全 文 ：1 9 9 2年一2月 农 机 化 研 究 第 生期
预处理刀豆的薄层干燥试验及其干燥模型
张 悠 王成芝 刘立毅 涂澄海
(东北农学院 )
摘 要 本文通过带人工 气候箱的热风干 澡试 验 台 对 预处 理刀 豆 在不 同干燥过程 参量 (烘
温 、 相 对湿度 、 初 始水分和热 风风 速 ) 变化下 进行 了单 因子试验 , 得 出其 干 燥 曲 线 ; 同时
对不 同烘温下 的干燥 曲 线 进行 了模型比较 , 得出 了其最适宜的模型 为 M 尸 = Xe (P 一 K 、 t ) ,
K , = a
。一
xe (P 一 b0 / T ) , 并求得其模型系数 为 a 。 = 1 . n , b 。 = 一 1 27 . 01 。
关键词 预处理刀 豆 , 薄层干燥试验 , 干燥模型 。
薄层干燥是农产品物料干燥的基本形式 , 是深床干燥的基础 。 建立薄层干燥模型对摸索
干制规律 , 预测不同干制工艺下的干燥参数具有重要的意义 。
刀 豆是干制经济效益很好 的物料之一 , 其脱水产品是我国脱水加工业的拳头产品 , 但国
内外对其干制规律研究报导甚少 。 因此 , 针对 国情 , 选取普通预处理 实用工艺下的刀豆进行
这方面的研究是有意义的 。
一 、 试验材料 、 设备及方法
刀豆品种繁多 , 结构也有差异 , 本文采 用东北常见的 .1洁种油豆角 。 为 J’ 消除同一 品种下
大小差异引起的误差 , 同时也为 一 J’ 实际 “ 脱水快餐菜 ” 的 一 [ 艺需要 , 采 用切丝 (成 6 13 m ) 的
方法 。
试验台为根据试验的需要组合而成 , 如图 1 所示 。 ;旗汽 发生器采 用哈尔滨医疗器械修造
} 生产的 l o L / h电热蒸馏 水器 , 功率为了. 弘W ,热风干燥部分采 用东北农学院研制 的 G H S 一 且
型干燥试验台 , 其最火风量可达 4 8 0二“加 i n , 风压 8 0 k g / m 已 , 供热量 1 8 0 0 二ca l / h ; 其温控采
用 了: 海医用仪表 )一 `生产的WM N K 一 4 01 型数字式温控仪 , 猜度 士 。 . s c 。 人工气候箱通 过其控
制线路能使风机入 口 处的干湿球温度 (相对湿度 ) 保持恒定 。
实测初始水分采 用 匕海第二天平仪器厂生产的 S C 6 9 ~ 02 型水分快速测定仪 , 其最大 称重
1 0 9 , 精度 s m g ; 试验中不同初始水分的获得来 自于甩干捅甩不同的时间 , 所用甩 干 捅为哈
尔滨松江电机厂生产的 T 2 0 ~ 1型脱水机 , 其脱水容量为 Z k g , 功率 2 5W 。
试验步骤 : 以 东北农学院园艺站摘取鲜嫩 、 籽粒占总重 10 % ~ 20 % 的油豆角 , 切丝成
6m m宽 , 在% C C 、 浓度 为 1 %的N a H C O : 畜齐浪中预烫 6、们 n , 再在试验 台上 于燥 , 位半小时
J
l丈稿 门禅,{ : 1 g r ) ! 一 1 2 艺”
停风机称重一次 , 至 6 % ( d 、 b) 为止 。 除 注 明 者 外 , 干燥时取 : 初 始水分 卿。 = n 50 %
( d
、
b )
, 干球温度 30 ℃下入口 处相对湿度 57 % , 烘温为 8 0 ` c , 风速为工. 2m / “ 。
试验指标为 : ( 1) 干基含水率切 , ( % ) , 切 , = ( G , 一 G 。 )/ G。 = (1 十 甲。 ) G , / G 。 一 1 ; ( 2) 水分比
M R 二 (沪 ` 一 甲。 ) (/ 切。 一 甲。 ) 。 两式中 , G 。 、 ` : 、 G 。 为物 料初始 、 t 时刻 、 干物质重量 ; 甲 。 、
叨 , 、 甲。为物料初始 、 t 时刻 、 平衡含水率 (干基 ) 。
/
一下
图 1 试验台简图
1
. 加水器 2 .人 工气候控制器 3 . 千湿球温度计 4 . 离心 式风机 5 . 风量控制 6 .加 热器 了. 天平
8
.料盘 9 . 温度传感器 10 . 温控仪 1 1 . 人二L 气候箱 12 . 燕汽入 口 13 . 蒸汽发生器
二 、 不 同干燥条件下的干燥试验
本文进行 了不同烘温 ( T ) , 不同入 l可处相对湿度 ( R H ) , 不同初始含水率 (叨 。 ) 和不同热
风风速 (厂 ) 卜的干燥试验 , 其干燥曲线如图 2~ 5 所 示 。 由图可知 , 随烘温 、 风速 上升 , 及入
( % `j
.
