冷冻处理氢氧化铝污泥干燥过程水分有效扩散系数

实验测定了有无进行冷冻处理的工业铝厂氢氧化铝污泥在恒温降速干燥阶段的干燥速率曲线 ,并分别给出了它们在降速干燥过程中水分的有效扩散系数及其经验关联式 ,最后对二者进行了比较和分析。显然 ,冷冻后水分有效扩散系数比冷冻前大约增加了 4 3倍 ,系由于冷冻使污泥粒子粗大化和多孔化所造成的结果。

重量法研究大豆水分吸附速率和有效扩散系数

在5种温度（10~35℃）、3个湿度（RH 65%、86%及100%）组合环境中,以称重法测定了初始低水分（4.33%~5.85%）、正常水分（11.74%~12.65%）、高水分（17.58%~17.89%）两个大豆品种“中黄37”和“澄豆”含水率随时间的变化,并采用修正的扩散方程描述水分吸附/解吸速率变化规律,对径向对称的球形大豆籽粒采用斜率方法分析计算水分扩散系数和活化能。在RH 65%~100%范围内,大豆初始水分越低,10~35℃条件的水分吸附速率越大,且温度较高,吸附速率较大。同样的初始水分条件,暴露的相对湿度越高,大豆的水分吸附/解吸速率越大。正常水分的大豆样品20~35℃水分吸附速率均在72 h内快速降低,而10℃水分吸附速率在96 h内缓慢降低。测定的两个大豆品种正常含水率样品10~35℃吸附过程中,水分有效扩散系数为1.920×10-8~5.253×10-8m2·h-1,活化能为10.711~23.358 k J·mol-1。对相同初始水分样品,随着温度增加,大豆籽粒水分扩散系数增加;随着相对湿度增加,籽粒活化能呈现增加趋势。随着进样初始水分增加,同一大豆品种籽粒水分扩散系数和活化能呈现增加趋势。

稻谷籽粒水分有效扩散系数的研究

在5种温度（10-35℃）、3个相对湿度（RH 65%、86%、100%）组合环境中以静态称质量法测定初始低水分（8.09%-8.45%）、正常水分（13.26%-14.12%）、高水分（21.03%-21.75%）籼稻＂刚优＂和糯稻＂尖尖糯＂稻谷籽粒含水率随时间的变化,并采用修正的扩散方程描述水分吸附/解吸速率变化规律.在RH 65%-100%范围内,稻谷初始水分越低,10-35℃下的水分吸附速率越大,温度较高,吸附速率则较大.同样的初始水分样品,暴露的RH越高,它们的水分吸附/解吸速率越大.假定稻谷籽粒是均质的有限圆柱体,采用数值解法解偏微分水分扩散方程,并用斜率方法分析稻谷水分有效扩散系数,两个正常水分稻谷品种样品在10-35℃范围吸附过程中,水分有效扩散系数为4.318×10^-9-1.546×10^-8 m^2·h^-1.初始水分相同的稻谷籽粒有效水分扩散系数,在相同RH下随着温度升高呈现增加趋势,而在同一温度下随着RH增加则呈现减少趋势.

稻谷烘干过程中的水分扩散特性与品质特性

为深入研究稻谷高效均匀化烘干过程中的水分扩散与质量转变耦合特性,该文测定了玉香油粘稻谷经50、65、80℃分别烘干时的水分有效扩散系数;检测了以上3种温度分别烘干稻谷的色差、籽粒颖壳断面孔隙率与分形维数及玻璃化转变温度,考察了已烘干稻谷的含水率、硬度、爆腰率、发芽率等过程品质差异。结果表明:玉香油粘稻谷烘干过程的有效水分扩散系数为3.576×10-8e15 684/Tm2/s;随烘干温度增加,籽粒颖壳断面的孔隙率由鲜谷的0.39±0.06依次降为0.22±0.09、0.17±0.04、0.13±0.05,但烘干稻谷的分形维数、色差、玻璃化转变温度则较其鲜谷波动增加;已烘干稻谷的含水率、硬度、爆腰率、发芽率组间差异显著(P<0.05)。50℃烘干稻谷的爆腰率、发芽率性能优,宜选为稻谷烘干常用工艺温度,研究结果为稻谷高效均化烘干提供了理论与基础数据参考。

