轉(zhuǎn)輪除濕干燥技術(shù)研究進(jìn)展*

王教領(lǐng)，宋衛(wèi)東，金誠(chéng)謙，丁天航，王明友，吳今姬

(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，南京市，210014)

通訊作者：金誠(chéng)謙，男，1973年生，安徽潛山人，博士，研究員；研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)裝備工程與技術(shù)。E-mail: jinchengqian@caas.cn

0 引言

常見干燥傳熱有輻射、傳導(dǎo)與對(duì)流三種方式，對(duì)流干燥以其設(shè)備簡(jiǎn)單、適用范圍大而獲得了廣泛的應(yīng)用。對(duì)流干燥一般可調(diào)參數(shù)有風(fēng)溫與風(fēng)速，但溫度在每個(gè)干燥階段都有上限，超過上限可能會(huì)破壞產(chǎn)品品質(zhì)；風(fēng)量調(diào)節(jié)也不宜太大，超過最佳風(fēng)量后不利于干燥介質(zhì)與物料之間進(jìn)行充分的熱交換，導(dǎo)致能耗的浪費(fèi)。而干燥介質(zhì)的濕度在干燥大部分階段是不受限制的，低濕度可以提高干燥速率，實(shí)現(xiàn)低溫快速干燥，因此濕度是一個(gè)理想的調(diào)節(jié)參數(shù)[1-2]。除濕的方法有冷凝除濕、液體除濕、固體除濕等。轉(zhuǎn)輪除濕是固體除濕中常用的模式，與傳統(tǒng)干燥系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：以太陽(yáng)能或廢熱能用于轉(zhuǎn)輪再生，具有初始、運(yùn)行成本低、環(huán)境友好、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)；吸附除濕不產(chǎn)生冷凝水減少細(xì)菌繁殖；利用低溫再生技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)低溫快速除濕以及具有溫濕度深度獨(dú)立除濕等優(yōu)勢(shì)。因此，轉(zhuǎn)輪除濕干燥是最有前途的空氣濕度調(diào)節(jié)方法之一，被認(rèn)為是未來干燥領(lǐng)域極具競(jìng)爭(zhēng)力的方式[3]。

世界上最早的除濕機(jī)是由瑞典科學(xué)家Mr.Carl Munters于1956年發(fā)明的蜂窩吸收式除濕機(jī)，國(guó)內(nèi)大概于20世紀(jì)70年代開始研究轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)。轉(zhuǎn)輪除濕技術(shù)由于具有溫濕度深度獨(dú)立除濕和多再生模式等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為除濕干燥研究新的熱點(diǎn)[4]，并已擴(kuò)展到糧食生產(chǎn)和谷物、果蔬等農(nóng)產(chǎn)品干燥領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)專門將轉(zhuǎn)輪除濕應(yīng)用于產(chǎn)品干燥的研究較晚，較早的報(bào)道是由華南理工大學(xué)完成的高效節(jié)能型吸附式旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)，該設(shè)備泛應(yīng)用于中藥、食品等產(chǎn)品干燥過程，具有速度快、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)[5]。

典型轉(zhuǎn)輪除濕干燥系統(tǒng)由轉(zhuǎn)輪、表冷器及加熱器等組成，轉(zhuǎn)輪中裝填吸附劑，轉(zhuǎn)輪面分為除濕與再生區(qū)。新風(fēng)或回風(fēng)先通過表冷器降溫除濕[6-7]后進(jìn)入轉(zhuǎn)輪除濕，在除濕過程中，轉(zhuǎn)輪在驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)下緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)輪在除濕區(qū)域吸附水分達(dá)到飽和狀態(tài)后，進(jìn)入再生區(qū)域由高溫再生進(jìn)風(fēng)進(jìn)行脫附再生，這一過程循環(huán)進(jìn)行，除濕干燥后的處理出風(fēng)經(jīng)加熱處理后送入干燥箱對(duì)物料進(jìn)行干燥。

目前針對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕干燥技術(shù)的研究主要集中在除濕干燥劑、再生模式、數(shù)學(xué)模型、干燥工藝和轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)優(yōu)化等研究，但總體而言還存在耗能高，結(jié)構(gòu)不合理等問題，主要表現(xiàn)在缺乏對(duì)除濕能耗綜合分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的深入研究，同時(shí)缺乏對(duì)操作參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和部分負(fù)載工作條件的研究。本文針對(duì)上述問題闡述了轉(zhuǎn)輪除濕干燥技術(shù)的現(xiàn)狀與不足，提出了改進(jìn)思路，以期為轉(zhuǎn)輪節(jié)能除濕干燥提供參考。