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Q 了二 了O ” C
。 刀 H = 57 %
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n ,f 二 印 、 j廿l / = 8 0多百
刀 1 1 二 9 4 %
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图 忿 不 同洪温 下的干燥曲线 图 3 不 同入 日处相对湿度 下的 一卜燥 曲线
自处相对湿度 、 初始 含水率下降 , 二卜燥速度也随之上升 ; 初始含水率的变化对干燥曲线影结
不大 , 这是由于预处理 后毛细管 吸入 自由水后 , 虽达不用甩干程度 , 但其吸入的 自由水很易
在干燥初期脱去 , 故表现出几种不同甩干产生 的 初始 含 水率差异对干燥速度影响不大的响
果 , 相对湿度 (入口处 ) 在 63 % ~ 洲 %范围内变化对干燥速度影响不大 , 由湿 空气 的 I 一 d图
可知 , 入 口处干球 30 ℃下 R H 63 % ~ 例 % 在 80 ℃下仅约 7% ~ 8 % , 相 差很小 , 而 30 ℃下 57 %
的 R万在 s o c 下仅为 5 %左右 , 相对差异较大 ; 热风风速在 0 . 9 ~ 1 . 2m s/ 范围与 0 . 3一 o . 6m s/
范围之间差异较大 , 但同一范围内却差异不大 , 在远远小于其悬浮 临 界 速 度 下产生这种现
象 , 原因有待于进一步研究 ; 烘温变化对干燥曲 线 影 响 最大 , 且干燥速度对烘温 变化很敏
感 。
如 叮 d , 的
了/ = 1 . 2即 ,
〕厂 = 0 . g m 、
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1
.
5 2
不同初始含水 率下的干燥曲线 图 5 不 同热风风速下 的干澡 曲线
三 、 薄层千燥模型
水分比 (万 尸 ) 与烘时 ( )t 的关系
!
一图.R0。工M
1
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0
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了、 , 6
心. 4
卞文选对干燥曲线影响最大的参量—烘温 , 根据刀豆解 吸平衡水分模型 :
. 了二 机 J “
《、 、 一
{`里咧叫 2 .井L 一 O 。 6 3 7 )
图 6 不 同烘温下的 M 了才一 l 曲线
可算得三种烘温 厂的对刀一 t 曲线 ,如 图 6所
示 (入 日处 RH 转换成烘时过程略 ) 。
2
. 薄层干燥模型比较
常见用于谷物薄层干燥的模型有四种 ,
见表 1 。 为了探求高含水率蔬菜薄层干燥规
律 , 本文对图 6的数据进行表1中四个模型的
拟合 。 为了比较模型的好坏 , 本文采用三个
指标: 1叮归方程的厂值 、 (复 ) 相关 系 数刀
一 1 6 一
表 1常见的谷物薄层干燥模型
序 模型名称 方 程
指数模型
P a ge模型
单项扩散模型
经 验模型
M R
= ex q(一 K J*)
M R
= ex P (一 K Jt” )
M R
= a ex P (一 K :t )
t二 Al n M R+ B( I
n人 f R) 2
和剩余标准差 B。
本文采 用多元线性回归分析程序 , 故首
先将各模型化为线性模型如下 。
( l) 指 数 棋 型 。 参量 K 、 可假设成
A r r h e n i u s 型方程 : K J = 。 。 e x p ( 一 b 。 / T ) ,
式中: a 。 , b 。为 常数 , T 为绝对温度 。
一 I n t = I n a o 一一R
l一M则原模型可化为 : nI ln
到川引州
玩 / T , 令 : y 二 nI ln 1」了R 一 In t
, 寿。 “ 护乙G U , “ 一 b 。 , 尤 = l/ T , 则X 一 犷 关系 见表 2 。
表 2 指数模型下 X 一 Y关系
测点号 1 O
% ( 火 ] 0一 J )
办)
3
。
1
0
。 连7
3
.
