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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:
关键词:
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 干燥曲线的一般形式
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,呈指数关系( 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,即温度越高干燥速率越快,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,干燥速率越小,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。它不仅受干燥介质的温度、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—干燥持续时间/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行拟合,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        R 2
Individual diffusion model
Lna       Kd       R 2
Page model
N       Lnkd       R 2
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 待定系数的确定
求得各实验数据用单项扩散模型进行拟合,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) 干燥模型符合单向扩散模型即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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