试析辣椒热风干燥特性研究

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Y93,037单位代码!Q§35学号2003114西南．虫謦硕士学位论文辣椒热风干燥特性研究论文作者：王海霞指导教师：张建军副教授刘峰副教授学科专业：农业机械化工程研究方向：机械设计提交论文日期：2006年05月15日论文答辩日期：2006年06月01日学位授予单位：西南大学中国·重庆2006年5月 两南大学倾I．学位论文摘受摘要辣椒是人们日常所需的凋味品，并且有保健功效。随着中国加入了WTO，农产品出口昔日荫增长，辣椒的需求量越来越人，辣椒干燥工业化、机械化势在必行。热风干燥是。种简单易行，经济便宜的干燥方法，本次试验对辣椒的热风干燥特性进行了研究。选取热风温度、风速利装载厚度作为辣椒干燥的影响因素进行辣椒干燥动力学试验，得到辣椒干燥特性曲线，通过分析和运用Matalb软件对干燥曲线进行有效的拟合，得到不同条件对辣椒干燥速度的影响和相应条件F的多项式回归模型。分别选取热风温度、风速、装载厚度和干燥时间作为辣椒失水率的上E交试验因子，找到J，影响辣椒失水率的网子主次及最优组合；以热风温度、风速、装载厚度作为影响暖}素进行辣椒干燥品质的止交试验研究，分析了因子的主次及显著性程度和最优组合。通过：次回归设计，建立了辣椒失水率雨1干燥品质回归方程，并检验其显著性。试验结果给出了辣椒热风干燥特性曲线，分析了各影响因素对辣椒干燥的影响程度，得出了辣椒干燥工艺参数在失水率和干燥品质评价指标下的最优组合。试验分析了热风温度、风速对干燥品质、干燥失水率的影响，建立_『回归数学模型。本文的试验研究和分析结果为今后辣椒的干制技术深入研究奠定了一定的基础，为干燥机的设计提供依据。关键词：辣椒热风干燥千燥特性 ABSTRACTCapsicumisusuallyusedforseasoningoffoodsinpeople’slife，andithassanitarianeffect．AlongwithChina’senteringWTO，theexportvolumeofagriculturalproductsroseincreasinglyandcapsicum’demandsbecomeincreasinglylarge．Capsicumdrierindustryisimperativeunderthesituation．Hotairdryingisasortofsimple，convenientandcheapdryingway,thisexperimentresearchedcapsicum。hotairdryingcharacteristic．Selecthotairtemperature，airvelocitiesandloadingthicknessasinfluencingfactorstotestthedryingdynamicofcapsicum，Drawthedryingcharacteristiccurl4eofcapsicum，andthenanalyzedthedryingrateatvariousconditions．UsedMatalbsoftwaretofitthedryingcurvevirtually,andgotcorrespondingpolynomialregressionmodelatvariousconfidents．Selecthotairtemperature，airvelocities，loadingthicknessanddryingtimeasfactorstoproceedcapsicumdehydrationlsorthogonalexperiment．Analyzedandfoundtheprimaryandsecondaryofthefactorsandoptimumcombination．Selecthotairtemperature，airvelocitiesandloadingthicknessasfactorstoproceedcapsicumdehydration’sorthogonalexperiment．Analyzedandfoundtheprimaryandsecondaryofthefactorsandoptimumcombination．Usingquadricregressiondesigntoestablishregressionequationofcapsicumdehydrationrateanddryingquality,andthenverifiedtheequation’ssignificance．Theresultoftheexperimentspresentedcapsicum’shotairdryingCharacteristiccurve，andthenanalyzedtheinfluencingdegreewhicheachfactorsaffectscapsicumdrying．Itgotoptimumcombinationofdryingprocessparametersfordehydrationrateanddryingqualityevaluatingindicator．Basedontheresultofexperiment，amathematicalregressionmodelwasestablished．TheresultofthisexperimentalstudymayprovideabasisforthefurtherresearchworkontheCapsicumdryingandthedesignofdryers．Keywords：CapsicumHotairdryingDryingcharacteristic 独创性声明Y937G37学位论文题目：莲拯垫题王爆缝挂珏窒本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者：丢?溺霰签字日期：≯一·参年j，月弓-日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：时不保密，口保密期限至年月止)。学位论文作者签名：荔，历鼹导师签名：；伊龟智引孵签字日期：j印痧年，月孑护日签字日期：瑚2；年r月多D日学位论文作者毕业后去向：工作单位：重鏖太堂电话：12通讯地址：透埋抠区重鏖太鲎扭撼王猩堂睦邮编：鲤!!丝 第1章文献综述1．1辣椒及其价值辣椒(Capsicum)被认为起源丁新人陆的热带和』E热带地区。栽培历史悠久，具有极丰富的野生种羊II近缘种质资源。辣椒属丁茄科(Solanaceae)茄弧旅(SolaninaeDunal)，属一年生或多年生(Capsicum)植物，灌木、半灌木，多分枝。单叶互生，全缘或浅波状。花单生、般生或簇生丁分枝处，或有时因节间缩短而生于近叶腋处；花梗直立或俯垂。花萼杯状，有5--7小齿，结果时稍增大宿存；花迢辐状，5中裂，裂片镊台状排列；雄蕊5，贴生丁花冠筒基部，花丝丝状，花约并行，纵缝裂开：子房2(稀3)室，花柱细K，冠以近头状的不明显2～3裂的柱头，胚珠多数；花糯不显著。果实俯垂或直立，果皮肉质或近革质。种子扁圆盘形，胚极弯曲。辣椒原产中南美洲，又名番椒、海椒、辣子、辣茄等，属茄科辣椒属。在温带地区为一年生草本植物，在热带地区则为多年生灌木。