1 除濕干燥劑研究進(jìn)展

轉(zhuǎn)輪是轉(zhuǎn)輪除濕干燥機(jī)的重要部件，其中包裹有干燥劑材料，常見的干燥劑有硅膠、活性氧化鋁、氯化鈣、氯化鋰和分子篩等。氯化鋰是最早用于除濕劑材料的，性能非常穩(wěn)定，適合在堿性環(huán)境中工作，但除濕深度與能力有限且對(duì)金屬有一定的腐蝕性；硅膠是應(yīng)用最廣泛的吸附材料，但在除濕時(shí)會(huì)放出很大的吸附熱且總體除濕能力一般，40 ℃再生溫度時(shí)硅膠填充床是高成本蜂窩硅膠的替代品，其中3A硅膠在再生溫度為50 ℃時(shí)除濕性能好[8]。活性氧化鋁其吸附能力比硅膠強(qiáng)，吸附熱和硅膠接近；分子篩主要用于低溫環(huán)境，符合S形等溫線特性[9],高酸性和堿性對(duì)其性能影響很大，但再生溫度相對(duì)較高；氯化鈣雖然價(jià)格便宜、吸水能力強(qiáng)，但對(duì)金屬具有較強(qiáng)的腐蝕性[10]。干燥劑作為轉(zhuǎn)輪的心臟，影響著整個(gè)除濕系統(tǒng)[11]。Hodali等[12]設(shè)計(jì)了一種基于硅膠吸附單元的隧道式干燥設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品太陽(yáng)能低溫再生干燥。趙玲玲等[13]通過試驗(yàn)測(cè)算不同各種干燥劑的除濕率和再生率，確定變色硅膠為理想的干燥劑材料。

為了突破單一除濕劑的性能限制，硅膠—氯化鋰、硅膠—高分子材料等復(fù)合除濕劑的研究逐漸受到重視。PPS+PPM轉(zhuǎn)輪比PPS和PPM單個(gè)轉(zhuǎn)輪除濕能力強(qiáng)[14]；利用低成本的太陽(yáng)能再生固體粘土-CaCl2干燥劑，可在45 ℃下再生，且吸附性好[15]；基于硅膠和氯化鋰的復(fù)合干燥劑材料比硅膠具有更高的除濕能力，并且在較低的相對(duì)濕度下具有更高的優(yōu)勢(shì)[16]；將沸石和硅膠采用1∶1和1∶3兩個(gè)比例進(jìn)行混合，1∶3 是最有效的除濕配比[17]。Uphade研究表明沙子+硅膠是干燥花卉的最佳干燥劑組合。表1列出了常見的幾種除濕劑及其組合的除濕性能對(duì)比，綜合來看組合式除濕劑除濕能力高于單一材料除濕劑。目前對(duì)于干燥劑研究已由單一材料性能驗(yàn)證，發(fā)展到組合材料除濕能力的同步探索。

表1 不同類型除濕劑除濕能力對(duì)比Tab. 1 Comparison of dehumidification capacity of different dehumidifiers

