張江南

（廣東瑞星新能源科技有限公司，廣東 東莞 523000）

科技與應(yīng)用

空氣源熱泵烘干中藥濕丸的應(yīng)用研究

張江南

（廣東瑞星新能源科技有限公司，廣東 東莞 523000）

研發(fā)出一種中藥濕丸熱泵烘干房，該烘干房以空氣源熱泵為熱源，并采用余熱回收技術(shù)。經(jīng)六味地黃丸濕丸烘干對(duì)比實(shí)驗(yàn)，空氣源熱泵烘干房較傳統(tǒng)的電加熱烘干房，總烘干時(shí)間縮短23%，總電耗節(jié)省57%，藥丸質(zhì)量達(dá)到規(guī)定要求?？諝庠礋岜煤娓煞孔鳛橐环N節(jié)能、環(huán)保、高效的烘干設(shè)備完全可以中藥濕丸的烘干。

熱泵；烘干；中藥濕丸；能效

烘干是工業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品、食品加工業(yè)、藥材等眾多產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要工序，同時(shí)烘干過程也是高能耗過程［1-2］。烘干裝置及其烘干過程控制與烘干加工產(chǎn)品的色、香、味、保質(zhì)期、營養(yǎng)成分等密切相關(guān)，也與生產(chǎn)效率、成本、能耗等密切相關(guān)［3］。在這些干燥加工的產(chǎn)品中，藥材對(duì)干燥的品質(zhì)的要求最高，干燥過程控制也最嚴(yán)格，其中最典型的是中藥濕丸的干燥。目前中藥濕丸最常用的干燥方法是采用蒸汽或電烤房進(jìn)行烘干，采用上述方法存在的主要問題：一是蒸汽和電作為熱源能耗高，二是用于干燥的循環(huán)空氣濕度不能有效控制［4］。熱泵干燥作為一種節(jié)能環(huán)保的干燥技術(shù)，廣泛用于農(nóng)產(chǎn)品、食品干燥加工，近幾年來逐步開始在藥材加工中應(yīng)用，隨著我國藥材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，既保障品質(zhì)又節(jié)能環(huán)保的熱泵干燥技術(shù)在藥材干燥，特別是中成藥干燥中的應(yīng)用將越來越廣泛［5］。為此以六味地黃丸的濕丸烘干為例，開展了空氣源熱泵干燥技術(shù)在中藥濕丸干燥的應(yīng)用。

1 熱泵烘干房的設(shè)計(jì)

1.1 原電加熱烘干房問題

六味地黃丸是由熟地黃、酒萸肉、牡丹皮、山藥、茯苓、澤瀉組成的一種中成藥，它經(jīng)過粉碎 →提取 → 制丸 → 干燥 → 包裝5個(gè)過程，這是一般中藥濕丸的制作過程。六味地黃丸濕丸的含水量約為35%～45%，最終烘干后的含水量約為3%～7%，允許的干燥溫度一般為：60～65℃。

某藥廠六味地黃丸的濕丸干燥原烘干房采用電加熱，其烘干房內(nèi)放4臺(tái)層架小車，如圖1所示。一般烘干時(shí)間為15～16 h。

這種烘干方式主要存在如下問題：1）當(dāng)環(huán)境空氣濕度較大，特別是梅雨季節(jié)，濕丸干燥時(shí)排出的濕空氣相對(duì)濕度沒有降低或濕空氣沒有排除，在進(jìn)新風(fēng)時(shí)，部分高濕度空氣又再次進(jìn)入烘干房，混合后的循環(huán)空氣濕度高，導(dǎo)致濕丸的烘干時(shí)間需延長，有時(shí)會(huì)高達(dá)28 h，幾乎為秋季干燥時(shí)間的2倍；2）每個(gè)電烤房的電加熱功率為36 kW（不含循環(huán)風(fēng)機(jī)的功率），能耗高；3）因風(fēng)道設(shè)計(jì)問題，氣流分配不均勻，導(dǎo)致出現(xiàn)烘干不均勻的現(xiàn)象。