约在明代末年(17世纪40年代)传入我国，至今已有300多年的历史。表1—1辣椒的营养成分(每lOOg食用部分)水分(g)92．493．9915蛋白质(g)160．91．3脂肪(g)0．20．20．4碳水化合物(g)4．53．85．3热量(1d)108．8879125．9粗纤维(g)070．80．9灰分(g)06040．6钙(Ⅲg)121l13磷(mg)402736铁(rag)0．80708胡萝h素(mg)0．730．3616硫胺素(mg)0．040040·06核黄素(rag)0．03004008尼克酸(mg)0．30．71．5垫堑些竺!竖：．!!!!!里 阿南火学硕上学位论立正献综述辣椒可以鲜食或干贮，是重要的调味品之一，并且具有通经活络、活血化瘀、驱风散寒、开茸健脾、{bItt明日、温中r气、抑菌II痒和防腐驱虫的保健作j{{}j。辣椒还含仃丰富的辣椒碱、二氢辣椒碱、酰香荧兰胺等，故有辛辣味；还含彳『隐黄素、辣椒红素、辣椒li红素、胡萝b素等色素物质和柠檬酸、酒Ti酸、苹果酸等有机酸。种子内含有龙葵碱、龙葵胺及澳洲茄胺、茄碱、茄边碱等生物碱(表卜1)⋯。1．2干燥的研究现状1。2．1机械化干燥的方法及其现状干燥就其应用历史来讲是很悠久的。人类就其生存的本能出发便懂得用风干来储存食晶，这是干燥应用的最初雏形。但是将干燥L升到理论高度3t：,b11以研究却是近代的事情。粮食干燥技术是粮食采后加J：处理的一个重要环节，也是一个薄弱环节。提高粮食干燥机械化水平对于降低产量损火、提高粮食品质有着重要作用。首先它能有效地改变“靠天吃饭”的局面，’止粮食干燥不再受阴雨天气的影响而遭受损失。其次，减轻了劳动强度，提高了劳动生产率，改善了劳动环境，从而减少了干燥时间和占地面积。再次可以防lt自然干燥对粮食造成的污染，提高了粮食品质，耐贮性和加工性。1．22人工机械化干燥的方法以机械为主要手段，采用相应的工艺和技术措施，人为地控制温度、湿度等因素，在不损害粮食品质的前提下，降低谷物中的含水量，使其达到国家安全贮存标准的干燥技术。一个完整的粮食干燥过程通常包含粮食预热、水分汽化、缓苏和冷却四个阶段。在干燥作业中，应用较广泛的是通过加热而使粮食中的水分蒸发并去除。此方式属于热力干燥的范畴。根据供热方式的不同，这种干燥方法又可分为以FJr,种“1：(1)对流干燥法。此法是将加热的空气或烟气与冷空气的混合气以对流的方式传递给粮食，使其水分气化，从而达到干燥的目的。这种方法的主要特点是干燥介质的温度和湿度容易控制，可避免粮食发生过热而降低品质。(21传导干燥法。物料与热表面直接接触获得热量，蒸发水分。若物料层薄或物料很潮湿，则采H；l传导干燥较为适宜。因为蒸发水的热量是从热表面经过物料的，热效率高，经济性蚶。f3)辐射干燥法。这种方法是利用阳光或红外辐射器发射的辐射热能来干燥物料。当辐射能被粮食吸收后，就转化成热能使粮食升温，水分气化，从而达到干燥的I；t的。f4)高频电场干燥法。高频干燥时通过电场直接作用于被于燥粮食的分子，使其运动而自身发热产生温度梯度推动水分子移动，达到干燥的目的。粮食高频烘干机使用电场的频率在1～10MHz之1'司(100万Hz为1MHz)。使用的电场频率在300MHz以上的粮食烘干机，通常称为微波烘干机。f5)联台十爆法。将两种不同的干燥方法联台起米使用，能取得更好的T艺效果和经济效2 两阿大学坝卜学位论文义献练述益。1．2．3粮食烘干机的分类粮食烘干机械的种类繁多，功能不一，它的分类方法也不统⋯，根据粮食在烘干机内停留的状态，将粮食烘干机分成粮食连续流动式和粮食分批式进入烘干机；根据干燥介质在烘干机内流动的方向与粮食的流动方向，将干燥机分成横流、混流、顺流式、逆流式及顺逆流、混逆流和顺混流的粮食干燥机：从干燥时选择的热风温度，可分为低温干燥手¨快速干燥；按烘干机械生产能力的大小，将所有粮食烘干机分为大、中、小三类；按粮食干燥机的安装形式，将干燥机分为㈤定式及移动式两人类；按粮食烘干机1二燥摩内的干燥介质的压力状态，将烘干机分为吸入式和压出式两大类；根据粮食烘干机内的粮层的厚薄，将烘干机分成薄粮层烘干机和厚粮层烘干机；按粮食干燥法进行分类，即对流热力烘干机、传导干燥粮食烘干机、辐射粮食烘干机、高频电场粮食烘干机和联合烘干机。1．2．4国内外粮食干燥机械化研究溉况国外粮食干燥机械的研究起步于40年代，从50至60年代基本实现了粮食干燥机械化，60至70年代粮食干燥实现自动化，70至80年代向高效、优质、节能、降低成本、电脑控制方向发展，同时不断开发新工艺、新机型、新能源，在干燥质量上也得到重视。”1美国主要的机型有中、小型低温干燥仓及大、中型高温干燥机，以柴油和液化气为热源，采用直接加热干燥。设备中一般具有：料位控制、风温控制及出粮水分控制系统。以俄罗斯为主的原独联体，人都形成了工厂化生产，有较完善的自控系统，其粮食干燥机型以大、中型居多．为高温干燥方式。较普遍地应用干、湿粮混合加热干燥工艺(又称分流循环干燥工艺)，具有一次降水幅度大、节能和干燥质量好的优点。干燥中采用的热源是柴油和煤油，为直接加热干燥。日本粮食干燥设备是从二战后发展起米的，主要发展适于干燥水稻的中、小犁设备。机型有：小犁固定床式谷物干燥机，中、小型循环式谷物干燥机及大型谷物干燥机等。采用的热源是柴油和煤油，少量采用稻壳为燃料。在各干燥设备中人都装有较完善的自动控制系统。我国粮食干燥机械的发展是从解放初期仿制日本、苏联等国外的干燥机开始的。由于结构复杂、耗用钢材多、造价高，不适合当时农村的经济和体制状况，仅在人型农场和l粮库有所应用。70年代广‘东省农机所等科研单位开始开发研制适合我国的中、小型干燥机型。，。东省农机所研制成功了采用直接加热的5H．0．5型堆救式干燥机；山尔省农桃所研制山问接加热的5HJ-O．5型简易谷物干燥机等共10多个品种，它们大多适用丁农场生产连队和农村生产队使川。80年代后，我国农村经济体制开始进行改革，研制的干燥机械人多向多用化、小型化方向发展。1981年由农业部南京农机化所在苏北组织了全国13种机犁粮食十燥设备的生产对比试验，初步推荐r一批机型。在此期间，与干燥机械密切相关的干燥热源的研究也取得了进展，相继研制成功了热煤气发生炉、低热值汽化炉、稻壳煤气发生炉、I甘体燃料煤气发生炉、无管3 两南大学峨}一学位论文文献综述式热风炉、液化气热风炉雨I太阳能干燥装置等。90年代以米，随着农村改革的深入发展，我国农村经济和农业牛产力得到较快的发展，专业化、集约化的规模经营也有新的发展。特别是火型粮库固有农鼹系统的种子平¨粮食生产基地，逐步装蔷起成套的谷物干燥设备，并与仓储、加1等设施配套成龙，成为我国粮食干燥机械的主要应用代表。同时也山现r四JIl省三台烘T-机械厂、辽宁省铁岭精J。机械厂、黑龙江红兴隆机械厂等干燥设备的专业化生产厂，涌现出了中国农业工程研究设计院、四川I省农机研究院、中国农业大学以及黑龙江、辽宁的一些农机研究部门和大专院校研究出了许多成果。近儿年随着我国粮食产量的大幅增加，谷物干燥机的应用也越来越广泛，我国的谷物干燥机发展很快，从形式上有立式的、卧式的；从形状上有方塔型的、圆筒型的；从烘干L：艺上有顺流的、逆流的、横流的；从所用的能渊上有烧油的、烧煤的等等”’。我国的谷物干燥机虽然发展很快，造价很低，但现在普遍存在一个缺点，那就是基本上采用手动控制，自动化程度不高，而且经常造成堵粮、过火及烘干不均匀等，严重地影响粮食的烘干品质，而且也给粮食部门仓储带来了困难。