花粉熱風(fēng)干燥特性研究

摘要： 通過(guò)對花粉在不同干燥溫度( T) 、花粉厚度( h) 條件下干燥實(shí)驗, 建立了花粉熱風(fēng)干燥的數學(xué)模型：MR=aexp( - kdt) 其中： a=exp( 0.056 6T+0.404 4h- 3.358 6) ； kd=- 0.000 3T+0.177 6h- 0.532 1

關(guān)鍵詞： 花粉； 熱風(fēng)干燥； 干燥特性； 數學(xué)模型；

剛采集的新鮮花粉含水量高達15 %～20 %, 易發(fā)霉變質(zhì), 降低商品價(jià)值, 必須通過(guò)干燥處理使含水量降到5 %以下, 才可以貯藏, 故干燥是花粉加工中主要問(wèn)題之一。為保證干燥質(zhì)量, 使干燥工藝更加合理, 必須先了解花粉干燥中的失水規律。本文旨在研究熱風(fēng)溫度、花粉厚度等參數對花粉的干燥影響, 建立干燥數學(xué)模型, 為干燥工藝控制和生產(chǎn)應用提供依據。

1 實(shí)驗設備、材料和方法

1.1 實(shí)驗設備、材料

電熱風(fēng)干燥箱, 電子天平。鮮花粉, 初始水分15 %左右。

1.2 實(shí)驗材料和方法

將花粉分別放入具有標號的稱(chēng)量瓶中, 稱(chēng)量瓶中花粉厚度分別為0.5 cm、1.0 cm、1.5cm, 并稱(chēng)重作好記錄, 把稱(chēng)好的稱(chēng)量瓶置入電熱風(fēng)干燥箱中進(jìn)行干燥。定時(shí)測定裝有花粉的稱(chēng)量瓶的質(zhì)量, 并記錄, 直到物料質(zhì)量不變?yōu)橹? 此時(shí)為花粉的含水量達到平衡狀態(tài)。將裝有花粉的稱(chēng)量瓶放入電烘箱中, 溫度為105 ℃。干燥至恒重, 得到絕干物料量。

2 結果與分析

2.1 干燥曲線(xiàn)的一般形式

通過(guò)試驗得到了花粉的水分含量比( MR) 與連續通風(fēng)干燥時(shí)間t 之間的干燥曲線(xiàn), 呈指數關(guān)系( 見(jiàn)圖1) 。在干燥初期MR 隨著(zhù)時(shí)間t 的增加而下降, 下降幅度較大, 干燥后期下降非常緩慢。圖1 是在溫度60 ℃條件下MR- t 的關(guān)系曲線(xiàn), 說(shuō)明花粉干燥過(guò)程中水分蒸發(fā)遵循指數規律下降, 這為建立干燥模型提供了依據。

2.2 溫度對干燥特性的影響

物料的濕度比與干燥時(shí)間呈現指數關(guān)系。在相同厚度的情況下, 隨著(zhù)溫度的升高, 指數曲線(xiàn)的曲率有所增大, 即溫度越高干燥速率越快, 干燥周期越短( 見(jiàn)圖2) 。

2.3 厚度對干燥特性的影響( 見(jiàn)圖3)

在相同干燥溫度下, 花粉厚度越大, 干燥速率越小, 干燥時(shí)間越長(cháng)。

3 花粉干燥數學(xué)模型

物料干燥是一個(gè)復雜的非穩態(tài)傳熱、傳質(zhì)過(guò)程。它不僅受干燥介質(zhì)的溫度、濕度、流速等因素影響, 而且因物料種類(lèi)、內部結構、物理化學(xué)性質(zhì)及外部形狀的不同而存在著(zhù)明顯的差異。許多學(xué)者通過(guò)對不同物料的研究, 總結出了幾種常用的經(jīng)驗、半經(jīng)驗干燥數學(xué)模型, 用以定量地描述物料的干燥規律, 也給我們從事這方面的研究提供了良好的借鑒。

3.1 果蔬干燥的幾種數學(xué)模型[1]

指數模型：MR=exp( - kdt)

單項擴散模型：MR=aexp( - kdt)

Page 方程：MR=exp( - kdtn)

式中：MR=( Mt-Me) /( M0-Me) 稱(chēng)水分含量比

Mt—t 時(shí)刻物料含水率( 干基) /%；

M0—物料初始含水率( 干基) /%；

Me—物料干燥平衡含水率( 干基) /%；

t—干燥持續時(shí)間/h；

kd、a、n— 待定系數, 與干燥條件有關(guān)的常數。

對三種模型進(jìn)行線(xiàn)性化處理[2], 然后分別用三種模型對實(shí)驗數據進(jìn)行擬合, 結果見(jiàn)表1。

表1 花粉干燥模型的比較

Table 1 Comparision of models for pollen drying

由表1 可以看出化粉干燥曲線(xiàn)與單項擴散模型高度相關(guān), 且厚度與溫度的不同, 待定系數kd、a、n 也不同, 因此可認為花粉干燥過(guò)程的失水規律服從單項擴散模型, kd、a 與干燥時(shí)的溫度、厚度有關(guān)。

3.2 待定系數的確定

求得各實(shí)驗數據用單項擴散模型進(jìn)行擬合, 得到模型的干燥常數kd、Lna 列于表2。

表2 表明, 在不同的風(fēng)溫和花粉厚度條件下kd、Lna 也隨之改變, 可見(jiàn)kd、Lna 分別是干燥溫度、花粉厚度的函數。對kd、Lna 進(jìn)行關(guān)于干燥溫度( T) 、花粉厚度( h) 的二元線(xiàn)性關(guān)系的回歸, 見(jiàn)表3、表4。

綜上所述, 待定系數a、kd 可由下式求得：

a=exp( 0.056 6T+0.404 4h- 3.358 6)

kd=- 0.000 3T+0.177 6h- 0.532 1

式中： T———干燥溫度/℃； h———花粉厚度/cm。

4 結論

1)      花粉干燥曲線(xiàn)為指數曲線(xiàn), 干燥溫度、花粉厚度對干燥曲線(xiàn)有影響。

2) 干燥模型符合單向擴散模型即MR=aexp( - kdt)其中： a=exp( 0.056 6T+0.404 4h- 3.358 6) ； kd=- 0.000 3T+0.177 6h- 0.532 1, 這里T、h 分別為干燥溫度、花粉厚度。利用該模型可定量描述干燥過(guò)程水分含量曲線(xiàn)隨干燥溫度、花粉厚度的變化規律。