摘要:研究以干燥銀耳為主的食用菌熱風(fēng)換向干燥新技術(shù)取代傳統的垂直氣流熱風(fēng)干燥。采用垂直氣流熱風(fēng)換向干燥與橫向水平氣流熱風(fēng)換向干燥的2個(gè)技術(shù)改造方案,分別進(jìn)行試驗。在恒定風(fēng)速、干燥初始熱風(fēng)溫度80 ℃條件下,分別測定各層物料含水率變化的分布曲線(xiàn)與平均含水率梯度Waj指標,得出較優(yōu)干燥工藝為干燥溫度70～80 ℃,換向時(shí)間間隔1 h,分別比傳統垂直氣流熱風(fēng)干燥速率提高30%與40% ,后者還具有相同滿(mǎn)負荷工作時(shí)間,節電50% ,節省占地77. 8%的優(yōu)勢。同時(shí)給出橫向水平氣流熱風(fēng)干燥自動(dòng)化模擬。

關(guān)鍵詞:銀耳;換向熱風(fēng)干燥;干燥設備設計;自動(dòng)化模擬

  福建省古田縣素有“^食用菌之鄉”稱(chēng)號,食用菌年總產(chǎn)量為34萬(wàn)t鮮品,居全國^,其中銀耳占50% (產(chǎn)銷(xiāo)量均居^(guān)^) ,香菇占25% ,其他菌類(lèi)占25%。古田現有許多以干燥銀耳為主的食用菌傳統作坊式垂直氣流熱風(fēng)烘干房,日干燥銀耳2 000～3 000 kg,其結構如圖1所示。

  每間烘干室用磚體砌成, 室內空間80 cm ×100 cm ×200 cm,放置篩盤(pán), (80 cm ×100 cm,篩孔直徑1 cm)有13層,每10～15間組成1排烘干房;加熱器采用帶螺旋翅片的散熱管7 (根) ×8 (層)組成,縱貫烘干房;熱風(fēng)道經(jīng)散熱器與烘干室相通;室底部安裝軸流式風(fēng)機(電機功率0. 75～1. 0 kW)上吹式通風(fēng);排氣采用自然上排法。其烘干品質(zhì)量較好。但也存在產(chǎn)量低,干燥時(shí)間較長(cháng)能耗大,占地大(每片篩盤(pán)平均間接占地0. 5 m2 ) ,產(chǎn)品質(zhì)量參差不一的缺陷。其主要不足是烘干室垂直氣流通風(fēng)穿透性差,對高含水率厚層堆放的銀耳干燥造成自下而上較大的水分梯度與溫度梯度:熱風(fēng)初始溫度保持80 ℃時(shí), 6～8 h下層已烘到含水率低于8%,^上層溫度仍低于50～60 ℃,含水率仍高達50%以上。因此,需要人工將^下2層翻轉并架,并將上層逐層調低,在^高層再放入新物料。這樣,不僅全程烘干周期較長(cháng)(平均10～12 h) ,而且調架工作量和熱量損失大,有1. 5% ～2%的破損率。為解決這些問(wèn)題,本研究結合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際,進(jìn)行如下改造試驗。

1 改造方案1———垂直氣流換向熱風(fēng)干燥
1. 1 垂直氣流換向熱風(fēng)干燥的結構設計

  垂直氣流換向熱風(fēng)干燥結構設計如圖2,在圖1 結構的基礎上,增加上熱通風(fēng)道與上軸流式風(fēng)機,可定時(shí)換向通風(fēng);并把原2間合并為1單元,中間增設共用排氣管,管內設軸流式風(fēng)機,可按需要啟動(dòng)強化排濕或調節風(fēng)門(mén)大小控制排濕量,排氣口設在中部, 正反向均可通用。該結構特點(diǎn)是增加投資很少,工藝操作簡(jiǎn)單,降低干燥時(shí)間,不用人工調換層架就能達到上下層干燥均勻,不僅提高勞動(dòng)效率和生產(chǎn)率,而且減少成品破損率并節約能耗。適用于利用現有作坊式烘干房改造。

1. 2 垂直氣流換向熱風(fēng)干燥試驗
1. 2. 1 試驗原料 選擇直徑8～12 cm,鮮重100～200 g銀耳,經(jīng)水洗滴干后一朵朵平鋪在烘篩上,不重疊,初始含水率為90% ～^。

1. 2. 2 試驗裝置 在圖2改造裝置上,進(jìn)行干燥實(shí)驗,一次烘干13層。供熱使用2 t鍋爐,進(jìn)汽壓力1～2 MPa,保持初始熱風(fēng)溫度80 ℃;為提高溫度控制精度,除用溫度計與調節進(jìn)汽壓力控制溫度外,試驗增設溫控儀控制,精度±1 ℃。