总之，随着粮食干燥技术的发展，干燥机械将逐渐走向成熟、完善，同时也将加快农、№现代化的步伐，促进生产力的发展和科技进步。1．3辣椒干燥的研究现状辣椒传统的干燥方法为晒干。到70年代随着商品生产面积的扩大和商品基地的建立与规模生产的发展，仅仅依靠自然干燥已满足不了出口贸易的迅速发展的要求。在这种情况下，陕西农科院和西北农业大学分别对人工干燥的方法进行了研究，取得了很大的进展，用烘房干燥代替自然干燥的技术很快在陕西省基地县推广应用，并推J、‘到其他省。1982年后，随着集体生产向一家一户小农生产的转变，大型烘房已不完全适下一家。户之需求，网此，小型农家烘房由两北农业大学研究成功，并开始在生产中推广应用。同时，中型或大型的技术较先进、投入较多、生产成本较低的烘房在国营或集体单位开始试刖⋯。目前国内工厂中，辣椒干的加T过程包括原料选择、分级、烘制、排湿、翻椒、脱水、回烘和回软等。原料选择：加工辣椒干的原料应选择充分成熟、果实鲜红的新鲜辣椒。分级：将辣椒按成熟度分级，然后分别装盘。烘制：每平方米烘盘面积装鲜椒7～Skg，入烘房烘制时，控制温度在85～90。C，室内温度应保持在60～65。C，历时8～10小时。排湿：因藏椒在高温F蒸发水分，使烘房湿度增夫，所以要及时扫开进气窗和排气筒，进行通风排湿。翻椒：干燥期间要经常调换辣椒位置，使其干燥均匀。脱水：当辣椒干燥到能弯曲而不折断，辣椒温度达到60～70。C时，取出倒入筐内，乐实压紧，盖上草帘，压上石头，以促进辣椒内部水分向外转移。12小时后当辣椒含水量降至50％～55％时即迅速装盘。同烘：装煮J亓的辣椒送烘房同烘。控制温度在55～60。C，经10～12小时后即结束干燥。同软：将干燥后的辣椒压紧4 两南大学硕【一学位论文殳献综述盖实，堆积3～4天，使水分均衡，质地变软，以便包装保存。这种干燥f‘艺条件的熬椒千虽然达到了十燥的目的，但是却没有较蚶的外观品质。随着干燥机械的迅速发展，很多干燥机可川来干燥辣椒，如热风循环厢式干燥机、带式干燥机、通风平床式干燥机、冷冻升华干燥机、喷雾干燥机、微波干燥机等等。但是，根据目前所蠢资料表明，国内专fJ对辣椒干燥特性的研究还甚少。1．4目前适用的几种辣椒干燥机的设备特点及性能分析14．1热风厢式干燥机干燥原理：下作时，辣椒平铺在多层料盘上，空气通过风机强制循环，经过热交换器加热后均匀流经辣椒层表面，与辣椒进行热交换，并带走辣椒中迁移山来的水分。厢内热空气湿度增高，蒸气压力增大，部分湿热空气从排湿El排出，绝大部分空气仍在干燥厢内循环。特点及性能分析：排湿口可调’1y，达到节约能源和提高干燥速率的目的；为了提高干燥厢内的温度均匀性，干燥厢内左右两侧设有导风整流板，调节导风板角度使厢内各点温度趋予一致，保证干燥效果；干燥厢设有温度自控装置，使厢内温度恒定在一定的范围内，并具有越限报警功能。同时还设有时间控制装置，可设置每批次辣椒的干燥时间。该机操作简单，适应物料范闹广。14．2通风平床式干燥机通风平床式干燥机是引进90年代国外最新型样机设计而成的物料堆放型干燥机．主要由热源、控制调节风门、风机、换向阀和物料槽等组成，辣椒均匀铺放在物料槽中，冷空气经热源加热通过调节风fJ控制一定的风量，通过风机吹入物料槽底部，再穿透辣椒层干燥辣椒。可用于各种脱水菜、稻谷、玉米、绿豆、红枣、桂元、辣椒、笋干、姜片、香菇、中草药等不规则形状流动性差的物品干燥。烘干性能分析：该机具有结构简单，投资少，操作方便的特点，适合于农户和小型加tl厂使用。适应物料范围广，各种形状规则或不规则物料，只要透气性好就能干燥；采用高效离心通风机，风量人，穿透辣椒能力强；采用低风温长时间L．作，于燥质量好；整机容易拆卸，可方便移动作业。143带式干燥机烘干原理及特点：该机是利月；{热空气作为干燥介质，与辣椒连续相互接触运动，使辣椒中所含的水分籍热能扩散、气化和蒸发排除，达到干燥的目的。性能分析：可持续作业、操作简便，辣椒与热空气接触面积夫，在干燥过程中能自行翻动，有利丁干燥的均匀性和提高干燥速度；输送网带带速由无级变速装置控制，作业时间可调；物料在同干燥室内进行连续干燥，后期有冷却层，避免物料污染，容易达到卫生要求。”。 两南大学碰!jj学位论叟正献综述144微波干燥机烘干原理：微波加热利用的是介质损耗原理，由丁水是强烈吸收微波的物，因而水的损耗因素比干物质大得多。辣椒中的水分子是极性分子，存微波作州F，其极性取向随着外电磁场的变化而变化。由丁辣椒小的水分介质损耗较大，能大量吸收微波能并转化为热能。因此，辣椒的升温和J蒸发是在整个物体中同时进行的。在辣椒表面，由丁蒸发冷却的缘故，使辣椒表面温度略低于里层温度，同时由于辣椒内部产生热量，以致于内部蒸汽迅速产生，形成压力梯度。初婚含水率越高，压力梯度对水分排除的影响越大，即有一种“泵”效应，驱使水分流向表面，加快干燥速度。性能特点分析：干燥速度快、时间短；加热均匀、产品质量高；节能高效、设备r‘i地少，微波加热与远红外加热相比，节约能量1／3～1／2，微波干燥设备可以做得较小些，这样能节省占地面积；防霉、杀菌、保鲜，微波加热具有热力效应和生物效应，能在较低温度F杀灭霉菌和细菌，能最大限度地保存辣椒的活性和食品中的维生素、色泽和营养成份；工艺先进，可连续生产；安全无害“1。1．5辣椒干燥设备的发展对策我国干燥机械的发展是从解放初期仿制日本、苏联等国外的干燥机开始的。2003年，我国烘干机数量己达0．7万台“1。但是由于跃期受国家政策和机械加T行业技术装备水平的影响。我国的粮食干燥机械发展与国外发达国家存在着一定的差距，为此，借鉴于日本、台湾等发达地区的经验，提出以下看法：根据我国的国情和地理情况，研究并推广不同型号的中、小型烘干机，以适应不同地区、不同作物的干燥需求。综合考虑农村市场的购买能力，应大力发展烘干规模较小、操作简单、成本低的烘干机，例如滚筒式、逆流式、气流式、移动式的烘干机。同时改进和完善已有设备的干燥工艺，强化干燥过程。如气流式干燥机由直管气流干燥改为脉冲气流干燥，以强化传热传质过程；厢式和带式干燥中辣椒与热风的流向由平流改为穿流，可显著缩短干燥时间，提高干燥均匀性；带式干燥机的热风参数由单温区改为多温区，以符合辣椒的干燥特性和要求，提高产品的质量和干燥效率。增添附属装置，改善干燥器的操作装置，扩大干燥设各的使用范围，提高自动化控制水平。如变频调速式烘干机、双向j薹输筛分烘干机等。解决存在的能耗问题。改进干燥介质，如采用烟道气和过热蒸汽做介质，可明显减少热损火，提高热效率；设有余热同收功能，以降低热能消耗：加强热能管理，增加保温措施，减少热能散发损失，如改进热风炉结构，使燃料充分燃烧及提高设备的保温隔热效果等。采用新的干燥方法及联台干燥方法。近年来，高频干燥、微波干燥、红外线与远红外线干燥以及联合干燥发展较快。各种干燥机组台使用如气流干燥和沸腾干燥组合、微波下。爆平¨沸腾干燥组台使刚等。6 西南人学颓士学位论文文献综述针对于辣椒干燥上业机械化生产提出以F建议：(1)根据辣椒的实际情况和市场需求，合理确定辣椒烘干技术参数，确保辣椒烘后质彗。在烘干前应严格按不同的品种、等级、水分含量等莘别进行分类保管，杜绝“混收混存”现象，在烘干时应全面了解需烘干辣椒的实际情况，井根据烘后辣椒的市场需求，客观合理的研究确定干燥介质温度、流量、停留时间、缓苏时间、冷却后风量和时间等辣椒烘干技术参数，以确保辣椒烘后品质。(2)加强对辣椒烘干过程的管理，规范烘干机的操作。首先，麻对基层辣椒烘干机的操作人员进行培训，使其初步掌握辣椒干燥基础理论和所用烘干机使用的有关内容，提高其对辣椒烘干机的操作水平。