一種基于熱泵式循環(huán)流化床型殺青機(jī)

李超凡 任懌

摘? 要：茶類(lèi)產(chǎn)品是我國(guó)重要的農(nóng)產(chǎn)品，用茶樹(shù)的嫩葉炒制而成。如今的茶葉由手工炒制和機(jī)械炒制而成，手工炒制的茶葉質(zhì)量好，但效率低，易碎，浪費(fèi)原材料。原始機(jī)械殺青的炒制速度快，但茶葉質(zhì)量低，且耗能較大。本產(chǎn)品利用熱泵系統(tǒng)提供熱源，并采用循環(huán)流化床型結(jié)構(gòu)，使茶葉在熱風(fēng)中循環(huán)流動(dòng)，干燥效率高，對(duì)茶葉損害較小，干燥效果明顯，節(jié)能環(huán)保。

關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保;熱泵;循環(huán)流化床;旋風(fēng)分離器;PLC控制系統(tǒng)

一、研究背景及其意義

1、研究背景

隨著人們對(duì)茶類(lèi)產(chǎn)品需求的逐年提高，制茶必然面臨著升級(jí)換代。當(dāng)今制茶方法主要有手工炒制和機(jī)械炒制。手工炒制的茶葉雖然質(zhì)量好，但效率低，易碎，原材料浪費(fèi)情況很?chē)?yán)重;原始機(jī)械殺青炒制的速度雖快，但茶葉質(zhì)量低，且耗能較大，同時(shí)對(duì)環(huán)境有一定的污染。

針對(duì)現(xiàn)有的殺青機(jī)，殺青過(guò)程茶葉含水量控制精度不高，熱效率低，炒出茶葉質(zhì)量不高，產(chǎn)品附加值低等問(wèn)題，本產(chǎn)品以熱泵作為熱源，采用循環(huán)流化床型結(jié)構(gòu)。熱泵具有高效、清潔、無(wú)污染和方便、易控制等優(yōu)點(diǎn);流化床具有氣固接觸面積大、傳熱傳質(zhì)速率高、適合于散狀物料干燥的特點(diǎn)。兩者結(jié)合起來(lái)比較適合茶葉的烘干，節(jié)能環(huán)保，干燥效率高。有效解決了我國(guó)現(xiàn)有的茶葉加工技術(shù)含量低，質(zhì)量不高，影響到產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等一系列問(wèn)題。

2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

從國(guó)內(nèi)來(lái)看，品茶、喝茶已成為多數(shù)中國(guó)人的一種生活習(xí)慣。眾所周知，新茶葉從樹(shù)上采摘下來(lái)，需要進(jìn)行炒制加工后才能上市。隨著殺青設(shè)備的不斷更新，半自動(dòng)小型殺青機(jī)日漸普及，給廣大茶農(nóng)帶來(lái)了便捷的殺青方式，因此采用全新的機(jī)械殺青方法便成為當(dāng)前本行業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力的主要途徑。

二、使用說(shuō)明

熱泵式循環(huán)流化床型殺青機(jī)工作原理如圖1，整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)旋風(fēng)分離器與密閉循環(huán)風(fēng)道，將熱泵與循環(huán)流化床有機(jī)的結(jié)合在一起，使其成為一個(gè)高效節(jié)能的干燥系統(tǒng)。該系統(tǒng)的工作過(guò)程為：熱泵產(chǎn)生的70℃-80℃的高溫干燥空氣，在循環(huán)風(fēng)機(jī)的推動(dòng)下進(jìn)入循環(huán)流化床;在循環(huán)流化床中，高溫干燥空氣將茶葉吹起進(jìn)行熱濕交換，高溫干燥空氣吸收茶葉中的水分，并且與茶葉一起進(jìn)入旋風(fēng)分離器中進(jìn)行氣固分離;旋風(fēng)分離器將茶葉與濕空氣分離后，茶葉返回物料倉(cāng)繼續(xù)烘干;而分離后70℃-80℃的高溫干燥空氣變成60℃-70℃的中溫濕空氣，流經(jīng)熱泵蒸發(fā)器;在蒸發(fā)器中溫濕空氣被冷卻到露點(diǎn)溫度一下，使其析出從茶葉中水分，變成低溫干燥空氣，進(jìn)入熱泵冷凝器中;在熱泵冷凝器中重新加熱到70℃-80℃的高溫干燥空氣，在循環(huán)風(fēng)機(jī)的推動(dòng)下再次進(jìn)入循環(huán)流化床，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。茶葉在物料倉(cāng)中的循環(huán)流動(dòng)與空氣在密閉管道中的循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)茶葉的循環(huán)干燥，從而達(dá)到更高的干燥效率。

