網帶式干燥機的研究與應用

閆景鳳

(黑龍江省農業機械工程科學研究院,哈爾濱 150081)

0 引言

干燥是一種重要的農產品和食品加工方式，能將農產品和食品中多余的水分去除，保留物料的色、香、味和營養成分，便于儲存和運輸。農產品和食品干燥時一般應用熱風干燥、微波干燥、微波真空干燥、微波與熱風聯合干燥、真空冷凍干燥和變溫壓差膨化干燥等方式[1-2]。根據不同物料的特性選用適合的干燥方式。網帶式干燥機一般采用熱風干燥法，網帶式干燥機是一種應用非常廣泛的干燥設備，主要用于食品和蔬菜的干燥加工。著重闡述了網帶式干燥機的研究及其在農產品和食品干燥中的應用。

1 農產品的干燥機理和干燥工藝

1.1 干燥機理

干燥是物料內部的水分汽化和分離的過程，本質是去除物料中多余的水分達到要求的含水率。干燥過程中，物料表面的水分汽化到熱空氣中，同時物料內部水分向表面擴散。物料中水分按去除難易程度可分為結合水和非結合水，按水分與物料間結合形式可以將物料中的結合水分為化學結合水、物理化學結合水和機械結合水。物料在干燥過程中除去的水分主要是機械結合水和部分物理化學結合水[3]。物料在干燥過程中會發生物理變化(物料干縮、表面硬化和內部多孔性)和化學變化(蛋白質、脂肪、維生素和色素等變化)。

1.2 干燥工藝

使用干燥機加工農產品時，常見的有以下幾種烘干工藝。

1)預熱。大多數物料干燥前需要進行預熱，使農產品迅速升溫達到內外溫度平衡。

2)殺青。通常采用高溫殺死物料內部活性酶，達到定色的目的。常見的需要殺青的農產品如茶葉、八角、辣椒等。

3)除濕定色。除濕定色是保存農產品色澤的有效方法。低溫快速除濕定色技術，通過低溫快速除濕達到脫水定色，保留物料原來的顏色，降低物料破裂、缺損。

4)熟化。熟化是指人為提供適宜的溫度、濕度完成物料熱熟、成分合成和轉化等過程。烤煙吊黃和物料糖化都是熟化工藝的一種。常見的需要熟化的農產品包括煙葉、廣式臘腸、番薯干、無花果等。

5)物料收縮。物料收縮時需要做到“平衡脫水”，合理控制物料脫水速度，達到均勻收縮的目的，保證物料烘干后的品相。

6)回汗。讓物料在一定的溫度、濕度下，完成物料內部水分的遷移和平衡，保證干燥產品的外觀和品質。

7)提香。通過高溫烘焙，促進物料香味散發，提高農產品烘干品質和價值。提香工藝多用于茶葉、花卉等物料的干燥。

8)風干。使物料降至常溫，自身水分達到恒定狀態，抑制物料表面細菌的繁殖生長，避免物料發霉發臭。風干工藝多用于肉制品、水產品等干燥。

2 網帶式干燥機的結構組成及原理

網帶式干燥機是利用不銹鋼網帶運載物料進行連續烘干的干燥設備，可對透氣性能好的規則或不規則的各種片狀、條狀、塊狀或者顆粒物料進行干燥。以空氣能熱泵為熱源的五層網帶干燥機為例，介紹網帶式干燥機的干燥機理、結構組成和工作原理。

2.1 網帶式干燥機結構組成

網帶式干燥機主要由烘干箱體框架、箱體保溫板、進料裝置、出料裝置、傳輸網帶、空氣能熱泵、離心風機、電機、控制系統等組成。網帶式干燥機結構如圖1、圖2所示。

1.出料裝置；2.烘干箱體框架；3.傳輸網帶；4.余熱回收管道；5.進料裝置；6.空氣能熱泵

圖2 網帶式干燥機三維示意圖

2.2 網帶式干燥機工作原理

網帶式干燥機采用五層傳輸網帶，物料經由進料裝置均勻平鋪到第一層網帶，運行到端部落到下一層傳輸網帶繼續傳送，以此往復在烘干箱體內移動，直至第五層端部掉落到出料裝置。物料在烘干箱體內時，熱空氣從下向上依次通過各層傳輸網帶及網帶上的物料層，帶走物料中的水分，實現物料均勻干燥。

3 干燥機主體設計

網帶式干燥機以熱泵為加熱熱源，烘干箱體內設置有5層平行布置的傳輸網帶，相鄰傳輸網帶端部交錯布置，相鄰層傳輸網帶運行方向相反。每一層傳輸網帶延伸方向的兩側和傳送方向端部均安裝有擋料板，鉚接固定在烘干箱體內部。沿烘干箱體長度方向，傳輸網帶運行方向一端頂部設置有進料口，另一端底部設置有出料口，分別與進料裝置和出料裝置相連。箱體側邊底部位置設計有進風口，配備離心風機，與熱泵出風口通過管道連接。箱體頂部設置有出風口，用管道與熱泵進風口處連接，可實現余熱回收，節省能源。

