紅棗干燥設(shè)備的現(xiàn)狀分析與發(fā)展研究

王海新等

摘要

該文對(duì)紅棗干燥設(shè)備研究狀況進(jìn)行了歸納，介紹了我國(guó)紅棗干燥設(shè)備的幾種機(jī)型及其結(jié)構(gòu)、工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)等；論述了紅棗干燥機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及目前所存在的問(wèn)題，同時(shí)探討了紅棗干燥機(jī)的今后發(fā)展趨勢(shì)及深入研究紅棗的干燥機(jī)理的方法等，對(duì)今后運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行干燥過(guò)程的監(jiān)測(cè)和干燥過(guò)程的數(shù)學(xué)模擬研究具有重要意義。

關(guān)鍵詞紅棗；干燥機(jī)；現(xiàn)狀；趨勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)S665.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2015）05-358-03

Status Analysis and Development Research of Red Jujube Drying Equipments

WANG Hai-xin1， ZHANG Xue-jun2*， YAN Jin-shan1 et al

（1. College of Mechanical Engineering and Traffic， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052； 2. Key Laboratory of Xinjiang Agricultural Engineering Equipment Innovation Design Laboratory， Urumqi， Xinjiang 830052）

AbstractThe research status of jujube drying equipment was reviewed， several kinds of models and structure， working principle， advantages and disadvantages were introduced. The development status and existing problems were elaborated， at the same time， the development trend was discussed， such as further study of the drying mechanism of red jujube， which is of great significance on drying process with computer monitoring and drying process of mathematical simulation research.

Key words Red dates； Dryer； Current situation； Trend

基金項(xiàng)目新疆自治區(qū)“十二·五”科技重大專(zhuān)項(xiàng)目（201130102-4）。

作者簡(jiǎn)介

王海新（1989-），男，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備創(chuàng)新設(shè)計(jì)。*通訊作者，張學(xué)軍，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及理論研究。

收稿日期2014-12-26

紅棗在我們國(guó)家分布很廣，除東北三省外，各個(gè)省、自治區(qū)、直轄市都有分布。據(jù)國(guó)家林業(yè)局統(tǒng)計(jì)，紅棗栽培總面積約為150多萬(wàn)hm2，產(chǎn)量大約為300多萬(wàn)t[1-3]，其中河北、山東、河南3省約占產(chǎn)量的75%。我國(guó)是世界第一大紅棗的生產(chǎn)和出口供應(yīng)大國(guó)，栽培面積和產(chǎn)量也位于世界首位。隨著西部大開(kāi)發(fā)，紅棗發(fā)展已成為一個(gè)新的熱點(diǎn)，特別是新疆的塔里木盆地周?chē)t棗已成為新的“朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”。紅棗主要以干制品為主，每年約有90%的鮮棗被干制，干棗占出口紅棗產(chǎn)品的75%以上。通過(guò)干燥的方法不僅能去除鮮棗中大部分水分，還能降低酶的活性，改變紅棗的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高干制食品的質(zhì)量，便于運(yùn)輸、貯藏、和后序加工，所以干燥設(shè)備是必不可少的。為此，介紹了幾種類(lèi)型的干燥設(shè)備，并對(duì)干燥機(jī)的作用、工作原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)進(jìn)行了比較，探討了今后紅棗干燥機(jī)械研究的發(fā)展趨勢(shì)。

1 紅棗機(jī)械設(shè)備的干燥作用

紅棗的收獲季節(jié)一般在8月至10月[3]，此時(shí)新疆，陰雨天氣較多，空氣相對(duì)濕度較大，氣候較高，不利于紅棗的自然晾曬，非常容易造成紅棗腐爛。晾曬一般是在戶(hù)外進(jìn)行，干燥的條件、環(huán)境不可控制，對(duì)天氣的依賴(lài)程度較高，且一般需要約一個(gè)月的時(shí)間，而紅棗的品質(zhì)得不到保證。

