紅棗的幾種干燥機型及其工作原理,農(nóng)業(yè)機械化論文

紅棗的幾種干燥機型及其工作原理,農(nóng)業(yè)機械化論文近年來,隨著新疆特色林果業(yè)的迅速發(fā)展,紅棗的種植面積不斷擴大,產(chǎn)量逐年上升.華而不實,用于鮮食的紅棗只占產(chǎn)量的10%.由于鮮棗皮薄多汁、含糖量高,貯藏經(jīng)過中易漿爛,導(dǎo)致發(fā)霉變質(zhì),給果農(nóng)帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失,制約了我們國家紅棗產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展.及時地進(jìn)行干制,能夠減少腐爛、裂口、損傷和污染,提高紅棗等級,增加果農(nóng)的經(jīng)濟效益.因而,紅棗干制仍然是當(dāng)前紅棗最主要的初級加工方式[1].為此,介紹了紅棗的幾種枯燥機型及其工作原理、構(gòu)造特點、技術(shù)研究現(xiàn)在狀況,同時指出了紅棗枯燥機將來的發(fā)展趨勢.1紅棗機械化枯燥的作用1)紅棗果實的正常生長至采收期一般在8-10月,若遇陰雨天氣,棗果霉腐,漿爛損失相當(dāng)嚴(yán)重.紅棗的機械化枯燥可不受天氣和環(huán)境的限制,在紅棗的最佳收獲期內(nèi)收獲,減少了在采摘、貯藏、運輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)中造成機械損傷,提高了紅棗的產(chǎn)值.2)采用科學(xué)的紅棗枯燥技術(shù),在枯燥經(jīng)過中不僅要保證水分、營養(yǎng)等內(nèi)在指標(biāo),還需知足色澤、外觀等外在品質(zhì)的要求.枯燥后的紅棗,根據(jù)紅棗的等級不同,售價可達(dá)50~130元/kg.經(jīng)過再加工,可制成棗精、棗粉、棗色素、棗糖色等其他紅棗加工品.同時,延長了果品貨架期,提高了果品品質(zhì)、商品率和附加值,增加了紅棗產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟和社會效益.3)自然晾曬通常暴曬于戶外,枯燥條件不可控,對天氣的依靠程度高,一般需要25~30天,紅棗品質(zhì)得不到保證,主要表現(xiàn)為:紅棗漿爛與風(fēng)沙、鳥蟲的污染.另外,自然晾曬需要較多的人工為其翻曬、集散、防雨等,需配備一定的工具,農(nóng)民勞動強度加大,果實的營養(yǎng)成分流失嚴(yán)重.隨著我們國家林果產(chǎn)后產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及紅棗種植面積與紅棗產(chǎn)量的上升,為了提高紅棗的規(guī)?；咝Ъ庸つ芰?必須大力推廣普及紅棗機械化枯燥.2紅棗枯燥設(shè)備的現(xiàn)在狀況當(dāng)前,用于紅棗的枯燥設(shè)備種類較多,按枯燥設(shè)備的構(gòu)造主要有脈動式枯燥機、回轉(zhuǎn)籠枯燥機、隧道式枯燥機和氣流枯燥機等.隨著枯燥技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展,研究人員也對太陽能、微波、紅外、組合式枯燥等其他紅棗枯燥方式進(jìn)行了研究.2.1脈動式枯燥機山西省機電設(shè)計研究院(梁秀春等[2])研制了一種以煤做為燃料的脈動式連續(xù)枯燥機,如此圖1所示.烘干爐主機由鏈條、鏈板及鏈輪裝置構(gòu)成,鏈輪在棘輪機構(gòu)的帶動下做連續(xù)的脈動,鏈板在間斷的導(dǎo)軌上靠自重由水平變成垂直,棗隨之翻入下一層的鏈板上,依次翻轉(zhuǎn)直到倒入出料斗.