其次，应建立详细、严谨的管理制度，增强其责任意识，促使其严格按照辣椒烘干机的使用说明和技术标准进行上E确操作，确保辣椒烘干机的正常运行，并保证辣椒的烘后质量。7 第2章引言2．1研究的目的和意义我国是辣椒种植大国，全国干辣椒种植面积近600万亩，年产干辣椒60多万吨，产值近60亿元，山口量约为国际贸易量的一半，已成为农民致富的重要经济作物之’。但是辣椒收获季节正值雨季，一般情况F，秋雨频率达70％～80％以上，4i能及时干燥而霉烂的现象十分严重。而辣椒经过干燥后，水分含量低，体积变小、重量轻，贮藏、包装运输都比较方便，对调侉淡旺季节矛盾解决一年四季均衡供应均有重要的作用1461。但我国辣椒Dll_E企业大多数是手T作坊式的，工业化群度不高；产业现状是生产厂家多，品牌杂，规模小，技术含量低，管理落后。目前，辣椒干燥方法有传统日晒和借助粮食烘干机械干燥。传统的辣椒干燥方法有两种，一种是人工逐个绑扎，然币长期挂在煤火上，另一种方法是日晒。以上两种常规干燥法，辣椒品质差、花黄壳多、白壳多、污染大、劳动强度高、处理量小。由于传统的晒干干燥方法已经不能满足日益扩人生产的规模和出口贸易迅速发展的要求，所以研究辣椒机械化干燥，对于提高干燥速度、缩短干燥时间、保证干燥质量和减少霉烂损失有着重要意义。近年来粮食机械化烘干技术逐步在我国推广，十炕、远红外、烘干机等技术和机械迅速发展起来。目前虑用较多的粮食和食品干燥机有热风循环厢式干燥机、带式干燥机、通风平床式干燥机、冷冻升华干燥机、喷雾干燥机、微波干燥机等。虽然这些机械都可以用来干燥辣椒，但是专门针对于辣椒机械化干燥的’最各及研究还较少，其中台湾采用45℃低温热风干燥蔬菜，其颜色、脆度均属上乘，与新鲜蔬菜相著不远。要达到干燥的目的有很多方法都可以实现，但是要达到质量上等，污染小，能量消耗低，投资少的干燥技术则需做长期的研究。冷冻干燥无疑可以获得高质量的干制制品，但是设备及运行的高成本使经济上不划算；微波真空干燥是一种新型的干燥技术，但费用也比较昂贵。对于水果和蔬菜的脱水，由于其极限温度为60～80。C，高温F其营养成分会遭到损失和破坏，冈此采用相对廉价的热风干燥更可满足其生产要求。本研究的意义是：通过热风干燥实验，研究辣椒干燥脱水特性，确定最佳干燥L艺条件，从而可以改善辣椒干燥质量，也为以后其它干燥方式的工业化辣椒干燥生产提供参考：通过此次研究，也为提高适合辣椒热风干燥设备的主要结构配置提供依据或参考。2．2研究的主要内容本试验采用的试验机器为厢式热风于燥机，而目前很多干燥基地采用烘房干燥湿辣椒，故有较好的推J’适用性。本课题以红辣椒作为实验对象，通过改变干燥介质(空气)的入【】温度莉1湿度、空气流速8 两南大学硕卜学位论文引占和温度及辣椒装载厚度等冈素，来测定辣椒的含水率变化情况。1进行辣椒干燥动力学研究，通过试验得到辣椒含水率变化曲线，运用Matlab软件对其进行拟合，得到不同干燥条件F的多项式吲归方程。2通过正交试验设计，研究辣椒含水率与下燥温度、风速、T燥时间和装载厚度的关系，分析得出因子主次和最优参数组合；通过正交试验设计，分析干燥温度、风速和装载厚度对辣椒干燥后品质的影响，分析得出最优]’：艺参数组合。3通过二次回归旋转中心组合设计试验，建立以辣椒含水率和于燥后品质为评价指标的同归模型，并对其进行显著性检验。9 西南人学硕上学位论文辣椒热风卜燥原理发丁艺第3章辣椒热风干燥原理及工艺3．1辣椒的热风干燥原理辣椒的干燥，就是将含水量80％以上的鲜红辣椒降低到含水量14％以r，使其可溶-陛刚形物的浓度提高到微生物难丁-在其}：生存和利用的程度。同时，抑制辣椒体内酶的活性，达到氏期保存、利川之目的⋯。在干制过程中辣椒体内水分的蒸发，主要依靠水分的外扩散和内扩散作用。由丁_辣角中的水分大部分为游离水，只有一小部分为胶体结合水。其中游离水束缚力小，蒸发容易，胶体结合水束缚力大，所以，开始蒸发时，先是辣椒表层的游离水分蒸发，而且蒸发速度较快，至辣角中的水分损失到50％～60％时，蒸发速度才开始变小。这是，辣角中内外水分尊失去平衡，形成水势差，或叫内外水蒸汽分压差加大。按照物理学水分转移传递的原理，水分由多的定部位向少的部位转移，即发生由辣角的内外部转移的所谓外扩散作用。由．F内、外扩散作用，使辣角1』J游离状态的水分大为减少，开始胶体结台水的蒸发，蒸发速度变得缓慢。内扩散与外扩散作用．虽有暂时的先后之别，实际上内扩散最后还要转化为外扩散的形式。这种水分内扩散和外扩散作用的配合是否协调，对辣角的干制质量影响很大的。如果水分的外扩散作用远远大于内扩散作用，则辣角皮层的水分迅速蒸发，形成一种外千里湿的所谓“皮焦里生”椒，椒色发暗，丧失鲜红发亮的光泽。如若扩散作用大于外扩散，辣角内部的水汽不易散出，使之充气膨胀，形成所谓的“泡泡椒”。从而使皱椒类型的椒干，丧失密细皱纹的特征。只有当内扩散与外扩散保持基本平衡的状态下，才有利于获得内在和外观商品质量均优的椒干。在干燥过程中，随着内外扩散的进行，辣椒果实中的水分逐渐减少，蒸发速度由迅速变得缓慢。当辣角内_的游离水汽化后产生的内在气压逐渐与干燥室内的空气气压达到平衡状态时，辣角的温度与干燥介质——干燥室内空气的温度相等，此时，水分的蒸发作用也就停I}，辣角达到烘干程度。3．2干燥的平衡含有水分的湿物料，其表面必有水蒸气分压力，湿物料同周围空气的相互作用可以沿两个方向进行：(1)如果物料表面的水蒸气分压力p。’人于空气中的水蒸气分压力P。，那么物料表面的水分就会向周围空气蒸发，使物料去湿而变干，称为解吸作用。(2)如果物料表面的水蒸气分压力p。卟于空气中的水蒸气分压力P，，那么物料表面就会从周围空气中吸收水蒸气而变湿，称为吸湿作用。若将湿物料置于温度和相对湿度为定值的空气中，不管是Pv'，P。，还是pv，‘pv,经过一段时间后，当pv’=pv时，山现动力学平衡状态，处于这种平衡状态的物料含水率就叫做平衡含水率(EMC)，记作M。。不难看出，EMC的数值取决丁-空气中的水蒸气分压力pv，或者说取决于字气的相对湿度RH=pv／P，。(p。。为该温度r的饱和蒸汽乐力)。湿物料10 西南大学硕十学位论文辣椒热风干燥原理及工艺在一定的空气环境中，水分活度随水分的变化而改变，在平衡状态r，pv'=P。，此时物料的水分活度等于空气的相对湿度，亦等于物料表面的相对蒸汽压队佃，。。现己观察到，物料微孔中湿分的蒸汽压小丁．相同温度下自由液体的蒸汽压，这种现象称为物料的吸湿性。这种吸湿现象可片j吸附模型解释。Brunauer．Emmett和Teller提出的多分‘r吸附过程(BET方程1对此解释为：在相对湿度小于0．2时，湿分的吸附取决予水分子在孔壁上的单分子结构：对于较高的相对湿度0．2<庐O，6时，形成毛细孔凝聚过程。I实际上，物料的湿含量和空气湿度之间的平衡关系，可在恒定温度下使物料与空气经过足够长的√时间相接触的实验米测定。在一定温度下，对应于彗{⋯一、、|一，一／不同空气湿度测得的物料平衡湿含量的诸点形成的如j，。／／哦附曲线，称为吸附等温线。等温吸附平衡关系可由湿1“i／-’／分被物料吸附或解析两种方法获得，前者称为吸附，／．，／一一一+}一C等温线，后者称为解吸等温线，如图3．1所示。实际上，当物料被放置在相对湿度等于啪空气中时'2040相对：0。10。湿含量低于xA的物料是不能被干燥的，相反，物料图3．1表现滞后现象的吸附等温线将吸湿。干燥过程是一个解吸过程。