1.2 熱泵烘干房的原理

新的熱泵烘干房采用圖2所示的閉路式熱泵干燥系統(tǒng)。閉路式熱泵干燥系統(tǒng)有內(nèi)外兩個(gè)工作循環(huán)，即制冷劑在熱泵系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)和干燥介質(zhì)的干燥循環(huán)。制冷劑在蒸發(fā)器中吸收由干燥系統(tǒng)排出的廢氣中的熱量后，制冷劑液體蒸發(fā)為氣體；經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，排到冷凝器中；高溫高壓的制冷劑氣體在冷凝器中冷凝，放出的冷凝熱對(duì)經(jīng)蒸發(fā)器降溫除濕的低溫空氣，將低溫空氣加熱到要求的溫度，低溫空氣也因升溫后相對(duì)濕度降低，也即為干燥空氣，高溫干燥的空氣作為烘干房干燥介質(zhì)對(duì)物料進(jìn)行干燥；冷凝后的制冷劑液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流后流到蒸發(fā)器內(nèi)，如此循環(huán)往復(fù)。同時(shí)，干燥介質(zhì)絕大部分在干燥室和冷凝器之間封閉循環(huán)，當(dāng)濕度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，部分空氣被排濕風(fēng)機(jī)直接排出，排出的高溫空氣經(jīng)熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器進(jìn)行余熱回收后再排掉。

圖2 閉路式熱泵干燥系統(tǒng)

該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：1）系統(tǒng)采用保溫效果好的保溫材料作為干燥室箱體，減少了烘干過程中熱量損失；2）全自動(dòng)的溫濕度過程控制，控制精度高，靈活方便；3）封閉循環(huán)的熱風(fēng)循環(huán)方式有利于降低運(yùn)行能耗，換熱過程中不需要特殊技術(shù)的換熱器；4）排濕熱量通過蒸發(fā)器，使空氣中的水蒸汽凝結(jié)，即干燥了空氣，又對(duì)空氣的余熱進(jìn)行了利用，提高熱泵運(yùn)行能效，降低了能耗；5）這種結(jié)構(gòu)方式熱泵系統(tǒng)可以采用室內(nèi)安裝方式。

1.3 熱泵烘干房的結(jié)構(gòu)

熱泵烘干房內(nèi)空尺寸為3.96 m×4.5 m×2.5 m，可容料車12 車，選用熱泵系統(tǒng)為瑞星公司LAD140FC型和 LAD070FC型空氣源熱泵各1臺(tái)。熱泵烘干房具體結(jié)構(gòu)形式如圖3，該結(jié)構(gòu)形式的主要特點(diǎn)如下：

圖3 熱泵烘干房具體結(jié)構(gòu)形式

1）將空氣源熱泵烘干機(jī)安裝在熱泵烘干房內(nèi)，并且將空氣源熱泵烘干機(jī)的室外機(jī)直接放在排濕風(fēng)機(jī)下，熱泵室外機(jī)布置如圖4，利用蒸發(fā)器對(duì)濕空氣中水蒸汽的凝結(jié)作用，降低熱泵烘干房周圍環(huán)境空氣的濕度，可以有效解決高濕度環(huán)境下因補(bǔ)充新風(fēng)濕度高導(dǎo)致干燥時(shí)間延長的問題。

圖4 熱泵室外機(jī)布置

2）增大熱泵烘干房內(nèi)循環(huán)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，烘干房循環(huán)風(fēng)機(jī)布置如圖5，使循環(huán)總風(fēng)量達(dá)到40 000 m3/h，迎面風(fēng)速達(dá)到1.5 m/s，整個(gè)烘干房的溫度和濕度都較均勻。

3）采用大熱泵機(jī)組配制，使整個(gè)熱泵烘干房升溫快、溫度更均勻。

圖5 烘干房循環(huán)風(fēng)機(jī)布置

2 熱泵烘干房的烘干試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

在熱泵烘干房建造好后進(jìn)行烘干試驗(yàn)。將12臺(tái)小車裝好六味地黃丸濕丸，并進(jìn)行編號(hào)，分別為1～12號(hào)，推入熱泵烘干房，從下午18：40分開始啟動(dòng)空氣源熱泵烘干機(jī)進(jìn)行加熱和排濕。從12臺(tái)車的不同藥盤中隨機(jī)抽取10個(gè)藥丸，進(jìn)行質(zhì)量和含水率的測試，每隔2 h取樣一次。

