紅棗的幾種干燥機型及其工作原理-藏刊網

0 引言

近年來,隨著新疆特色林果業的迅速發展,紅棗的種植面積不斷擴大,產量逐年上升.其中,用于鮮食的紅棗只占產量的 10% .由于鮮棗皮薄多汁、含糖量高,貯藏過程中易漿爛,導致發霉變質,給果農帶來了嚴重的經濟損失,制約了我國紅棗產業化的發展.

及時地進行干制,可以減少腐爛、裂口、損傷和污染,提高紅棗等級,增加果農的經濟效益.因此,紅棗干制仍然是目前紅棗最主要的初級加工方式[1].為此,介紹了紅棗的幾種干燥機型及其工作原理、結構特點、技術研究現狀,同時指出了紅棗干燥機未來的發展趨勢.

1 紅棗機械化干燥的作用

1\\) 紅棗果實的正常生長至采收期一般在 8 - 10月,若遇陰雨天氣,棗果霉腐,漿爛損失相當嚴重.紅棗的機械化干燥可不受天氣和環境的限制,在紅棗的最佳收獲期內收獲,減少了在采摘、貯藏、運輸等各環節中造成機械損傷,提高了紅棗的產值.

2\\) 采用科學的紅棗干燥技術,在干燥過程中不僅要保證水分、營養等內在指標,還需滿足色澤、外觀等外在品質的要求.干燥后的紅棗,按照紅棗的等級不同,售價可達 50 ~ 130 元/kg.經過再加工,可制成棗精、棗粉、棗色素、棗糖色等其他紅棗加工品.同時,延長了果品貨架期,提高了果品品質、商品率和附加值,增加了紅棗產業的經濟和社會效益.

3\\) 自然晾曬通常暴曬于戶外,干燥條件不可控,對天氣的依賴程度高,一般需要 25 ~ 30 天,紅棗品質得不到保證,主要表現為: 紅棗漿爛與風沙、鳥蟲的污染.另外,自然晾曬需要較多的人工為其翻曬、集散、防雨等,需配備一定的工具,農民勞動強度加大,果實的營養成分流失嚴重.隨著我國林果產后產業的發展以及紅棗種植面積與紅棗產量的上升,為了提高紅棗的規?；咝Ъ庸つ芰?必須大力推廣普及紅棗機械化干燥.

2 紅棗干燥設備的現狀

目前,用于紅棗的干燥設備種類較多,按干燥設備的結構主要有脈動式干燥機、回轉籠干燥機、隧道式干燥機和氣流干燥機等.隨著干燥技術和設備的發展,研究人員也對太陽能、微波、紅外、組合式干燥等其他紅棗干燥方式進行了研究.

2. 1 脈動式干燥機

山西省機電設計研究院\\( 梁秀春等[2]\\) 研制了一種以煤做為燃料的脈動式連續干燥機,如圖 1 所示.

烘干爐主機由鏈條、鏈板及鏈輪裝置構成,鏈輪在棘輪機構的帶動下做連續的脈動,鏈板在間斷的導軌上靠自重由水平變成垂直,棗隨之翻入下一層的鏈板上,依次翻轉直到倒入出料斗.該機實現了紅棗在干燥過程中的自動翻轉運動,使紅棗干燥均勻,解決了烘房烘干室人工倒盤的問題,降低了農民勞動強度.

2. 2 回轉籠式干燥機

生產建設兵團農十三\\( 嚴積業[3]\\) 設計的一種回轉籠式紅棗制干機,使用電熱絲作為熱源,加熱烘干籠內空氣溫度.干燥過程中,烘干籠在電動機的帶動下緩慢旋轉,使紅棗的方向和位置不斷改變,使其干燥均勻; 通過調節吊環上的拉繩,提升進出口的高度,從而控制物料的進出情況.該設備實現了紅棗的自動翻動,降低了人工勞動強度,采用電加熱空氣的方式減少了對環境的污染,如圖 2 所示.

2. 3 隧道式干燥機

武漢工業學院食品科學與工程學院 \\( 謝宜超等[4]\\) 對 GZSH 型紅棗烘干機的結構和原理進行了闡述.其采用動力機構拉車,通過獨特的風網系統、溫濕度傳感器和電動閥門實現了分段控溫和自動排濕;采用正反轉風機和風閥實現了氣流換向,設置時間間隔自動換向,可實現連續式烘干和分批式烘干,如圖 3所示.通過與土烘房、彩鋼烘房、多層帶式烘干機的技術參數進行對比表明,該設備可以提高紅棗的烘干效率,降低能耗,解決烘房占地面積大、干制不均勻以及多層網帶式烘干機的表皮損傷嚴重、燃煤損耗大等問題.

