国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

基于多熱泵系統(tǒng)組合的冷熱均衡干燥機設(shè)計與試驗

2022-08-31 17:08:20曾小輝吳耀森李浩權(quán)龍成樹
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2022年4期
關(guān)鍵詞:冷熱水臘腸干燥機

曾小輝,吳耀森,李浩權(quán),龔 麗,龍成樹

(1.廣東弘科農(nóng)業(yè)機械研究開發(fā)有限公司,廣東 廣州 510555;2.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所,廣東 廣州 510630;3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)智能裝備重點實驗室,廣東 廣州 510630)

0 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國,據(jù)統(tǒng)計2020 年我國主要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)總量約66 949.2 萬t,水產(chǎn)品6 549.2 萬t[1],但我國農(nóng)產(chǎn)品加工量和加工水平與世界發(fā)達國家相比還存在較大差距,發(fā)達國家農(nóng)產(chǎn)品加工程度達到80%以上,而我國只有45%,其中二次以上深加工只有20%[2]。干燥是農(nóng)產(chǎn)品加工的重要方式,且是能源消耗的大工序[3],據(jù)統(tǒng)計,大多數(shù)發(fā)達國家干燥能耗達到工業(yè)能耗的7%~15%[4-5]。大批量農(nóng)產(chǎn)品烘干按熱源分主要有煤、天然氣、油、柴、生物質(zhì)等[6],近年來國家大力倡導(dǎo)綠色、協(xié)調(diào)發(fā)展,水源或者空氣源熱泵干燥頗受人們關(guān)注。

事實上,除熱泵干燥以外,上述燃燒式熱源烘干主要采用排濕的方式,即將大量高溫高濕空氣排至環(huán)境,這不僅造成了能源的浪費,而且也造成對環(huán)境的熱污染。熱泵干燥的主要熱能來源于水(或者空氣)中,熱能廉價,較傳統(tǒng)干燥可節(jié)約30%或更多[7]。熱泵干燥的優(yōu)勢不僅在于節(jié)能,而且有效地將冷、熱進行了循環(huán)利用,其冷端為蒸發(fā)器主要起除濕作用,熱端為冷凝器主要起升溫作用,因此,熱泵干燥機應(yīng)用于某些農(nóng)產(chǎn)品物料中幾乎能實現(xiàn)全封閉干燥[8-9]。然而,大量農(nóng)產(chǎn)品干燥過程所需冷熱量與熱泵干燥機制取的冷熱量并不能完全匹配。例如一些農(nóng)產(chǎn)品熱泵干燥前期水分大量蒸發(fā),而冷量不足以滿足除濕,此時只能采用排濕風(fēng)機排出濕熱;而干燥后期由于物料水分減少,又會有大量冷量剩余。

因此,無論采用天然氣、礦石燃料燃燒等排濕烘干或熱泵干燥,都較難滿足農(nóng)產(chǎn)品烘干過程中冷、熱的均衡需求。針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本文基于冷熱量均衡控制方法,開展多熱泵系統(tǒng)聯(lián)合的制冷熱系統(tǒng)設(shè)計,研發(fā)冷熱量通風(fēng)換熱關(guān)鍵部件,形成冷熱均衡的熱泵干燥機;選取臘腸為對象,開展干燥工藝試驗研究,以更好地滿足農(nóng)產(chǎn)品烘干過程中的冷熱量均衡需求。

