不同干燥方式对红托竹荪干燥特性和品质的影响

为提高红托竹荪干燥品质并获得最佳干燥工艺,采用真空红外干燥(vacuum infrared drying,VID)、气流冲击干燥(air impingement drying,AID)、控湿干燥(moisture control drying,MCD)等不同干燥方式对红托竹荪进行对比研究,以热风干燥(hot air drying,HAD)作为对照组,研究不同干燥方式及温度对红托竹荪干燥品质的影响。试验结果表明不同干燥方式对竹荪宏观品质产生了显著影响,其中MCD可获得最小的色差∆E和收缩率,AID则能够保证较高的复水比;干燥速率方面,MCD在前期能够获得较高的干燥速率,但后期干燥速率会放缓,而AID在整个干燥过程都具有较高的干燥速率,干燥时间较短;在成分保留上,MCD可以保留较高含量的多糖、三萜和黄酮,而采用VID可以有效保护多酚。单位能耗随干燥温度的升高明显降低,不同方式下VID的干燥能耗值整体偏大,MCD的单位能耗最低(18.82 kW·h/kg)。通过主成分分析法,上述干燥方式对红托竹荪综合评分后得到的结果排序为:MCD>AID>VID>HAD,MCD干燥方式中采用60℃相对湿度为40%,保湿时间15min的干燥工艺综合品质较佳,在此加工方式下的红托竹荪综合评分为2.94,该研究可为红托竹荪高品质干燥提供一定参考。

气体射流冲击干燥机气流分配室流场模拟与结构优化

为了改善气体射流冲击干燥机气流分配室流场结构,提高喷管速度分布均匀性,以气体运动微分方程和RNGk-ε湍流模型为基础,利用计算流体动力学软件Fluent对气流分配室内气流流场进行了三维数值模拟,得到了热气流在气流分配室内的流动特征,并对原模型结构进行改进,提出了3类优化方法,同时将最优模型的预测值与试验数据进行了比较。计算结果表明,气流分配室原始结构的速度矢量在气流腔室内部形成2个左右对称的反向涡流区,对应喷管出口速度分布沿高度方向呈先减小后增加的趋势,设计工况下速度偏差比和速度不均匀系数分别达到24.6%和18.1%;减小分配室下端宽度这一常见思路并不能改善气流分配室的速度分布均匀性,而扰流模型则被证明是可行的;平板扰流模型的效果优于半圆柱扰流模型,其最佳结构参数为平板间距为160mm且第一块平板较喷管轴线高14mm,速度偏差比降为7.7%,而速度不均匀系数仅为4.7%,数值模拟结果与试验数据最大偏差不超过8%。该文的研究思路对类似于干燥机气流分配室结构的均匀性设计提供了参考。

倾斜料盘式气体射流冲击干燥机设计与试验

针对平板式气体射流冲击装置存在的装料量小、干燥不均匀、干燥结壳等问题,设计了一种倾斜料盘式气体射流冲击干燥机。该干燥机由倾斜料盘车、干燥室、热空气循环利用系统、干燥加湿和控制系统等组成,干燥过程中可根据不同物料的干燥特性,对料盘托架倾角、料盘距喷嘴间距、喷嘴排列间距等结构参数和干燥室内气流温度、湿度、风速等工艺参数在一定范围内进行调节。以哈密瓜片为试验物料进行了性能试验,满装载量相比传统射流冲击装置提高了1.7倍,而干燥时间缩短了11.1%,干燥机的处理能力相对于后者提高了3.65倍,单位能耗降低了67.9%,且干燥均匀系数达0.97,干燥后的成品色泽褐变及收缩程度更小。所设计干燥机提高了气体射流冲击干燥装置的装载量,确保了干燥过程的均匀性,改善了干后品质。

哈密瓜片气体射流冲击干燥特性和干燥模型

为了提高哈密瓜制干品质、缩短干燥时间,该文将气体射流冲击干燥技术应用于哈密瓜片的干燥,研究了其在不同干燥温度(60、65、70、75和80℃)和风速(5、10、15和20m/s)下的干燥曲线、水分有效扩散系数以及干燥活化能,并建立了气体射流冲击干燥哈密瓜片的数学模型。研究结果表明:哈密瓜片的整个干燥过程属于降速干燥,水分有效扩散系数在2.38～4.55×10-9m2/s的范围内随着干燥温度和风速的升高而升高;通过阿伦尼乌斯公式计算出了哈密瓜片的干燥活化能为29.44kJ/mol。通过决定系数R2、均方误差的根(RMSE)和卡方检验值(X-2)等拟合优度评价指标对各种干燥模型进行评价,结果表明:ModifiedPage模型能很好的预测哈密瓜片气体射流冲击干燥过程中的水分比变化规律。该研究为使用气体射流冲击技术工业化干燥哈密瓜提供了技术依据。