干燥过程中玉米籽粒水分扩散系数及热特性研究

在45~75℃干燥箱中,分析了初始水分27.1%~34.5%的五个玉米品种含水率随时间的变化,并以修正的扩散方程(MPage)描述水分解吸速率,对平板状玉米粒采用斜率法计算水分扩散系数。MPage很好地拟合了干燥过程水分比率(MR)随时间的变化曲线(R^2>0.94,MRE<6.23%)。在75℃干燥,玉米解吸速率高达250×10^(-5)~350×10^(-5)min^(-1),在150 min内降低到最低;在45℃干燥,解吸速率则高达75×10^(-5)~100×10^(-5)min^(-1),在250 min内缓慢降低到最小值。在45~55℃干燥,龙江品种解吸速率曲线最低,郑单、先玉、唐抗、中糯四个品种的解吸速率曲线相似;在65~75℃干燥,唐抗品种解吸速率曲线最低,其他四个品种的解吸速率曲线相似。随着干燥温度的增加,玉米粒水分有效扩散系数增加;45~55℃水分有效扩散系数较接近,65~75℃水分有效扩散系数是45℃的2~3倍。龙江品种玉米在75℃干燥140 min和65℃干燥170 min,玉米裂纹破碎率明显增加。干燥温度和干燥时间不影响玉米的糊化温度起点、峰值、终点和峰值宽度,但是75℃干燥明显提高焓变和热流功率。

油菜籽流化床干燥水分扩散规律的实验研究

为了研究油菜籽流化床干燥过程水分扩散规律,基于Fick第二定律和Arrhenius方程,通过开展油菜籽流化床干燥实验,分别考察了油菜籽初始含水率、热空气温度和热空气流速与水分比和水分有效扩散系数之间的变化规律。结果表明:随着油菜籽初始含水率、热空气温度和热空气流速逐渐增大,水分有效扩散系数增加,14.41%~29.72%初始含水率、1.75~2.25 m/s热空气流速及45~65℃热空气温度所对应的水分有效扩散系数范围分别为6.485×10^(-10)~10.133×10^(-10)m^2/s、7.296×10^(-10)~9.525×10^(-10)m^2/s和5.269×10^(-10)~8.917×10^(-10)m^2/s,其中29.72%初始含水率的水分有效扩散系数是14.41%的1.6倍,2.25 m/s热空气流速的水分有效扩散系数是1.75 m/s的1.3倍,65℃热空气温度的水分有效扩散系数是45℃的1.7倍。Arrhenius方程可以描述油菜籽流化床干燥水分扩散系数与温度的关系,水分扩散的平均活化能为22.84 kJ/mol;通过比较4种常见薄层干燥模型,发现油菜籽流化床干燥失水规律采用Page模型可进行准确模拟,其决定系数R^2≥0.997,相对误差≤5.4%。研究结果为提高干燥效率,优化干燥工艺参数提供参考。

基于Logarithmic方程的干燥参数对稻谷水分扩散特性影响分析

稻谷籽粒内部水分扩散的快慢决定了干燥速率。本文基于Logarithmic方程,建立稻谷水分传递动力学模型,并分析热风温度(40、50、60、70℃)和风速(0.3、0.4、0.5 m/s)对稻谷(湿基水分含量23.4%)有效水分扩散系数和扩散活化能的影响。结果表明:随着干燥温度和风速的上升,稻谷干燥速率提高,同时对应的有效水分扩散系数越大,分别为5.123×10-12~2.141×10-11m^2/s;扩散活化能从32.94 k J/mol增加至36.30 k J/mol;对比常用的5种谷物干燥模型发现,Logarithmic模型对稻谷薄层干燥的拟合度较好,R2>0.997,RMSE<2.810×10^(-3),同时该模型模拟得出的有效水分扩散系数与实际差值均低于3.8×10^(-13)m^2/s,扩散活化能均低于2.53 k J/mol,与实际值基本吻合。