1 整體結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

本文圍繞農(nóng)產(chǎn)品干燥過程冷熱量均衡供給的目標(biāo),設(shè)計了多熱泵系統(tǒng)聯(lián)合的冷熱均衡干燥機,主要包括圖1 所示的7 大部分:其中雙效機組由若干熱泵冷熱水子系統(tǒng)組成,各子系統(tǒng)制取冷熱時相互獨立,以水為載冷、熱介質(zhì)置換出能量,故雙效熱泵機組主要用于制取冷、熱水,1 份電能可制取3 份冷量和4 份熱量;三效熱泵機組,具備雙效熱泵機組的功能,同時在雙效熱泵機組的基礎(chǔ)上增加了散熱系統(tǒng),用于單獨補充均衡系統(tǒng)所需的冷量。雙效機組和三效機組制取的冷熱水供給烘房組,烘房即用于農(nóng)產(chǎn)品批次干燥的干燥室。1 個多熱泵系統(tǒng)組合的冷熱均衡干燥機可配置至少2 個以上的干燥烘房,此種一拖多的設(shè)備應(yīng)用模式特別適用于大中型肉制品加工企業(yè),可實現(xiàn)冷熱量的合理分配,同時減少了設(shè)備先期總投入成本。

圖1 多熱泵系統(tǒng)組合的冷熱均衡干燥機系統(tǒng)圖

1.2 烘房的工作原理

多熱泵系統(tǒng)組合的冷熱均衡干燥機主要分為安裝屋面(或者生產(chǎn)車間以外)的多熱泵組合制冷熱水系統(tǒng)和生產(chǎn)車間內(nèi)多個單元干燥烘房,二者之間通過冷熱水路連通。由圖2 中生產(chǎn)車間農(nóng)產(chǎn)品干燥烘房即為其中1 個單元。物料干燥前先啟動制冷熱水系統(tǒng),儲備一定量的冷水和熱水(例如:設(shè)定熱水溫度為63 ℃,冷水溫度為15 ℃);待烘干物料進入干燥烘房,用戶只需一鍵啟動烘干工藝,冷熱水在水泵的驅(qū)動作用下分別進入干燥烘房的加熱器和除濕器內(nèi),干燥箱內(nèi)空氣介質(zhì)在風(fēng)機驅(qū)動下穿過加熱器和除濕器被升溫和除濕,而后經(jīng)過物料區(qū)與濕物料進行熱質(zhì)交換。此外,當(dāng)干燥烘房內(nèi)濕度大于設(shè)定值時將往烘房外排濕,最終達到干燥物料的目的。

圖2 冷熱均衡供應(yīng)的干燥烘房結(jié)構(gòu)示意圖

在大中型農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)相同產(chǎn)能需求的前提下,購置多熱泵組合的均衡干燥機(一拖多)與多臺單機烘干設(shè)備比較的優(yōu)勢:①相較于單臺單機烘干設(shè)備其供冷熱量更充足,保障烘干產(chǎn)品的品質(zhì);②由于物料烘干過程冷熱量需求不均衡,合理安排進入干燥烘房的時間可實現(xiàn)錯峰干燥,充分利用好冷量和熱量,故一拖多的干燥機總裝機容量小于多臺單機的總功率,總投入成本減少,干燥能耗降低。因此,研制設(shè)備對大中型企業(yè)有節(jié)本、增效和保質(zhì)的作用,且可減少尾氣排放,對環(huán)保亦有重要意義。

2 冷熱均衡熱泵系統(tǒng)設(shè)計

2.1 熱泵系統(tǒng)設(shè)計

熱泵系統(tǒng)主要由壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器和制冷配件等組成。本文以批次烘焙3 000 kg 原料廣式臘腸為設(shè)計基準(zhǔn),加工周期約為42 h,出成率約為50%,烘烤溫度為45~58 ℃(廣東某肉食加工廠提供數(shù)據(jù))。因此,針對單個干燥烘房小時平均去水量為35.72 kg/h,而廣式臘腸烘干前期12 h 去水量約為整個干燥過程去水量的65%,故前12 h 平均去水量約為81.25 kg/h,為確保廣式臘味的烘干品質(zhì)取最大去水量為平均去水量的1.5 倍,則干燥烘房的小時最大去水能力為121.88 kg/h。去水能耗則根據(jù)某廣式臘味烘焙廠家提供數(shù)據(jù),熱泵干燥廣式臘腸的去濕能耗為4.0 MJ/(kg 水)。結(jié)合上述數(shù)據(jù)進行熱泵系統(tǒng)主要部件選型設(shè)計如下。

