吳澤球 陶中南

WU Ze－qiu 1 TAO Zhong－nan 2

（1.武夷學院實驗室管理中心，福建 武夷山 354300；2.桂林電子科技大學，廣西 桂林 541004）

（1.The Laboratory Management Center，Wuyi University，Wuyishan，F(xiàn)ujian 354300，China；2.The Guilin University of Electronic Tehcnology，Guilin，Guangxi 541004，China）

茶葉烘干的基本原理是，以熱空氣作為媒介，帶走茶葉中多余的水分，使茶葉達到干燥的目的［1］。從1879年第一臺自動式茶葉烘干機的發(fā)明，到1910年的杰克生設(shè)計的帝國 （empire）式烘干機，已經(jīng)具備了近代茶葉烘干機的三大組成部分，即爐灶、鼓風機和干燥室［2］。自此以后，茶葉烘干機發(fā)展經(jīng)歷了130多年的歷史，發(fā)展了多種類型，但茶葉烘干機基本結(jié)構(gòu)變化不大，僅在充分利用熱量，節(jié)省燃料，提高工效和烘干的均勻性方面作了改進。目前中國較廣泛應(yīng)用的是自動鏈式茶葉烘干機，與早期的手工式茶葉烘干機相比，有了很大的改進和優(yōu)點，提高了茶葉的生產(chǎn)效率和品質(zhì)，對于茶葉行業(yè)的發(fā)展起到了重要作用。但是該類機型從發(fā)明至今，改進的地方不多，但其基本結(jié)構(gòu)還是20世紀80年代仿照國外樣機制造的，性能和標準也還基本停留在20世紀80年代的水平上。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，對茶葉加工質(zhì)量有了更高的要求，對工作環(huán)境、自動化程度等方面也有了更高的要求，這種機型不論在結(jié)構(gòu)上還是在控制上、性能標準上都需要改進。文章根據(jù)資料及茶葉烘干機制造和應(yīng)用的生產(chǎn)實際情況研究和調(diào)查分析，對茶葉烘干機的技術(shù)現(xiàn)狀和進展作一綜述和分析，旨在找出技術(shù)改進的研究方向。

1 茶葉烘干機的分類、原理

茶葉烘干作為影響茶葉品質(zhì)最為重要的因素之一，其工藝和操作得到了不斷的改進。從原始的手工操作到現(xiàn)在的自動操作，從傳統(tǒng)的熱風干燥到現(xiàn)在的輻射干燥，這些使茶葉的生產(chǎn)效率和品質(zhì)得到了不斷的提高。茶葉烘干機從原始的抽屜式烘干箱，發(fā)展到現(xiàn)在的自動鏈式烘干機，已有多種類型，按照自動化的程度可以分為手動、半自動和自動；按照干燥方式可以分為熱風干燥、金屬傳導干燥和輻射干燥［3］等幾種類型。

1.1 按自動化程度分

1.1.1 手拉百頁式烘干機 如圖1所示，該機由箱體、操作手柄、鼓風機接口、百頁板、出茶斗等組成。其工作原理是在將熱空氣送入箱體內(nèi)進行烘干的同時，用手工操作來使茶葉一層層地下落、烘干，最后從出茶斗得到干燥的茶葉。這種結(jié)構(gòu)的茶葉烘干機，較抽屜式的烘干箱生產(chǎn)效率提高了很多，但是茶葉的品質(zhì)與工人的操作熟練程度和操作經(jīng)驗有很大關(guān)聯(lián)，茶葉烘干的均勻性、最終水分含量難以確保。

1.1.2 半自動百頁式烘干機 半自動百頁式烘干機的基本結(jié)構(gòu)與手動百頁式的烘干機的結(jié)構(gòu)類似，但是可以自動出茶葉。在鏈上裝有拔塊，拔動連桿使百頁板定時自動翻轉(zhuǎn)，這樣減少了人工控制不當對茶葉品質(zhì)的影響。但這種烘干機對茶葉干燥的均勻性較差。