基于LF-NMR的香芋微波真空干燥中水分扩散特性研究

为了研究香芋片微波真空干燥过程中水分扩散特性,采用微波真空干燥箱在1.5、2.0和2.5 W/g 3个微波强度下对香芋片进行了干燥试验,利用低场核磁共振技术测定了香芋片微波真空干燥过程中水分迁移及分布情况。结果表明,香芋片微波真空干燥过程主要为降速阶段,3种微波强度下平均干燥速率为0.149、0.185和0.224 g/(g·min);有效水分扩散系数为7.30×10-9、9.46×10-9、1.14×10-8m^2/s。NMR T2谱显示,香芋中存在结合水、不易流动水和自由水3种状态,其横向弛豫时间分别为T21 (2.31～9.32 ms),T22 (10.72～49.77ms)和T23 (57.22～705.48 ms)。干燥过程中,MVD香芋内自由水含量显著降低(p<0.05),不易流动水所占比例呈现先增加后下降的趋势,结合水含量变化不显著(p>0.05),所占比例逐步上升。MRI检测表明,MVD香芋内外同时失水,且微波强度越高,弛豫信号消失的越快。该研究揭示了微波真空干燥中香芋内水分扩散规律,即微波强度越高,样品内水分扩散速率及不同组分水分之间的转化越迅速。该研究为香芋的微波真空干燥产业化生产提供理论依据。

热风-脉动压差闪蒸干燥对苹果片水分及微观结构的影响

该文应用菲克第二定律、采用低场核磁共振及磁共振成像系统（MRI,magnetic resonance imaging）、差示量热扫描、扫描电子显微镜等技术,分析不同预干燥温度对苹果片脉动压差闪蒸干燥过程中水分扩散和微观结构的变化。试验结果显示：随预干燥温度升高,水分扩散速率加快,有效水分扩散系数随温度升高而变大,整体范围在9.84×10-9~7.24×10-8 m2/s;干燥作用引起水分状态由高自由度向低自由度迁移,自由水含量在干燥初期迅速降低,不易流动水含量先增加后降低;MRI结果表明：苹果鲜样水分集中于中心部位,随干燥进行,水分向外扩散并均匀分布于样品中,含水率的降低,导致图像亮度呈现降低趋势,同时样品表现出向中心收缩的现象;脉动压差闪蒸干燥过程中,含水率与玻璃化转变（Tg）和水分活度（aw）之间表现出极显著相关性（R〉0.90,p〈0.01）,含水率的降低引起Tg升高、aw降低,且Tg与aw之间呈线性相关（R2〉0.81）;水分的散失导致微观结构发生变化,细胞破裂形成空腔,脉动瞬间的真空作用促使苹果片多孔海绵状结构进一步形成,赋予其酥脆口感。该试验可以为苹果片在脉动压差闪蒸干燥方面提供理论依据和技术参考。

氢氧化钙处理鲜马铃薯渣干燥动力学研究

目的探讨氢氧化钙[Ca(OH)_(2)]处理鲜马铃薯渣的干燥效率及其干燥动力学。方法研究干燥温度(30、40、50、60℃)、相对湿度(13%、33%、54%、75%)和载物量(10、30、50、70 g)对Ca(OH)_(2)处理鲜马铃薯渣的干燥曲线、干燥速率曲线、水分有效扩散系数以及干燥活化能的影响,并建立干燥动力学模型,将干燥特性曲线进行非线性拟合。结果Ca(OH)_(2)处理鲜马铃薯渣主要为降速干燥,干燥温度越高,相对湿度越低,载物量越少,鲜马铃薯渣的干燥速率越快,水分有效扩散系数为2.48554×10^(-11)~13.15592×10^(-11)m^(2)/s,干燥活化能为12.06kJ/mol。Logarithmic为Ca(OH)_(2)处理鲜马铃薯渣拟合程度最好的干燥动力学模型。结论经Ca(OH)_(2)处理的鲜马铃薯渣较容易干燥,Logarithmic模型可以较好描述其水分变化规律,为描述和预测Ca(OH)_(2)处理鲜马铃薯渣干燥过程中的水分变化规律提供了依据。