使用有效的紅棗干燥技術(shù)，在干燥過(guò)程中不僅可保證果實(shí)含一定的水分、營(yíng)養(yǎng)成分等，內(nèi)質(zhì)好，而且還提高了色澤和外觀品質(zhì)。

隨著國(guó)內(nèi)紅棗的種植面積與紅棗的產(chǎn)量的上升，為了大量提高紅棗的高效加工能力，必須大力推廣紅棗機(jī)械化干燥技術(shù)。

2 紅棗干燥機(jī)的種類(lèi)及現(xiàn)狀

干燥設(shè)備基本工作過(guò)程是在常壓條件下，物料處于靜止?fàn)顟B(tài)受熱，分批進(jìn)行的干燥作業(yè)。因?yàn)樵O(shè)備的結(jié)構(gòu)和通風(fēng)方式不同，可分為多種方式。

根據(jù)給干燥提供能量的加熱介質(zhì)的類(lèi)型，這些干燥機(jī)可以分為：直接接觸干燥機(jī)，熱空氣提供干燥作用； 間接接觸干燥機(jī)，熱傳遞通過(guò)次生機(jī)制；紅外或高頻干燥機(jī)，由輻射能量提供熱量。而紅棗干燥可行的、常有的干燥方法有直接接觸干燥機(jī)和紅外或高頻干燥機(jī)[4]，如表1所示。

表1常見(jiàn)干燥機(jī)械設(shè)備與分類(lèi)

類(lèi)型干燥機(jī)形式

直接接觸干燥機(jī)廂式干燥器、隧道式干燥機(jī)、網(wǎng)帶式干燥機(jī)、氣流干燥機(jī)、轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)

間接干燥機(jī)滾筒干燥機(jī)、真空干燥機(jī)

紅外或高頻干燥機(jī)遠(yuǎn)紅外干燥機(jī)、微波干燥機(jī)

2.1直接接觸干燥機(jī)

2.1.1

廂式干燥機(jī)。廂式干燥機(jī)主要是由廂體、盤(pán)架、空氣加熱器等部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可知，在廂式干燥機(jī)中，熱空氣在物料上方飄過(guò)，與物料熱量進(jìn)行交換，物料的溫度上升，含水量降低，蒸發(fā)出來(lái)的水汽由空氣帶走。

廂式干燥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)[5]：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，適應(yīng)性較強(qiáng)，干燥程度可以通過(guò)改變干燥時(shí)間和干燥介質(zhì)狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)。缺點(diǎn)是產(chǎn)品的干燥程度不均勻，生產(chǎn)能力低，操作條件差。

2.1.2

隧道式干燥機(jī)。隧道中的空氣以特定的速度運(yùn)行，并與推車(chē)中的紅棗進(jìn)行熱量交換進(jìn)行干燥，當(dāng)完成干燥時(shí)，紅棗即達(dá)到出口。因此，推車(chē)速度和干燥速率要相匹配，為使隧道中出來(lái)的產(chǎn)品提供理想的條件，如圖2所示。

隧道干燥機(jī)中的空氣流動(dòng)可以是[6]：（1）順流，與產(chǎn)品推車(chē)相同的方向移動(dòng)；（2）逆流，空氣與產(chǎn)品移動(dòng)方向相反；（3）混合流動(dòng)，空氣流向有時(shí)與推車(chē)移動(dòng)方向相同，而在干燥機(jī)中的其他位置，空氣流動(dòng)對(duì)產(chǎn)品為逆流。

2.1.3

帶式干燥機(jī)。網(wǎng)帶式干燥機(jī)主要是由網(wǎng)帶、傳動(dòng)輪、殼體等部分組成，帶式干燥機(jī)如圖3所示。工作時(shí)，紅棗由料斗中的加熱器均勻地把紅棗鋪在帶上，網(wǎng)帶由傳動(dòng)裝置拖動(dòng)在干燥機(jī)內(nèi)移動(dòng)。在干燥的過(guò)程中，熱風(fēng)氣流穿過(guò)物料層，完成熱量與質(zhì)量傳遞的過(guò)程。

