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花粉熱風幹燥特性研究

信息來源: | 發布日期: 2019-08-22 | 瀏覽量:17544
關鍵詞:花粉熱風幹燥特性研究
摘要: 通過對花粉在不同幹燥溫度( T) 、花粉厚度( h) 條件下幹燥實驗, 建立了花粉熱風幹燥的數學模型: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
    關鍵詞: 花粉; 熱風幹燥; 幹燥特性; 數學模型;
    剛采集的新鮮花粉含水量高達15 %~20 %, 易發黴變質, 降低商品價值, 必須通過幹燥處理使含水量降到5 %以下, 才可以貯藏, 故幹燥是花粉加工中主要問題之一。為保證幹燥質量, 使幹燥工藝更加合理, 必須先了解花粉幹燥中的失水規律。本文旨在研究熱風溫度、花粉厚度等參數對花粉的幹燥影響, 建立幹燥數學模型, 為幹燥工藝控製和生產應用提供依據。
    1 實驗設備、材料和方法
    1.1 實驗設備、材料
    電熱風幹燥箱, 電子天平。鮮花粉, 初始水分15 %左右。
    1.2 實驗材料和方法
    將花粉分別放入具有標號的稱量瓶中, 稱量瓶中花粉厚度分別為0.5 cm、1.0 cm、1.5cm, 並稱重作好記錄, 把稱好的稱量瓶置入電熱風幹燥箱中進行幹燥。定時測定裝有花粉的稱量瓶的質量, 並記錄, 直到物料質量不變為止, 此時為花粉的含水量達到平衡狀態。將裝有花粉的稱量瓶放入電烘箱中, 溫度為105 ℃。幹燥至恒重, 得到絕幹物料量。
    2 結果與分析
    2.1 幹燥曲線的一般形式
    通過試驗得到了花粉的水分含量比( MR) 與連續通風幹燥時間t 之間的幹燥曲線, 呈指數關係( 見圖1) 。在幹燥初期MR 隨著時間t 的增加而下降, 下降幅度較大, 幹燥後期下降非常緩慢。圖1 是在溫度60 ℃條件下MR- t 的關係曲線, 說明花粉幹燥過程中水分蒸發遵循指數規律下降, 這為建立幹燥模型提供了依據。
    2.2 溫度對幹燥特性的影響
    物料的濕度比與幹燥時間呈現指數關係。在相同厚度的情況下, 隨著溫度的升高, 指數曲線的曲率有所增大, 即溫度越高幹燥速率越快, 幹燥周期越短( 見圖2) 。
    2.3 厚度對幹燥特性的影響( 見圖3)
    在相同幹燥溫度下, 花粉厚度越大, 幹燥速率越小, 幹燥時間越長。
    3 花粉幹燥數學模型
    物料幹燥是一個複雜的非穩態傳熱、傳質過程。它不僅受幹燥介質的溫度、濕度、流速等因素影響, 而且因物料種類、內部結構、物理化學性質及外部形狀的不同而存在著明顯的差異。許多學者通過對不同物料的研究, 總結出了幾種常用的經驗、半經驗幹燥數學模型, 用以定量地描述物料的幹燥規律, 也給我們從事這方麵的研究提供了良好的借鑒。
    3.1 果蔬幹燥的幾種數學模型[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) 稱水分含量比
    Mt—t 時刻物料含水率( 幹基) /%;
    M0—物料初始含水率( 幹基) /%;
    Me—物料幹燥平衡含水率( 幹基) /%;
    t—幹燥持續時間/h;
    kd、a、n— 待定係數, 與幹燥條件有關的常數。
    對三種模型進行線性化處理[2], 然後分別用三種模型對實驗數據進行擬合, 結果見表1。
表1 花粉幹燥模型的比較
幹燥溫度/℃
花粉厚度/cm
指數模型
單項擴散模型
Page方程
 
 
Index model
Kd        R2
Individual diffusion model
Lna       Kd       R2
Page model
N       Lnkd       R2
45
2.5
0.126 6
0.977 6
0.187 0
0.135 5
0.985 2
1.188 9
-2.699 5
0.985 0
60
0.5
0.420 5
0.976 2
0.296 3
0.474 5
0.988 9
2.394 3
-2.914 6
0.792 4
60
1.0
0.196 9
0.835 7
0.397 9
0.269 3
0.959 8
1.106 8
-2.139 2
0.462 9
60
1.5
0.028 4
0.175 9
0.690 3
0.221 5
0.964 4
-0.253 6
-0.948
0.088 5
65
0.5
0.237 6
0.583
0.473
0.492 3
0.988 5
2.080 4
-2.20 4
0.998 9
65
1.0
0.276 4
0.760 6
0.736 9
0.446 4
0.927 1
1.087 1
0.076 4
0.978 7
Table 1 Comparision of models for pollen drying
由表1 可以看出化粉幹燥  曲線與單項擴散模型高度相關, 且厚度與溫度的不同, 待定係數kd、a、n 也不同, 因此可認為花粉幹燥過程的失水規律服從單項擴散模型, kd、a 與幹燥時的溫度、厚度有關。
3.2 待定係數的確定
求得各實驗數據用單項擴散模型進行擬合, 得到模型的幹燥常數kd、Lna 列於表2。
表2 表明, 在不同的風溫和花粉厚度條件下kd、Lna 也隨之改變, 可見kd、Lna 分別是幹燥溫度、花粉厚度的函數。對kd、Lna 進行關於幹燥溫度( T) 、花粉厚度( h) 的二元線性關係的回歸, 見表3、表4。
綜上所述, 待定係數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———幹燥溫度/℃; h———花粉厚度/cm。
4 結論
1)      花粉幹燥曲線為指數曲線, 幹燥溫度、花粉厚度對幹燥曲線有影響。
2) 幹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, 這裏T、h 分別為幹燥溫度、花粉厚度。利用該模型可定量描述幹燥過程水分含量曲線隨幹燥溫度、花粉厚度的變化規律。

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