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本论文研究工作主要在考察真空带式干燥设备结构特点的基础上,对干燥过程进行数学模拟,并以香蕉为研究物料,分析了干燥参数对干燥特性的影响。
首先介绍了真空带式连续干燥设备的组成,分析了设备的结构特点,重点考察了进料量、物料铺放的均匀性和物料厚度的影响因素。其中,物料的进料量受捕水器的捕水速率和物料初始含水量有关;物料在传送带上铺放的均匀性受传送带速度、喷嘴摆动速度和喷嘴摆动角度影响,通过分析,得出了三者对均匀性影响关系;在物料铺放均匀的前提下,物料厚度与单位时间进料量、传送带移动速度、喷嘴摆动角度有关,当通入发泡剂后,物料厚度会发生变化;另外,喷嘴口和传送带的垂直距离对铺放的均匀性也有影响。
研究了真空带式干燥的工艺过程。以香蕉为研究物料,考察了真空带式干燥的基本过程,得到了香蕉粉真空带式干燥的工艺曲线;并与冷冻干燥法进行了比较,得出真空带式干燥技术可用于香蕉粉生产,并适合大规模生产。为了考察干燥过程参数(物料滞留时间、加热板加热温度和工作真空度)对干燥过程的影响,进行了香蕉粉真空带式干燥的单因素实验,并进行了分析。通过实验,拟合实验数据,发现物料水分比(样品水分与物料初始水分的比值)在干燥位置的分布呈二次方程分布。用均匀设计法设计了真空带式干燥实验,通过不同的实验参数拟合出不同的实验常数,然后用回归的方法得出这些干燥常数与干燥过程参数(加热板加热温度和进料量)的关系。
真空带式干燥工艺过程由降温阶段、升温阶段、恒速干燥阶段和降速干燥阶段。根据能量守恒原理,对真空带式干燥不同阶段建立了相应的数学模型。高水分物料进入真空室后,物料水分会有一个大幅度降低,并伴随着有一个温度降低,建立了描述物料降温过程的传热传质模型,模型计算结果与实验结果基本吻合。在物料干燥过程中,不考虑物料内部温度梯度的影响,分别建立了描述物料升温过程的模型,描述恒速干燥阶段的模型和降速干燥阶段的模型。由升温过程模型可求出物料升温段的时间,由恒速阶段模型可以求出在恒速段的传送带长度,并与实验结果基本吻合。在降速干燥段,根据Fick第二定律建立了非稳态扩散方程,用积分法对模型进行了近似求解,可用来预测降速干燥的时间。