空氣能熱泵干燥技術在農產品加工中的應用與分析

摘要：干燥已成為農產品加工過程中提高生產質量的關鍵環節，空氣能熱泵干燥技術因節能等優點具有十分廣闊的應用前景。文章簡述熱泵干燥設備的基本結構和原理，通過實例分析現有空氣能熱泵干燥設備在農產品加工的應用狀況，討論在應用中存在的主要問題和發展趨勢。

關鍵詞：空氣能熱泵；農產品；烘干；應用

中圖分類號：TK172文獻標識碼：A文章編號：1003-4374（2013）03-0044-03

目前，農產品加工過程中，不可避免地要進行農產品烘干（干燥），使其含水量達到有關標準以利于農產品的保管、儲藏以及再加工。農產品最傳統干燥方法多采用日曬或人工烘烤，該工藝效率低下，受天氣制約，且成品質量難以保證。目前稍具規模的加工廠采取蒸氣烘干或電熱風干燥，雖說蒸氣烘干或電熱風干燥法比起日曬或人工烘烤法有著無法比擬的優點，但隨著人們生活質量的提高，對環境的保護意識越來越強以及不可再生能源（如天然氣、煤、石油）的日益枯竭，原有的燃煤、燃油或是電熱等高能耗、高污染的干燥設備的使用將受到嚴格限制甚至被禁止使用，它們已處在被淘汰的地位。太陽能烘干設備雖能節能但不能支持長期工業化生產，尋找一種新型的、安全的、環保的、高效節能的干燥設備替代原有舊式的干燥設備顯得越來越緊迫，空氣能熱泵烘干設備就是在這種環境下應運而生了。

1空氣能熱泵烘干的工作原理

空氣能熱泵是根據逆卡諾循環原理，采用少量的電能驅動熱泵，通過熱泵裝置中的構成部分——蒸發器、壓縮機、冷凝器、膨脹閥或節流閥，促使工質不斷完成蒸發（吸收外界空氣中熱量，或回收干燥過程中排氣余熱）—壓縮—冷凝—節流—蒸發的熱力循環過程，使空氣環境中的能量搬運至烘箱（房）內，烘箱內熱空氣經過反復循環升溫，吸收物料中水分，自身降溫加濕，經熱風排濕或冷凝除水過程把物料中水分排除帶走，并最終實現物料連續干燥。熱泵烘干過程中，若消耗了一份的能量（電能），它同時從環境空氣中吸收轉移三份的能量（熱量）到干燥介質中，相對于電熱烘干機而言，就節約了三分之二的電能，熱泵憑其高效節能的最大特點成了備受關注的新型綠色能源產業。

2空氣能熱泵干燥設備的具體應用分析

2.1運用實例對比

廣西農作物種類豐富，特色產品如荔枝、龍眼、香蕉、木瓜、薯類、煙葉、茶葉、中藥材等產量大，常常需要再加工，現有加工企業多是中小規模的廠家，目前多是采用蒸氣或電熱風進行農產品干燥，空氣能熱泵技術只是開始在廣西中小農產品加工廠家嘗試使用，南寧市好聰仔食品有限公司從2012年5月份開始正式投入使用時就已使用梧州市華源動力機械有限公司為它量身定制的熱泵烘干節能設備，其具體使用情況分析如下：

對比內容蒸氣干燥熱泵干燥干燥循環方式開放式（空氣經加熱后進入干燥房內吸濕后敞開排入大氣中）封閉式（作為干燥介質的空氣只在干燥房內循環）去濕方式排濕（高溫濕空氣直接敞開強排入大氣）制冷除濕（通過制冷系統降溫除濕自動水汽分離）熱源蒸汽冷凝熱回收溫度均勻性不良（因蒸汽供熱方式前入后出導致加熱不均勻）優（加熱系統布置合理使烘房內溫度均勻）干燥質量一般（有變色、變形現象）優（產品能較好地保持原有的色澤、風味）總功率100kw（換算功率）35kw電機功率23kw8kw能效比70%300%烘干溫度80℃40—60℃烘干時間30h20h運行費用高（廢熱排放大，熱效率低；烘干時間長，勞動強度較大，運行費用高）低（無廢熱排放，熱效率高，烘干時間較短，人工勞力減少運行費用低）環保性差（有廢氣、廢水、廢渣排出）優（生產過程中幾乎零釋放）噪音噪音大噪音小