1
0
。
5 1
3
。
1
O
。
4 7
3
。
l
0 。 4 0
3
。 1
0
.
2 5
3
0
.
8 0
3
0
.
6 4 5 2
3
0
。
4 0
3
0
。 3 4
测点号 1 1 12 1 3 14 1 5 16 1了 18 1 9 2 0
L
一…úùl
戈 ( 又 1 0一 3 ) 2 . 9 2 2 。 9 2 2 。 9 2 2 . 9 2 2
。
9 2 2
。
8 3 2
.
8 3 2
。
83 3
。
8 3 2
。
8 3
14 8 3 6 3 5 6 4 5 3 7 1 7 9 6 8 3 6 ly !
( 2 ) p
a g “ 模型 。 此模型是 p a g ” ( 19 4 9年 ) 在指数模 型 的 基础上修改成的形式 。 . 取
= I n 。 。 一 b 。 / T + 。
。
I n t
J.l一r,一才了
一件兀K
J二 a 。 , x p ( 一 b。 / T )
, ,; = c 。 + 〔Z。 T
一卜。 。 T “ , 原模型可化为 : I n l n
+ cl
。
T In 矛+ 。 。 T 之 In t , 令 : 夕 = I n l n 人。 = In a 。 , 左; 二 一 b 。 , 、 , 二 1 / 了’ , k Z = C 0 5 戈止 =1ùMR
nI l
, 凡, 二 T ln t , k ` = T 乙nI t , 其二 一 夕关系见表 3 。
p a g e模型下二 , 一 夕关系
侧点号
表 3
3 1 0
“ 工 ( 义 10 ` “
戈 止
鬓 J
劣 ` ( 又 I O J {
y
3
.
1
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一 2 2 2
。
9
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3
。
1
0
。
6 9
3
。
L
0
。
9 2
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2 2 9
。 8
一 7 6
。
5
0 . 1
3
0
。
4 1
3
0 . 6 9
艺9了。 2
O
0
.
5 1
艺之2 。 9
7 2
。
0
1
。
l
9 6
。 0
之 .王7
0
0
。
6凌
1 36
。
左5。
2 2 9
。
8
7 6
。
5
3
0。 92
3 0 6
。
4
1 0 2
。 0
1
。
2 5
尸JS
O
。
93 1 0
洲点号 1 1 l 2 1 3
x 一 ( K 1 0一 3 )
劣 `
戈 3
戈 ` ( 又 1 0 3、
y
2 . 9艺
一 O。 6 9
2
。
9 2
0
0
0
0
.
8 3
.
9 2
. 至L
14 15 16 1丫 18 1 9 2 0
2
.
9 2 2
.
9 2 2
.
83 2
.
8 3 2
.
83 2
.
8 3 2
.
8 3
0
, 6 9 0
.
9 2 一 0 . 6 9 0 0 . 4工 0 。 6 9 0 . 9 2
2 3 6
.
7 3 1 J
.
6 一 2 4 3 . 6 0 14 1 . 7 2 4 3 . 6 3 2 4 . 8
吕工. 2 10 8 . 3 一 名6 . G 0 5 1 . 1 8 6 。 0 1 1 4 . 7
1
,
2 J 1
.
3 G 0
.
6 8 1
.
1 7 1 . 36 1
.