2 轉(zhuǎn)輪再生與除濕循環(huán)模式

2.1 轉(zhuǎn)輪再生模式

常見的轉(zhuǎn)輪再生熱源有蒸氣壓縮系統(tǒng)、太陽(yáng)能、微波、電加熱、超聲波和余熱等(表2)。電加熱器是一種原始、簡(jiǎn)單的再生方法，然而由于其高能耗，目前逐漸被其他再生模式替代，或作為輔助再生熱源使用。熱泵和轉(zhuǎn)輪除濕在干燥應(yīng)用中的結(jié)合提高了能源效率并降低了處理空氣的濕度。這個(gè)系統(tǒng)也被稱為混合干燥劑系統(tǒng)。熱泵一方面可以進(jìn)行冷凝除濕，另一方面可以對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行再生。陳捷超等[18]針對(duì)高濕環(huán)境，利用高溫?zé)岜米鳛樵偕鸁嵩撮_展了試驗(yàn)，研究表明COP不太高，熱泵的最大值為2.26，整個(gè)系統(tǒng)的最大值為2.08。太陽(yáng)能熱作為一種可再生能源，運(yùn)行費(fèi)用低，無污染，是轉(zhuǎn)輪除濕再生一種較理想熱源，Misha等[19]用太陽(yáng)能輔助轉(zhuǎn)輪干燥破碎油棕櫚葉，太陽(yáng)能用于轉(zhuǎn)輪再生，在改善干燥性能和在降低電能方面效果顯著。Yadav等[20]研究了真空管式太陽(yáng)能集熱器除濕輪的再生性能，發(fā)現(xiàn)在50 ℃～55 ℃的平均再生溫度范圍內(nèi)，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)速為16 r/h適合于印度的氣候條件。針對(duì)液體干燥劑，可利用超聲波非熱再生技術(shù)[21-23](圖1)，但存在一些與環(huán)境有關(guān)的問題。廢熱再生因低成本也是一種較理想除濕模式[24]，但對(duì)排熱溫度有要求。Zaltash, Li等[25-26]嘗試使用電滲透進(jìn)行再生。轉(zhuǎn)輪再生是轉(zhuǎn)輪除濕主要能耗之一，大量研究表明，轉(zhuǎn)輪再生熱源已有單純熱風(fēng)發(fā)展到熱泵、太陽(yáng)能、電加熱器、超聲波和余熱等多種技術(shù)，微波與太陽(yáng)輻射聯(lián)合用于轉(zhuǎn)輪再生，比兩者單獨(dú)再生節(jié)能效果明顯[27]，目前已有學(xué)者研制出以CO2為工質(zhì)的熱泵技術(shù)并將其應(yīng)用在轉(zhuǎn)輪除濕的再生中[28-29]，CO2工質(zhì)作為我國(guó)在制冷劑研發(fā)方面彎道超車的關(guān)鍵著力點(diǎn)，如果技術(shù)一旦成熟將擁有巨大的前景，同時(shí)也將會(huì)成為轉(zhuǎn)輪除濕與再生的最要手段。

表2 轉(zhuǎn)輪再生方法對(duì)比Tab. 2 Comparison of runner regeneration methods

圖1 超聲波再生系統(tǒng)Fig. 1 Ultrasonic regeneration system

另外除了在再生熱源上開展研究外，再生方式也是研究的一個(gè)焦點(diǎn)。如圖2所示，分級(jí)再生是將轉(zhuǎn)輪的再生區(qū)分為預(yù)熱再生區(qū)與加熱再生區(qū)，冷凝器加熱后的空氣一部分先進(jìn)預(yù)熱再生區(qū)再生后，另一部分再通過電加熱提升再生空氣溫度進(jìn)行加熱再生，可以有效提高熱力性能[30-31]。另外對(duì)于除濕區(qū)與再生區(qū)固定為3∶1的轉(zhuǎn)輪，有學(xué)者提出分級(jí)冷凝的再生方法，既串聯(lián)設(shè)置兩個(gè)不同容量的冷凝器，利用前置冷凝器可以獲取高品位熱能輔助再生，后級(jí)冷凝器產(chǎn)生的中溫用于干燥，實(shí)現(xiàn)循環(huán)能量的高效利用[32]。壓縮機(jī)排氣溫度的高低與制冷劑類型有關(guān)，如R22在相同的冷凝溫度下其排氣溫度明顯高于R134a，但R22環(huán)保性差。因此，在選擇制冷劑時(shí)要綜合考慮環(huán)保與干燥性能等要求。