从图3，l中可以看到，吸附等温线和解吸等温线并不重台，有滞后现象。对于滞后现象至今尚无满意的解释。通常认为外侧的空隙被湿分饱和后阻碍了深处空隙对湿分的吸附t因而造成吸附平衡时的湿含量低于解吸平衡时的湿含量。事实上，滞后现象受物质结构、干燥收缩等因素的影响，是很复杂的“”。物料和水分的结合形式l灭I物料结构而异，根据空气相对湿度及物料湿含量的大小可分别定义为：结合水分和非缩合水分：平衡水分和自由水分。结合水分是空气相对湿度为100％时物料的平衡水分。此时物料温含量又称为最大吸湿湿含量，在图3．2上记为‰。物料中超过此湿含量的水分称为非结合水分。对应于吸附等温线上任意点的湿含量称为平分衡水分，超过此湿含量的水分，称为自由水分“”。，，，“结合水分，一77一——_-二．．—-一．。．．一一i．一——————，r———■H，非结合水分_／一。，’一自由水分．4)(．平衡含水率l～蔓一一——～1含水率xx一图3．2物料中不同类型水分的区分#＼越鞋按霉 3．3干燥过程31千燥过程分析在干燥过程中，由于物料总是具有一定的几何尺寸大小，即使是很细的粉料，从微观也可看成是有一定尺寸的颗粒，实际上上述传热传质过程在热气流与物料颗粒之间和物料颗粒内部的机理是不相同的，在干燥理论上就将传热传质过程分为热气流与物料表面的传热传质过程和物料内部的传热传质过程。由于这两种过程的不同而影响了物料的干燥过群，两者在不同干燥阶段起着不同的主导和约束作用，这就导致了一般湿物料干燥时前一阶段总是以较快且稳定的速度进行，而后一阶段则是以越来越慢的速度进行，所以我们就将干燥过程分为等速干燥阶段和降速干燥阶段。(1)等速干燥阶段在等速干燥段内，物料内部水分扩散至表面的速度，可以使物料表面保持着充分的湿润，即表面的湿含量大于干燥介质的最大吸湿能力，所以干燥速度取决丁‘表面气化速度。换句话说，等速段是受气化控制的阶段。由于干燥条件(气流温度、湿度、速度)基本保持不变，所以干燥脱水速度也基本一致，故称为等速干燥阶段，此一阶段热气流与物料表面之间的传热传质过程起着主导作_蚪j。因此，提高气流速度和温度，降低空气湿度就都有利于提高等速阶段的干燥速度。等速阶段物料吸收的热量几乎全部都用于蒸发水分，物料很少升温，故热效率很高。可以说等速段内的脱水是较容易的，所去除的水分，纯属非结合水分。(2)降速干燥阶段随着物料的水分含量不断降低，物料内部水分的迁移速度小于物料表面的气化速度，干燥过程受物料内部传热传质作用的制约，干燥的速度越来越慢，此阶段称为降速干燥阶段，有以下儿个特点：降速段的干燥速率与物料的含水量有关，含水量越低，干燥速率越小。这是与等速段不同的第一个特点；降速段的干燥速率与物料的厚度或直径很有关系，厚度越厚，干燥速率越小。这是第22个特点；当降速阶段开始以后，由于干燥速率逐渐减小，空气传给物料的热量，除作为气化水分爿j之外，尚有一部分将使物料的温度升高，直至最后接近于空气的温度。这是第三个特点；降速段的水分在物料内部进行气化，然后以蒸汽的形态扩散至表面，所以降速阶段的干燥速率完全取决于水分和蒸汽在物料内部的扩散速度。因此也把降速段称作内部扩散控制阶段。这是第四个特点。在降速阶段，提高干燥速度的关键不再是改善干燥介质的条件，而是提高物料内部湿份扩散速度的问题。提高物料的温度，减小物料的厚度都是很有效的办法。这是第五个特点。相对等速干燥阶段，降速段的干燥脱水要困难得多，能耗也要高得多。所以为r提高干燥速度，降低能耗，保证产品品质。在生产r艺允许的情况’F，应尽可能采取打散、破碎、切短等方法减小物料的几何尺寸，以有利于下燥过程的进行。 32薄层干燥模型对农产品物料而言．恒速干燥阶段是短暂的，有的甚至没有恒速干燥阶段。因而薄层干燥模型是针对描述物料的降速干燥过程而提出的。用薄层干燥方程来描述薄层干燥模型，干燥方程把物料温度和它周围空气的温度看成是平衡的，忽略干燥刚开始时温度变化的影响，而假定物料温度在干燥开始后立即达到了干燥空气温度。薄层干燥方程可分为理论方程、半理论方程(或称半经验方程)和经验方程。根据Fick第二定律可以得到各种形状物料的薄层干燥方程：MR-羞；L薹知[_nz．D．t]n㈩Mo—M。名2“式中，M旱一水分比；肼一在干燥时间t时的平均含水率，％(d．b．)’M厂初始含水率，％(d．b．)；尬——平衡含水率，％(d．b．)；伊一扩散系数；n——多项式展开的项数；工——无量纲物体特性系数，对球形物体L；6／n2；^，—一与物料形状有关的集总参数，对球形物体Ⅳ一玎2／n2：R_球形物体的半径。对丁球形物料，方程可写成：MR·—．79生2÷n台．上／'／2一ex，[一n2。鲁‘。‘r]cz，此式就是球形物料的理论干燥方程，称为扩散方程，表示了水分比MR与干燥时间f的芙系。由于方程中包含有扩散系D，而D取决于温度，因此，扩散方程考虑了物料内部水分向外扩散阻力。为了简化计算，可只取级数的前几项。若只取第一‘项，即n=l，方程简化成：MR76xp卜警]㈤此式称为理论单项扩散方程。进一步简化，可得到简化的单项扩散方程：MR-A’exp(-Ktl(4)式中，卜常数；肛—干燥常数。此外，描述物料干燥过程的半经验公式还有指数方程(5)和Page方程(6)13 西南大学硕上学位论文辣椒热风十燥原理及工艺MR—exp(-Ktl(5)^lR=expC—Kt”)(6)式中，MR——水分比；世一干燥常数；Ⅳ—一常数；卜一时间。3．4辣椒干燥工艺流程此次试验为辣椒热风干燥特性的研究，所以采用的辣椒干燥工艺流程如下：鲜红辣椒挑选—一清洗—一沥干—’．烘干—一同潮—一包装挑选出颜色均匀、形状规则的新鲜红辣椒，进行清洗、沥干，然后进行烘干实验。烘干过程中，选用低温干燥，这样可以保证辣椒颜色、香味均属上乘；同时注意适量通风、排湿。避免辣椒产生褐色反应而降低质量；应及时进行椒盘倒位，使辣椒干燥均匀，保证整体质量。辣椒烘干过程结束后，含水量很低，质地焦脆，极易破碎，故应在室内放置进行回潮，使其吸收一定量的水分变软，才能进行包装贮藏。3．5红辣椒干燥的影响因素3．51干燥介质的温度温度是影响干燥速度和质量的重要因素。提高温度为加速蒸发提供能量、提高辣角中水分子的扩散速度、降低干燥室内的相对湿度，增加辣角与干燥室内空气间的水气压差，以利Hj水分扩散，从而缩短辣角的干燥时间。但是温度过高，会使辣体内的细胞或细胞中的汁液迅速汽化而膨胀，细胞容易破裂使内容物流失。原料中的糖分和其它有机物质，常因高温而变成焦化状态，或者分解损失，使辣椒干变成“黑皮椒”，即使温度达不到焦化温度，在高温低湿的情况下，也易使辣椒发生硬壳现象，并阻碍内扩散的进行，降低产品品质。所以，高温时间既不能高，由不能过长。反过来，如果空气介质的温度过低，水分蒸发缓慢，干燥时间延长，既容易使有机物质发生氧化而褐变，又容易在聚积存放的情况下发霉变质。因此，干燥介质——空气的温度，通常高于辣椒发霉变质的温度。352空气的湿度空气的湿度也是影响干燥速度的重要因素。在空气温度不变的情况下，据对湿度越低，空气中水汽的饱和差就越大，辣椒干燥的速度也就越快。若升高温度，同时又降低空气相对湿度．则辣椒与空气中水气压差，或饱和差也就越大，辣角中水分的蒸发也就越容易，干燥速度也越快，干制品的水分含量可降低到更低的程度，尤其是干燥后期，影响更为显著。科学的控制空气的温度和湿度，是获得优质辣椒干的重要因素。14 两南大学硕士学位论文辣椒热风干燥原理及工艺3．5．3空气的流动速度干燥辣椒时，干燥介质——空气流动的速度是影响干燥速度和质量的第三个重要因素。