熱泵干燥技術(shù)

熱泵干燥技術(shù)摘要：熱泵是一種高效、節(jié)能裝置，應用于干燥進程能夠降低能耗，對于減緩我國能源緊張局面具有重要意義。為此，本文將介紹了熱泵干燥系統(tǒng)的組成；指出了熱泵干燥技術(shù)具有提高產(chǎn)品干燥品質(zhì)、易于控制和環(huán)境友好等特點，可用于木材、谷物、茶葉、種子和食物等物料的干燥；按照H前熱泵干燥技術(shù)存在的干燥速度低等問題，分析了熱泵干燥技術(shù)的進展趨勢。關(guān)鍵詞：熱泵干燥技術(shù)；不足；高效節(jié)能；進展趨勢；特點Abstract:thepumpisakindofhighefficiency,energysavingdevice,usedindryprocesscanreduceenergyconsumption,inChina】senergyforalleviatingtensiontohavetheimportantmeaningTherefore,thispaperintroducesthecompositionofdryheatpumpsystem;Pointsoutthattheheatpumptechnologyhasthedryimproveproductquality,easytocontrolthedryandenvironmentfriendlyandothercharacteristics,canbeusedinwood,grain,tea,seedsandfoodmaterialsuchasdry;Accordingtothecurrentdryheatpumptechnologyinthedryingrateoflow,analysesthedevelopmenttrendofthetechnologyofdryKeywords:dryheatpumptechnology;Insufficient;Highefficiencyandenergysaving;Developmenttendency;characteristics1引言干燥工藝是最古老的單元操作之一，普遍應用于國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域。干燥行業(yè)是耗能較大的產(chǎn)業(yè)，在發(fā)達國家，大約10%20%的燃料應用于干燥工藝［1］。隨著社會和科學技術(shù)的不斷進展，熱泵技術(shù)逐漸應用于干燥領(lǐng)域。熱泵的最先應用出現(xiàn)于20世紀20年代到了50年代才作為商品出此刻市場上?？墒牵跗谟捎诋a(chǎn)品銷售價高、幕得住性差等原因，使熱泵生產(chǎn)進展緩慢。70年代,隨著石油危機的出現(xiàn)和熱泵技術(shù)本身的不斷改良和完善，熱泵乂以其獨特的優(yōu)勢從頭進入市場。熱泵干燥技術(shù)因為具有高效節(jié)能、本錢較低、不污染環(huán)境、能對干燥介質(zhì)的溫度、濕度、氣流速度進行準確獨立控制，而且干燥質(zhì)量也好，因此已普遍應用于木材干燥、種子干燥、食物加工、陶瓷烘焙、紡織行業(yè)等領(lǐng)域。2.熱泵干燥原理熱泵從低溫熱源吸取熱量，使低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位熱能，能夠從自然環(huán)境或余熱資源吸熱從而取得比輸入能更多的輸出熱能。熱泵干燥系統(tǒng)山兩個子系統(tǒng)組成：制冷劑回路和干燥介質(zhì)回路。制冷劑回路山蒸發(fā)器、冷凝器、緊縮機、膨脹閥組成。系統(tǒng)工作時，熱泵緊縮機做功并利用蒸發(fā)器回收低品位熱能，在冷凝器中則使之升高為高品位熱能。熱泵工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸收干燥室排出的熱空氣中的部份余熱，蒸發(fā)變成蒸氣，經(jīng)緊縮機緊縮后進入冷凝器中冷凝，并將熱量傳給空氣。