摘要：在芳香类药材、花卉、生物资源产品等热敏性物料的加工过程中，干燥是非常重要但也比较薄弱的一个环节。本文介绍应用热泵干燥技术进行热敏性物料热泵干燥设备的开发研制。经试验证明：该设备具有良好的节能、环保效果，物料干燥质量明显提高，经济效益显著。
关键词：热敏性物料，热泵，干燥，设备，研制
0 引言
目前，绝大多数农产品及生物资源产品的干燥均采用传统的热风干燥方式，即将空气直接或间接加热后，送至待干燥物料表面，带走水分。由于采用热空气作为介质，而此介质未经除湿处理，干燥介质的湿度与干燥物料的湿度相差不大，需提高温度才能加快干燥速度，物料干燥的速度与介质温度成正比。因此，干燥温度远远高于常温。在高温干燥过程中，极易造成被干燥物料，特别是一些高价值农产品及生物资源产品的变质、变形、变色、焦溶，有生命的种子受热失效，芳香类物质逃逸等等不良后果，影响干燥产品质量，造成严重经济损失。此外，热风干燥设备多采用燃煤、燃油等方式提供热源，能耗高而且污染环境，应用范围日益受到限制。我们在结合云南砂仁、辣木等典型中药材干燥工艺的研究，利用热泵干燥技术研制了主要用于芳香类药材、花卉、生物资源产品等热敏性物料加工的热泵干燥设备，设备具有以下特点。
1)热泵干燥的能量利用率高，运行成本低，节能环保。
2)热泵干燥一般为低温干燥，因此不会产生氧化及化学分解等现象，特别适用于热敏性物料、生物制品、中药材等的干燥，干燥后的物料色、香、昧及外观良好，能有效提高产品质量。
3)对于干燥介质进行闭路循环干燥，不受外界气候条件的影响，一年四季均在同一条件下平稳运行，无环境污染问题。
4)热泵干燥在低温下运行，设备使用寿命长。
1 设备研制
设备应用热泵干燥原理，在研究中药材干燥工艺，充分考虑物料干燥过程中对温度、含水率、干燥循环风量的基础上进行开发研制。
1．1 系统工作原理
在热泵干燥过程中，热泵制冷循环系统起到了提供干燥空气热源和干燥空气除湿作用，干燥室起到了保证干燥空气密闭循环和装载所需干燥物料的作用。热泵干燥机组的干燥方法是在干燥室内设置循环风机，使干燥室内空气高速循环对流，保持干燥室内各点温度均匀一致，同时吸收被干燥物料的水分变为湿空气。然后，当循环空气中的一部分湿热空气在热泵主风机的作用下通过蒸发器时，被降至露点温度以下，湿热空气析出循环空气中的水分，并将析出的冷凝水排出干燥室外；经除湿后的这部分低温低湿循环空气再流经冷凝器时，热泵又将在蒸发器中吸收湿热空气的热量再加上压缩机消耗功能转化的热量一起传递给循环空气，这样加热循环空气成为新的干燥空气由循环风机送入干燥室内，干燥空气穿过多层物料车的物料进行干燥加工，吸收了物料水分且温度降低了的湿热空气再流经热泵系统的蒸发器和冷凝器开始下一轮的除湿加热循环，直至物料被干燥至所需含水率为止。
热泵干燥基本原理如图l所示。在空气循环中，1—2代表空气在冷凝器中的等湿加热过程，经过这个过程干燥空气的相对湿度降低，2—3表示在干燥室中的等焓加湿过程，此过程干燥物料中的水分不断向干燥空气中扩散，3—1表示吸收物料水分后的干燥空气在蒸发器中的除湿过程，干燥空气中的一部分水分被冷凝除去。在制冷循环图中，a—b为压缩机的等熵绝热过程，b—c为等压冷凝放热过程，c—d为绝热节流过程，d—a为等压蒸发吸收过程，冷凝器与蒸发器的差值用以提升干燥室内温度。
1．2热泵系统设计
热泵干燥机组主要由热泵和干燥室两大系统组成，干燥过程包括了制冷循环和空气循环，干燥热源是利用热泵系统制冷循环中的冷凝热与蒸发吸热的差值来提升干燥温度。热泵系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀等部件组成闭路循环系统。热泵干燥机组工作原理示意图如图2所示。
1．3干燥室设计
热泵干燥机组的干燥室采用水平气流箱式干燥器形式设计，干燥室内的热风沿着物料表面水平通过。箱体用彩钢复合保温板制造，具有良好的保温性和耐热性。热泵系统集成安装在箱体外侧，箱内装有四台可移动不锈钢盘架式物料车，每台物料车上有20个物料盘，物料车承载干燥物料总面积35m2。为保证干燥室内气流能高速循环和各点温度均匀，在箱内顶部装有三台循环风机。为达到干燥室快速升温的要求，在循环风机前装有辅助电加热器。
1．4电控系统设计
机组电气控制需满足干燥过程中温度、湿度、风速等参数可调可控。其中，温度、湿度由热泵系统调节，在设定干燥温度后由相关电磁阀自动切换作用于相关冷凝器上，保证干燥温度的稳定，温差保证在±0．5℃范围内。为保证热泵系统安全运行，设计了压缩机超压或低压自动断电保护系统，在热泵系统中设计有只能在热泵主风机开启后热泵系统才能启动的限制功能。温度数据由温度传感器采集到温度控制器上，温度控制器调整热泵系统达到干燥温度的升降。干燥热风风速可由循环风机控制，循环风机由变频调速器控制，干燥风速可无级调速，以保证不同物料及不同干燥阶段对风速的要求。辅助电加热器在干燥过程中辅助热泵系统达到干燥机组快速升温的效果。
2试验情况
试验情况如表1、表2所示。
该设备试制后安装于西双版纳，经过500h以上运行干燥试验，性能稳定。试验时，干燥物料为当地的辣木、砂仁等中药材。在测试热泵于燥设备干燥效果的同时，研究不同物料的最佳干燥工艺，两种物料的干燥试验均无需经过传统干燥方法中的杀青过程，增加了缓苏过程，以利于干燥空气有效吸附物料水分。辣木、砂仁干燥试验分别选用4批次、8批次不同数量、不同干燥时间及不同干燥温度进行试验。干燥时，干燥介质(循环空气)完成冷凝除湿一升温一吸附物料水分一冷凝除湿的循环过程对物料进行干燥。使用该样机对两种物料进行干燥加工，产品的外观形态、色泽明显优于普通烘干的产品，送检样品检验结果达到有关标准要求。
3 结论
1)该设备经过运行试验，除水量均值6kg·HzO／h，单位能耗小于3×103kJ／kg·HzO，干燥温度15℃～40℃可调，运行噪声小于60dB(A)，达到了设备研制的参数要求。
2)与常规干燥相比，热泵干燥能量利用率高，无环境污染，能避免被加工产品受污染，能有效保持干燥产品的色泽和有效成份。
3)设备设计合理、结构紧凑，运行平稳，安全可靠，使用维修方便，操作简单。
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