大别山板栗片热泵干燥特性及动力学模型分析

为了研究大别山板栗片热泵干燥过程和特性,建立其干燥动力学模型,并优化干燥工艺以提高干燥后的品质,以大别山板栗为研究对象进行热泵干燥动力学研究,通过对7种常用干燥模型线性化处理,筛选适合用来描述板栗片热泵干燥特性的数学模型,并利用试验数据与模型进行回归拟合,确定并建立最适合的数学模型。结果表明:Page模型的预测值曲线和实测值曲线高度吻合,Page模型可用来描述板栗片热泵干燥过程中水分的变化规律。研究结果可为板栗片实际生产中的热泵干燥加工提供一定参考。

花椒热风-微波组合干燥失水特性研究

花椒热风干燥降速期水分含量低,水分扩散慢,导致热风干燥耗时长。为提高干燥效率,并通过热风与微波组合干燥,分别进行热风干燥、微波干燥和热风-微波组合干燥实验,探究不同干燥参数对花椒失水特性的影响,以确定合理的干燥转换临界点和最优组合干燥模型,并将傅里叶准则数(F_(0))引入Fick第二扩散定律方程,求解有效水分扩散系数(D_(eff))。研究结果表明:热风和微波单独干燥时,升高风温风速和增加微波功率均有利于缩短干燥时间;热风-微波组合干燥花椒时,热风段转微波段的最佳目标含水率即为热风干燥的临界点含水率(65%(w.b)),且高热风温度和高微波功率均可使微波干燥段获得高失水速率;热风-微波组合干燥花椒热风段和微波段对应的最优模型分别为Wang and Singh模型和Page模型,D_(eff)范围分别为1.908×10^(-9)~3.547×10^(-9)m^(2)/s和1.883×10^(-8)~3.321×10^(-8)m^(2)/s。热风-微波组合干燥方式能够显著提高干燥效率,促进花椒内部水分扩散,干燥模型可为优化干燥工艺和设计干燥设备提供理论依据。

温度对绿色葡萄干色泽及干燥特性的影响

【目的】研究不同温度条件下热风干燥对葡萄干色泽相关指标、水分扩散系数的影响,为绿色葡萄干的工业化生产加工提供理论和技术支撑。【方法】采用不同温度(30、32.5、35、37.5和40℃)对无核白葡萄进行干燥,分析温度对葡萄色泽、水分扩散系数及制干品质的影响,拟合干燥动力学模型。【结果】干燥温度为35℃时绿色葡萄干比率最高达到64%,色泽与原料的差异最小,色差ΔE仅为6.99,C、h 0、L、a、b等色泽指标分别为18.23、1.4、14.57、2.99、17.95。叶绿素、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、总酚含量分别为0.56、0.19、0.36、0.32、0.18 mg/g。35℃更适宜绿色葡萄干加工。最符合葡萄干燥的模型,决定系数R 2值最大,误差平方和、SSE和均方根误差RMSE均值最小,分别为0.9981、0.0054和0.0077。绿色葡萄干最适宜的有效水分扩散系数为5.3348×10^(-9)。【结论】热风干燥温度为35℃时最有利于无核白绿色葡萄制干,35℃时有效水分扩散系数分别为30、32.5、37.5和40℃的114.13%、110.58%、95.17%和76.58%,Logarithmic模型可以有效的描述热风干燥工艺条件下葡萄果实水分的变化规律。

稻谷低温低湿干燥特性与水分迁移分析

对初始含水率18.9%~29.6%的稻谷进行低温低湿薄层干燥,基于模型拟合、干燥时间和有效水分扩散系数的计算,研究稻谷初始含水率和温湿度因素对其表观水分扩散特性的影响,通过核磁共振技术探究前者内在水分动态。结果表明:在低温低湿条件下干燥温度越低,除湿对缩短稻谷干燥时间的效果越显著。Page模型拟合效果理想,参数k和n能较好地用实验变量所建立的回归方程描述。稻谷的有效水分扩散系数Deff在3.0697×10-10m2/s到5.0369×10-10m2/s范围内,MC0、T和RH对其有极显著的影响(p<0.01)。同时,核磁数据反映出干燥过程中,稻谷内表征"结合水"的A21峰面积和束缚水的A22峰面积降低显著,自由水的A23峰面积变化较小,含水率降至14.5%~16.5%范围时束缚水的信号峰消失。连续称重法结合LF-NMR技术能够有效分析稻谷低温低湿干燥过程中水分扩散和状态转化的规律。