山冷凝出來的熱空氣再進入干燥室，對濕物料進行干燥出干燥室的濕空氣再經(jīng)蒸發(fā)器將部份顯熱和潛傳給工質(zhì)，達到回收余熱的II的；同時，濕空氣的度降至露點析出冷凝水，達到除濕的LI的。干燥質(zhì)回路主要有干燥室與風機。熱泵干燥系統(tǒng)原理圖1所示。壓繩機/圉1熱泵干燥系統(tǒng)原理圖3熱泵干燥技術(shù)的特點3.1節(jié)約能源節(jié)約能源是熱泵最初應用的起點，也是主要的長處。熱泵低溫（15°0~45°0干燥木材時可節(jié)約能耗40存70%。干燥大米的適宜溫度為35°度50°。?溫度雖低，可是需要大量的熱。傳統(tǒng)干燥器的效率只有3%〃5%,而用熱泵干燥效率將明顯提高。布匹對干燥溫度有嚴格的要求，熱泵干燥機組不但能知足此要求，而且比傳統(tǒng)的熱泵干燥機組節(jié)能50%左右。熱泵干燥技術(shù)應用在蔬菜脫水中節(jié)能高達90%。最近兒年來愈來愈多的研究人員也證明了熱泵干燥機組的節(jié)能特性。3.2干燥產(chǎn)品品質(zhì)好熱泵干燥是一種溫和的干燥方式，接近自然干燥。表面水分的蒸發(fā)速度與內(nèi)部水分向表面遷移速度比較接近，使被干燥物品的品質(zhì)好、色澤好、產(chǎn)品品級高。用普通的干燥方式取得的芳香類揮發(fā)性物質(zhì)保留少、耐熱性差的維生素保留低、顏色轉(zhuǎn)變較大。例如：用滾筒干燥機取得生姜的生姜素維持率僅為20%,而用熱泵干燥取得的生姜素維持率高達26%。VanBlarcom和Mason的實驗表明，即便在50°C下,采用熱泵干燥澳大利亞堅果也不會出現(xiàn)上面所說的褐變現(xiàn)象，能較好地維持堅果原有的色澤、風味及營養(yǎng)成份。3.3干燥參數(shù)易于控制且可調(diào)范圍寬熱泵干燥進程中，循環(huán)空氣的溫度、濕度及循環(huán)流量可取得精準、有效的控制，且溫度調(diào)節(jié)范圍為-20°C100°C(加輔助加熱裝置)，相對濕度調(diào)節(jié)范圍為15%80%適合于熱敏性物料的干燥。3.4環(huán)境友好物料干燥不僅要求提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約能耗，同時必需對環(huán)境友好?；谙嗤脑u價標準，熱泵對全世界變暖的影響與電釋放的C02相較是很小的。對環(huán)境的友好是熱泵干燥的長處(19960dilio)。目前，國外提倡應用熱泵來減少C02的排放，它必將取得進一步應用。4熱泵干燥技術(shù)的應用4.1木材的干燥木材的干燥加工，是較早成功應用熱泵干燥技術(shù)的領(lǐng)域，雖然用熱泵干燥技術(shù)干燥木材所需時刻較常規(guī)氣流干燥法耗時多，但顯著的節(jié)能效果和較高的木材利用率,使熱泵干燥法成為木材干燥加工的主要手腕之一。專門是對那些商業(yè)價值高、干燥難度大的“難干木材”，例如，澳大利亞的紅山毛樟、硬山毛樟等，更適合于熱泵干燥。

我國20世紀80年代第一在木材加工中引入熱泵干燥技術(shù)，U詢熱泵干燥法已被全國許多地域的木材加工企業(yè)普遍利用，木材熱泵干燥設備的生產(chǎn)現(xiàn)已完全立足于國內(nèi)。4.2谷物的干燥谷物干燥是熱泵干燥技術(shù)的主要研究及應用領(lǐng)域之一，日本科學家利用熱泵干燥技術(shù)對谷物進行的干燥實驗表明：從谷物中除去1%水，平均能耗為2063kJ;俄羅斯科學家的實驗數(shù)據(jù)為1624kJ，均低于常規(guī)氣流干燥法的平均能耗;GiocoM指出，198二、1983、19843個年度的生產(chǎn)實驗證明：熱泵干燥技術(shù)應用于谷物干燥較常規(guī)氣流干燥法平均節(jié)能約30%,最多可節(jié)能50%?？谇霸谟?、德國等發(fā)達國家熱泵干燥技術(shù)已在谷物干燥加工生產(chǎn)實際中取得普遍應用。