帶式干燥機(jī)中，紅棗與干燥介質(zhì)有較大的接觸表面，紅棗內(nèi)部水分移出的路程較短，因此干燥速度快、干燥均勻。特點(diǎn)：干燥速率必須與輸送帶速度相匹配[7]，使產(chǎn)品在到達(dá)干燥機(jī)出口時(shí)達(dá)到比較理想的干燥程度。為了使紅棗延長(zhǎng)干燥時(shí)間，可以逐層安排一系列的輸送帶，這樣，紅棗可以從上一層輸送帶傳到下一層輸送帶，在傳送的過(guò)程中，紅棗可以翻轉(zhuǎn)，這樣可以使干燥機(jī)長(zhǎng)度變短，但是干燥機(jī)的高度增加了。

帶式干燥機(jī)中的空氣流動(dòng)也能用順流、逆流或混合流3種方式。在某些情況下，空氣流能夠穿過(guò)輸送帶，這種類(lèi)型的流動(dòng)與紅棗能夠很好地接觸，使得干燥效果更佳明顯，可縮短干燥時(shí)間。

2.1.4

氣流干燥機(jī)。氣流干燥機(jī)是流態(tài)化技術(shù)在干燥工程中的應(yīng)用。氣流干燥機(jī)主要由干燥管、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、空氣加熱系統(tǒng)、氣、固分離系統(tǒng)等部分組成[8]，如圖4所示。

工作時(shí)，熱空氣以一定速率從干燥管底部進(jìn)入，將從加料器進(jìn)來(lái)的濕物料流態(tài)化并將其帶走。紅棗與熱空氣在干燥管中得到充分混合與接觸，進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱。出干燥管后，氣、固混合物需經(jīng)旋風(fēng)分離器進(jìn)行分離。

由于干燥時(shí)間短、干燥面積大、傳熱系數(shù)大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，氣流干燥機(jī)被廣泛應(yīng)用于顆粒物料的干燥。但是氣流干燥機(jī)對(duì)物料的破壞大，同時(shí)對(duì)設(shè)備的損耗也較大。

2.1.5

轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)。 轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)主要是由轉(zhuǎn)筒、炒板、驅(qū)動(dòng)器等部分組成，如圖5所示。

紅棗進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)筒后，在轉(zhuǎn)筒錐角或螺旋的推動(dòng)下不斷前進(jìn)，同時(shí)進(jìn)行熱量交換，干燥后的紅棗由出口排出。抄板有直立式、45度式、90度式、四格式等多種，可對(duì)紅棗進(jìn)行翻動(dòng)，加快紅棗的干燥速度。

轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)力大、操作可靠、產(chǎn)品質(zhì)量較均勻、適應(yīng)性較廣。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、設(shè)備笨重、安裝維修復(fù)雜、同時(shí)占地面積大、熱效率不高。

2.2紅外或高頻干燥機(jī)

2.2.1

紅外干燥機(jī)。

外干燥機(jī)主要是由紅外光發(fā)射器、干燥室等部分組成。紅外光干燥機(jī)是利用紅外光輻射出來(lái)的紅外線(xiàn)，直接投射在被干燥的紅棗上，被紅棗吸收后轉(zhuǎn)化成熱量，將其紅棗內(nèi)部的水分蒸發(fā)出來(lái)，以達(dá)到干燥的目的。圖6為電加熱紅外線(xiàn)干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。在干燥機(jī)內(nèi)，紅棗由輸送帶移動(dòng)，經(jīng)過(guò)紅外線(xiàn)熱源下面，干燥時(shí)間由輸送帶的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來(lái)調(diào)節(jié)。

注：1-物料進(jìn)口；2-電源；3-輻射材料；4-排氣裝置；5-物料出口。

圖6電加熱紅外線(xiàn)干燥機(jī)工作原理

紅外干燥時(shí)，被干燥的紅棗中水分直接在紅棗果肉內(nèi)部汽化，產(chǎn)生的水蒸汽向紅棗表皮移動(dòng)，其擴(kuò)散的阻力較大。因此，可以與其他加熱方式結(jié)合使用。紅外干燥機(jī)的能耗少，產(chǎn)品質(zhì)量好，設(shè)備簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用少，占地面積小。