該機實現(xiàn)了紅棗在枯燥經(jīng)過中的自動翻轉(zhuǎn)運動,使紅棗枯燥均勻,解決了烘房烘干室人工倒盤的問題,降低了農(nóng)民勞動強度.2.2回轉(zhuǎn)籠式枯燥機生產(chǎn)建設(shè)兵團農(nóng)十三(嚴(yán)積業(yè)[3])設(shè)計的一種回轉(zhuǎn)籠式紅棗制干機,使用電熱絲作為熱源,加熱烘干籠內(nèi)空氣溫度.枯燥經(jīng)過中,烘干籠在電動機的帶動下緩慢旋轉(zhuǎn),使紅棗的方向和位置不斷改變,使其枯燥均勻;通過調(diào)節(jié)吊環(huán)上的拉繩,提升進(jìn)出口的高度,進(jìn)而控制物料的進(jìn)出情況.該設(shè)備實現(xiàn)了紅棗的自動翻動,降低了人工勞動強度,采用電加熱空氣的方式減少了對環(huán)境的污染,如此圖2所示.2.3隧道式枯燥機武漢工業(yè)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院(謝宜超等[4])對GZSH型紅棗烘干機的構(gòu)造和原理進(jìn)行了闡述.其采用動力機構(gòu)拉車,通過獨特的風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)、溫濕度傳感器和電動閥門實現(xiàn)了分段控溫和自動排濕;采用正反轉(zhuǎn)風(fēng)機和風(fēng)閥實現(xiàn)了氣流換向,設(shè)置時間間隔自動換向,可實現(xiàn)連續(xù)式烘干和分批式烘干,如此圖3所示.通過與土烘房、彩鋼烘房、多層帶式烘干機的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行比照表示清楚,該設(shè)備能夠提高紅棗的烘干效率,降低能耗,解決烘房占地面積大、干制不均勻以及多層網(wǎng)帶式烘干機的表皮損傷嚴(yán)重、燃煤損耗大等問題.2.4太陽能枯燥設(shè)備河南省科學(xué)院能源研究所(高林朝等[5])采用太陽墻集熱器加熱空氣,研制了一套太陽能與輔助熱源互補的太陽能枯燥裝置(見圖4),主要由太陽墻空氣集熱器系統(tǒng)、枯燥室和預(yù)干室、輔助熱源、調(diào)節(jié)閥和控制儀等組成.集熱器由無蓋板多孔吸熱體組成,外表涂有選擇性吸收層,可直接吸收太陽輻射能并轉(zhuǎn)換成熱能;通過控制蒸汽閥門組,開啟輔助熱源,以知足不同枯燥階段的供熱要求.利用該裝置進(jìn)行太陽能枯燥紅棗試驗表示清楚,棗色的變化分為加熱期、變紅期和定色期.此設(shè)備采用預(yù)枯燥與枯燥兩步作業(yè)工藝,有效利用了廢氣余熱.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)(李峰等[6-7])研制的整體式太陽能枯燥裝置,把集熱器與枯燥箱組裝在一起構(gòu)成一個整體,以電能為輔助能源,集熱器方位角和仰角隨太陽輻射方位變化而可調(diào),大大提高了太陽能的利用率;頂置集熱器循環(huán)加熱枯燥箱內(nèi)空氣,實現(xiàn)了枯燥余熱的循環(huán)再利用,最大限度地利用太陽能,節(jié)約常規(guī)能源.2.5氣流沖擊式轉(zhuǎn)筒枯燥機中國農(nóng)業(yè)大學(xué)(高振江[8])結(jié)合氣體射流沖擊枯燥傳熱系數(shù)高和轉(zhuǎn)筒枯燥生產(chǎn)能力大的特點,設(shè)計了一種氣流沖擊式轉(zhuǎn)筒枯燥機,如此圖5所示.該機將一定壓力、溫度的空氣由滾筒中心部位的氣流主管進(jìn)入多排分支噴管,近似垂直地噴射到物料層,同時滾筒轉(zhuǎn)動使其受熱均勻.王麗紅等[9]設(shè)計的脈動式氣體射流沖擊枯燥機進(jìn)一步解決了氣流沖擊式轉(zhuǎn)筒枯燥機中由于噴嘴位置固定所造成的枯燥不均勻和噴嘴不可更換的問題.