圖2 分級(jí)再生系統(tǒng)Fig. 2 Fractional regeneration system

2.2 轉(zhuǎn)輪除濕循環(huán)模式

單級(jí)轉(zhuǎn)輪的基本回風(fēng)方式有全新風(fēng)、一次回風(fēng)和二次回風(fēng)(圖3)。即新風(fēng)經(jīng)降溫處理(可選)，直接經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕后用于除濕；一次回風(fēng)即新風(fēng)經(jīng)降溫處理(可選)，后經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕后用于除濕，而部分回風(fēng)可與參與再除濕；二次回風(fēng)，即新風(fēng)經(jīng)降溫處理(可選)，后經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕后用于除濕，一部分回風(fēng)可與參與再除濕，另一部回風(fēng)與除濕后的氣體混合后再進(jìn)行除濕利用模式，適應(yīng)不同的除濕要求。同時(shí)對(duì)于一次回風(fēng)，如果的用于農(nóng)產(chǎn)品干燥場(chǎng)合，一次回風(fēng)可以先經(jīng)過冷卻設(shè)備降溫后經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕。另一方面，對(duì)于一次與二次回風(fēng)風(fēng)量也需要綜合考慮。在此基礎(chǔ)上又分別形成了Pennington循環(huán)、Dunkle循環(huán)、SENS循環(huán)以及DINC循環(huán)[33-36]。而再循環(huán)-冷凝循環(huán)與類再循環(huán)-冷凝循系統(tǒng)分別可節(jié)能56.5%～66%和24%～40%[37]；Wang[38]將熱泵與轉(zhuǎn)輪聯(lián)合用于物料表面除濕干燥，比較了四種混合循環(huán)系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定空氣交換循環(huán)為最優(yōu)方案。Attkan等[39]采用轉(zhuǎn)輪除濕全新風(fēng)方式干燥谷物。研究表明，通過控制空氣質(zhì)量流量反應(yīng)速率和再生溫度，可以得到一個(gè)很好的溫度范圍適用于農(nóng)作物低濕度干燥環(huán)境。

傳統(tǒng)的箱式對(duì)流干燥以熱泵干燥為例(圖4)，熱風(fēng)循環(huán)主要有開式、半開式、封閉式及旁通式。其中開式干燥是干燥介質(zhì)從冷凝器換熱升溫后，進(jìn)入干燥裝置對(duì)物料進(jìn)行干燥；然后，廢氣直接排到環(huán)境中。根據(jù)需要干燥介質(zhì)可進(jìn)行蒸發(fā)除濕也可直接進(jìn)行冷凝加熱。而閉式干燥主要是閉路式熱泵干燥系統(tǒng)是干燥介質(zhì)從熱泵冷凝器出來后，經(jīng)干燥裝置對(duì)物料干燥后，全部回到熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器；干燥介質(zhì)只在干燥系統(tǒng)和熱泵換熱系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，不排到外界環(huán)境中[40]。

半開式循環(huán)熱泵干燥系統(tǒng)是指干燥介質(zhì)從冷凝器換熱升溫后，進(jìn)入干燥裝置對(duì)物料進(jìn)行干燥，根據(jù)物料干燥要求和環(huán)境情況有四種主要形式[41]。該方法可針對(duì)不同回風(fēng)實(shí)現(xiàn)高效利用，但在轉(zhuǎn)輪除濕干燥中卻不適用。因?yàn)閮?yōu)化后的轉(zhuǎn)輪除濕結(jié)構(gòu)，首先是空氣通過蒸發(fā)器降溫，再通過轉(zhuǎn)輪除濕，之后再通過冷凝器加熱。如果在蒸發(fā)器出口混合后的空氣溫濕度增大的話，一方面高濕度增大轉(zhuǎn)輪除濕負(fù)荷不滿足滴露點(diǎn)除濕要求，另一方面高溫度同樣會(huì)降低轉(zhuǎn)輪除濕效率。為了能夠更高效的利用空氣能提出了一種帶有旁通率的熱泵干燥系統(tǒng)，出干燥室的熱空氣一部分經(jīng)過蒸發(fā)器降溫除濕，另一部分按照一定比例通過旁通閥與流過蒸發(fā)器的空氣混合，混合后的空氣進(jìn)入冷凝器加熱，隨后進(jìn)入干燥室對(duì)物料進(jìn)行干燥[42]。

轉(zhuǎn)輪除濕循環(huán)模式與傳統(tǒng)的箱式對(duì)流干燥循環(huán)模式的結(jié)合，可以形成新的干燥循環(huán)模式。如全新風(fēng)與開式干燥結(jié)合，即將新風(fēng)先經(jīng)過轉(zhuǎn)輪再經(jīng)過冷凝器，可以得到低濕高溫氣體。將轉(zhuǎn)輪與閉式干燥結(jié)合，回風(fēng)先經(jīng)過蒸發(fā)器降溫除濕后，再經(jīng)過轉(zhuǎn)輪除濕，形成干燥高溫氣體。同理也可以與半開式及旁通干燥結(jié)合。如王教領(lǐng)[3, 43]等針對(duì)轉(zhuǎn)輪閉式除濕前期回風(fēng)濕度大、溫度低的問題，基于物料與轉(zhuǎn)輪等焓除濕干燥過程，分析除濕過程，通過對(duì)新風(fēng)與回風(fēng)焓值的判斷，確定適宜的轉(zhuǎn)換點(diǎn)，建立柔性除濕模式，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)回風(fēng)熱量的高效利用。熱風(fēng)循環(huán)的具體結(jié)合方式可依據(jù)物料及環(huán)境特性綜合確定。

