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花粉熱風幹燥特性研究

信息來源： | 發布日期： 2011-06-01 00:00:00 | 瀏覽量：4180414

摘要：

摘要： 通過對花粉在不同（tóng）幹燥溫度( T) 、花粉厚度( h) 條件下幹燥實驗, 建立了（le）花粉熱風幹（gàn）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…

摘要： 通過對花粉在不同幹燥溫度（dù）( T) 、花粉（fěn）厚度( h) 條（tiáo）件下幹燥實驗, 建立了花粉熱（rè）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（cí）： 花粉； 熱風幹燥； 幹（gàn）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（dī）商品（pǐn）價值, 必須通過幹燥處理使含水量降到5 %以下, 才可以貯藏（cáng）, 故幹燥是花粉加工中主要問題之一。為保證幹（gàn）燥質量, 使幹燥工藝更加合理, 必須先了解花粉幹燥中的失（shī）水規律。本（běn）文旨在研究（jiū）熱風（fēng）溫（wēn）度（dù）、花粉厚度等（děng）參數對花粉的幹燥影響, 建（jiàn）立（lì）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（zuǒ）右。
    1.2 實驗材料（liào）和方法（fǎ）
    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（bìng）稱重作好記錄, 把稱好的稱量瓶（píng）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（lù）, 直到物料質量不變為止, 此時為花粉的含水量達（dá）到（dào）平衡狀態。將裝有花（huā）粉的稱量瓶放入電烘箱中, 溫度為（wéi）105 ℃。幹燥至（zhì）恒重, 得到（dào）絕幹物料量（liàng）。
    2 結果與分析
    2.1 幹燥曲線的一般形式
    通（tōng）過試驗得到了花粉的水分含量比( MR) 與連續（xù）通（tōng）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（xià）降幅度較大, 幹燥後期下降（jiàng）非常緩慢。圖1 是在溫度60 ℃條件下MR- t 的關（guān）係曲線, 說明花粉幹燥過程中（zhōng）水分（fèn）蒸（zhēng）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（tè）性的影響
    物料的濕度比與幹燥時（shí）間呈現指數關係。在相同厚度的情況下, 隨著溫度的升（shēng）高, 指數曲線的（de）曲率有（yǒu）所增大, 即溫度越高幹燥速（sù）率越快, 幹燥周期越短( 見圖2) 。
    2.3 厚度對幹燥特性的（de）影響( 見圖3)
    在相同幹燥溫度下, 花粉厚度越（yuè）大, 幹燥速率越小, 幹燥（zào）時間越長。
    3 花粉幹燥數學模型
    物料幹燥是一個複雜的（de）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（gòu）、物理化學性質及外（wài）部形狀的不同而存在著明顯（xiǎn）的（de）差異（yì）。許多學者通過對不同物料的研究（jiū）, 總結（jié）出（chū）了幾種常用（yòng）的經驗、半經（jīng）驗幹燥數學模型, 用以定量地描述（shù）物（wù）料的幹燥規律, 也給我們從（cóng）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（shù）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（xù）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（xíng）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（huā）粉幹燥模型的比較
幹燥溫度/℃
花（huā）粉（fěn）厚度/cm
指數（shù）模型
單（dān）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（biǎo）1 可以看出化粉幹燥  曲線與（yǔ）單項擴散模型高度相關, 且（qiě）厚（hòu）度與溫度的不同, 待定係（xì）數kd、a、n 也不同, 因此可認為花粉幹燥過程的失水規（guī）律服從（cóng）單項擴散模型, kd、a 與幹燥時的溫（wēn）度、厚度有關。
3.2 待定係數的確定（dìng）
求得各實驗數據用（yòng）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（dù）條件下kd、Lna 也隨之（zhī）改（gǎi）變, 可見kd、Lna 分別是幹燥溫（wēn）度、花粉厚度（dù）的函數。對kd、Lna 進行關於幹燥溫度( T) 、花粉（fěn）厚度（dù）( h) 的二元線性關（guān）係的回歸（guī）, 見表3、表4。
綜上所述, 待定係數（shù）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（zào）溫度/℃； h———花粉厚度/cm。
4 結論（lùn）
1)      花粉幹燥曲線為指數曲線, 幹燥溫度、花（huā）粉厚度對幹燥（zào）曲線有影響。
2) 幹燥模型符合（hé）單向擴散模型即MR=aexp( - kdt)其（qí）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（kě）定量描述幹燥過程水分含量曲線隨（suí）幹燥溫度、花粉厚度的變化規律。
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