圖1 手拉百頁烘干機Figure 1 Hand move shutter dryer

1.1.3 自動鏈板式烘干機 該類機型傳統(tǒng)產(chǎn)品是浙茶513型，但由于存在漏茶、生產(chǎn)效率低等缺點，20世紀70年代農(nóng)機部牽頭研制了6CH系列茶葉烘干機。該機由自動鏈板式，由輸送裝置、干燥箱、傳動裝置、送風裝置和熱風爐等部分組成（見圖2）。其工作原理是：干燥介質(zhì)（空氣）在熱風爐里加熱到120℃左右，由送風裝置送入干燥箱中，與濕物料（茶葉）接觸，干燥介質(zhì)中的熱量以對流方式傳遞給濕物料。濕物料的水分被吸收的熱量氣化隨氣體排出干燥箱，這樣往復循環(huán)，從而達到使?jié)裎锪细稍锏哪康模?］。該類機型提高了勞動生產(chǎn)率，使茶葉的品質(zhì)受人工因素的影響大為減少，工人的工作環(huán)境也到了很好的改善。該機結(jié)構(gòu)較復雜、成本較高。

圖2 自動鏈板式烘干機Figure 2 Automatic chain plate dryer

1.2 按干燥方式分類、原理

茶葉烘干機按照干燥方式可以分為熱風干燥、金屬傳導干燥和輻射干燥。不同的干燥方式由于傳熱、著熱形式、葉溫變化、蒸發(fā)速率等不同，從而形成不同品質(zhì)的茶葉。

熱風干燥是最為常見的一種干燥方法，其主要過程是以空氣導熱為主，傳熱較快，葉溫上升平穩(wěn)。干燥過程中，熱風是主要的媒介，使被干燥的物料能以適宜的溫度、濕度和流速與之接觸，達到均勻干燥的目的。其中自動鏈板式烘干機，最具代表性。

金屬傳導干燥的熱量主要由鐵鍋傳導，傳熱較快，但是要不斷翻炒茶葉，使得葉溫變化不穩(wěn)定，造成局部受熱不均，影響茶葉的品質(zhì)，這種方法以瓶式炒干機為代表。

輻射干燥則是以紅外線或者微波作為傳熱介質(zhì)，來達到烘干茶葉的目的，但是紅外線的穿透能力較差，而微波的處理能力較低，相關(guān)的研究還有待深入。

1.3 其他新型茶葉烘干機

近年來，出現(xiàn)了一些新結(jié)構(gòu)茶葉烘干機，如圓筒型結(jié)構(gòu)［5］，在箱體結(jié)構(gòu)上對傳統(tǒng)的茶葉烘干機進行了改進。采用圓形筒體代替長方形箱體，使熱空氣在筒體內(nèi)回旋，分布均勻，烘茶效果好。同時該種結(jié)構(gòu)的烘干機結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，適用于小型茶葉廠的茶葉烘干，但它的生產(chǎn)量較小。

2 6CH型鏈板式茶葉烘干機的現(xiàn)狀

1979年，在中國農(nóng)機部安排下，有關(guān)單位聯(lián)合開發(fā)出中國第一個茶機系列產(chǎn)品6CH系列茶葉烘干機，作為主要參數(shù)的有效攤?cè)~面積分別為10，16，25，50 m2，形成了一個產(chǎn)品標準系列，茶機產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗、性能比較以及新產(chǎn)品的開發(fā)有了定量標準［6］。

6 CH系列茶葉烘干機較早期的烘干機作了一些改進［7］，具體如下：① 輸送帶直接加熱，使?jié)癫柚苯咏邮芨邷丶訜幔欣谝种瓢l(fā)酵葉多酚類酶的氧化，改變了傳統(tǒng)的烘干機邊烘干邊發(fā)酵的缺點；② 箱體分層合理進風，使茶葉烘干時能夠按照先高溫后低溫的原則進行，傳統(tǒng)的烘干機則使在上層先干燥的茶葉溫度低、濕度大，干燥慢，不符合制茶工藝；③ 擴大了箱體攤?cè)~面積，采用放長箱體的方法，改變了傳統(tǒng)的加長百頁板或增加鏈板層次帶來的熱風利用率不高的缺點；④ 采用新型少齒差無級變速器，使烘茶調(diào)速方便，烘干機運行平穩(wěn)可靠。

