干燥與脫水技術研究

【科研成果簡介】

干燥與脫水技術研究

干燥是農產品、食品與生物制品加工及安全儲藏的一種重要方法．隨著我國經濟發展和人民生活水平提高，諸如糧食、果蔬、茶葉、林產品、肉類、中藥提取物、酵母、酶制劑等對干燥技術和裝備提出了新的要求：①產品質量，干燥不僅要有效保留產品營養及活性成分，還需滿足質地、風味、色澤等特定要求；②過程節能，干燥是一種能量集中的操作，尤其是對于低價大宗農產品，干燥能耗成本敏感，迫切需要開發節能型干燥工藝和設備；③低碳生產，當前干燥設備以燃用礦石燃料為主，而礦石燃料燃燒會釋放出導致溫室效應的氣體和污染環境的氣體、粉塵，也會影響產品衛生．因此，利用可持續能源，開發食品綠色低碳干燥技術，也是干燥領域的一個研究熱點．

天津科技大學干燥與脫水技術研究團隊以農產品、食品、生物物料等為主要研究對象，進行物料物性、干燥機理及理論、過程模擬仿真、新型干燥設備研發等干燥技術的基礎和應用研究，重點解決現代干燥技術所涉及的基礎性、前瞻性及共性關鍵問題，開發高效、節能、清潔干燥技術與裝備．

針對高附加值食品和生物制品的儲藏保質干燥是本團隊的一個重點研究方向，在研技術包括低溫噴霧、噴霧冷凍、真空干燥等．低溫噴霧干燥主體設備有機結合了液體霧化、低溫冷卻、顆粒流化分級等技術，可實現液體物料低溫干燥、造粒、分級等功能，同時保存物料中有效成分．該設備可應用于功能食品、保健品、醫藥、生物等行業高附加值液體物料的干燥．針對固體藥劑和功能食品生產的需要，本團隊研發了新型噴霧冷凍干燥裝置，并獲得發明專利．噴霧冷凍干燥是一項前沿技術，結合了冷凍干燥的高品質和噴霧干燥的高生產速度的優點．另外，團隊也開展干燥上游操作過程及脫水技術研究，比如超聲蒸發、薄膜蒸發、陶瓷膜濃縮等．

干燥過程節能減排對于發展中國家是一個長期性研究任務，近年來隨著能源價格上漲和環境保護認識提高，其得到更多關注．在干燥過程節能減排方向，本團隊著重研究新型節能干燥技術，固、液廢棄物處理裝置及低碳干燥技術：①新型節能干燥技術主要包括微波轉鼓干燥、脈動燃燒噴霧、中短波紅外干燥技術等．微波轉鼓干燥技術充分利用了微波快速干燥的優點，同時解決了微波加熱不均勻的問題．脈動燃燒噴霧技術采用可控爆燃霧化方式，避免了傳統噴嘴堵塞和磨損問題，可實現高固體含量液體物料、膏狀物料及濕顆粒物料的快速干燥，并降低干燥能耗．②固、液廢棄物處理裝置以食品、農產品、生物制品加工過程中的固、液廢棄物為研究對象，包括廢液脫水及干燥一體化裝置、固體廢棄物流化床、新型微波熱處理裝置及廢渣高效燃燒裝置等，可實現過程工業清潔化生產和廢棄物的再資源化利用．團隊的在研技術還包括農副產品廢棄物流化床熱解技術、高黏度發酵廢液的脈動流化吸附干燥技術及污泥快速干燥與焚燒技術等．③在低碳干燥技術方面，團隊開展了太陽能、生物質能等可再生能源在干燥領域的有效利用，以及利用廢熱的低溫熱源驅動式吸附熱泵干燥技術研究．

干燥裝備數字化設計是裝備設計制造新的發展方向，也是團隊的特色研究方向之一．利用數值模擬和仿真技術，實現了對流化床干燥器、微波轉鼓干燥設備、噴霧干燥器等的計算機過程模擬、系統優化、自動控制和監測，優化了裝備結構和功能，解決過程規模放大問題，實現了裝備創新設計．

團隊注重國內外交流合作．團隊帶頭人李占勇教授等參編國內干燥技術工具書《現代干燥技術》和《Handbook of Industrial Drying》，是《Drying Technology》等學術期刊的編委、學術會議科技委員會成員及多個學術團體主要成員，主辦了第七屆亞太地區干燥會議．團隊骨干成員吳中華教授獲第18屆國際干燥會議青年科學家獎（2012年）．與團隊合作近30年的外國專家Arun S. Mujumdar教授獲得2013年度中華人民共和國國際科學技術合作獎．

干燥與脫水技術是古老的技術，但根據目前的需求和技術發展，其仍然是極其活躍的前沿研究領域，還有許多理論和技術難題需要研究者不斷地探索突破，為發展綠色低碳的現代干燥技術及裝備提供重要支撐．

供稿：機械工程學院 吳中華