2. 4 太陽能干燥設備

河南省科學院能源研究所\\( 高林朝等[5]\\) 采用太陽墻集熱器加熱空氣,研制了一套太陽能與輔助熱源互補的太陽能干燥裝置\\( 見圖 4\\) ,主要由太陽墻空氣集熱器系統、干燥室和預干室、輔助熱源、調節閥和控制儀等組成.集熱器由無蓋板多孔吸熱體組成,表面涂有選擇性吸收層,可直接吸收太陽輻射能并轉換成熱能; 通過控制蒸汽閥門組,開啟輔助熱源,以滿足不同干燥階段的供熱要求.利用該裝置進行太陽能干燥紅棗試驗表明,棗色的變化分為加熱期、變紅期和定色期.此設備采用預干燥與干燥兩步作業工藝,有效利用了廢氣余熱.

新疆農業大學\\( 李峰等[6 - 7]\\) 研制的整體式太陽能干燥裝置,把集熱器與干燥箱組裝在一起形成一個整體,以電能為輔助能源,集熱器方位角和仰角隨太陽輻射方位變化而可調,大大提高了太陽能的利用率; 頂置集熱器循環加熱干燥箱內空氣,實現了干燥余熱的循環再利用,最大限度地利用太陽能,節約常規能源.

2. 5 氣流沖擊式轉筒干燥機

中國農業大學\\( 高振江[8]\\) 結合氣體射流沖擊干燥傳熱系數高和轉筒干燥生產能力大的特點,設計了一種氣流沖擊式轉筒干燥機,如圖 5 所示.該機將一定壓力、溫度的空氣由滾筒中心部位的氣流主管進入多排分支噴管,近似垂直地噴射到物料層,同時滾筒轉動使其受熱均勻.王麗紅等[9]設計的脈動式氣體射流沖擊干燥機進一步解決了氣流沖擊式轉筒干燥機中由于噴嘴位置固定所造成的干燥不均勻和噴嘴不可更換的問題.通過對圣女果、杏子、葡萄、辣椒等干燥特性的研究,發現氣體射流沖擊干燥的整個干燥過程屬于降速干燥,風溫和風速對干燥速率均有影響,并且風溫對其影響比風速更為顯著.

2. 6 微波熱風聯合紅棗烘干機

塔里木大學\\( 李述剛等[15]\\) 根據微波加熱干燥和熱風加熱干燥所具有的特點,設計了一種微波熱風聯合紅棗烘干機,如圖 6 所示.鮮棗先進入裝有微波發射裝置和濕度控制裝置的烘干箱,通過微波烘干箱內設置的輸送帶進入熱風烘干箱,熱風烘干箱中部內設有振動輸送篩; 換熱器的排風管通過電熱管、進氣管與熱風烘干箱進風口相連通,熱風烘干箱頂部的排氣管與換熱器相連接,實現了熱風循環利用.

3 紅棗干燥設備存在的問題

1\\) 由于紅棗干燥理論基礎比較薄弱,而且干燥過程大部分采用谷物的通用干燥機,因而造成紅棗品質降低、表皮破裂現象嚴重; 主要憑設計者的經驗進行干燥設備和工藝的設計,因此無法保證干燥設備的性能和質量; 關鍵部件加工精度不高,設備制造質量差,導致結構布置不到位,無法達到設備技術指標,不僅無法保證干燥機的使用壽命和可靠性,也增加了設備的后期維修費用.

2\\) 紅棗水分的自動控制是干燥自動控制系統的難點,常規的控制方法主要是利用溫濕度傳感器測定排口物料實際水分含量,與給定的水分含量進行比較,將差值反饋給計算機.雖然具有簡便、易操作的優點,但由于現有的在線濕度傳感器的準確率低,大大影響了自控系統的實際效果.自動化控制水平較低\\( 尤其是及時控制\\) ,導致干燥后的紅棗水分含量不均勻度大,無法滿足儲藏的要求.

