。
    3 花粉干燥数学模型
    物料干燥是一个复杂的非稳态传热、传质过程。它不仅受干燥介?#23454;?#28201;度、湿度、流速等因素影响, 而且因物料种类、内部结构、物理化学性质及外部形状的不同而存在着明显的差异。许多学者通过对不同物料的研究, 总结出了几种常用的经验、半经验干燥数学模型, 用以定量地描述物料的干燥规律, 也给我们从事这方面的研究提供了良好的借鉴。
    3.1 果蔬干燥的几种数学模型[1]
    指数模型:MR=exp( - kdt)
    单项扩散模型:MR=aexp( - kdt)
    Page 方程:MR=exp( - kdtn)
    式中:MR=( Mt-Me) /( M0-Me) 称水分含量比
    Mt—t 时刻物料含水率( 干基) /%;
    M0—物料初始含水率( 干基) /%;
    Me—物料干燥平衡含水率( 干基) /%;
    t—干燥?#20013;?#26102;间/h;
    kd、a、n— 待定系数, 与干燥条件有关的常数。
    对三种模型进行线性化处理[2], 然后分别用三种模型对实验数据进?#24515;?#21512;, 结果见表1。
表1 花粉干燥模型的比较
干燥温度/℃
花粉厚度/cm
指数模型
单项扩散模型
Page方程
 
 
Index model
Kd        R2
Individual diffusion model
Lna       Kd       R2
Page model
N       Lnkd       R2
45
2.5
0.126 6
0.977 6
0.187 0
0.135 5
0.985 2
1.188 9
-2.699 5
0.985 0
60
0.5
0.420 5
0.976 2
0.296 3
0.474 5
0.988 9
2.394 3
-2.914 6
0.792 4
60
1.0
0.196 9
0.835 7
0.397 9
0.269 3
0.959 8
1.106 8
-2.139 2
0.462 9
60
1.5
0.028 4
0.175 9
0.690 3
0.221 5
0.964 4
-0.253 6
-0.948
0.088 5
65
0.5
0.237 6
0.583
0.473
0.492 3
0.988 5
2.080 4
-2.20 4
0.998 9
65
1.0
0.276 4
0.760 6
0.736 9
0.446 4
0.927 1
1.087 1
0.076 4
0.978 7
Table 1 Comparision of models for pollen drying
由表1 可以看出化粉干燥  曲线与单项扩散模型高度相关, 且厚度与温度的不同, 待定系数kd、a、n 也不同, 因此可认为花粉干燥过程的失水规律服从单项扩散模型, kd、a 与干燥时的温度、厚度有关。
3.2 待定系数的?#33539;?/span>
求得各实验数据用单项扩散模型进?#24515;?#21512;, 得到模型的干燥常数kd、Lna 列于表2。
表2 表明, 在不同的风温和花粉厚度条件下kd、Lna 也随之改变, 可见kd、Lna 分别是干燥温度、花粉厚度的函数。对kd、Lna 进行关于干燥温度( T) 、花粉厚度( h) 的二元线性关系的回归, 见表3、表4。
综上所述, 待定系数a、kd 可由下式求得:
a=exp( 0.056 6T+0.404 4h- 3.358 6)
kd=- 0.000 3T+0.177 6h- 0.532 1
式中: T———干燥温度/℃; h———花粉厚度/cm。
4 结论
1)      花粉干燥曲线为指数曲线, 干燥温度、花粉厚度对干燥曲线有影响。
2) 干燥模型符?#31995;?#21521;扩散模型即MR=aexp( - kdt)其中: a=exp( 0.056 6T+0.404 4h- 3.358 6) ; kd=- 0.000 3T+0.177 6h- 0.532 1, 这里T、h 分别为干燥温度、花粉厚度。利用该模型可定量描述干燥过程水分含量曲线随干燥温度、花粉厚度的变化规律。

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