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花粉熱風干燥特性研究

信息來源: | 發布日期: 2011-06-01 | 瀏覽量:17465
關鍵詞:花粉熱風干燥特性研究
摘要: 通過對花粉在不同干燥溫度( T) 、花粉厚度( h) 條件下干燥實驗, 建立了花粉熱風干燥的數學模型: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
    關鍵詞: 花粉; 熱風干燥; 干燥特性; 數學模型;
    剛采集的新鮮花粉含水量高達15 %~20 %, 易發霉變質, 降低商品價值, 必須通過干燥處理使含水量降到5 %以下, 才可以貯藏, 故干燥是花粉加工中主要問題之一。為保證干燥質量, 使干燥工藝更加合理, 必須先了解花粉干燥中的失水規律。本文旨在研究熱風溫度、花粉厚度等參數對花粉的干燥影響, 建立干燥數學模型, 為干燥工藝控制和生產應用提供依據。
    1 實驗設備、材料和方法
    1.1 實驗設備、材料
    電熱風干燥箱, 電子天平。鮮花粉, 初始水分15 %左右。
    1.2 實驗材料和方法
    將花粉分別放入具有標號的稱量瓶中, 稱量瓶中花粉厚度分別為0.5 cm、1.0 cm、1.5cm, 并稱重作好記錄, 把稱好的稱量瓶置入電熱風干燥箱中進行干燥。定時測定裝有花粉的稱量瓶的質量, 并記錄, 直到物料質量不變為止, 此時為花粉的含水量達到平衡狀態。將裝有花粉的稱量瓶放入電烘箱中, 溫度為105 ℃。干燥至恒重, 得到絕干物料量。
    2 結果與分析
    2.1 干燥曲線的一般形式
    通過試驗得到了花粉的水分含量比( MR) 與連續通風干燥時間t 之間的干燥曲線, 呈指數關系( 見圖1) 。在干燥初期MR 隨著時間t 的增加而下降, 下降幅度較大, 干燥后期下降非常緩慢。圖1 是在溫度60 ℃條件下MR- t 的關系曲線, 說明花粉干燥過程中水分蒸發遵循指數規律下降, 這為建立干燥模型提供了依據。
    2.2 溫度對干燥特性的影響
    物料的濕度比與干燥時間呈現指數關系。在相同厚度的情況下, 隨著溫度的升高, 指數曲線的曲率有所增大, 即溫度越高干燥速率越快, 干燥周期越短( 見圖2) 。
    2.3 厚度對干燥特性的影響( 見圖3)
    在相同干燥溫度下, 花粉厚度越大, 干燥速率越小, 干燥時間越長。
    3 花粉干燥數學模型
    物料干燥是一個復雜的非穩態傳熱、傳質過程。它不僅受干燥介質的溫度、濕度、流速等因素影響, 而且因物料種類、內部結構、物理化學性質及外部形狀的不同而存在著明顯的差異。許多學者通過對不同物料的研究, 總結出了幾種常用的經驗、半經驗干燥數學模型, 用以定量地描述物料的干燥規律, 也給我們從事這方面的研究提供了良好的借鑒。
    3.1 果蔬干燥的幾種數學模型[1]
    指數模型:MR=exp( - kdt)
    單項擴散模型:MR=aexp( - kdt)
    Page 方程:MR=exp( - kdtn)
    式中:MR=( Mt-Me) /( M0-Me) 稱水分含量比
    Mt—t 時刻物料含水率( 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—干燥持續時間/h;
    kd、a、n— 待定系數, 與干燥條件有關的常數。
    對三種模型進行線性化處理[2], 然后分別用三種模型對實驗數據進行擬合, 結果見表1。
表1 花粉干燥模型的比較
干燥溫度/℃
花粉厚度/cm
指數模型
單項擴散模型
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  曲線與單項擴散模型高度相關, 且厚度與溫度的不同, 待定系數kd、a、n 也不同, 因此可認為花粉干燥過程的失水規律服從單項擴散模型, kd、a 與干燥時的溫度、厚度有關。
3.2 待定系數的確定
求得各實驗數據用單項擴散模型進行擬合, 得到模型的干燥常數kd、Lna 列于表2。
表2 表明, 在不同的風溫和花粉厚度條件下kd、Lna 也隨之改變, 可見kd、Lna 分別是干燥溫度、花粉厚度的函數。對kd、Lna 進行關于干燥溫度( T) 、花粉厚度( h) 的二元線性關系的回歸, 見表3、表4。
綜上所述, 待定系數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———干燥溫度/℃; h———花粉厚度/cm。
4 結論
1)      花粉干燥曲線為指數曲線, 干燥溫度、花粉厚度對干燥曲線有影響。
2) 干燥模型符合單向擴散模型即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, 這里T、h 分別為干燥溫度、花粉厚度。利用該模型可定量描述干燥過程水分含量曲線隨干燥溫度、花粉厚度的變化規律。

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