4.3種子的干燥熱泵干燥技術(shù)的低溫干燥特性比較適合于種子干燥，用熱泵干燥機別離對玉米、大豆、稻谷種子進行了干燥實驗研究，結(jié)果表明：熱泵干燥技術(shù)是一種很適合各類子干燥加工的技術(shù)，它不僅能維持種子的品質(zhì)，和日曬相較，還可使種子發(fā)芽率提高5%o上海市能源研究所于1992年研制了熱泵式糧食種子干燥裝置，實驗結(jié)果表明：（1）能耗經(jīng)多次測試為17002500kJ/kgH20,明顯低于常規(guī)干燥的能耗；（2）發(fā)芽率有必然的提高。4.4食物物料的干燥把熱泵干燥技術(shù)應用于食物物料的干燥愈來愈取得人們的關(guān)注。一方面是過去對食物等熱敬感性物料的干燥一般采取冷凍干燥，但干燥本錢太高;另一方面是熱泵干燥的干燥條件溫和，干燥參數(shù)易于控制，可得與冷凍干燥相近的產(chǎn)品。熱泵干燥食物物料時其干燥溫度能在-2060°（范圍內(nèi)調(diào)節(jié),采用適當?shù)目刂品绞?，熱泵干燥系統(tǒng)可在常壓下實現(xiàn)冷凍干燥。Chua.et.all（2000）應用他們自己設計的二級蒸發(fā)燒泵干燥系統(tǒng)，按照不同的農(nóng)產(chǎn)品品種，設計了不同的干燥介質(zhì)溫度，取得的產(chǎn)品質(zhì)量好，而且在整個干燥進程中顏色和維生素C《糧油加工與食物機械》2004年第4期的損失別離下降87%和20%。最近兒年來國外采用熱泵干燥食物物料的應用研究如表1農(nóng)1采用熱泵「燥的食砧產(chǎn)品研究人員干燥對象研究結(jié)果研究人員干燥對象研究結(jié)果農(nóng)產(chǎn)品及海產(chǎn)品（蘑菇.水果、海黃瓜、牡蠣）產(chǎn)品品質(zhì)得到提高Chouelal.(1998a,1998b)Chuaeial.(2000)農(nóng)產(chǎn)品及海產(chǎn)品（蘑菇.水果、海黃瓜、牡蠣）產(chǎn)品品質(zhì)得到提高Prasertsanetal.(1997,1998a)露國)農(nóng)產(chǎn)品（香蕉）適A丁熱泵v燥而且運行費用低Thccrakulpisut(1990)澳大利亞)谷物當干燥速率高時，適合采用開式熱泵循環(huán)MeyerandGreyvenstein(1992)?非)谷物存在一個最短的干燥時間,使得熱泵干燥最經(jīng)濟Rossietal.(1992)巴西〕蔬菜（洋蔥）節(jié)能、節(jié)時、產(chǎn)品質(zhì)量好StronuneniindKrammer(1994)挪威)海產(chǎn)品（魚類）熱泵干燥能很好地保持產(chǎn)品的多孔性、復水性、韌性、質(zhì)地和顏色5.熱泵干燥現(xiàn)存的問題和進展趨勢熱泵干燥技術(shù)雖然具有節(jié)能、干燥溫度低等長處，但存在干燥時刻長，保護要求較高等問題。5.1存在問題5.1.1干燥時刻長受其工作原理的限制，熱泵干燥溫度一般在4560[5]之間.在干燥加工中，為了保證產(chǎn)品品質(zhì)，一般采用較低干燥溫度，使干燥速度下降，生產(chǎn)能力降低，從而延長了干燥時刻為了縮短干燥時刻，必需提高干燥溫度，必需提高緊縮機的緊縮比以增大冷凝壓力，但如此會對緊縮機產(chǎn)生負面影響，而且熱泵系統(tǒng)性能也會因此下降另外，熱泵干燥機采用的是空氣閉式循環(huán)方式，雖然提高了能量利用率，但緊縮機卻始終處于高溫高濕狀態(tài)，如此就對緊縮機的性能及靠得住性提出了很高的要求，LI前國產(chǎn)的制冷緊縮機還不能知足如此的要求.5.1.2能級消耗高熱泵干燥技術(shù)進程消耗的是能級最高的電能，很多學者以為熱泵干燥節(jié)約了能源，但從經(jīng)濟上分析未必合算因此，從熱力學第必然律和熱力學笫二定律動身，將能量的質(zhì)量和數(shù)量加以統(tǒng)一的氣宇標準按能量的做功能力大小作為衡量能量的統(tǒng)一尺度，來分析熱泵干燥進程能量的利用程度是很有必要的。5.1.3制冷劑泄漏，影響環(huán)境山于采用了加壓系統(tǒng)，若管路發(fā)生開裂，則制冷劑會泄漏到環(huán)境中[4].