(a) 全新風(fēng) (b) 一次回風(fēng)

(c) 二次回風(fēng) (d) 分級(jí)冷凝與柔性除濕系統(tǒng)圖3 轉(zhuǎn)輪除濕熱風(fēng)循環(huán)方式Fig. 3 Hot air circulation mode of wheel dehumidification

(a) 開式干燥 (b) 半開式干燥

(c) 閉式干燥 (d) 旁通干燥圖4 熱泵干燥熱風(fēng)循環(huán)方式Fig. 4 Hot air cycle of heat pump dry

綜上，國(guó)內(nèi)外學(xué)者建立了多種熱風(fēng)循環(huán)方式(表3)，而在轉(zhuǎn)輪除濕熱風(fēng)循環(huán)上主要用于除濕或干燥，而一般的箱式對(duì)流干燥要么是采用開式、半開式或者封閉式諸類剛性干燥方法，或者是帶有旁通率的循環(huán)可以針對(duì)不同的回風(fēng)進(jìn)行一定比例混合實(shí)現(xiàn)節(jié)能干燥。同時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕模式與熱泵箱式干燥的方式的組合可以形成新的熱風(fēng)循環(huán)。因此，基于干燥溫濕度要求與轉(zhuǎn)輪除濕特性，針對(duì)不斷變化的回風(fēng)與新風(fēng)系統(tǒng)，構(gòu)建適宜高效熱風(fēng)循環(huán)方式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速、節(jié)能與優(yōu)質(zhì)干燥意義重大。

表3 幾種常用熱風(fēng)循環(huán)方式主要特點(diǎn)及應(yīng)用Tab. 3 Main features and applications of several common hot air circulation modes

3 轉(zhuǎn)輪除濕模型研究

目前農(nóng)產(chǎn)品干燥建模對(duì)象有物料和干燥器。針對(duì)物料的建模通常有3種方式，第一種可以通過回歸方程建立多項(xiàng)式方程，預(yù)測(cè)各干燥響應(yīng)與干燥條件的關(guān)系；另一種是利用大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合經(jīng)典模型、經(jīng)典方程(函數(shù))進(jìn)行擬合迭代，確定常數(shù)項(xiàng)建模[44-45]；第三種根據(jù)物料特性結(jié)合傳熱傳質(zhì)方程等模擬、預(yù)測(cè)溫濕度分布及含水率等。針對(duì)干燥器的建模，主要是利用干燥器的物理特性結(jié)合熱質(zhì)傳遞規(guī)律進(jìn)行建模。如轉(zhuǎn)輪除濕可取干燥器微元體，以能量與質(zhì)量守恒等條件建立微分方程組，結(jié)合初始、邊界條件求解微分方程組模擬除濕過程。熱泵除濕可利用除濕過程特點(diǎn)，進(jìn)行除濕計(jì)算，利用能量守恒等條件建立模型[46]。

早期對(duì)于轉(zhuǎn)輪除濕模型的研究一般不考慮熱質(zhì)阻力，但模擬出的除濕量要比實(shí)際高，這是因?yàn)槌凉駝┰诔凉襁^程中會(huì)放熱，降低了飽和水蒸氣的濃度梯度差[47]。Majumdar[48]建立了氣相傳熱傳質(zhì)較全面非轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。俞金娣等[49]基于除濕劑熱質(zhì)傳遞和周向擴(kuò)散，構(gòu)建了除濕轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和物理模型，得到了與國(guó)外相關(guān)計(jì)算一樣的結(jié)構(gòu)，從而確定了轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)所存在的優(yōu)勢(shì)；張學(xué)軍等[50]通過數(shù)學(xué)模型對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)系統(tǒng)各重要部件參數(shù)進(jìn)行了分析；郝紅等[51]在模型中將基材的蓄熱對(duì)傳熱傳質(zhì)的影響考慮進(jìn)去，考察轉(zhuǎn)輪瞬態(tài)除濕性能，可將模擬誤差控制在10%以內(nèi)。Al-Sharqawi[52]等建立轉(zhuǎn)輪除濕二維傳熱傳質(zhì)模型，Zhang等[8]建立了轉(zhuǎn)輪三維傳熱傳質(zhì)的模型，但多維模型增大了求解難度。利用多孔介質(zhì)理論，采用Fluent及Comsol理論開展建模仿真(圖5)，可以有效模擬轉(zhuǎn)輪除濕過程[53-54]。另外Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了模擬與求解過程的簡(jiǎn)化(圖6)，為轉(zhuǎn)輪除濕模型的建立與求解提供了新思路[55]。因此，目前的轉(zhuǎn)輪除濕模型，既可以考慮實(shí)際物理過程進(jìn)行三維建模，也利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真建模，兩種建模方式均可較好的實(shí)現(xiàn)輸出預(yù)測(cè)，為轉(zhuǎn)輪制備及制定優(yōu)化工藝提供理論支撐。