气体射流冲击干燥含水率在线监控系统设计

针对气体射流冲击干燥过程中自动称量受风速、设备运行振动、干燥温度等因素影响的问题，设计了新型干燥设备监控系统，实现了干燥过程中物料质量及含水率的自动获取、即时查看及数据显示和存储。系统通过“停机-稳定-称量-启动”自动称量流程及分温度段分载荷区间线性化校准等方案，有效保证了自动称量精度，通过将从机控制器的运行状态纳入到系统运行逻辑判断中，保证了系统长期运行的可靠性和安全性。系统称量量程0～2000g，最小分度值1g。试验表明：自动称量系统相对误差小于0.7%，含水率（湿基）分析误差在±0.9%范围内，满足了干燥过程中在线物料质量及含水率监测需要。该系统为多种物料的干燥进程判断及产品质量保证提供了自动化监控平台。

基于MODBUS协议的干燥控制系统设计

针对气流冲击式转筒干燥机,设计了基于MODBUS通讯协议的新型干燥控制系统。系统以触摸屏为主机,单片机和2台变频器为从机,组成控制器网络,实现了系统各主要控制器的集中监控、多阶段变工艺干燥、湿度调节、温度精确控制、数据采集存储、运行中各参数的实时显示和温、湿度趋势曲线查看等功能。试验结果表明:系统多阶段运行时阶段切换正常,运行可靠,采集的数据重现了干燥过程的温、湿度变化情况,满足气流冲击式转筒干燥机控制的要求。

鲜切高山野山药片微波间歇干燥特性研究

为深入研究高山野山药的干燥特性,自制微波间歇干燥试验装置,采用四因素四水平(微波功率、切片厚度、加热时间、间歇时间)对鲜切高山野山药片进行微波间歇干燥试验,得出鲜切高山野山药片微波间歇干燥的干燥变化规律,并对结果进行分析。结果表明:高山野山药片微波间歇干燥过程大致包括加速、恒速和降速阶段;并且加热时间为7s时干燥色泽最好,此时切片厚度对收缩特性产生显著影响,提高切片厚度有利于保持高山野山药片的干后体积。该研究结果对于了解干燥高山野山药乃至相关农产品的过程具有一定的指导意义。

苜蓿气体射流冲击联合常温通风干燥装备设计及试验

针对苜蓿干燥存在的处理量小、耗能高、叶片损失率高的问题,该文将紫花苜蓿的干燥过程分为高温和常温两个干燥段,设计了气体射流冲击联合常温通风干燥装备,包括基于狭缝型气体射流冲击管的气体射流冲带式干燥机和基于环境条件自动控制的常温通风箱式干燥机。利用计算流体动力学软件Fluent对狭缝型气流冲击管内部的流场进行数值模拟。结果显示增设扰流板可以改善狭缝型气体射流冲击管喷嘴出口气流速度分布的均匀性,速度变异系数由不设扰流板情况下的51.1%降为7.7%;利用单片机控制系统进行信息采集并控制通风的进行,解决夜间物料吸湿回潮、发热的问题。以紫花苜蓿作为原料对干燥装备的性能进行试验验证,结果表明:气体射流冲击联合常温通风干燥的苜蓿具有批次处理量大(150 kg/h)、叶片损失率小(干草的叶片损失率为1.5%)、能耗低(单位去水能耗3 408 k J/kg)的优点。研究结果为低能耗、低叶片损失率的苜蓿干燥技术与装备提供参考。

含有桑葚花青素和纳米二氧化钛的壳聚糖/羟乙基纤维素双层膜的3D打印制备及研究

以壳聚糖(CS)和羟乙基纤维素(HEC)作为制膜基材制备了一种双层抗菌显色材料。向基材中分别添加纳米二氧化钛(Nano-TiO_(2))和桑葚花青素作为天然指示剂、抑菌剂,分别形成外层及内层材料,各层材料内部通过分子间相互作用力进行结合,呈现出较为致密的微观结构。通过实验探究该复合材料的基础性能及3D打印参数的优化。结果表明,基材的最佳质量比为CS∶HEC=3∶3,CH黏度适中。通过打印参数优化,逐步确定CH的最佳打印参数如喷嘴直径、打印压强、喷嘴高度及打印速率,打印图像清晰,较稳定,不易塌陷及扩散。内层膜填充密度会对材料整体性能产生影响,其中内层膜填充密度为45%时(CHMT-45%),材料性能最佳,在不同温度下,均表现出较强的颜色稳定性。