一旦發(fā)主泄漏，熱泵循環(huán)系統(tǒng)的壓力明顯下降，干燥機的工況將受到影響，消耗臭氧的制冷劑CFCs會影響環(huán)境.3.1.4保護要求較高熱泵干燥機的緊縮機、制冷劑過濾器、熱互換器等裝置均要求按期進行保護、檢修，以保證干燥機處于優(yōu)良的工作狀態(tài).制冷劑發(fā)生泄漏時應及時補充或改換，不然熱泵循環(huán)系統(tǒng)將受到較大影響。5.1.5干燥規(guī)模小同蒸汽鍋爐規(guī)模相較,熱泵干燥規(guī)模小?如木材干燥，用蒸汽干燥，最大干燥房可達300m2以上,而熱泵干燥最大為100m25.宕前熱泵干燥技術(shù)的研究與進展，主要集中在以下幾個方面：5.2.1關(guān)于熱泵干燥機組設計、性能、干燥介質(zhì)、新產(chǎn)品等的研究。①提高干燥溫度。提高熱泵的干燥溫度是LI前的主要課題。通過加裝輔助加熱系統(tǒng)，使通過冷凝器的空氣進一步加熱以提高干燥溫度，是LI前普遍采用的方式之一。②采用新型綠色熱泵工質(zhì)，應用高溫高壓緊縮機，提高其冷凝溫度，從而知足較高的干燥溫度要求。其中制約緊縮機進展的兩個主要因素是熱泵工質(zhì)和潤滑油，無油潤滑緊縮機也是一個進展方向。LI前已有學者進行了這方面的嘗試并取得了初步進展，證明那個途徑是可行有效的。③研究開發(fā)新產(chǎn)品。為在供電不足或供電設施不全地域利用熱泵干燥技術(shù)，開發(fā)基于電機之外的其它動力驅(qū)動的熱泵干燥裝置具有重要意義。④改良熱泵性能。通過應用高效換熱器來提高熱泵效率和脫水能力。5.2.2聯(lián)合式、輔助熱源熱泵干燥系統(tǒng)的開發(fā)研究，專門是太陽能熱泵干燥系統(tǒng)極有進展?jié)摿Α＂俣嘤猛緹岜孟到y(tǒng)開發(fā)與應用。按照生產(chǎn)實際，調(diào)整熱泵系統(tǒng)的模塊組合，從而使之具有干燥、空氣調(diào)節(jié)、冷凍儲藏等多種功能。②與其它干燥方式聯(lián)合應用。在熱泵干燥裝置中采用高頻電磁波或紅外加熱等作為輔助加熱源，如此既提高了干燥速度和溫度，乂減小了熱泵干燥裝置本身的熱負載量。③太陽能、地熱及廢熱等可再生或低品位能源在干燥領(lǐng)域的應用成為研究熱點。5.2.3自動控制、信息技術(shù)、模擬技術(shù)等的進展為熱泵干燥機組性能進一步優(yōu)化創(chuàng)造了條件。干燥加工是一個復雜多變的進程，按照物料脫水情形及環(huán)境狀況實時調(diào)控干燥工藝參數(shù)，有利于提高能量利用率及產(chǎn)品品質(zhì)。熱泵干燥裝置既能夠調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)濕度乂能夠調(diào)節(jié)干燥介質(zhì)的溫度。因此，可將現(xiàn)代檢測、傳感及控制技術(shù)結(jié)合起來應用于熱泵干燥加工，實現(xiàn)對干燥加上進程的全自動人工智能實時控制，以降低操作本錢和提高干燥品質(zhì)。5結(jié)束語熱泵干燥技術(shù)具有干燥除濕快、熱效率高和顯著的節(jié)能效果，在常溫下即可取得較為理想的干燥速度，既大幅度節(jié)省了資源，乂提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，經(jīng)濟效益顯著，并可消除廢氣和噪聲的污染，改善了工作環(huán)境，從而受到普遍關(guān)注，但同時熱泵干燥所存在的問題需要慢慢得以解決.提高干燥溫度，開發(fā)新型熱泵干燥系統(tǒng)，普遍應用現(xiàn)代測試技術(shù)、傳感技術(shù)和自動控制技術(shù)，將是熱泵干燥技術(shù)此后的主要進展方向.同時，我國是能源欠缺的農(nóng)業(yè)大國，有大量農(nóng)產(chǎn)品需要儲藏和運輸，熱泵干燥技術(shù)將有廣漠的進展前景.6參考文獻[11張宏飛，張聯(lián)英熱泵干燥