2.1.1 壓縮機選擇

由烘烤溫度及物料去濕能耗需求可知,壓縮機制熱功率不小于135.42 kW,選擇丹佛斯SZ148 型渦旋壓縮機,通過查閱壓縮機工況文獻可知,蒸發(fā)溫度為5 ℃,冷凝溫度為70 ℃時,其制熱功率為40.1 kW,制冷功率為25.09 kW,故選擇4 臺SZ148 型壓縮機。

2.1.2 蒸發(fā)器和冷凝器的選擇

由于采用水為換熱、載冷介質(zhì),故兩器的結(jié)構(gòu)形式為干式殼管式,殼管換熱系數(shù)k取1.2 kW/(m2.℃),進出口水溫5 ℃。干式殼管換熱器面積計算如公式(1)所示。

式中:

Q——制熱量(或者制冷量),kW;

A——換熱面積,m2;

Δtm——對數(shù)傳熱溫差,℃。

式中:

t1——換熱介質(zhì)進入溫度,℃;

t2——換熱介質(zhì)換熱后出來溫度,℃;

t——蒸發(fā)溫度(或者冷凝溫度),℃。

結(jié)合以上工況參數(shù)、制熱功率和制冷功率和公式(1)和(2)計算,得到單個系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器面積分別約為2.9、4.7 m2。

綜上,壓縮機、蒸發(fā)器和冷凝器型式、規(guī)格型號等技術(shù)參數(shù)確定后,膨脹閥、干燥過濾器、電磁閥、四通閥等可依照制冷功率、管徑等選擇對應(yīng)型號。因此,雙效熱泵主機與三效熱泵主機主要通過聯(lián)結(jié)以上制冷元器件形成制冷系統(tǒng),其中三效熱泵主機為雙冷凝器系統(tǒng),其中1 個冷凝器外接散熱冷卻塔,以實現(xiàn)單獨制冷。

2.2 冷熱均衡控制系統(tǒng)設(shè)計

由圖3 可知,冷熱均衡控制系統(tǒng)主要包括冷熱水制取控制系統(tǒng)和干燥烘房冷熱水供應(yīng)系統(tǒng)2大部分。冷熱水制取控制主要包括控制熱泵雙效機組、三效機組、散熱系統(tǒng)、散冷系統(tǒng)、制冷水泵、制熱水泵等零部件,該系統(tǒng)根據(jù)用戶設(shè)定熱水溫度、冷水溫度驅(qū)動系統(tǒng)進行冷熱水的制取,其中率先啟動冷熱水雙效機組、運行一定時間后再啟動三效機組中冷熱同時制取模式,當(dāng)熱水達到設(shè)定值而冷水高于設(shè)定溫度則啟動三效系統(tǒng)單獨制冷水模式。

圖3 冷熱均衡控制系統(tǒng)控制流程圖

冷熱水供應(yīng)系統(tǒng)主要包括供冷熱水水泵、電磁閥、加熱換熱裝置、除濕換冷裝置、風(fēng)機、烘房庫體、風(fēng)道、排濕等。當(dāng)烘房干燥工藝設(shè)定完成后,一鍵啟動烘干模式,烘房內(nèi)溫濕度探頭實時采集數(shù)據(jù),控制系統(tǒng)通過比對干燥工藝各階段設(shè)定溫、濕度值與實時溫、濕度值,當(dāng)達到預(yù)設(shè)指令條件,則啟動熱水泵、冷水泵按需向干燥烘房內(nèi)輸送熱量和冷量。

制冷熱水系統(tǒng)與供冷熱水系統(tǒng)之間主要依據(jù)水箱冷熱水溫度而聯(lián)動,若干燥過程熱量需求增多,隨著水箱熱水溫度的降低至設(shè)定值-偏差值,制冷熱水系統(tǒng)將自動啟動雙效機組進行熱量補給,同樣冷水溫度升高超過設(shè)定值+偏差值也會有相應(yīng)降溫動作。