猕猴桃片旋转托盘式微波真空干燥特性分析

为研究猕猴桃片基于旋转托盘式微波真空干燥特性及品质优化工艺,探讨了不同功率密度(3.33、6.25、9.58 W/g)、干燥温度(40、45、50、55℃)、腔室压力(5、10、15、20 kPa)及切片厚度(3、6、9、12 mm)对猕猴桃片干燥特性的影响,比较了旋转托盘式相对于传统水平转盘式微波真空装备的优势,并研究了不同模型拟合预测猕猴桃片水分比变化的准确性与适用性。结果表明:随着功率密度的降低和切片厚度的增大,物料干燥过程中存在更为明显的恒速段;当干基含水率降至1.3 g/g左右时,干燥过程转入降速阶段。综合考虑感官评价及干燥时间可得,功率密度6.25 W/g、干燥温度45℃、腔室压力5 kPa、切片厚度6 mm干燥条件下猕猴桃片干制品品质最佳。旋转托盘式微波真空干燥可大幅提升物料装载量,干燥均匀性较传统方式提升了16%,干燥平均能耗仅为后者的71.2%。通过模型预测值与试验实测值的比较,BP神经网络模型决定系数R2可达0.996,相比Weibull模型能更好地预测猕猴桃干燥过程的水分比变化规律。

微波真空干燥对香蕉片干燥特性及品质的影响

为研究香蕉片微波真空干燥特性及品质,探讨了不同干燥因素对香蕉片干燥速率及品质的影响,在不同干燥温度(45、50、55、60℃)、微波功率密度(28、53、82 W/g)、真空度(75、80、85、90 kPa)及切片厚度(4、6、8、10 mm)条件下对香蕉片进行微波真空干燥试验,并运用Weibull模型拟合了香蕉片微波真空干燥特性曲线。试验结果表明:随着干燥温度、微波功率密度及切片厚度的增加,干燥时间缩短;Weibull分布函数能够较好地模拟香蕉片微波真空干燥过程,尺度参数α随干燥温度、微波功率密度和切片厚度的增加而降低,而干燥条件的变化对形状参数β影响甚微;色泽与干燥温度、微波功率密度、真空度及切片厚度均有关,干燥温度与真空度越高,色差越小,且随微波功率密度的上升而增大及切片厚度的增加呈先减小后增大的趋势;微波功率密度和切片厚度是影响复水比的主要因素,微波功率密度为28 W/g、切片厚度为4~8 mm时,干燥后的香蕉脆片复水性能较好。香蕉脆片的最佳干燥参数为干燥温度60℃、微波功率密度28 W/g、真空度90 kPa、切片厚度6 mm,此条件下香蕉脆片酥脆度最佳,孔隙分布均匀一致。该研究探索了真空微波干燥技术下香蕉片的干燥特性和品质,为香蕉片微波真空干燥技术的应用提供了理论指导。

青花椒真空脉动干燥特性及干燥品质工艺优化

为提升青花椒的干燥品质,减少其色泽褐变和风味物质流失等问题,该研究采用真空脉动干燥技术加工青花椒,并以热风干燥试验为对照组,研究了不同干燥温度、真空保持时间和常压保持时间对青花椒干燥特性及其品质的影响。在单因素试验基础上进行Box-Behnken中心组合试验设计,以青花椒的平均干燥速率、挥发油、酰胺含量、色差、开口率5个指标进行响应面优化分析。试验结果表明,Weibull模型可精确拟合青花椒真空脉动干燥曲线(R~2>0.99)。干燥温度升高可在一定程度上提高青花椒的干燥效率和开口率,减少褐变和挥发油损失,同时酰胺类含量随干燥温度上升而有所下降。根据响应面试验结果,各因素对青花椒干燥综合评分的影响效果由大到小顺序为:干燥温度、真空保持时间、常压保持时间。优化的工艺参数为真空脉动干燥温度61.4℃、真空保持时间5 min、常压保持时间5 min,综合评分值达8.06,验证试验结果偏差仅为2.6%。研究结果为青花椒真空脉动干燥应用提供参考。