基于Modified Page函数和Box-Behnken响应面法的黄姜干燥参数优化

为优化热泵干燥黄姜片工艺,探究最佳干燥参数,以干燥温度、黄姜片厚度、出风速度三个为试验因素,采用Box-Behnken正交试验设计,确定黄姜片热泵干燥最佳工艺,计算每组试验中黄姜片的水分比,并采用PyCharm软件确定黄姜片热泵干燥的最佳数学模型。试验结果表明:干燥温度和黄姜片厚度对干燥速率影响较大,出风速度对干燥速率影响较小,整个干燥过程基本处于降速干燥,升速干燥时间较短。Box-Behnken正交试验得出最佳干燥工艺为温度63℃、黄姜片厚度2 mm、出风速度2 m/s。选取Lewis、Page、Modified Page、Henderson and Papis、Tow-term 5个薄层干燥常见数学模型,通过比较决定系数、离差平方和、均方根误差,确定Modified Page为干燥过程中最优模型。黄姜片的有效水分扩散系数与干燥温度、黄姜片厚度、出风速度具有正相关性,其值在1.46×10^(-8)~4.68×10^(-8)范围内变化,干燥活化能为39.71 kJ/mol。

胡萝卜热泵干燥特性及动力学模型分析

目的优化胡萝卜的热泵干燥工艺,并提升胡萝卜干燥后的品质。方法研究干燥初始温度、干燥温升值和切片厚度对胡萝卜热泵干燥特性的影响,并探讨上述条件与有效水分扩散系数和干燥活化能的关系。确定可以精确预测胡萝卜热泵干燥时含水率变化的干燥动力学模型,进而预测胡萝卜在不同热泵干燥条件下的体积变化规律。结果干燥速率的变化与初始干燥温度、温升值的变化呈正相关,与切片厚度呈负相关;胡萝卜在热泵干燥过程中表现为降速过程,其中,切片厚度对干燥速率的影响最大,温升值对干燥速率的影响最小;对比分析了4种薄层干燥模型,Page模型能更好地描述胡萝卜的热泵干燥过程和水分迁移规律,模型所得拟合值相对于试验值的平均误差为5.76%;在此次试验范围内,胡萝卜的有效水分扩散系数介于3.0401×10^(−10)~7.1555×10^(−10) m^(2)/s之间。该系数随着干燥温度的提高、温升值的增大及切片厚度的减小而呈增加的趋势。通过Arrhenius方程计算得到该试验条件下胡萝卜的干燥活化能为13.374 kJ/mol。结论Page模型能够更好地预测胡萝卜在热泵干燥过程中水分的迁移规律,从而优化热泵干燥工艺参数,为胡萝卜热泵干燥的工业化运用提供理论基础。

猪肉油炒过程传质参数测定及其对烹饪过程控制的影响

为提升油炒数值模拟的可靠性及准确度,揭示可控操作对烹饪过程参数的影响及关键过程参数对烹饪的影响。通过无量纲水分含量分析解法,测定了中式油炒猪里脊肉过程中的表面传质系数(surface mass transfer coefficient,h_(m))和有效水分扩散系数(effective moisture diffusion coefficient,D_(eff)),分析了预热油温及样品比表面积Ω对h_(m)及D_(eff)的影响;基于已构建的油炒热质传递数学模型、成熟值理论,对比了h_(m)和流体-颗粒表面传热系数(fluid-to-particle surface heat transfer coefficient,hfp)对烹饪成熟控制的影响。结果表明:与油炸过程类似研究的文献数据相比,该研究中hm值偏大在5.927×10^(−6)~2.481×10^(−5) m/s之间,D_(eff)在6.281×10^(−9)~4.148×10^(−8) m^(2)/s之间,D_(eff)活化能(Ea)在24.2~30.6 kJ/mol范围内;预热油温、比表面积Ω对h_(m)及D_(eff)有显著影响(P<0.05),预热油温越高h_(m)和D_(eff)越大,比表面积Ω和h_(m)越大,D_(eff)越小;h_(m)对烹饪成熟控制影响较小,而h_(fp)是烹饪成熟控制的关键过程参数。研究结果为油炒过程模拟提供了重要参数,为烹饪过程控制提供依据。