2.3 均衡系統(tǒng)內(nèi)烘干設(shè)備運行應(yīng)用

實際上,1 個制冷熱水系統(tǒng)可以供應(yīng)多個供冷熱水系統(tǒng),這樣不僅可以減少水箱的數(shù)量、節(jié)省場地,甚至可以一定程度減少平均每個供冷水系統(tǒng)的匹數(shù),達到高效利用冷熱量的目的。采用熱泵系統(tǒng)制取冷熱水,制熱系數(shù)為3~4[10],因此選擇雙效機組 :三效機組=3 :1。均衡系統(tǒng)內(nèi)烘干設(shè)備運行前,系統(tǒng)默認(rèn)檢測冷熱水箱水溫,當(dāng)冷(或熱)水溫度低于(或高于)設(shè)定溫度時供冷熱水系統(tǒng)將不會啟動運行,如圖3 所示,制冷熱水系統(tǒng)自動檢測冷/熱水箱水位直至均達到水箱容積2/3以上,制冷熱水系統(tǒng)檢測水溫與設(shè)定值T0的偏差等級關(guān)系而判斷開機雙效主機和三效主機的臺數(shù),具體動作邏輯詳見圖4,以圖4中區(qū)域(1)為例,當(dāng)熱水溫度低于設(shè)定溫度+下偏差3,且冷水溫度高于設(shè)定溫度時,則開啟3臺雙效機組制取冷、熱水和1臺三效機組單獨制取冷水,其它區(qū)域邏輯控制以此類推;中間“保持原狀態(tài)區(qū)”即保持系統(tǒng)原有啟動設(shè)備數(shù)量直至跨越上偏差1或者設(shè)定熱水溫度值。

圖4 均衡系統(tǒng)動作邏輯圖

綜上所述,雙效機組 :三效機組=3 :1 的多熱泵組合的冷熱均衡干燥機,即整體由3 臺4 個SZ148熱泵雙效系統(tǒng)和1 臺4 個SZ148 熱泵三效系統(tǒng)組合而成,系統(tǒng)運行過程中冷水溫度最低可達8 ℃(蒸發(fā)溫度為4 ℃),熱水最高溫度為65 ℃(冷凝溫度為70 ℃),該設(shè)備可實現(xiàn)為4 個3 000 kg/批干燥烘房供熱,壓縮機的總匹數(shù)為192 匹(1 匹=0.75 kW)。采購相同產(chǎn)能的(廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所自主研發(fā))GHRH170 型熱泵干燥機單機設(shè)備,該機處理量為1 500 kg/批,裝機容量24 匹/臺+12 kW 輔助電加熱,需要8 臺,按壓縮機最佳工況計算1 kW 等效于4 kW 發(fā)熱絲,則采用單機設(shè)備共需要192+24 匹,比研制設(shè)備增加12.5%的裝機功率,事實上電熱絲產(chǎn)熱最大取其功率的90%,即單機設(shè)備為滿足干燥熱量需求還需更大裝機容量。

3 研制烘干設(shè)備應(yīng)用試驗

3.1 試驗設(shè)計

試驗地點:廣州某臘味肉食制品廠,位于廣州市黃埔區(qū)香荔路。

烘干設(shè)備:由廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所研制,安裝于肉食制品廠生產(chǎn)車間5 樓。

試驗物料:廣式臘腸中“三七腸”即肥肉 :瘦肉=3 :7[11],配料滾揉冷庫儲藏12 h,采用德國漢特曼灌腸設(shè)備扭結(jié)灌注成130 mm,直徑22 mm,物料批次進入量為26 車,33 桿/車,分上、中、下3 層,每車原料臘腸重量180~190 kg。