2.2傳統干燥方法存在的具體問題

經歸納總結，蒸氣烘干或電熱風干燥等傳統烘干生產工藝存在以下幾方面的主要問題：

2.2.1加熱溫度過高傳統工藝干燥技術，加熱溫度不易控制，加熱溫度不易均勻，往往使干燥溫度較高。

2.2.2干燥時間過長，產品的品質不高傳統的加熱干燥是依靠熱力通過傳導、熱對流和熱輻射等途徑對物料加熱，這種由表及里的干燥過程延長了農產品的干燥時間，容易導致食品營養成分損失，并破壞了食品原有的自然口感，使產品的等級不高。

2.2.3能耗大由于廢氣損失熱量所占比例較高，加上干物料帶走熱量等，傳統干燥過程熱效率不高，僅為30%—60%。

2.2.4工作環境不友好傳統干燥工藝，往往勞動強度較大，工作環境不夠友好，會產生大量的廢氣（尤其是有燃煤、燃油過程），不環保。

2.3空氣能熱泵干燥法的優點

實踐證明，空氣能熱泵技術有以下主要優點：

2.3.1節約能源， 運行費用低節約能源是高溫熱泵最初應用的出發點，也是主要的優點。與原來的燃煤蒸氣烘干相比，可節省60%—70%的能耗成本，且節約人工成本，運用費用低。

2.3.2安全環保熱泵烘干機組采用了電氣分離技術，具有很高的安全性，生產過程的零污染排放使環境更綠色環保。

2.3.3干燥物品質好熱泵烘干的溫和干燥方式，接近自然干燥，其表面水分的蒸發速度與內部水分向表面遷移速度比較接近。整個干燥系統處于密閉狀態，減少受熱變性及變色，風味物質損失少，比傳統干燥設備更有效地保護干燥物的色、香、味、個體形態和有效成分，所以成品品質好，等級高。

2.4用實例設備的優點和缺點

2.4.1熱泵烘干設備結構簡單可靠，成本合適該干燥系統的冷卻設備和干燥設備是獨立模塊設計，兩部分用連接管連接，進入連接管的空氣以制冷系統調節（溫度、流速和絕對濕度）后進入干燥室，這能保證各模塊元件靈活拆裝，且干燥室的大小和配置也更簡單、靈活，設備成本容易控制。

2.4.2合理的干燥房設計，使成品率接近100%熱泵干燥技術的烘干質量由熱泵烘干設備的技術工藝所決定，但烘干房的設計也會相應影響著烘干設備的效率和烘干品質，該系統設備的干燥房設計合理，使整個干燥房的溫度均勻穩定，均勻平衡脫水技術使成品率很高。

2.4.3不能動態自動控制溫度濕度等雖然該設備使用時穩定性較高，但也需要根據被加工的農產品的類別事先進行溫度和濕度的調控，但干燥加工是一個復雜多變過程，應根據物料脫水情況及環境狀況實時調控工藝參數，所以自動化控制尤其重要，出于成本方面的考慮，該設備沒有安裝操作使用方便的PLC可編程控制器、觸摸屏人機界面控制系統，還不能做到熱泵干燥過程中，根據不同物料自動的將循環空氣的溫度、濕度及循環流量精確、有效的控制，所以對不同類型的物料干燥要進行定制作，而不能做到混用，使設備不能標準化，使用范圍受到限制。

3前景展望

物料烘干是一個巨大耗能過程，大多數發達國家用于烘干的能耗占全國能耗的7%—15%，熱效率僅為25%—50%，空氣能熱泵烘干作為能將降低能源消耗和提高烘干產品質量兩者完美統一起來的技術將給烘干（干燥）行業帶來重大的技術革命。

大部分烘干脫水的農產品要求是既不能炭化和糖化，更不能使物料內部的各種有益元素流失，通常烘干溫度55℃就是一個臨界點，而空氣能烘干設備能有效的控制這個關鍵點。

廣西農作物種類豐富，產量大，據相關數據表明，廣西八角的產量占全球80%，水果和八角產品每年因為不能及時加工而損失量很大?？諝饽芎娓稍O備的成功運用將對廣西的蔬果、農產品加工提供更好的選擇。

空氣能熱泵干燥設備的適用范圍非常廣，不僅適用于常規的農產品加工，還可用于海產品、蔬菜脫水、肉制品、糧食谷物、布料、衣物、藥品、中藥材、紙品、木材甚至肥料、污泥、石膏、五金產品、冶金產品、礦山副產品、化工產品、粉煤、煤泥、褐煤等的烘干。其經濟效應和社會效應巨大。

目前，熱泵干燥技術的發展趨勢應是在控制成本的情況下實現對不同物料最優操作條件下改進干燥器，著力改進對原料的適應性以實現大型化和高經濟性。

參考文獻：

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