2.2.2

微波干燥機(jī)。 微波干燥機(jī)是將微波加熱應(yīng)用于干燥機(jī)械中，由磁控管、微波導(dǎo)管、干燥室、皮帶輸送機(jī)、金屬殼體等部分組成[9]。

由磁控管發(fā)射出微波，經(jīng)微波導(dǎo)管將微波均勻照射在紅棗上，微波能被紅棗吸收后產(chǎn)生分子共振，使棗的溫度升高，水分被蒸發(fā)掉。

微波干燥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1）效率高，干燥速率快，微波是直接對(duì)紅棗進(jìn)行干燥；（2）時(shí)間較短，紅棗受熱均勻；（3）便于控制，沒(méi)有熱慣性；（4）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小，但能耗大。

3 紅棗干燥機(jī)存在的問(wèn)題

（1）設(shè)備較簡(jiǎn)陋。一些干燥機(jī)工藝的制定大部分來(lái)自于試驗(yàn)基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，紅棗技術(shù)處于研究階段，導(dǎo)致很多設(shè)計(jì)的干燥工藝費(fèi)力、精度差、工作效率低。

（2）設(shè)備穩(wěn)定性差。機(jī)械化干燥技術(shù)設(shè)備不夠成熟，技術(shù)難度較大，成本較高，自動(dòng)化程度低，設(shè)備穩(wěn)定性差，很難在農(nóng)戶(hù)中推廣使用。

（3）設(shè)備控制精度較低。對(duì)紅棗的溫度、濕度測(cè)定的傳感器準(zhǔn)確率較低，導(dǎo)致干燥后的水分含量不均勻，無(wú)法達(dá)到均一儲(chǔ)藏的要求。

4 紅棗干燥機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)目前干燥機(jī)的特點(diǎn)，未來(lái)紅棗干燥機(jī)將向著提高干燥效率、干燥品質(zhì)和提高紅棗干燥自動(dòng)化的趨勢(shì)方向發(fā)展[10]，具體表現(xiàn)在以下面幾點(diǎn)：

（1）上述每一種干燥機(jī)都有優(yōu)缺點(diǎn)，如果把兩種或兩種以上的干燥方式結(jié)合使用，在不同的水分階段采用不同的干燥方式，進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能夠達(dá)到節(jié)能、高效的目的。

（2）干燥本身屬于高耗能行業(yè)，節(jié)省能耗一直是干燥所要解決的大問(wèn)題。紅棗干燥機(jī)將向著提高科技含量，提升其性能、高節(jié)能、低耗能的趨勢(shì)發(fā)展。

（3）隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科技水平不斷提高，紅棗的干燥機(jī)需要向智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化程度高的方向發(fā)展，今后運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行干燥過(guò)程的監(jiān)測(cè)和干燥過(guò)程的數(shù)學(xué)模擬研究具有重要意義。

5 結(jié)語(yǔ)

近幾年紅棗干燥機(jī)迅速發(fā)展，但由于紅棗干燥過(guò)程屬于能量和物質(zhì)的綜合作用，干燥設(shè)備的研究還不夠成熟，技術(shù)含量偏低。多型號(hào)眾廠家生產(chǎn)的紅棗干燥機(jī)械裝備市場(chǎng)，易造成很多干燥機(jī)選型出現(xiàn)錯(cuò)誤，這些問(wèn)題有待解決。因此，在今后的研制干燥機(jī)時(shí)，應(yīng)注重提高干燥機(jī)的加工水平、自動(dòng)化控制水平，向智能化、高效率的方向發(fā)展，同時(shí)應(yīng)解決紅棗干燥機(jī)技術(shù)的節(jié)能和環(huán)保問(wèn)題。

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責(zé)任編輯盧瑤責(zé)任校對(duì)李巖