旋转托盘式微波真空干燥机设计与试验

针对传统微波干燥装置存在的物料受热不均、热点难以控制及干燥品质劣变严重等问题,设计了一种旋转托盘式微波真空干燥机。该机由干燥箱、控制系统、真空系统、传动系统、制冷循环系统和微波加热系统等组成。干燥过程中,在驱动装置的作用下物料随旋转托架绕主轴匀速转动,使物料受热均匀;真空系统在抽真空的过程中能及时将物料蒸发出的水分抽离;采用制冷循环系统,可保证真空泵精准维持干燥腔室内所需真空度;控制系统通过控制真空微调阀可使干燥室内的干燥压力在真空与常压之间有规律地变化。以番木瓜为试验原料进行了干燥机性能试验,结果表明,旋转托盘式微波真空干燥机性能较好,与传统微波干燥方式相比,满装载量提高了80%,干燥时间缩短了43.8%,单位能耗降低了29.8%,且脱水量均匀度达到97%,内外色泽一致,具有良好的干燥均匀性。所设计的干燥机可确保物料受热均匀,提高了干燥效率和物料干燥品质。

2BF-5型玉米-大豆带状间作精量播种机设计与试验

为解决玉米-大豆带状间作复合种植模式机械化播种机具作业性能不良、综合效益低的现状,结合整机驱动和仿形播种单体的优点,设计了2BF-5型玉米-大豆带状间作精量播种机。同时,为验证2BF-5型玉米-大豆带状间作精量播种机的工作性能并研究留茬免耕、灭茬免耕、灭茬旋耕3种不同耕作方式下机械播种对作物出苗质量的影响,选择播种粒距合格率、重播指数、漏播指数、出苗率、有效株数和产量作为主要考察指标进行单因素随机区组设计。试验结果表明,不同粒距下2BF-5型玉米-大豆带状间作播种机的播种粒距合格率为75. 8%～83. 57%,漏播指数为7. 8%～9. 17%,粒距变异系数为11. 4%～15. 4%,各项性能指标符合相关标准和实际生产要求。经过对出苗率和产量的分析表明,在灭茬免耕处理下该播种机播种作业的产量最高。

苹果片微波间歇干燥特性及模型拟合

利用微波在线检测装置将微波间歇干燥技术用于苹果片薄层干燥试验,研究了苹果片在700、600、450、250 W功率,切片厚度为3、5、7、9 mm,单次微波加热时间4、5、6、7 s下的干燥动力学特性。试验结果表明,苹果片微波间歇干燥过程属于降速干燥。微波功率、切片厚度、加热时间对干燥过程影响显著。水分有效扩散系数随着干燥功率的升高、切片厚度的增加、加热时间的延长而增加。通过模型拟合可知Weibull模型具有较高的预测精度,能很好地描述苹果片微波间歇干燥试验过程规律,利用逐步回归法,确定了Weibull模型参数α、β的表达式。模型的尺度参数α随功率增大、厚度减小、加热时间增加而减小,说明增大干燥功率、减小切片厚度、延长加热时间可以显著缩短干燥时间、提高干燥效率。功率、厚度和加热时间对形状参数β影响很小,说明干燥过程中物料状态变化较小。

茶叶嫩梢采摘末端执行器的设计研究

为了解决茶叶嫩梢的选择性采摘问题,以茶叶嫩梢的物理学特性为设计依据,设计了一种可夹提式采摘茶叶嫩梢的末端执行器,运用MATLAB软件的GUI模块及SolidWorks软件对采摘末端执行器的结构参数进行优选分析,并获得最佳组合参数,通过运动学仿真分析可行且满足夹持力要求;采摘末端执行器模型在茶园进行采摘试验,结果表明,一芽一叶的漏采率为2.8%、采摘完整率为91%;一芽两叶的漏采率<3%、采摘完整率为94%,试验结果验证该采摘末端的结构设计及其参数切实可行,为茶叶嫩梢的选择性采摘提供理论依据,并为后续茶叶嫩梢采摘机的研发提供技术支撑。

高温高湿气体射流冲击烫漂对红枣品质影响

利用高温高湿气体射流冲击烫漂技术对红枣进行烫漂处理,研究不同烫漂相对湿度(30%,40%,50%),烫漂时间(1,3,5,7 min)对不同初始含水率(25%,30%,35%)红枣中还原糖、总糖、总酸的影响。结果表明:不同初始含水率红枣经不同烫漂相对湿度处理后,还原糖含量显著高于未处理红枣(p<0.05);同一含水率红枣还原糖含量到达峰值所需时间,随漂烫相对湿度增加而缩短;同一烫漂相对湿度下,还原糖含量到达峰值时间随初始含水率增加而缩短;不同烫漂相对湿度下,红枣中总酸和总糖含量随烫漂时间延长而下降。该研究表明高温高湿气体射流冲击烫漂能够加快红枣中还原糖的转化、缩短加工时间,为该技术应用提供了一定的理论依据。