烘干工藝:烘干溫度范圍45~58 ℃,相對濕度為20%~70%,采用逐步升溫降濕干燥模式,烘干周期為42~46 h,出成率為53%~58%。

3.2 數(shù)據(jù)曲線及分析

圖5 數(shù)據(jù)點為每小時設(shè)定溫度、相對濕度值與均衡系統(tǒng)內(nèi)烘干設(shè)備實際運行溫度、相對濕度值。上方溫度曲線可知,廣式臘味烘干采用是逐步升溫的干燥方式,每小時實際運行溫度的平均值與設(shè)定溫度值的最大偏差:除烘干過程中3 個停機排濕降溫緩蘇階段外,最大偏差出現(xiàn)在升溫烘干前期第6 h,設(shè)定溫度為52 ℃,實測平均溫度為50.57 ℃,控制相對最大偏差為-2.75%,其他時間段溫度控制相對偏差為-2.05%~1.65%,其中第7、第14、第21 h為停機降溫緩蘇區(qū),設(shè)定溫度為35 ℃,設(shè)定相對濕度依次為60%、50%和40%,緩蘇時間為1 h,其目的分別為廣式臘腸的縮身定型、色澤調(diào)節(jié)和風(fēng)味調(diào)節(jié),因為短時間升溫干燥有利于脂質(zhì)的氧化降解[12],形成風(fēng)味物質(zhì),此外緩蘇干燥有利于提升產(chǎn)品整體的干燥均勻性、外觀色澤及形成表面均勻紋路。

圖5 廣式臘味烘干均衡系統(tǒng)內(nèi)烘干設(shè)備運行曲線

每小時設(shè)定相對濕度與實測小時平均相對濕度值的最大偏差:除3 個降溫緩蘇階段和最后降溫出庫階段,最大偏差值出現(xiàn)在前期升溫階段的第8 h,設(shè)定相對濕度為45%,實測相對濕度值為48.92%,其它時段控制偏差范圍為-2.08%~1.85%。相對濕度反映干燥介質(zhì)的吸濕能力,實測相對濕度偏高說明此時的干燥能力略小于需求,由相對濕度曲線可知干燥前期設(shè)定相對濕度與實測值出現(xiàn)交錯,而干燥后期實測回風(fēng)濕度基本位于設(shè)定值以下,原因在于廣式臘腸干燥采用逐步升溫降濕干燥方式,前期臘腸水分多,溫度升高臘腸吸熱蒸發(fā)水分增加,而干燥溫度升高和相對濕度降低均會提升設(shè)備整體除濕能力,因而精準(zhǔn)匹配控制蒸發(fā)水分略小于除濕能力即可以獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,所以前期會出現(xiàn)設(shè)定濕度與回風(fēng)濕度交錯;后期由于臘腸水分逐漸減少,因而實測相對濕度會略低于設(shè)定濕度。

圖6 為3 個樣品的失水率曲線,每個位置樣品分為上、中、下3桿,均勻分布于干燥烘房前中后3個位置。由圖中3個樣品的失水率曲線可知,整個干燥過程中烘房3個位置的廣式臘腸失水率相差不大,說明設(shè)備的整體干燥均勻性較好;前24小時廣式臘腸烘干去水量:樣品1、樣品2、樣品3分別占原料臘腸的36.8%、38.4%和36.9%,占廣式臘腸烘干總?cè)ニ浚ǔ龀陕?6%)的83.86%、87.27%,83.64%;均衡系統(tǒng)內(nèi)烘干設(shè)備運行44 h,3個位置樣品均達到烘干要求,整個干燥烘房的終點干燥不均勻度為1%,可見廣式臘腸的烘干去水主要集中在第1天,采用均衡系統(tǒng)烘干廣式臘腸能夠較好保障干燥品質(zhì)。

圖6 廣式臘味烘干失水率曲線

3.3 研制設(shè)備加工產(chǎn)品品質(zhì)檢測

研制設(shè)備干燥加工的臘腸產(chǎn)品經(jīng)過溫度18~22 ℃暫存間冷卻3~4 h 后,進行分支剪切和定量稱重包裝,隨機從該批次產(chǎn)品中,抽取5 包檢測樣品,每包500 g,按照GB/T 23493—2009 中式香腸抽檢加工臘腸產(chǎn)品,檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 廣式臘腸生產(chǎn)檢測數(shù)據(jù)表