若温度不变，空气也不流动，则空气的相对湿度就会逐渐达到饱和状态，蒸发停止。这种情况，必须将饱和的水蒸气排除，换入干燥的空气，脱水干燥的作用才能继续进行。所有不断加快空气流动和扩散的速度，则可维持辣角与空气介质之间较高的水汽乐差，加速辣角干制速度，从而缩短干制时间和干制周期。3．5．4辣角的装载量在一定的干制容积中，装入份量的大小，同样影响干制速度、质量和均匀度。装入份量多时，辣角在容器中的堆放厚度增加，载量越大，厚度越高，由于辣椒问相互挤压，不仅蒸发面积缩小．空气通过的流动速度减弱，内聚湿度较大，不利于水分蒸发，干制速度较慢，再加容易形成高湿高温状况。致使椒干色泽变暗，甚至皮焦里生，部位间脱水度也不均匀，严重影响干制产品质量。为了获得良好干制效果，装入容器的厚度一般以不妨碍空气流通为准。另外，千制方法不同，干制温度和空气流动速度也存在着著异，因此，也应当适时相应的变换容器内的装载厚度。自然干制的要薄些，人工干制的应稍厚些，其中有鼓风装置的烘房能加速烘房内空气流动速度，可适当厚些，而没有鼓风排湿装置的农户小型烘房需适当薄些。 两南大学硕士学位论文辣椒热风干燥动力学试验第4章辣椒热风干燥动力学试验对于某种未知干燥特性的物料，在设计人型干燥设备前，有必要进行干燥动力学试验。在大型干燥机上进行干燥动力学试验较难实现，而在实验室的试验台上很容易实现。此时只需较少物料，且干燥条件较易控制。干燥试验的目的主要是为了探讨在一定风量、风温和装载厚度的条件下，物料含水率随时间变化的规律。为进一步确定干燥T艺参数，指导干燥装置的设计及进行系统分析奠定基础。4．1辣椒干燥动力学试验的材料、试验装置和试验方法411试验材料的准备从重庆北碚贸易市场购买新鲜红辣椒。挑选清洗后置于室内把辣椒表面水分晾干，以各试验用。412试验装置(1)测量装置空气温度测量：采用干球温度计、温度传感器等。辣椒含水率用称重法测量，采用JAS002电子天平称重。(2)试验设备本课题选用西南大学工程技术学院实验室内HG75．4型干燥机，它是一台厢式干燥机，它能提供一定温度范围，通过改变阀门大小控制空气流速，以便测定散粒试样的干燥特性曲线，进而了解物料干燥过程机理。自制一个三层圆筒式干燥托盘，可将辣椒分层进行干燥处理，用来模拟现实生产中多层装置。厢式干燥机是应用范围最广，操作最简便的一种机型。整体为厢形结构，外壳夹层为保温材料热损失少，厢内安装有风扇、空气加热器、热风貉流板、进出风口等。16 两南人学硕上学位论文辣椒热风十燥动力学试验图41厢式干燥机示意图1——风机2——导风板3——通风口4——温度传感器5——显示器6——电加热器7——进风口8——机箱9——三层圆桶4．1．3试验方法4．1．3．1测定红辣椒的初始含水率按标准检验法检测：用感量为0．01～0．001的电子天平称，称取平均样品25克，置丁干燥的网状托盘上，放入100～105"C的烘箱内1．5～2小时，取出放在干燥器中冷却15分钟，再烘30分钟，复称，待两次称量之差不人于0．4毫克，认为己达恒重，可计算含水量⋯。含水量慨卜竖鱼重饔喜铲×，。。c，，由上式测出试验红辣椒样品的初始含水量为84％左出。4．1．3．2试验方案此次试验中，将辣椒干燥试验的影响因素取为热风温度、热风流速和装载厚度，故进行以下试验安排，来分析辣椒干燥速度与温度、风速和装载厚度等因素之间的关系，见表4．1。每一次试验，将挑选后清洗沥干的辣椒鲜果按照试验方案表(表4．1)均匀摊在网状托盘17 西南大学硕十学位论文辣椒热风干燥动力学试验上，调整试验装置的风温、风速恒定后，将托盘平放于试验装置的1二燥室内，托盘位丁干燥宝的中心位置。试验开始后，每隔一定时间迅速取山在电子天平上称重，同时记录卜环境条件(室内的温、湿度)和干燥装置上显示的数据。在试验中不断观察试样的变化情况。当辣椒干燥至安全含水量时，即停止干燥。取出冷却后放入保鲜带中贮存。然后进行下⋯组试验，依此类推，直至试验全部完成。表41不同条件下的干燥试验安排4．2辣椒干燥动力学的试验结果及分析4．21试验结果分析试验过程中，发现辣椒随着时间的增加，椒体慢慢变软，并且颜色逐渐加深。托盘边上的辣椒的失水速度比中心位置要快。开始时辣椒水分减少很快，随着时间的增加，水分的减少鼍降低，到最后很微小。根据试验结果绘制出相应的散点图——辣椒干燥特性曲线，如图4．1，4．2，4．3。4．2．1，1温度对辣椒干燥速率的影响18 西南人学硕上学位论文辣椒热风干燥动力学试验鬟一槲*赴釜最干燥时间(h)图4．1不同温度条件下辣椒干燥曲线图4．1中六条曲线分别是风速为2．0m／s，45、50、55、60、65、70"C温度下的辣椒干燥曲线，在风速恒定的情况下．随着温度的升高，辣椒含水量与干燥时间的曲线的曲率有所增大，即温度越高干燥速率越快，干燥周期越短。但是经过干燥试验结果对比，发现辣椒在60～70℃干燥速度明显增加，但是此温度段干燥后的辣椒表面呈暗红色，椒角发黑，味道有炭化味，且外观不美。而45～55"C温度段干燥后的辣椒表面颜色红亮，外形圆整饱满，气味较为正常。可j^!．，在较低温度下，虽然干燥速度较慢，但是可以提高辣椒干果的晶质；较高温度时则恰恰相反。4．2．1．2风速对干燥速率的影响图4．2505C、不同风速条件下干燥特性曲线图4．2绘出的曲线分别是温度为50℃，风速分别为0．8、104、2．Om／s条件下的干燥曲线。由图可见，在温度恒定的情况下，辣椒含水率与干燥时间的曲线的曲率随着风速的增大而增19^女『)褂蔷扣肇擐 西南大学硕士学位论文辣椒热风十燥动力学试验大，但幅度不大。这说明辣椒干燥速度随着风速的增大而有所提高。4．2．1．3装载厚度对干燥速率的影响i料霹鬟图4．350"C、2O∥s、不同厚度条件下的干燥特性曲线图4．3绘出的三条曲线是50"C、2．Orals、厚度分别为30、45、6011111条件下的干燥特性曲线。试验当中，每隔一段时间就将不同的层盘进行倒位，以免不同层的辣椒干燥条件的差异过大。从图中看出，在试验厚度范罔内，同样温度和风速的条件下，不同厚度对于辣椒干燥速率的影响很小。这是因为试验中辣椒的装载厚度没有堆积到对辣椒干燥达到产生明显影响的高度。另外，辣椒装载空隙比较火，从而热风穿透性好。总体从以上不同条件r的干燥特性曲线来看，似乎表明温度对辣椒干燥速率的影响是最为显著的，风速也有较大的影响，装载厚度则影响很小。42．2干燥特性曲线的拟合在实际工程应Hj和实验中，经常需要得到一条光滑的数据曲线或直线，实际上只能测得⋯些分散的数据，因而在许多情况下，需要利用这些不连续的点，运用最小二乘法等算法，利用多项式或其它的已知函数生成一个新的多项式或已知函数来对已知的数据点进行逼近，实际最常用的曲线拟台是多项式曲线拟合⋯’”’”1。由于辣椒干燥时间和含水率之间是非线性关系，选择多项式同归模型如下：，．、妒宣bo+btx+b2x2+⋯+包z‘+占，￡^一N(O，盯2J(8)为了提高回归方程的可靠性和回归曲线的精度，采用Matlab软件来对回归曲线进行拟合。经过polyfit(x，y'n)命令的拟合，寻找出较优的n阶，得出相应的多项式同归曲线。应用polyval(a，x)，得出多项式的拟合值。通过Matlab软件得到不同条件F的拟合方程：20 (1)不同温度条件下：～454C：y=0．000趾3+O．0171x2—3．7043x+83．6753Notlilr：1．634850"C：y=O．0031x3-0．0079x2-4．5170x+83．5221Nomlr：1．905655℃：y=O．