這種茶葉烘干機定型后，在中國得到了逐步的推廣使用，現(xiàn)在已經(jīng)成為有一定生產(chǎn)量的茶加工企業(yè)的主要設(shè)備。但是在定型后30年來，雖然對它不斷進行改進，但總的看來技術(shù)方面改進不大，基本還是停留在原來的結(jié)構(gòu)上。

3 6CH型鏈板式茶葉烘干機的改進研究進展

近年來，人們從機械結(jié)構(gòu)上和自動控制上提出了多項改進型鏈板式茶葉烘干機的措施，優(yōu)化了茶葉烘干機的結(jié)構(gòu)，能耗進一步降低，自動化的程度也得到了提高。下面簡介一種主要改進和技術(shù)進展情況。

3.1 機械結(jié)構(gòu)方面

一種主要改進如圖3所示［8］：① 烘干房的改造，內(nèi)設(shè)有自上而下的左右回轉(zhuǎn)式鏈傳動機構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于茶葉進一步烘干，使茶葉受熱均勻。并節(jié)省熱能；② 圖3中的清掃茶末傳動鏈輪裝置可以更好地回收利用茶末，并保持烘干房的清潔；③電動機的動力通過1個可調(diào)的磨擦傳動裝置再驅(qū)動回轉(zhuǎn)式鏈傳動機構(gòu)，這可以使得負荷太大時，磨擦傳動裝置打滑而防止機器受損壞造成更大損失。這樣提高了茶葉烘干機的性能、可靠性和能效。

3.2 控制部分

茶葉烘干機的控制方法，有關(guān)研究尚少。從實際在用設(shè)備及文獻［9～11］調(diào)查看，從開始的人工操縱開關(guān)控制，經(jīng)過不斷發(fā)展，到現(xiàn)在出現(xiàn)了使用計算機現(xiàn)代技術(shù)的控制。由于溫度是影響茶葉烘干的重要因素，溫度的控制使用了工業(yè)上成熟的溫度控制儀表，另外用調(diào)速電機調(diào)節(jié)烘干機輸送帶的速度，這也是工業(yè)上成熟的技術(shù)。但在實際生產(chǎn)中，茶葉烘干機的操作控制主要還是使用比較簡單的電器開關(guān)，主要由人工操作。近年來隨著單片機技術(shù)的推廣，出現(xiàn)了使用單片機技術(shù)的茶葉烘干機控制器，但目前是初步的控制，離提高烘干機自動化智能化還有較遠的路要走。

圖3 一種改進型鏈板式茶葉烘干機結(jié)構(gòu)Figure 3 Structure of an improved chain plate dryer

在提高茶葉烘干機自動化方面，殷鴻范等［11］為了得到一種穩(wěn)定、實時的控制烘干機，通過建立控制模型、風溫反饋系統(tǒng)和葉溫反饋系統(tǒng)，實現(xiàn)了對6CH－20A型茶葉烘干機的計算機實時控制。該控制系統(tǒng)由主控制板、電源、接口、變送器、轉(zhuǎn)速檢測和調(diào)節(jié)、葉層厚度、熱風溫度和出口葉溫檢測等裝置組成。試驗研究證明了茶葉烘干機計算機控制是可能的、且具有使用價值，可以在大、中型茶廠應(yīng)用，有利于提高茶葉的品質(zhì)。但是該控制系統(tǒng)未采用抗干擾措施，工作時主機箱的溫度存在一定的偏差，長期運行會影響控制精度。這種控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中還未見到推廣使用。在自動化控制方面，茶葉加工過程還有其它一些值得借鑒的研究［12，13］。