三、技術(shù)關(guān)鍵

1.熱泵部分

本產(chǎn)品采用熱泵系統(tǒng)提供熱源，以逆循環(huán)方式迫使熱量從低溫空氣流向高溫空氣，壓縮機(jī)及風(fēng)機(jī)等輔助設(shè)備消耗少量的電能，就可以得到較大的供熱量，可以有效利用難以應(yīng)用的低品位熱能達(dá)到節(jié)能目的。

2.流化床部分

本產(chǎn)品采用循環(huán)流化床型結(jié)構(gòu)，使茶葉懸浮于熱風(fēng)之中，從而使茶葉具有流體的某些特征，實(shí)現(xiàn)固體流態(tài)化。在氣流速度大于茶葉的自由沉降速度下，茶葉進(jìn)行流化，茶葉被氣流帶出，把空氣與茶葉分離后，茶葉返回床層中進(jìn)行再次循環(huán)。通過(guò)此方法可使茶葉在熱風(fēng)中循環(huán)流動(dòng)，干燥效率高，對(duì)茶葉損害較小，干燥效果明顯。

3.PLC控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用西門(mén)子企業(yè)的S7-1200 PLC作為主控制器，通過(guò)溫濕度傳感器采集實(shí)時(shí)溫度和濕度并轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)，經(jīng)模擬量溫度混合模塊采集經(jīng)PLC，將溫度和濕度的測(cè)量值分別與設(shè)定值進(jìn)行比較并控制壓縮機(jī)，冷凝器，回?zé)崞鳎h(huán)風(fēng)機(jī)，旋風(fēng)分離器執(zhí)行相應(yīng)操作，計(jì)算機(jī)控制中心實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)操作和顯示系統(tǒng)狀態(tài)。

四、創(chuàng)新性和先進(jìn)性

1.本產(chǎn)品采用熱泵為高溫?zé)嵩矗梢杂行Ч?jié)能，同時(shí)干燥效率高、干燥效果好。

2.本產(chǎn)品采用循環(huán)流化床型結(jié)構(gòu)，使茶葉懸浮于熱風(fēng)之中，從而使茶葉具有流體的某些特征，實(shí)現(xiàn)固體流態(tài)化。與傳統(tǒng)機(jī)械殺青機(jī)相比，通過(guò)此方法可使茶葉在熱風(fēng)中循環(huán)流動(dòng)，茶葉與空氣的熱濕交換效率高、干燥效果明顯，同時(shí)對(duì)茶葉損害較小、炒出的茶葉品質(zhì)好。

3.本產(chǎn)品采用溫濕度實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，在旋風(fēng)分離器和熱泵蒸發(fā)器的管道之間與熱泵冷凝器各裝有一個(gè)空氣濕度檢測(cè)裝置，通過(guò)對(duì)經(jīng)旋風(fēng)分離器分離后空氣的濕度實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)計(jì)算從而得到茶葉的濕度。

五、應(yīng)用前景

1.茶類(lèi)種植戶。茶葉采摘后，可以通過(guò)殺青機(jī)及時(shí)進(jìn)行茶葉的初步加工。

2.茶類(lèi)和葉片類(lèi)中草藥批發(fā)商。由于儲(chǔ)存不當(dāng)和天氣原因會(huì)導(dǎo)致茶類(lèi)和中草藥受潮，不僅影響其品質(zhì)而且也會(huì)給批發(fā)商造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。而我們的殺青機(jī)恰好能很好的幫助解決這個(gè)問(wèn)題，滿足批發(fā)商對(duì)于茶類(lèi)和葉片類(lèi)中草藥受潮時(shí)的烘干需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳東，謝繼紅，趙麗娟，等.熱泵式流化床干燥裝置及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2003（1）.

[2] 張嘉輝.熱泵干燥理論與種子干燥性能的研究.天津大學(xué)博士學(xué)位論文，1999.

[3] 余春泉，盧東.空氣源熱泵烘干除濕技術(shù)的應(yīng)用研究與發(fā)展展望[J].南方農(nóng)機(jī)，2018（21）.

[4] 章飛杰.熱泵型烘干機(jī)：糧食烘干新方向[J].現(xiàn)代農(nóng)機(jī)，2018（03）.

[5] 魏娟，李偉釗，李博，等。熱泵綠色優(yōu)品糧食干燥工藝探討[J].糧食儲(chǔ)藏，2018（03）.