0073x3+0．0202x2-6．5886x+84．4377Normr：l-857660"C：y=0．0161x3+0．0393X2-8．988m：+86．9145Normr：0．794065。C：y=0．0347x3+O．0141xZ-11．2757x+86．7177Nonnr．1．181470。C：y=0．0050x3+0．7321kz-15．9048r+87．3345Normr：1．3029(2)50VN度，不同风速条件下：0．8m／s：y=0．0028x3-0．0116：．4．3920x+84．1112Normr：1．07741．4rigs：y=O．006ms-0．0612xL4．8808x+83．9487Normr：0，81692．0m／s：y=0．004卵-0．0085x2．5．5444x+83．9462Norml"：0．4391C3)50*(2温度，2．0m／s风速时不同厚度条件下：30mm：y=一0．0016x3+0．1418x2-6．0720x+83．9173Normr：0．917245mm：y=-0．0016r3+0．1327x2-6．0191x+83．9391Normr：0．935460mm：y=-0．002x3+n1528x2-6．155(h：+83．8916NOT／／I／：1．0295。。竺50℃条件F的拟合为例，比较拟合前后不同干燥时间所对应的原测量数值与拟合后所得数值。 西南大学顿士学位论文辣椒热风十燥动力学试验504C条件下，原试验数值与拟台后数值的比较干燥时间(小时)原试验数值(％)拟台数值(％)08483．5221，1672754．6675．5836．4167．9638．8810．2971121312．1313．047i3．96314．8816．29717．21317．818．71719．87814470．98561．90157．96954．74449．04245．540．39136．67133．08829．7512667624．41721．13219．16317．84715．77714．6017824571．10462．5858．58955，02348，597449339．51336．19333-02930．03927．242464121．05519．03617．87516．27514．743翌：!：!：：翌!：：!翌拟合前后的散点图与拟合的回归曲线如图4．4所示 (a)(c)(e)(一)；FN,g度条件下的拟合曲线圈(b)时阿《h(d)(f)^摹u褂鼍扣^美v**_搴^慕v斟*加^*)|斟I箍一i一婪郇 西南大学硕上学位论文辣椒热风十燥动力学试验({)(二)50℃，不同风速条件下的拟台曲线图^冀v斟*扣^摹v斟*扭^善v惜*加 西南大学硕士学位论文辣椒热风干燥动力学试验(k)(I)(三)50"G，2．0『n／s，不同厚度条件下的拟台曲线图图4．4不同条件下的拟合曲线团由拟合前后数值的比较和曲线拟台程度可以看山．各条件下的多项式回归拟合度较好，回归系数显著。为了更直观的表现出干燥时间．干燥速率之间的关系，特对干燥时间-辣椒含水率曲线进行转换，运_}{jpolyder命令对以上各回归曲线求导，得出导数多项式t绘制山其导数多项式曲线，即干燥速率曲线，如图4．5所示。25^酱『)嬖钟 两南大学硕士学位论文辣椒热风干燥动力学试验不同温度下．干燥速率．时同由线^∈美Dp)斟蚓孽巾^∈翼qpv僻罩!堪十一∈摹qpv斟纠蝼中图率速燥干的下件条酽搬辣5田 西南大学硕士学位论文辣椒热风干燥动力学试验从图4,5辣椒的干燥速率图中明显可见，辣椒的干燥速率在温度不同的时候变化非常的人，干燥速率随着温度的升高明显加快，并且曲率增大。由丁辣椒的特性，在低温段45-55℃时辣椒开始干燥时有一个短时间的升速和恒速阶段，然后就处于稍微平缓的降速干燥阶段；而在60"C温度以上时，此阶段就很不明显甚至没有，辣椒始终处于降速干燥阶段。辣椒在不同风速下的速率曲线跟不同温度下的曲线类似，也是有一个短暂的升速和恒速干燥阶段，然后就较长时间处于降速阶段。随着风速的增大，速率曲线曲率增人，辣椒的干燥速率加快。辣椒在不同装载厚度的条什F，则始终处丁降速阶段。从图中来看，在30—60mm的厚度范围内，虽然辣椒厚度增加，但是辣椒的干燥速率的影响较小，原因前面已经分析过了。理论上随着辣椒的厚度增加，辣椒干燥速率应逐渐降低，但是图中所示45ram厚度时干燥速率最慢，这可能是由于试验中辣椒取出称重而造成了时间记录误著而导致的。 西南大学硕士学位论文辣椒热风干燥工艺优化第5章辣椒热风干燥工艺优化干制辣椒作为日常的调味品，需求量很人。但是由于生欧期限和区域性的限制，所以要对辣椒进行干燥加．r，使其方便贮藏和运输。热风干燥是一种麻川J1‘泛、简便宜行的方法。干燥工艺是否合理，对辣椒的营养成分、外观质量和香味有很大影响。目前的实际做法多考虑热风干燥的直接应用和经验操作。国内很少进行热风干燥温度、风速及装载厚度等因素对辣椒干燥质量、能耗和生产率等影响的专门系统试验研究，冈此，本试验对辣椒的热风干燥工艺进行深入的研究，以寻求晟佳的参数组合，实现干燥工艺的优化。在此以辣椒失水率和干燥后品质为评价指标进行工艺参数的优化。5．1试验方案的选择5．1．1试验的材料和设备本次试验采用的材料与设备与辣椒干燥动力学试验相同。5．1．2试验方法由于辣椒干燥的影响因素较多，所以为减少试验次数采用正交实验设计方法。正交试验方法具有正交性、优化性和综合可比性等有点，而且试验次数大大减少：少量的试验次数具有较强的代表性，能获取丰富的试验信息，得出全面的结论；处理试验结果时，通过简便的计算和分析，可以获取较多的优化结果。5．1．3正交试验用正交表I．041设计试验方案，进行九次试验。(1)对含水率进行正交试验；根据上面的分析，对辣椒含水率变化进行正交试验，来选取最优冈子组合。试验参数的确定：干燥动力学试验表明了不同条件下干燥时间与辣椒降水幅度的关系，辣椒失水率的影响因素除了有热风温度、风速、装载厚度外，还应该包括干燥时间。根据干燥动力学试验结果分析，辣椒在高温段干燥质量较差，故温度选hq45～55。C的温度段。试验步骤：每一次试验，将清洗沥干的辣椒鲜果按照试验方案表(表5．1)分成相应厚度的试样，均匀摊在15cIll直径的圆筒内网状托盘上，调整试验装置的风温、风速恒定后，将托盘平放丁试验装置的干燥室内，托盘位于干燥室的中心位置。试验开始后，每隔一定时间取出在JAS002型电子天平上称重．同时记录下环境条件(室内的温、湿度)和干燥装置上显示的数据。在试验中不断观察试样的变化情况。干燥至一定要求时间即停1L试验。取出冷却后放入保鲜带中贮存。按照止交试验表次序进行试验。网子水平表和试验方案见表5。1和5．2。 西南人学硕上学位论文辣椒热风十燥工岂优化表5．1因子水平表1245500．81．4304510153552．06020表52正交试验表L。(3‘)1(45℃)12(50℃)23(55℃)31(0．8m／s)2(1．4m／s)3(2．Om／s)11(30mm)2(45ram)3(60mm)l311(1011)2(15h)3(201a)139321(2)以辣椒干燥品质为评价指标进行试验。因子水平表见表5．3所示，试验方案如表5．4所示。表5．3园子水平表1245500．81．430453552．06012345678 两南大学硕+学位论文辣椒热风干燥工岂优化表54L，(3‘)正交试验设计表1(45℃)l12(50℃)3(55℃)31(08m／s)2(1．