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干燥是农产品加工过程中的重要的环节。热泵干燥兼顾品质与成本,特别适用于农产品的干燥加工。热泵干燥系统常用的工质多数为氟利昂,干燥温度较低,耗时较长,且对环境有一定的危害,而应用自然工质CO2可以减少对臭氧层的破坏。本课题将CO2跨临界循环应用于热泵干燥技术,结合自动检测控制技术,搭建了一台小型的带回热器的环境友好型热泵干燥装置,并能够对干燥过程进行精确和实时的监测,实现数据的采集与归档。本课题的热泵干燥装置由冷凝器、蒸发器、压缩机、膨胀阀、干燥室、内部换热器、风机和辅助装置等组成,是一套全封闭结构的热泵干燥装置。干燥特性通过干燥曲线和干燥速率曲线来描述,跨临界热泵干燥装置的系统性能通过COP和SMER来评价。本课题对热泵干燥理论和干燥介质湿空气的性能进行分析,在CO2制冷技术研究成果的基础上,进行带回热器的跨临界CO2热泵系统的理论设计,包括确定蒸发器出口制冷剂过热度、高压压力、气体冷却器出口温度等。根据总体设计要求,对制冷系统和干燥系统的关键部件进行设计。包括CO2专用压缩机的选型、基于目前高压换热器的研究进展对气体冷却器和蒸发器的设计、节流装置的选型、辅助装置的设计;干燥系统包括风机的选型、干燥室及箱体的结构设计。数据采集系统采用PLC的模拟量输入模块接受传感器的温度、湿度、重量、风速信号,A/D转换后PLC将信号换算为工程值数据并储存。选用通信协议,建立计算机和PLC的通信,OPC服务器将通过通信获取数据。监测系统应用组态软件开发界面,具备过程实时显示、数据归档等功能,为下一步自动化控制提供基础。为实现制冷循环与干燥循环中的参数调节,系统采用变频器调节风机风速,加入辅助电加热器调节干燥室温度,采用直角针阀调节CO2的充注量,通过直通针阀的T形旋钮调节节流阀开度。在CO2热泵干燥系统设计加工完成后,进行了不同控制条件下的干燥实验。以胡萝卜为对象进行多组干燥实验,验证热泵干燥控制系统的性能。并对影响胡萝卜干燥特性的外部条件进行对比实验,找出了影响含水率和干燥速率的因素。温度对干燥速率的影响较风速大,温度或风速升高、物料厚度减小时,干燥速率增大,但温度或风速越高,干燥速率增大的幅度却越小。热泵干燥装置干燥全过程中的物料重量、含水率、干燥速率的变化符合干燥规律,热泵干燥装置运转正常,温湿度采集精确、稳定,风机频率恒定,风速小幅波动。实验表明该系统干燥性能佳,热泵干燥系统单位时间除湿量为1kg/h,达到市场化干燥机标准,热泵干燥系统单位能耗除湿量为0.67kg/kWh,有待进一步优化。