2.2 熱泵的試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)就烘干房溫升、含水率等指標(biāo)進(jìn)行了測試，結(jié)果如下：

1）單位時(shí)間溫升。12臺(tái)料車滿載從17 ℃升溫到67 ℃，用時(shí)3.5 h，單位時(shí)間溫升為14.3 ℃/h，大于一般要求的10 ℃/h，表明熱泵烘干機(jī)組的供熱量規(guī)定滿足要求。

2）從烘干房空氣溫度升到67 ℃開始，干燥過程中每隔2 h取一次樣,測量藥丸的質(zhì)量和含水率，當(dāng)干燥8 h后，烘干房藥丸的含水率均在5%～7%之間（如表1），已滿足成品要求。其藥丸含水率隨烘干時(shí)間變化曲線如圖6，從圖6看出，藥丸干燥前期水分排出較快，后期較慢，與常規(guī)干燥方法的規(guī)律相同。

同時(shí)記錄了烘干過程總電耗（包括循環(huán)風(fēng)機(jī)用電）。采用電加熱烘干方式總耗電為433 kWh,采用空氣源熱泵烘干方式總耗電為186 kWh，后者節(jié)能57%。

表1 六味地黃丸濕丸質(zhì)量及含水率變化數(shù)據(jù)

圖6 含水率與烘干時(shí)間變化曲線

3 結(jié)論

1）采用空氣源熱泵烘干房進(jìn)行六味地黃丸的濕丸烘干，包括升溫及干燥的總時(shí)間為11.5 h，相比原來的總烘干時(shí)間15 h，時(shí)間縮短了23%，主要原因是烘干房空氣溫度和濕度發(fā)布均勻，空氣的相對(duì)濕度控制較好，干燥速率快。

2）采用空氣源熱泵烘干方式總耗電較電加熱烘干方式節(jié)能57%，主要原因是熱泵運(yùn)行過程中熱泵能效比平均為 2左右，另一方面烘干時(shí)間也縮短了。

空氣源熱泵烘干設(shè)備因能耗低、空氣濕度控制好、烘干藥品品質(zhì)有保障，完全可以用于中藥濕丸的烘干。

［1］ 孫剛，李開斌，晏晨，等.干燥溫度對(duì)廣東紫珠藥材質(zhì)量的影響［J］.北方藥學(xué)， 2015（11）：15-16.

［2］ 趙丹丹，彭郁，李茉，等.枸杞熱泵干燥室系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2016（S1）：359-365.

［3］ 羅磊，康新艷，朱文學(xué)，等.熱泵遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥金銀花的工藝優(yōu)化及品質(zhì)控制［J］.食品科學(xué)，2016（18）：6-12.

［4］ 王曉明，寇圓圓.熱泵干燥系統(tǒng)溫濕度控制實(shí)驗(yàn)研究［J］.干燥技術(shù)與設(shè)備，2014（5）：42-46.

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The Application of Air Source Heat Pump to Drying Traditional Chinese Medicinal Wet Pills

ZHANG Jiangnan
（Guangdong Ruixing New Energy Technology Ltd.，Dongguan Guangdong 523000，China）

s：A kind of heat pump drying room for traditional Chinese medicine wet pills was designed，which uses air source heat pump as heat source and adopts waste heat recovery technology. The comparative drying experiments of wet pills of Rehmaniae Bolus show that the drying time of the air source heat pump dryer is shortened by 23% compared with the traditional electric heating drying room，the total power consumption is saved by 57%，and the quality of the pills meets the specified requirements. Air source heat pump drying room is a kind of energy saving，environment-friendly and highly efficient drying equipment，which can be well used for drying traditional Chinese medicine wet pills.

heat pump；drying；traditional Chinese medicine wet pill；energy efficiency

TU83；R944

B

1672-6138（2017）03-0001-04

10.3969/j.issn.1672-6138.2017.03.001

［責(zé)任編輯：曹娜］

2017-06-12

張江南（1970—），男，江西贛州人，工程師，研究方向：熱泵技術(shù)。