通過對圣女果、杏子、葡萄、辣椒等枯燥特性的研究,發(fā)現(xiàn)氣體射流沖擊枯燥的整個枯燥經(jīng)過屬于降速枯燥,風(fēng)溫和風(fēng)速對枯燥速率均有影響,并且風(fēng)溫對其影響比風(fēng)速更為顯著.2.6微波熱風(fēng)聯(lián)合紅棗烘干機塔里木大學(xué)(李述剛等[15])根據(jù)微波加熱枯燥和熱風(fēng)加熱枯燥所具有的特點,設(shè)計了一種微波熱風(fēng)聯(lián)合紅棗烘干機,如此圖6所示.鮮棗先進(jìn)入裝有微波發(fā)射裝置和濕度控制裝置的烘干箱,通過微波烘干箱內(nèi)設(shè)置的輸送帶進(jìn)入熱風(fēng)烘干箱,熱風(fēng)烘干箱中部內(nèi)設(shè)有振動輸送篩;換熱器的排風(fēng)管通過電熱管、進(jìn)氣管與熱風(fēng)烘干箱進(jìn)風(fēng)口相連通,熱風(fēng)烘干箱頂部的排氣管與換熱器相連接,實現(xiàn)了熱風(fēng)循環(huán)利用.3紅棗枯燥設(shè)備存在的問題1)由于紅棗枯燥理論基礎(chǔ)比擬薄弱,而且枯燥經(jīng)過大部分采用谷物的通用枯燥機,因此造成紅棗品質(zhì)降低、表皮破裂現(xiàn)象嚴(yán)重;主要憑設(shè)計者的經(jīng)歷體驗進(jìn)行枯燥設(shè)備和工藝的設(shè)計,因而無法保證枯燥設(shè)備的性能和質(zhì)量;關(guān)鍵部件加工精度不高,設(shè)備制造質(zhì)量差,導(dǎo)致構(gòu)造布置不到位,無法到達(dá)設(shè)備技術(shù)指標(biāo),不僅無法保證枯燥機的使用壽命和可靠性,也增加了設(shè)備的后期維修費用.2)紅棗水分的自動控制是枯燥自動控制系統(tǒng)的難點,常規(guī)的控制方式方法主要是利用溫濕度傳感器測定排口物料實際水分含量,與給定的水分含量進(jìn)行比擬,將差值反應(yīng)給計算機.固然具有簡便、易操作的優(yōu)點,但由于現(xiàn)有的在線濕度傳感器的準(zhǔn)確率低,大大影響了自控系統(tǒng)的實際效果.自動化控制水平較低(尤其是及時控制),導(dǎo)致枯燥后的紅棗水分含量不均勻度大,無法知足儲藏的要求.3)紅棗是一種直接食用的農(nóng)產(chǎn)品,而大部分枯燥設(shè)備都是通過燃煤、燃油來提供熱源,很難保證物料不受污染.機械燃煤爐和熱交換器組合獲得的熱源固然環(huán)保,但是存在效率低、成本高、可靠性差等問題;而其他枯燥方式處于枯燥特性、枯燥機理、薄層枯燥等理論研究試驗階段,尚未投入大批量的實際生產(chǎn)當(dāng)中.4紅棗枯燥設(shè)備研究的發(fā)展趨勢1)物料特性的研究是不僅僅是枯燥特性研究的基礎(chǔ),也是枯燥經(jīng)過研究的基礎(chǔ).因而,必須深切進(jìn)入研究紅棗枯燥經(jīng)過中的傳熱系數(shù)和傳熱機理、流體動力學(xué)、營養(yǎng)變化等,研制合適紅棗的專用枯燥設(shè)備.只要對物料特性參數(shù)、枯燥工藝進(jìn)行具體的研究,才能設(shè)計出更合理的枯燥設(shè)備.2)應(yīng)用組合枯燥方式,開展關(guān)鍵部件和枯燥性能關(guān)系的研究,進(jìn)行構(gòu)造參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計.在吸收國內(nèi)外一切先進(jìn)枯燥技術(shù)的基礎(chǔ)上,開發(fā)新型枯燥設(shè)備,在降低成本、提高效率、改良制造工藝等方面有所創(chuàng)新,如微波與熱風(fēng)枯燥組合、紅外與熱風(fēng)枯燥組合、太遠(yuǎn)能與熱泵枯燥的聯(lián)合使用等.根據(jù)枯燥技術(shù)特點的不同,對物料分階段枯燥,以到達(dá)充分利用熱能和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的.3)應(yīng)朝著智能化、自動化等方向發(fā)展.