4m／s)3(2．0m／s)13辣椒品质试验的步骤：试验步骤同前，当辣椒干燥至安全含水量时即停止试验，根据试验号依次进行试验，直至试验全部完成。5．2试验结果分析52．1辣椒失水率表5．5是辣椒失水率试验的极差分析和方差分析表，从中可见干燥时间对辣椒的失水率的影响较显著，温度对失水率有一定的影响，风速影响较小，装载厚度最著。所以在综合条件下，分析得出最优组合是A383C3D3，即热风温度55"(2、风速2．0m／s、装载厚度60mm、干燥时间20h。为了得到一致的显著性检验标准，本试验研究显著性检验程度全部采用如下标准“”F＆>Fool(f*，fo)，影响特别显著，记作+‘；F001>FH>Foos，影响显著，记作+；F0m>F№>F0l，影响较显著，记作(+)：F01>F＆>F025，有一定影响；FmF0．ol(5，7)=7．46，所以当显著性水平为0．01时，回归方程是显著的。由于F1=12．79'e-．Fo01(3，4)=16．7，所以在显著性水平为O．01时，拟台线性回归模型是恰当的。因为F2=7．92>F0ol(5，7)=7．46，所以当显著性水平为0．01时，同归方程是显著的。r。一‰I／扛丽1铲1州掣孓㈣，o一圳√小j1·s醒恨f⋯tjj—p。t／F≮蕊j失水率回归方程由表可见，b12、b11很不显著，交互影响系数b12和b11不能通过显著性检验，认为b12=0 西南大学硕士学位论文辣椒热风干燥工艺优化bn=0，该回归模型中不应该包含交互作用项xtx2和如2。故此时失水率二次回归方程应变成：y=66．2+4．3403xl+6．7582x2．3．7875x22(2)品质方程：辣椒品质回归方程由表可见，b12很不显著，交互影响系数612不能通过显著性检验，认为b12=0，该同归模型中不应该包含交互作用项xix2。故此时辣椒品质二次回归方程应变成：y=8．8246+0．0841x1+O．0379x2．0．0854xt2-0．0969x225．4图形分析烘干T艺性能指标的图形分析是用电子计算机采用对方程降维的方法，可得到上述回归方程的一元二次方程或一元一次方程，并可绘制出变量影响性能指标曲线。以此可分析各指标随因素的变化规律，并可粗略地确定适应各性能指标要求的较佳参数搭配。在降维过程中，把不变因素固定在零水平|381o5．4．1辣椒失水率分析温度■码值图5．1失水率随温度的变化规律40图52失水率随干燥时间的变化规律 西南大学硕士学位论文辣椒热风干燥工艺优化如图5．1所示，失水率随温度的变化关系。由于温度对丁失水率的二次效应不显著，所咀只考虑温度对失水率的一次效应。由图可见，失水率随着温度的升高而增加。所以在工业生产中，如果其它指标允许的情况下，应尽量提高介质温度，提高其失水速率。如图5．2所示，失水率随干燥时间的变化关系。理论上辣椒的失水率麻随着时间的增加一直增大，直至趋于平缓。但从图中可以看出，开始时辣椒失水率逐渐提高，在x=O．892时，达到最高失水率，而后失水率随着时间的增加而有所减小，但变化很平缓。这个现象与理论相矛盾，故二次回归试验中失水率指标的试验测量值存在着误差。这可能是由于辣椒取出称重而产生的时间误差导致的。5．4．2辣椒品质图形分析风述墒码擅5．3品质随风速的变化规律温度■码懂图5．4品质随温度的变化规律如图5．3所示，品质随风速的变化关系。由图可见风速对辣椒品质的影响呈抛物线型。辣椒品质随着风速的增加而变优，到x=O．196时，即风速为1．47m／s时，辣椒晶质达到最优。而后，随着风速的增大而变差。所以，在实际生产中，应选择适宜的风速。如图5．4所示，辣椒品质随温度的变化关系。由图可见温度对辣椒品质的影响呈抛物线型。辣椒品质随着温度的升高而变优，到x=O．49时，即温度为51．7。C时，辣椒品质达到最优。而后，随着温度的升高而变差。5。5在机械化干燥工程和干燥设备中的应用在实际工厂生产中，应综合分析热风温度、风速、装载厚度等因素对辣椒干燥质量的影响，针对辣椒的干燥特性，设定辣椒烘干技术参数。根据辣椒晶种、大小、初始水分含量的不同设定不同的参数值。干燥设备应根据辣椒的具体参数而设定一定的可调范围，方便操作管理。另外根据辣椒干燥工艺过程，改进进出风口结构，使热量尽可能地在干燥器中循环利用。41 西南大学硕士学位论文结论第6章结论6．1主要成果：通过此次试验过程和结果分析，得出以下结论：(1)在干燥动力学试验中，影响辣椒含水率的因子主次是温度、风速、装载厚度，其中装载厚度的影响很微小。运用Matlab软件对辣椒干燥特性曲线进行多项式拟合，得出了辣椒含水率一干燥时间回归方程，并且求导转化成千燥速率曲线方程。从干燥速率曲线中可以明显的看出，辣椒的干燥过程只有短暂的甚至可以忽略的恒速阶段．其多数时间都处于降速阶段。(2)在辣椒工艺研究试验中，先采用正交试验进行辣椒干燥工艺参数的分析。得出辣椒失水率的影响因素主次是干燥时间、温度、风速、装载厚度，其最优工艺参数组合是：温度55℃、风速2．Om／s、装载厚度60mm、干燥时间20h；辣椒干燥后品质的影响因素主次是温度、风速、装载厚度，其晶优工艺参数组合是：温度50’C、风速1．4m／s、装载厚度45mm。其中，装载厚度对丁失水率和干燥品质的影响都很小，这是因为试验中辣椒的装载厚度没有堆积到对辣椒干燥达到产生明显影响的高度。另外，辣椒装载空隙比较大，从而热风穿透性好。(3)采用二次回归旋转中心组合设计，进行了辣椒热风干燥T艺的干燥试验研究，建立_『各干燥工艺性能指标同影响因素之间的回归数学模型，并且对同归方程及回归系数进行显著性检验。6．2存在的问题及改进建议：由于此次试验的条件和时间限制，提出以下建议：(1)在进行辣椒的干燥动力学试验和干燥上艺优化试验中，可以调整影响因素的范嗣，增加其他因素(如熟风相对湿度、不同品种、初始湿含量等)，进一步改进干燥上艺．确定最佳的干燥工艺参数组合。(2)在辣椒干燥T艺参数优化试验中，可以进行分段研究，并且可以考虑更多的评价指标(如营养价值、热能消耗等)，进行多方面指标的参数优化。 西南大学硕士学位论文附录附表1关于失水率的二次回归试验表堕竺兰苎苎兰兰丝——1—11l48．664．358．874．460．971．151．167．266．865．165．767．111．!!!!．——堕生—一138∑一2=53295鼠827．434．722854．0654最，踌=634．3323一o．1鼹=18．1628Bj，510．1482·7SS,一SSo=616．16951lO02O0Ol120O01O0O0O0Ol1l0O叮rO0O1l，1r0O0}1{1l123456789mn挖 附表2关于辣椒品质的二次回归试验表 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西南大学顶士学位论文致谢本论文是在导师张建军副教授和刘峰副教授的悉心指导F完成的。感谢他们对我的关心和帮助，他们严谨的作风、务实的精神和渊博的知识，让我受益颇多。感谢工程技术学院全体老师』L年米的教育和指导。感谢李庆东教授、何培祥副教授、邱青苗副院长等老师的指导和帮助。感谢工程技术学院工厂和建筑系提供的试验设备和装置。最后感谢我的同学们，感谢他们对我的学习和生活上的帮助和支持-47 西南大学硕士学位论文发表论文I千海霞，张建军，刘峰．我国几种粮食干燥机械设备技术分析．农机化研究，2005，92郑严，陈健，王海霞．干燥花椒水平评价指标体系初探．甘肃农业大学学报，2005，12