5 3 1
. 5 3
n乙n
跳怅卜一 2 3 6 。一 8 1 。
O
。
4 5
6
了沪白
O3
一 1 7 一
( 3) 单项扩散模型 。 此模型为扩散模型 的第一项 , 令 K ; = b + C r 十己T 艺 , 则原模型可
化为 : I n M R = ln 。 一 bt 一 。 t T 十 ,lt T三 , 令 y = 1n 万 R , 几。 = ln 。 , 凡: = 一 b , 、 , = t ,几: 二 “ 。 ,
二 : = t T , 几。 二 一 d , 丫。 = 才尸 , 则 * 一 y 的关系见表 4 。
表 4 单项扩散模型下 x , 一 y 关系
侧点号 土0
( x 1 0 艺 )
0
。
5
工6 1 。 5
5 2
。
2
一 0 . 8 0
l
3 2 3
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3
一 1 。 6 6
。
5
.
5
。
5
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,
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2 0 8
。
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一 3 。 0 0
2
。
5
8 0 7
。
5
2 6 0
。
8
一 3 。 2 2
O
。
5 1
1 6 6
.
5 3 3 3
5 5
。
4 1 1 0 . 9
一 1 。 1 1 一 1 。 9 0
1
。
5
5
3
53
2
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2 2 1
。
8
一 3 . 0 0
2
。
5
8 3 2
。
5
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。
2
一 3 。 5 1
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1
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Q曰50自411
百土,乙ó、戈劣
测点号 1 1 12 1 3 14 1 5 J 6 1 7 l 8 1 9 2 0
ō胜n哺óbCJ
5218一八h乙崎.厂6一
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2
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5
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3 1 1 。 5
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1.遥任尸no臼
517一
( 4 ) 经验模型 。 原模型可化为 : t / nI M 尸 = 且 十 B IJ M R , 令 夕 二 t/ l n M R , 左., = 月 ,
左, 二 B , 戈 二 nI M R , 则 二 一 y 关系见表 6 。
表 5 经验模型下二 一 y 关系
ùn山乃己一ù一工下彼任
``一。口八U二]nnù卜、一火yù义少
_
_七计算机计算结果见表 6。 从表 中可知 , 最适合的模型为指数模型 , 对刀 = C冲 ( 一 K L: )t ,
尤 、 = 〔, 。 xe (P 一 b 。 / T ) , 其模型常数为 。 〕 = 1 , 1 , b 。 = 一 2J 7 . 0 1。 经检验 , 此 模 型 回归的方
程 高度显著 , 因此得出的模型可 用来预测未测点的叮刀。
表 6 预处理刀豆的薄层千燥模型比较
’一 ’ ` ’ 卜 ” ’ L . 」 ’ }一 ’ . ” ’ .L ~ ’ ` .灵丁” ’ 一 ’ 一 ’ 」 `一~ ’ }” 一 」 ” , ,… ” ” ’ ~ ” ` ” }` 一~ 厂” }” ’ “ 一’ L` ~ -一 - 一护!
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1 8
四 、 结 论
1
.随烘温 、 风速 _仁升 , 及入 IJ处相对湿度 、 初始含水率下降 , 预处理刀豆的干燥速度
也随之土升 。
2
. 初始含水率变化对其干燥曲线影响不大 ; 入口处相对湿度在 68 % ~ 94 %范围内变化
对干燥速度影 响不大 ; 热风风速在 0 . 2~ 1 . 2m / “ 范围与 0 . 3~ o . 6m / “范围之间差异较大 ,
但同一范围内却差异不大 ; 烘温变化对干燥曲线影响最大。
3
. 比较了四种常见谷物薄层干燥模型对高 含水率刀豆的适合胜 , 得 出了最佳模型为 :
万 R = ex p ( 一 K d t ) , K d 二 。 。 xe (P 一 b。 / T ) , 并求得了模型系数为 :
a 。 = 1 . 1 1 , b。 = 一 1 2 7 . 0 1。
参 考 文 献
邵耀坚等 . 谷物干燥机的原理 与构造 . 机械工业出版社 二 1 9 8 5 .
I l u i z h e n L i e t a l
, T h i n一 L a y e r D r y i n g o f Y e l l o 、 v D e n t C o r n , T r a n “ . o f
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