由于紅棗枯燥經(jīng)過的復(fù)雜性、時變性和非線性,需研究開發(fā)紅棗枯燥設(shè)備自動控制系統(tǒng),將枯燥技術(shù)與控制技術(shù)相結(jié)合,提高檢測和控制水平,有效地進(jìn)行動態(tài)預(yù)測,降低勞動強度,實現(xiàn)紅棗枯燥品質(zhì)的在線檢測.4)枯燥一直以來是一項高能耗作業(yè).枯燥設(shè)備應(yīng)沿著提高能源利用率、減少環(huán)境污染等方向發(fā)展.回收枯燥設(shè)備余熱,降低熱能消耗,利用廢氣部分循環(huán)、廢氣的潛熱與顯熱回收及枯燥產(chǎn)品的顯熱回收,提高熱能的利用率.充分利用太陽能清潔、可再生的優(yōu)勢,與其他枯燥方式相結(jié)合,實現(xiàn)節(jié)能降耗、低污染的可持續(xù)發(fā)展道路,逐步減少一次能源的消耗.5結(jié)束語紅棗枯燥是延長紅棗產(chǎn)業(yè)鏈、提高紅棗價值的重要途徑.固然近年來我們國家紅棗枯燥設(shè)備獲得了一定的發(fā)展,但仍然存在一些的問題.因而,在研制生產(chǎn)高質(zhì)量、高技術(shù)含量的紅棗枯燥機械時,需深切進(jìn)入研究紅棗的枯燥工藝,提高枯燥設(shè)備的加工水平,開發(fā)枯燥設(shè)備自動化控制系統(tǒng),開展枯燥經(jīng)過的模擬研究,運用計算機輔助設(shè)計、數(shù)學(xué)模擬、枯燥專家軟件系統(tǒng)、計算機控制的應(yīng)用將紅棗枯燥技術(shù)推向了一個新的水平.以下為參考文獻(xiàn):[1]梁鴻.中國紅棗及紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)在狀況、存在問題和對策的研究[D].西安:陜西師范大學(xué),2006.[2]梁秀春,張如懷,付建華.紅棗烘干工藝及設(shè)備[J].山西機械,1997(1):30-32.[3]嚴(yán)積業(yè).紅棗制干機:中國,201820028351.5[P].2018-01-20.[4]謝宜超,劉啟覺,孫奧,等.GZSH型紅棗烘干機工藝特點[J].農(nóng)業(yè)機械,2018(8):176-179.[5]高林朝,康艷.太陽墻集熱器枯燥紅棗的試驗研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2006,40(6):657-660.[6]李峰.利用太陽能枯燥杏、紅棗的研究[D].烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué),2018.[7]肉孜阿木提,毛志懷,李峰,等.整體式果品蔬菜太陽能枯燥裝置設(shè)計與試驗[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2018(1):134-139.[8]高振江.氣體射流沖擊顆粒物料枯燥機理與參數(shù)試驗研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué),2000.[9]王麗紅,高振江,林海,等.脈動式氣體射流沖擊枯燥機[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2018,42(10):141-144.[10]姚雪東,肖紅偉,高振江,等.氣流沖擊式轉(zhuǎn)筒枯燥機設(shè)計與實驗[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2018,40(10):67-70.[11]王麗紅,高振江,肖紅偉,等.圣女果的氣體射流沖擊枯燥動力學(xué)[J].江蘇大學(xué)學(xué)報,2018,32(5):540-544.[12]張茜,肖紅偉,楊旭海,等.線辣椒氣體射流沖擊枯燥特性