圖5 Comsol模擬波紋狀通道含濕量分布Fig. 5 Simulation of moisture by Comsol

圖6 Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig. 6 Network structure of Elman neural

4 轉(zhuǎn)輪除濕干燥工藝與系統(tǒng)優(yōu)化研究

4.1 轉(zhuǎn)輪除濕干燥工藝研究

低溫和低濕有利于產(chǎn)品干燥[56-57]，使用除濕干燥方式對(duì)熱敏物質(zhì)進(jìn)行干燥，可以保持干燥物質(zhì)的顏色、質(zhì)地、香味和營(yíng)養(yǎng)成分[58]。Seyhan等[59]發(fā)現(xiàn)使用低溫(20 ℃，30 ℃和40 ℃)與硅膠偶聯(lián)以干燥熱敏性產(chǎn)品，結(jié)果顯示可以有效降低美拉德褐變反應(yīng)速度。Pasini[60]提出用除濕轉(zhuǎn)輪來干燥蔬菜和香腸。轉(zhuǎn)輪除濕干燥另一個(gè)重要應(yīng)用是在干燥種子，低濕有能夠提升低溫干燥速率，可以較好的保存種子的活性[61-66]，有利于種子復(fù)蘇。

由于室外空氣和潛在負(fù)載條件的變化，而過程變化情況、再生參數(shù)、面速度及轉(zhuǎn)速對(duì)轉(zhuǎn)輪運(yùn)行性能影響非常顯著[67-68]。Chung等[69]對(duì)干燥轉(zhuǎn)輪進(jìn)行優(yōu)化與數(shù)值模擬，研究表明隨著再生溫度的升高，最佳轉(zhuǎn)輪速度會(huì)降低到接近恒定值，室外濕度越低，最佳輪速越高；且當(dāng)再生溫度較低的情況下，環(huán)境條件對(duì)最佳速度的影響不顯著。有些研究專注于通過一對(duì)有效參數(shù)對(duì)性能進(jìn)行分析。Panaras等[70]根據(jù)Jurinak提出的公式，表明在足夠?qū)挼牟僮鳁l件范圍內(nèi)，有效因子保持不變。焓差也成為試驗(yàn)趨勢(shì)分析的有效性參數(shù)。還有些研究通過濕度比和溫度效率指數(shù)來評(píng)估除濕轉(zhuǎn)輪的除濕能力[71-72]。目前針對(duì)外部參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕的效果分析，集中于整個(gè)系統(tǒng)控制，缺乏對(duì)操作參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和部分負(fù)載工作條件的研究，很少關(guān)注如何對(duì)除濕轉(zhuǎn)輪進(jìn)行最佳控制。

4.2 轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)優(yōu)化

由于轉(zhuǎn)輪的除濕過程會(huì)釋放大量的吸附熱，處理空氣升溫，相對(duì)濕度減小，最終對(duì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪表面的水蒸氣分壓力差的減小，除濕效率下降，所以需要較高的再生溫度才能保證轉(zhuǎn)輪的除濕效率。為了解決這個(gè)問題，學(xué)者們提出來等溫除濕的想法[73-76]，理論上可以用多級(jí)轉(zhuǎn)輪代替單級(jí)轉(zhuǎn)輪，降低每個(gè)單級(jí)轉(zhuǎn)輪的單位時(shí)間除濕量降低表面溫升，保證除濕能力，但在實(shí)際生產(chǎn)中只采用兩級(jí)轉(zhuǎn)輪，利用雙級(jí)轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)除濕，可實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能。