3.3 熱能利用方面

鏈板式茶葉烘干機利用熱風進行烘干，熱風吹過茶葉最后從烘干機的上方排入大氣（從圖3的右側(cè)熱風進風處進入烘干機，最后從烘干機的上方排入大氣）。據(jù)實測，烘干機廢氣的溫度還相當高，一般在90℃左右。如直接排入大氣顯然是一種相當大的浪費。在回收利用這部分熱量方面也有一些研究改進，如用管殼式熱管交換器進行熱量回收，將烘干機排出的廢氣加熱準備送入熱風爐的冷空氣，可以將冷空氣溫度提高20℃左右，效果較好［14］。熱回收方面也有一些其它研究［15，16］。

還有人在研究用熱管原理進行茶葉烘干機廢氣的熱回收，以及其它一些原理的回收，如：烘焙機余熱回收［17］等，但是都還是處于研究階段，還沒有在生產(chǎn)實踐中看到能有效地回收廢氣熱量的茶葉烘干機。研發(fā)出實用技術(shù)并能在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用還有一段路要走。從JB／T 6674－1993《茶葉烘干機 技術(shù)條件》與JB／T 6674－2007《茶葉烘干機》中的耗熱量指標對比可以看出，20多年來鏈板式茶葉烘干機的耗熱量性能指標沒有明顯變化。

其它節(jié)能及干燥方法利用如微波干燥［18－20］、低溫真空干燥［21］、太陽 能 干 燥 方 法［22］、流 化 床 干 燥［23，24］、隧 道 式 干燥［25］、熱風與微波聯(lián)合干燥［26］等的研究，還有干燥過程對茶葉品質(zhì)的影響［27，28］等研究，對茶葉烘干機節(jié)能方面的研究也很有價值。

4 結(jié)論與展望

茶葉烘干機的主要種類按自動化程度分，有手拉百頁式、半自動百頁式、自動鏈板式等。目前自動鏈板式生產(chǎn)率較高，茶葉質(zhì)量受人工因素影響較少，用得較多。按照干燥方式可以分為熱風干燥、金屬傳導干燥和輻射干燥等，還有微波干燥、低溫真空干燥、太陽能干燥、流化床干燥、隧道式干燥、熱風與微波聯(lián)合干燥等方法。熱風干燥傳熱較快，葉溫上升平穩(wěn)，干燥比較均勻，用得最多。其中自動鏈板式烘干機最具代表性。目前中國茶葉烘干機的主要應(yīng)用產(chǎn)品是自動鏈板式烘干機，其主要產(chǎn)品6CH系列茶葉烘干機自20世紀70年代末定型以來，較以往的茶葉烘干機的性能有了很大改善，雖經(jīng)過30多年的不斷改進，但基本結(jié)構(gòu)變化不大，而在提高性能、可靠性和節(jié)能方面有一些進展；控制技術(shù)的應(yīng)用和改進也有限，微機控制技術(shù)的使用已有研究試驗，但未見推廣應(yīng)用。較成熟的控制技術(shù)應(yīng)用主要在于溫控儀表技術(shù)的使用。茶葉烘干機的廢氣帶走的熱量的能源浪費不少，已有人［14］對回收利用這部分能量進行研究改進。從茶葉生產(chǎn)設(shè)備實際情況調(diào)研和文獻［29］、［30］，以及部頒標準的耗熱量指標均可見到，總的看來多年來茶葉烘干機技術(shù)進步不多，產(chǎn)品性能標準仍屬陳舊。這種烘干機主要問題是能源（包括熱能）消耗大、自動化程度不高等。這類茶葉烘干機的改進方向應(yīng)該主要是在提高節(jié)能（主要是熱能利用、耗熱量標準）性能和自動化水平方向上。另外，茶葉烘干機的加工質(zhì)量、對茶葉品質(zhì)的影響、操作方便性等方面也還有不少值得一步研究解決、提高的問題。中國是茶葉生產(chǎn)大國，茶葉烘干機的使用很廣泛，它的節(jié)能、自動化、性能標準的提高，對中國茶產(chǎn)業(yè)的設(shè)備技術(shù)水平、茶產(chǎn)品質(zhì)量的提高和經(jīng)濟效益的提高有積極的意義，值得研究。

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