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摘要：通過(guò)對(duì)花粉在不同干燥溫度( T) 、花粉厚度( h) 條件下干燥實(shí)驗(yàn), 建立了花粉熱風(fēng)干燥的數(shù)學(xué)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(guān)鍵詞：花粉；熱風(fēng)干燥；干燥特性；數(shù)學(xué)模型；

剛采集的新鮮花粉含水量高達(dá)15 %～20 %, 易發(fā)霉變質(zhì), 降低商品價(jià)值, 必須通過(guò)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(wèn)題之一。為保證干燥質(zhì)量, 使干燥工藝更加合理, 必須先了解花粉干燥中的失水規(guī)律。本文旨在研究熱風(fēng)溫度、花粉厚度等參數(shù)對(duì)花粉的干燥影響, 建立干燥數(shù)學(xué)模型, 為干燥工藝控制和生產(chǎn)應(yīng)用提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料

電熱風(fēng)干燥箱, 電子天平。鮮花粉, 初始水分15 %左右。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料和方法

將花粉分別放入具有標(biāo)號(hào)的稱(chēng)量瓶中, 稱(chēng)量瓶中花粉厚度分別為0.5 cm、1.0 cm、1.5cm, 并稱(chēng)重作好記錄, 把稱(chēng)好的稱(chēng)量瓶置入電熱風(fēng)干燥箱中進(jìn)行干燥。定時(shí)測(cè)定裝有花粉的稱(chēng)量瓶的質(zhì)量, 并記錄, 直到物料質(zhì)量不變?yōu)橹? 此時(shí)為花粉的含水量達(dá)到平衡狀態(tài)。將裝有花粉的稱(chēng)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(jié)果與分析

2.1 干燥曲線的一般形式

通過(guò)試驗(yàn)得到了花粉的水分含量比( MR) 與連續(xù)通風(fēng)干燥時(shí)間t 之間的干燥曲線, 呈指數(shù)關(guān)系( 見(jiàn)圖1) 。在干燥初期MR 隨著時(shí)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(guān)系曲線, 說(shuō)明花粉干燥過(guò)程中水分蒸發(fā)遵循指數(shù)規(guī)律下降, 這為建立干燥模型提供了依據(jù)。

2.2 溫度對(duì)干燥特性的影響

物料的濕度比與干燥時(shí)間呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。在相同厚度的情況下, 隨著溫度的升高, 指數(shù)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(jiàn)圖2) 。

2.3 厚度對(duì)干燥特性的影響( 見(jiàn)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(shí)間越長(zhǎng)。

3 花粉干燥數(shù)學(xué)模型

物料干燥是一個(gè)復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)傳熱、傳質(zhì)過(guò)程。它不僅受干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流速等因素影響, 而且因物料種類(lèi)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)及外部形狀的不同而存在著明顯的差異。許多學(xué)者通過(guò)對(duì)不同物料的研究, 總結(jié)出了幾種常用的經(jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)干燥數(shù)學(xué)模型, 用以定量地描述物料的干燥規(guī)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(shù)學(xué)模型[1]

指數(shù)模型：MR=exp( - kdt)

單項(xiàng)擴(kuò)散模型：MR=aexp( - kdt)

Page 方程：MR=exp( - kdtn)

式中：MR=( Mt-Me) /( M0-Me) 稱(chēng)水分含量比

Mt—t 時(shí)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(xù)時(shí)間/h；

kd、a、n— 待定系數(shù), 與干燥條件有關(guān)的常數(shù)。

對(duì)三種模型進(jìn)行線性化處理[2], 然后分別用三種模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合, 結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 花粉干燥模型的比較

干燥溫度/℃	花粉厚度/cm	指數(shù)模型		單項(xiàng)擴(kuò)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(xiàng)擴(kuò)散模型高度相關(guān), 且厚度與溫度的不同, 待定系數(shù)kd、a、n 也不同, 因此可認(rèn)為花粉干燥過(guò)程的失水規(guī)律服從單項(xiàng)擴(kuò)散模型, kd、a 與干燥時(shí)的溫度、厚度有關(guān)。

3.2 待定系數(shù)的確定

求得各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用單項(xiàng)擴(kuò)散模型進(jìn)行擬合, 得到模型的干燥常數(shù)kd、Lna 列于表2。

表2 表明, 在不同的風(fēng)溫和花粉厚度條件下kd、Lna 也隨之改變, 可見(jiàn)kd、Lna 分別是干燥溫度、花粉厚度的函數(shù)。對(duì)kd、Lna 進(jìn)行關(guān)于干燥溫度( T) 、花粉厚度( h) 的二元線性關(guān)系的回歸, 見(jiàn)表3、表4。

綜上所述, 待定系數(shù)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(jié)論

1) 花粉干燥曲線為指數(shù)曲線, 干燥溫度、花粉厚度對(duì)干燥曲線有影響。

2) 干燥模型符合單向擴(kuò)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(guò)程水分含量曲線隨干燥溫度、花粉厚度的變化規(guī)律。

聯(lián)系方式：

公司名稱(chēng)：常州市益民干燥設(shè)備有限公司 ?

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本文最后更新于 2023-02-17，某些信息具有時(shí)效性，若有錯(cuò)誤或已失效，需要更改請(qǐng)留言修改

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花粉熱風(fēng)干燥特性研究-益民干燥

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