干燥是一个能源密集型过程,现阶段的发展趋势是鼓励使用更节能的干燥技术。热泵干燥是一种节能的干燥方法,这一过程比传统的干燥方法需要的能量更少。然而在热泵系统干燥过程中,热泵干燥温度过高会使系统能耗增高、性能变差、干燥品质降低。本文将热泵干燥系统和高压电场巧妙的设计在一起用以干燥物料,一方面可以提高干燥速率、提升干燥品质,另一方面,也可以降低物料所需的干燥温度、缩短干燥时间、降低干燥能耗。以胡萝卜片为热敏性物料代表进行热泵和高压电场联合干燥的研究,主要进行的研究工作与结果如下:(1)通过模拟的方法对热泵-高压电场干燥室内的流场进行全面的气流组织模拟并分析。结果如下:速度为3 m/s时,干燥室内温度场和速度场的均匀性更优;上送下回时物料盘上速度的不均匀系数和极差分别较中送中回时低约93.3%～94.3%和81.6%～82.9%;温度的不均匀系数和极差分别较中送中回低约97.0%～97.8%和72.6%～75.7%,这均说明上送下回时物料盘上的均匀性更好。(2)通过调整热泵干燥温度、电压以及送、回风方式等试验参数,研究对干燥速率与干燥能耗等因素的影响。结果表明:热泵-高压电场联合干燥可有效降低热泵干燥温度与单位能耗等。这对热敏性物料来说,具有重要的研究意义。上送下回时联合干燥的干燥时间比同温度下单热泵干燥缩短约16.67～26.32%。联合干燥在100 k V时的有效扩散系数约为同温度下单热泵干燥的1.2～1.5倍。热力学分析中,焓变(ΔH)随着温度和电压的升高逐渐降低;上送下回条件下联合干燥的平均ΔH较单热泵干燥可降低41.91%。(3)采用干燥数学模型对胡萝卜片干燥过程的水分比变化曲线进行拟合。结果显示:本文提出的改进模型:MR=aexp(-(kt))在不同干燥条件下的R值的范围在0.99996～1之间,故确定该模型为最佳模型。这也可以经过实验值与模拟值的验证结果中看出,该模型能很好的来描述水分比的变化规律。(4)测定不同干燥条件下胡萝卜片中β-胡萝卜素的含量并进行定性分析。结果表明:当温度比较低时,β-胡萝卜素的含量越高;随着温度的上升,各电压下的β-胡萝卜素含量逐渐降低。上送下回时的β-胡萝卜素含量整体上要比中送中回时偏高。希望本研究能为热泵-高压电场联合干燥系统对热敏性物料的适用性,优化热泵-高压电场干燥胡萝卜片工艺,提供一些实践指导意义。
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