也有學(xué)者根據(jù)不同的除濕負(fù)荷，如在大濕度下可先進(jìn)行冷凝除濕再進(jìn)行轉(zhuǎn)輪深度除濕，從而充分發(fā)揮兩種除濕模式的優(yōu)勢(shì)，改善潛熱負(fù)荷和顯熱負(fù)荷的處理方式，提升轉(zhuǎn)輪除濕能力和能量利用效率，由此形成了混合式除濕和再生式蒸發(fā)冷卻等技術(shù)[77-78]。李申[79]介紹了冷凍—吸附干燥串級(jí)系統(tǒng)的應(yīng)用，論述了系統(tǒng)露點(diǎn)與能耗的關(guān)系。通過對(duì)冷凍除濕、轉(zhuǎn)輪除濕和分子篩除濕對(duì)比分析，制定了優(yōu)化除濕方案[80]。萬強(qiáng)[81]采用轉(zhuǎn)輪換熱器對(duì)流化干燥設(shè)備的排風(fēng)熱量進(jìn)行回收研究。田紅濤等[82]分析了以干燥間濕負(fù)荷、冷負(fù)荷、冬季熱負(fù)荷等參數(shù)計(jì)算出干燥間風(fēng)量分配，以此確定了轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)方案。徐佰磊等[83]通過干燥室空調(diào)機(jī)組添加轉(zhuǎn)輪式熱回收裝置回收排風(fēng)，解決烘干機(jī)的高能耗問題。與填充式干燥床相比循環(huán)流化床除濕系統(tǒng)具有更高的熱質(zhì)傳遞效率，出口空氣濕度可降低20%[18, 84]。

研究表明目前除濕系統(tǒng)優(yōu)化主要集中熱量循環(huán)、風(fēng)量分配、模式分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及等溫除濕等新理論的應(yīng)用，而兩級(jí)轉(zhuǎn)輪等溫除濕技術(shù)可以降低實(shí)現(xiàn)低溫再生，減少綜合除濕能耗。

5 總結(jié)與展望

綜合國(guó)內(nèi)外研究，轉(zhuǎn)輪除濕目前已經(jīng)擴(kuò)展到化工、農(nóng)產(chǎn)品干燥等行業(yè)。由于其具有深度獨(dú)立除濕等優(yōu)點(diǎn)，且可以實(shí)現(xiàn)低溫快速干燥，在種子和熱敏性農(nóng)產(chǎn)品干燥等方面優(yōu)勢(shì)明顯，未來將會(huì)成為極具競(jìng)爭(zhēng)力的干燥方式，但能耗是影響其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的主要因素，其影響因素較多，除了再生能耗外，還有操作條件及設(shè)備的冷熱匹配等因素，這也是未來優(yōu)化的方向。

轉(zhuǎn)輪除濕干燥研究主要集中在新裝置或系統(tǒng)配置，新型吸附材料研究，再生模式分析，除濕模型構(gòu)建，干燥工藝探究及實(shí)驗(yàn)測(cè)試和操作優(yōu)化等方面。干燥劑已由單一材料性能驗(yàn)證發(fā)展到組合材料除濕能力的同步探索；轉(zhuǎn)輪再生熱源已有單純熱風(fēng)發(fā)展到熱泵、太陽(yáng)能、超聲波和余熱等多種技術(shù)；除濕建模已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)三維方向熱質(zhì)傳遞的模擬預(yù)測(cè)；轉(zhuǎn)輪熱風(fēng)循環(huán)方式多樣，在基本全新風(fēng)等模式上與經(jīng)典熱泵熱風(fēng)循環(huán)的組合，可以滿足不同干燥需求，其中臨界除濕可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能干燥；在干燥工藝與系統(tǒng)優(yōu)化方面應(yīng)更多關(guān)注局部性參數(shù)， 同時(shí)兩級(jí)轉(zhuǎn)輪除濕與低溫及超聲等復(fù)合物理場(chǎng)再生技術(shù)，是節(jié)能除濕干燥新方向。

未來轉(zhuǎn)輪除濕干燥研究將繼續(xù)以降低能耗為目的，通過研發(fā)篩選新型復(fù)合式除濕劑融合完善的除濕模型實(shí)現(xiàn)熱質(zhì)的高效傳遞，基于熱風(fēng)循環(huán)提高對(duì)空氣能利用率及突破節(jié)能再生等技術(shù)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)降耗，為農(nóng)產(chǎn)品的快速節(jié)能干燥提供理論技術(shù)支撐。