3.1 主要規格與參數

傳輸網帶有效干燥寬度為1.5 m，有效干燥長度36 m，運行速度為2～20 cm·min-1；烘干箱體使用空氣能熱泵加熱，配備14P空氣能熱泵2臺，外形尺寸8.1 m×1.67 m×2.5 m。

3.2 進料裝置

加工成一定形狀的物料從進料斗鋪放在進料裝置的傳輸網帶上，進料裝置上設有撥料部件，用滑塊軸承座固定到進料裝置機架上，可通過調整滑塊軸承座與機架的距離，調整物料在傳輸網帶上的堆積厚度和均勻度。物料層厚薄不均，影響干燥效果，易導致薄物料層過度干燥，而厚物料層干燥不足[4]。

3.3 出料裝置

烘干處理后的物料從第五層傳輸網帶落到出料裝置上，出料裝置通過三相異步電機驅動傳送帶把物料傳送到下一道工序。

3.4 傳輸網帶

傳輸網帶采用雙層金屬網帶。選用雙節距不銹鋼鏈條網鏈，網鏈上覆一層不銹鋼細網。傳輸網帶表面平整，透孔均勻，鏈條傳動運行平穩。網鏈中間穿桿載重能力大，適合含水多的物料傳送。沿著傳輸網帶長度方向下方布置角鋼支撐網帶，角鋼固定在箱體框架內壁上。雙層金屬傳輸網帶如圖3所示。

圖3 傳輸網帶圖片

3.5 熱源

以14P后送式空氣能熱泵為熱源，為物料烘干提供熱風。空氣能熱泵可以設置加熱空氣的溫度和時段，依據不同物料制定相應的烘干溫度和時長。空氣能熱泵依“逆卡諾”原理工作，只需要利用少量的電驅動壓縮機工作，吸收環境中的熱量進而對進入熱泵的空氣升溫，與其他熱風加熱方式相比較，節能效果突出、環保安全。空氣由空氣能熱泵加熱到設定溫度后進入烘干箱體底部離心風機處，熱空氣在離心風機的作用下充滿整個烘干箱，從烘干箱底部穿過網帶和待烘干物料上升到箱體頂部進入回收管道，回收管道與空氣能熱泵相連接。回收的空氣留有余熱和濕氣，部分濕氣經排濕風機處理，剩余帶有余熱的濕氣與新進入的空氣混合加熱進行新一輪循環。

3.6 電機

電機選用3 kW的變頻調速三項異步電動機，通過驅動電機帶動鏈輪傳動。五層傳輸網帶依靠鏈輪鏈條傳動，傳送速度一致。鏈輪鏈條傳動如圖4所示。

圖4 鏈輪鏈條傳動示意圖

3.7 風機

風機選用變頻風機，可以調整風量大小，能有效將熱空氣吹散到烘干箱體底部。

3.8 控制系統

控制系統可控制電機、風機的啟停，調節電機頻率改變傳送網帶的運行速度。根據不同物料特性，調整待烘干物料在烘干箱體內運行速度和停留時間，保證物料的充分烘干。

4 網帶式干燥機的應用

干燥是農產品和食品非常重要的一種加工技術，絕大多數的農產品和食品加工都與干燥密切相關[5]。產后加工可以降低農產品的損耗率和經濟上的損失，對農產品和食品進行干燥處理意義非凡。舉例說明網帶式干燥機在實際生產中應用。

1)發芽糙米烘干。發芽糙米營養豐富，剛發芽后的糙米含水率高，容易發生霉變，不易儲存和運輸。選用網帶式干燥機對發芽糙米進行低溫烘干，降低發芽糙米水分，保留發芽糙米營養，烘干成本低，烘干效果良好。

2)農副產品干燥。例如花生、蘑菇、木耳、洋蔥等高含水率的農產品干燥。選用網帶式干燥機，降水幅度大、干燥均勻、能耗低，干燥含水率高的農產品經濟效益顯著。

3) 新鮮蔬菜干制。茄子、豆角、馬鈴薯等切片、切絲或切條后進行烘干，在蔬菜生產旺季干制，提高蔬菜的附加值。方便食品中的片狀、條狀、塊狀的配菜、調料烘干等。

4)干果干燥。例如大棗、開心果、腰果等。

5)花茶干燥。例如菊花、金銀花、玫瑰花、百合花等。

6)瓜果干燥。例如山楂片、葡萄干、哈密瓜、木瓜等。

網帶式干燥機還可應用于中草藥、水產品、飼料顆粒等脫水干燥。我國物產豐富，地理環境適宜蔬菜、水果等生長，蔬菜、水果等的干制產品發展前景廣闊。

5 結論

網帶式干燥機占地面積小，風量、網帶運行速度、烘干溫度均可調整，可實現自動進出料；針對不同物料，通過調整烘干時間、烘干溫度、排濕間隔等制定適宜的烘干曲線，保證農產品干制的品質，達到理想的烘干效果。當今人們消費健康意識逐漸轉變，傳統腌制的食品含有致癌因素，并產生營養損失，而脫水干制的食品綠色、方便、健康，這為干制食品帶來更多商機，干燥設備也迎來新的發展機遇。

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