循環(huán)式紅棗干燥機(jī)的研制?

牟國(guó)良，張學(xué)軍，朱自成，于蒙杰

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械交通學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)工程裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052）

0 引言

紅棗以其特有的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值已為全世界人們所接受，中國(guó)一直是最大的紅棗生產(chǎn)國(guó)和唯一出口國(guó)。然而鮮棗在采摘、包裝、運(yùn)輸?shù)雀鳝h(huán)節(jié)中容易造成機(jī)械損傷，并且在貯藏過(guò)程中易漿爛，損失普遍在20%～30%以上。紅棗干制仍然是目前最主要的初級(jí)加工方式，干制品種占紅棗品種產(chǎn)量的75%［1］。目前紅棗常用的干燥方法有自然晾曬、烘房干燥和熱風(fēng)干燥［2－5］。研究人員也對(duì)熱泵、太陽(yáng)能、微波、紅外、組合式干燥等其他紅棗干燥方式進(jìn)行了研究［6－8］。本文研制了一種循環(huán)式紅棗干燥機(jī)，其改變了傳統(tǒng)紅棗熱風(fēng)干燥的缺點(diǎn)，可采用多種熱源設(shè)備及智能干燥測(cè)控設(shè)備，具有環(huán)保、精確控制以及高效等優(yōu)點(diǎn)。

1 紅棗干燥的基本原理

紅棗干燥過(guò)程就是鮮棗內(nèi)水分的蒸發(fā)過(guò)程，達(dá)到安全含水率，以滿足其貯藏要求和運(yùn)輸?shù)哪康?。在一定的溫度下，空氣（干燥介質(zhì)）的相對(duì)濕度愈低，其水蒸汽的分壓就愈小。當(dāng)鮮棗與干燥空氣相接觸時(shí)，由于鮮棗表面的水蒸汽分壓大于空氣中的水蒸汽分壓，鮮棗中的水分就會(huì)被蒸發(fā)到干燥的空氣中。在自然晾曬的過(guò)程中，空氣在室溫下的飽和水分約在20%，鮮棗表面和空氣之間的蒸汽分壓差也小，導(dǎo)致紅棗干燥時(shí)間延長(zhǎng)。在保證紅棗表面不變焦和果肉不變色的前提下，人工干燥可以將空氣溫度加熱至適合干燥紅棗溫度（60℃～70℃）［9］，此時(shí)空氣的飽和水分約為80%，鮮棗和空氣之間的蒸汽分壓差增大，加快紅棗的干燥速度。隨著鮮棗內(nèi)水分的不斷蒸發(fā)以及空氣中的水分增大，空氣的水蒸汽分壓也增大，當(dāng)空氣中的水蒸汽分壓和鮮棗的水蒸汽分壓達(dá)到平衡時(shí)，就必須及時(shí)排除濕空氣，換入干燥的空氣。因此，在人工干燥過(guò)程中，不僅需要加熱裝置，還需要配備排濕裝置，以保證鮮棗和空氣之間的蒸汽分壓差，以及其所含的維生素、蛋白質(zhì)和其他營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)。干制紅棗果肉的含水量通常在18%～22%。

2 循環(huán)式紅棗干燥機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理及干燥工藝

循環(huán)式紅棗干燥機(jī)主要由加熱裝置、Y型風(fēng)道、下本體、物料推桿、儲(chǔ)料箱、進(jìn)料斗、輸送裝置、干燥烘床、干燥箱體、排風(fēng)道、出料口、引風(fēng)機(jī)和溫控箱等組成，如圖1所示。

圖1 循環(huán)式紅棗熱風(fēng)干燥機(jī)

2.1 干燥烘床

干燥烘床為干燥機(jī)的核心部分，主要由往復(fù)大車(chē)與推板組合而成。往復(fù)大車(chē)與物料推板相連接，車(chē)架下有滾輪，在物料推板的作用下帶動(dòng)車(chē)體在滾輪短槽上作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，滾輪短槽被固定在滾輪托架側(cè)板上，滾輪托架側(cè)板被焊接在干燥機(jī)箱體上。推板由動(dòng)推板和定推板相互間隔排列組合而成。動(dòng)推板通過(guò)活梁連接在大車(chē)框架上，定推板則通過(guò)固定梁連接在干燥機(jī)箱體上。物料在重力作用下從進(jìn)料口進(jìn)入到機(jī)體內(nèi)，在動(dòng)推板的作用下被推進(jìn)到定推板，通過(guò)動(dòng)推板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)推走物料，物料不斷被推入定推板，再翻轉(zhuǎn)到動(dòng)推板，直到物料被推至出料口，物料通過(guò)輸送機(jī)再次被輸送進(jìn)干燥機(jī)的儲(chǔ)料箱內(nèi)，進(jìn)行下一次干燥。