脱盐海参气体射流冲击干燥特性及复水品质

为探索干燥条件对脱盐海参气体射流冲击干燥(air impingement drying,AID)特性的影响,提高海参干制品品质、缩短干燥时间,该文探讨AID温度(50、60、70℃)和气流速度(4、6、8 m/s)对脱盐海参干燥特性、有效水分扩散系数(Deff)、活化能(Ea)、干制品复水比和氨基酸含量的影响,用6种常见的干燥模型对干燥曲线进行拟合,并以热风干燥(hot air drying,HAD)为对比。结果表明,风速为6 m/s时,AID不同干燥温度下脱盐海参的干燥时间比HAD 60℃的干燥时间缩短6.67%~33.33%。温度为60℃时,风速对脱盐海参干燥时间影响不显著。不同干燥条件下,复水比无显著性差异。AID海参的氨基酸含量(45.91~47.54 g/100 g)随着温度的升高而升高。相同条件下,AID海参的氨基酸含量比HAD海参增加4.46%。AID脱盐海参的Deff最高为2.134×10⁃9,所需的活化能为16.38 kJ/mol。比较模型预测指标发现,Page模型具有较高的拟合度(R2>0.99),模型预测值和试验值误差仅为2.01%,可较准确地预测AID过程中脱盐海参的水分变化规律。

银耳过热蒸汽联合低温干燥特性及动力学模型分析

该研究采用过热蒸汽联合低温对银耳进行干燥,考察过热蒸汽温度(110、115、120、125、130℃)、转换时间(9、15、21、27、33 min)和低温温度(40、45、50、55、60℃)对银耳干燥特性的影响,分别采用6种曲线模型对过热蒸汽阶段进行拟合和6种常用干燥数学模型对低温干燥阶段进行拟合,建立银耳过热蒸汽联合低温干燥的动力学模型。结果表明,过热蒸汽温度和低温温度对银耳干燥过程均有影响,但低温温度对干燥过程影响较大,温度越高,干燥时间越短。银耳在联合干燥过程中经历升速、恒速和降速阶段,在过热蒸汽干燥过程,升速阶段非常短,主要经历恒速干燥阶段;在低温干燥过程全程为降速干燥阶段。在过热蒸汽干燥阶段,水分有效扩散系数随着过热蒸汽温度升高而增大,水分有效扩散系数介于4.966×10^(-8)m^(2)/s~8.836×10^(-8)m^(2)/s,干燥活化能为35.625 kJ/mol;在低温干燥过程,水分有效扩散系数随着低温温度升高而增大,水分有效扩散系数介于3.213×10^(-8)m^(2)/s~6.718×10^(-8)m^(2)/s,干燥活化能为34.836 kJ/mol。通过模型拟合发现,三次多项式模型可较好地描述银耳过热蒸汽干燥过程;Logeriyhmic模型可以较好地预测银耳在低温阶段的干燥过程。

微波干燥多孔硅酸钙干燥动力学及微观结构演化

探究微波功率和样品负载量对多孔硅酸钙微波干燥动力学和特性的影响.结果表明,Midilli模型是微波干燥多孔硅酸钙的最佳模型.多孔硅酸钙水分有效扩散系数(Deff)随着样品负载量的降低和微波功率的增加呈上升趋势,样品负载量为4~30 g时,对应的Deff=4.265×10^(-9)~1.967×10^(-9)m^(2)/s,微波功率为100~350 W时,对应的Deff=3.222×10^(-9)~25.224×10^(-9)m^(2)/s,微波功率密度相同时,微波功率愈大Deff越高.增加多孔硅酸钙负载量和增加微波功率都能提升微波干燥效率,样品负载量为4~30 g时,对应的微波干燥效率为6.04%~21.52%,微波功率为100~350 W,对应的干燥效率为11.57%~28.69%.通过扫描电子显微镜和傅立叶变换红外光谱对材料进行表征,微波干燥后的多孔硅酸钙与传统方法干燥后的相比,脱除了部分化学结合水,颗粒的团聚减少,颗粒分散性明显提高.