3\\) 紅棗是一種直接食用的農產品,而大部分干燥設備都是通過燃煤、燃油來提供熱源,很難保證物料不受污染.機械燃煤爐和熱交換器組合獲得的熱源雖然環保,但是存在效率低、成本高、可靠性差等問題; 而其他干燥方式處于干燥特性、干燥機理、薄層干燥等理論研究試驗階段,尚未投入大批量的實際生產當中.

4 紅棗干燥設備研究的發展趨勢

1\\) 物料特性的研究是不僅是干燥特性研究的基礎,也是干燥過程研究的基礎.因此,必須深入研究紅棗干燥過程中的傳熱系數和傳熱機理、流體動力學、營養變化等,研制適合紅棗的專用干燥設備.只有對物料特性參數、干燥工藝進行詳細的研究,才能設計出更合理的干燥設備.

2\\) 應用組合干燥方式,開展關鍵部件和干燥性能關系的研究,進行結構參數的優化設計.在吸收國內外一切先進干燥技術的基礎上,開發新型干燥設備,在降低成本、提高效率、改進制造工藝等方面有所創新,如微波與熱風干燥組合、紅外與熱風干燥組合、太遠能與熱泵干燥的聯合使用等.根據干燥技術特點的不同,對物料分階段干燥,以達到充分利用熱能和提高產品質量的目的.

3\\) 應朝著智能化、自動化等方向發展.由于紅棗干燥過程的復雜性、時變性和非線性,需研究開發紅棗干燥設備自動控制系統,將干燥技術與控制技術相結合,提高檢測和控制水平,有效地進行動態預測,降低勞動強度,實現紅棗干燥品質的在線檢測.

4\\) 干燥一直以來是一項高能耗作業.干燥設備應沿著提高能源利用率、減少環境污染等方向發展.回收干燥設備余熱,降低熱能消耗,利用廢氣部分循環、廢氣的潛熱與顯熱回收及干燥產品的顯熱回收,提高熱能的利用率.充分利用太陽能清潔、可再生的優勢,與其他干燥方式相結合,實現節能降耗、低污染的可持續發展道路,逐步減少一次能源的消耗.

5 結語

紅棗干燥是延長紅棗產業鏈、提高紅棗價值的重要途徑.雖然近年來我國紅棗干燥設備取得了一定的發展,但仍然存在一些的問題.因此,在研制生產高質量、高技術含量的紅棗干燥機械時,需深入研究紅棗的干燥工藝,提高干燥設備的加工水平,開發干燥設備自動化控制系統,開展干燥過程的模擬研究,運用計算機輔助設計、數學模擬、干燥專家軟件系統、計算機控制的應用將紅棗干燥技術推向了一個新的水平.

參考文獻:

[1] 梁鴻. 中國紅棗及紅棗產業的發展現狀、存在問題和對策的研究[D]. 西安: 陜西師范大學,2006.

[2] 梁秀春,張如懷,付建華. 紅棗烘干工藝及設備[J]. 山西機械,1997\\( 1\\) : 30-32.

[3] 嚴積業. 紅棗制干機: 中國,201120028351. 5[P]. 2011-01-20.

[4] 謝宜超,劉啟覺,孫奧,等. GZSH 型紅棗烘干機工藝特點[J]. 農業機械,2011\\( 8\\) : 176-179.

[5] 高林朝,康艷. 太陽墻集熱器干燥紅棗的試驗研究[J]. 河南農業大學學報,2006,40\\( 6\\) : 657-660.

[6] 李峰. 利用太陽能干燥杏、紅棗的研究[D]. 烏魯木齊: 新疆農業大學,2010.

[7] 肉孜·阿木提,毛志懷,李峰,等. 整體式果品蔬菜太陽能干燥裝置設計與試驗[J]. 農業機械學報,2011\\( 1\\) : 134-139.

[8] 高振江. 氣體射流沖擊顆粒物料干燥機理與參數試驗研究[D]. 北京: 中國農業大學,2000.

[9] 王麗紅,高振江,林海,等. 脈動式氣體射流沖擊干燥機[J]. 農業機械學報,2011,42\\( 10\\) : 141-144.

[10] 姚雪東,肖紅偉,高振江,等. 氣流沖擊式轉筒干燥機設計與實驗[J]. 農業機械學報,2009,40\\( 10\\) : 67-70.

[11] 王麗紅,高振江,肖紅偉,等. 圣女果的氣體射流沖擊干燥動力學[J]. 江蘇大學學報,2011,32\\( 5\\) : 540-544.