表1 中數(shù)據(jù)可知,研制設(shè)備干燥加工的廣式臘腸產(chǎn)品感官性狀、水分等符合國家食品標(biāo)準(zhǔn)的各項指標(biāo)要求。其中產(chǎn)品水分含量、亞硝酸鹽、過氧化值均遠(yuǎn)低于國標(biāo),原因在于廣東省為高溫高濕氣候環(huán)境,較低水分有利于延長保質(zhì)期。

4 小結(jié)及展望

本文從烘干設(shè)備生產(chǎn)實踐應(yīng)用中存在的問題著手,分析了存在問題的原因,設(shè)計了多熱泵組合的冷熱均衡干燥機,并進行了批次物料試驗,結(jié)論如下。

1)設(shè)計了多熱泵系統(tǒng)組合冷熱均衡干燥機,建立了干燥機的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并對內(nèi)部主要零部件的功能及實現(xiàn)冷熱均衡的原理進行了具體介紹。

2)以廣式臘腸為例,對熱泵系統(tǒng)內(nèi)壓縮機、冷凝器和蒸發(fā)器機型進行了選型計算,確定了雙效熱泵系統(tǒng)、三效熱泵系統(tǒng)中主要零部件的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù);設(shè)計了雙效熱泵系統(tǒng) :三效熱泵系統(tǒng)=3 :1 的冷熱均衡干燥機,該機型實現(xiàn)了1 個冷熱均衡系統(tǒng)給4臺3 000 kg/批干燥烘房供應(yīng)冷熱量,比相同產(chǎn)能的單機臘味干燥設(shè)備節(jié)省了裝機總功率。

3)與廣州某肉食制品廠合作,建立了一拖多的多熱泵系統(tǒng)組合冷熱均衡干燥機,并進行了多批生產(chǎn)性應(yīng)用試驗,得到干燥機運行的溫度、相對濕度控制精準(zhǔn)度較好,干燥不均勻度小,抽檢的廣式臘腸產(chǎn)品的干燥品質(zhì)均達到特級臘腸標(biāo)準(zhǔn)。

4)開發(fā)的多熱泵組合的冷熱均衡干燥機,溫度控制范圍為10~63 ℃,濕度控制范圍為10~95 %RH,因此該設(shè)備既適用于中高溫的果蔬與肉制品干燥,也適用于略低于常溫水產(chǎn)魚制品等熱敏性物料的烘干。

猜你喜歡
冷熱水臘腸干燥機
管道焊接技術(shù)在冷熱水供回水管施工中的應(yīng)用分析
新年的臘腸
干燥機槳葉軸焊接變形控制及耐壓試驗研究
有趣的臘腸樹
臘腸果化學(xué)成分及其生物活性
中成藥(2019年12期)2020-01-04 02:02:40
蒸汽干燥機轉(zhuǎn)速控制
有趣的臘腸樹
滾筒式干燥機嚴(yán)重振動大修處理
內(nèi)加熱流化床干燥機在食鹽生產(chǎn)中的應(yīng)用
福建輕紡(2015年3期)2015-11-07 02:52:38
塑料管
404 Not Found

404 Not Found


nginx
枣阳市| 锦屏县| 手机| 镇原县| 荣成市| 广西| 周口市| 油尖旺区| 金华市| 贞丰县| 达尔| 锦州市| 东港市| 颍上县| 普兰店市| 睢宁县| 忻州市| 容城县| 尖扎县| 清涧县| 祁连县| 南木林县| 昭平县| 莒南县| 日喀则市| 新邵县| 西青区| 渑池县| 昂仁县| 五河县| 镇康县| 嘉定区| 江北区| 永平县| 浑源县| 成安县| 开鲁县| 同江市| 宁城县| 呈贡县| 慈利县|