1. 2. 3 試驗方法 依據銀耳烘干可采用直線(xiàn)和恒定溫度[ 1 ]的理論與實(shí)踐,由起烘升溫開(kāi)始,前1～2 h為穩定升溫至60～70 ℃(^高應≤80 ℃) ,而不必采用香菇類(lèi)梯度式分階段干燥的方法。試驗條件簡(jiǎn)化為在恒定熱風(fēng)初始溫度80 ℃與恒定風(fēng)速(保持軸流式風(fēng)機滿(mǎn)負荷狀態(tài))下進(jìn)行,于熱風(fēng)流向改變的不同間隔時(shí)間j,使用DTS - 231型溫濕儀分別測定各層物料k的含水率Mk, j ,并引用平均含水率梯度指標Wa j來(lái)評價(jià)干燥效果[ 2, 3 ] 。

式中Mg j ———^高層在某換向工況下的含水率;M1, j ———^層在某換向工況下的含水率; N ———烘干房篩網(wǎng)層數。

  根據生產(chǎn)實(shí)際和現場(chǎng)初步篩選,銀耳干燥前1～2 h一般為穩定升溫與高排濕時(shí)間,全程干燥應控制在8 h內,故選定主要換向間隔時(shí)間為1 h與2 h,分別測定出干燥時(shí)間為1 - 6 h時(shí)各狀態(tài)點(diǎn)的含水率(每點(diǎn)取3 次測量值的平均值) 。圖3 - a、b分別為換向間隔1 h、2 h工況,測定的各層物料含水率變化曲線(xiàn)圖。
1. 3 垂直氣流換向熱風(fēng)干燥試驗結果與分析

  在換向間隔為1 h工況下(見(jiàn)圖3 - a) ,干燥1 h后,曲線(xiàn)基本呈漸升形直線(xiàn),其中^層物料含水率M1, 1為74%,^3層物料含水率M13, 1為81%,平均含水率梯度指標Wa1 = 0. 583;干燥2 h后,^層M1, 2為67%,峰值在第7層M7, 2為70% ,^3層M13, 2為61% ,則Wa2 = 0. 500,曲線(xiàn)呈凸狀拋物線(xiàn)形;同理干燥3 h、4 h、5 h、6 h后,M1, 3為44. 5%、M13, 3為49. 5% ,Wa3 = 0. 417;M1, 4為34%、M13, 4為30% ,Wa4 =0. 333;M1, 5為20%M13, 5為22% ,Wa5 = 0. 167; M1, 6為9. 2%、M13, 6為8. 2% , Wa6 = 0. 083, 隨干燥時(shí)間延長(cháng),其平均含水率梯度越來(lái)越趨近均勻,反映在曲線(xiàn)圖上,分別為微凸狀拋物線(xiàn)形,也越來(lái)越平坦。另第7 h測定M1, 7為6%、M13, 7為6. 5% ,Wa7 = 0. 004;則干燥很均勻已達干燥終點(diǎn),銀耳外觀(guān)朵形完整,顏色新鮮,達到工藝要求。與傳統熱風(fēng)相比。其干燥速率提高30%以上,而且節約大量人力物耗。

  在換向間隔為2 h工況下(見(jiàn)圖3 - b) ,干燥2 h后,^層物料含水率M1, 2為62%,^3層物料含水率M13, 2為75% ,平均含水率梯度指標Wa, 2= 1. 083,從曲線(xiàn)圖上看,基本呈漸升凸狀拋物線(xiàn)形。干燥4 h、6 h后,分別測定M1, 4為51%、M13, 4為42% ,Wa4 = 0. 750;M1, 6為14%、M13, 6為21% , Wa6 = 0. 583; 曲線(xiàn)仍然呈凸狀
拋物線(xiàn)形,但越來(lái)越平坦,趨近均勻狀態(tài)。另干燥8 h后,M1, 8為8% ,M13, 8為6. 5% ,則Wa8= 0. 125,也達到工藝要求。

  2種工況對比分析,前者明顯優(yōu)于后者。其機理是: 1 h 換向間隔, 換向次數多而適當,使物料干燥均勻,各層物料體積均縮小,空隙增大,全體通風(fēng)改善,即明顯改善干燥的水分梯度與溫度梯度,因此干燥速率加快,干燥6 h平均含水率已達到8. 6%; 相反, 2 h換向,換向次數少而不適,短時(shí)間內物料干燥不均勻,各層物料體積縮小不均,全體通風(fēng)未明顯改善,因此干燥速率相對較慢,干燥6 h平均含水率僅達到14%～21%之間。

  但換向時(shí)間不是越短越好。增設0. 5 h換向驗證試驗,在干燥前期,當升溫未達到干燥工藝溫度時(shí)換向,反而不利干燥而延長(cháng)干燥時(shí)間;在干燥后期因干燥溫度較高,菇體縮小而改善通風(fēng),有一定的作用。故較優(yōu)工藝為干燥溫度70～80 ℃,干燥前期1～2 h升溫期可不用換向, 2 h后以換向時(shí)間間隔1 h為宜。