2.2 加熱裝置

加熱裝置采用紅外線加熱板加熱，由機(jī)座、紅外線加熱板、托架、導(dǎo)風(fēng)板、導(dǎo)熱板、箱體、風(fēng)道接頭和法蘭等構(gòu)成，如圖2所示。紅外線加熱裝置工作時(shí)，隨著紅外線加熱板溫度的增加，熱量向四周的空氣和導(dǎo)熱板傳遞。當(dāng)空氣流穿過(guò)紅外線熱風(fēng)加熱裝置時(shí)，空氣流受到導(dǎo)風(fēng)板和導(dǎo)熱板的阻擋作用，改變了空氣的流向，在紅外線加熱板的阻擋作用下氣流和導(dǎo)風(fēng)板、導(dǎo)熱板碰撞，增加了氣流在紅外線熱風(fēng)加熱裝置中與紅外線加熱板和導(dǎo)熱板的接觸頻率，提高了被加熱空氣的溫度和熱能利用率。熱風(fēng)經(jīng)風(fēng)道接頭進(jìn)入干燥室進(jìn)行物料的干燥作業(yè)，通過(guò)控制紅外線加熱板的通電數(shù)量控制空氣流的溫度，以滿足不同物料的干燥要求。

圖2 紅外線加熱裝置機(jī)

2.3 Y形風(fēng)道

該干燥機(jī)的風(fēng)路由熱風(fēng)道和冷風(fēng)道組成，進(jìn)風(fēng)道采用Y形風(fēng)道。由裝在下本體左前側(cè)的紅外線電加熱器裝置加熱空氣，裝在排風(fēng)口處的排風(fēng)機(jī)產(chǎn)生吸力，熱風(fēng)由下本體左右兩側(cè)的熱風(fēng)道向上經(jīng)過(guò)干燥部穿過(guò)物料，由干燥封閉殼的出風(fēng)道排出，干燥機(jī)不斷循環(huán)將物料的水分帶走。

2.4 干燥工藝

紅棗干燥的工藝為：鮮棗—出清（去雜）—儲(chǔ)料箱—進(jìn)料斗（控制物料的流量）—干燥烘床（實(shí)現(xiàn)第一次干燥）—出料口—輸送機(jī)（輸送物料）—儲(chǔ)料箱（緩蘇作用）—出料斗—干燥烘床（實(shí)現(xiàn)多次干燥）—干棗回收。

3 循環(huán)式紅棗干燥機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

循環(huán)式紅棗干燥機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：

單體外形尺寸（m）： 4.26×4.07×3.0；

單體配電功率（kW）：9；

單體質(zhì)量（t）：1.6；

可干燥物料： 紅棗；

降水率（%）： ≥5～55；

熱風(fēng)溫度（℃）：50～100；

水分不均勻度（%）：1；

熱源： 紅外線、電、燃油；

生產(chǎn)率（t/批）：2（紅棗）。

4 技術(shù)特點(diǎn)

（1）由于本系統(tǒng)為循環(huán)式干燥作業(yè)系統(tǒng)，使紅棗的受熱溫度始終低于熱變性溫度，提高了成品紅棗的質(zhì)量百分率，不僅保證了紅棗的干凈衛(wèi)生，也滿足了紅棗的營(yíng)養(yǎng)、外觀、色澤等多方面指標(biāo)，較自然晾曬的質(zhì)量百分率提高。

（2）對(duì)熱源設(shè)備的要求低，由于紅外熱元件啟停速度快，熱慣性小，采用的紅外線加熱裝置適用于如紅棗等熱敏物料的干燥，所加熱的空氣不會(huì)污染紅棗。也可使用燃油、電加熱裝置等多種干燥熱源。

（3）該機(jī)具有電控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)溫度、濕度的自動(dòng)控制，在保證品質(zhì)的前提下，提高了生產(chǎn)率和工作質(zhì)量。根據(jù)紅棗干燥階段的不同，熱風(fēng)溫度在60℃～100℃可控，溫控箱設(shè)有故障報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了干燥過(guò)程的自動(dòng)控制。

［1］梁鴻.中國(guó)紅棗及紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、存在問(wèn)題和對(duì)策的研究［D］.西安：陜西師范大學(xué)，2006：48-50.

［2］王立紅，盧守信，王保利，等.紅棗烘干房建造與烘烤技術(shù)［J］.河北林業(yè)科技，2007（2）：63-64.

［3］張衛(wèi)民，曹有福.紅棗烘干房加工技術(shù)［J］.山西科技，2006（1）：116-117.

［4］弋曉康，吳文福，崔何磊，等.紅棗熱風(fēng)干燥特性的單因素試驗(yàn)研究［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2012（10）：148-151.

［5］陳錦屏.紅棗烘干技術(shù)［M］.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

［6］楊先亮，謝英柏，靳光亞.熱泵干燥婆棗的方案改進(jìn)和試驗(yàn)對(duì)比［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（9）：329-332.

［7］李峰.利用太陽(yáng)能干燥杏、紅棗的研究［D］.烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010：49-52.

［8］劉小丹，張淑娟，賀虎蘭.紅棗微波－熱風(fēng)聯(lián)合干燥特性及對(duì)其品質(zhì)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，28（24）：280-286.

［9］陳錦屏，穆啟運(yùn)，田呈瑞.不同升溫方式對(duì)烘干棗品質(zhì)影響的研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，1999，15（3）：237-239.