花生熱風干燥特性及動力學模型的研究

林子木 趙卉 李玉 王赫 趙旭 李佳

摘要：為研究花生干燥特性，選取不同干燥溫度、干燥風速對花生進行薄層熱風干燥，并建立干燥動力學模型。結果表明：干燥溫度、干燥風速越高，花生干燥速率越快，干燥用時越短;干燥溫度對花生干燥是影響大于干燥風速的影響。由模型擬合數據可知，花生干燥過程可以利用Page模型進行較為準確的描述。

關鍵詞：熱風干燥;花生;試驗;溫度;風速

剛收獲的花生由于含水量很高，容易發霉，每年由此造成的損失占總產量的10%～20%，因此花生需干燥后才能長期存放和加工。利用機械進行花生干燥時，升高溫度有助于花生快速干燥和提高干燥效率，但溫度過高，容易引起花生蛋白變性，影響花生品質。以鮮花生為原材料，研究熱風干燥特性及品質，以期科學控制花生干燥速率和時間，達到較好的干燥效果。

1 材料和方法

1.1 試驗原料

新鮮帶殼花生產自遼寧錦州，干基含水率為0.658 9 g/g。

1.2 儀器與設備

JK-KB1700型多參數可控原位精確干燥試驗臺：長春市神陽機電有限公司;電熱鼓風干燥箱：上海蘇進儀器設備廠;電子天平（精度0.000 1 g）：北京賽多利斯天平有限公司。

1.3 試驗方法

取鮮花生1 kg，均勻攤在直徑為30 cm、孔徑2 mm篩網托盤上，干燥試驗開始后，每隔30 min測定樣品的質量，水分≤10%時停止干燥。干燥溫度分別為40，50，60 ℃，干燥風速分別為0.2，0.4，0.6 m/s。

1.3.1 干基含水率Mt

1.3.2 干燥速率DR

1.3.3 濕分比MR

1.4 數據處理與模型分析

采用Excel和Origin軟件進行數據處理與模型分析。

2 結果與分析

2.1 干燥溫度對花生干燥的影響

由圖1可知，花生的干基含水率隨干燥時間的增加逐漸降低;干燥溫度越高，花生的干燥曲線越陡，干基含水率降低越快。

由圖2可知：干燥溫度越高，干燥速率曲線越陡;根據干燥速率變化，花生干燥過程可以分為加速和降速兩個階段;在干燥前期，花生的表面干基含水率較高，隨著干燥溫度的升高，花生表面水分蒸發較快，呈現干燥增速加速過程;持續干燥一定時間后，隨著花生干基含水率的降低，花生表面水分蒸發減緩，花生內部水分遷移距離增加，導致水分傳遞速度減慢，因此干燥速率降低，進入降速干燥過程。

2.2 干燥風速對花生干燥的影響

由圖3可知：在干燥前期，花生干基含水率曲線的斜率隨著風速增加而變大，這是由于風速增加使花生在單位時間內與熱空氣接觸面積增加，花生表面水分蒸發較快，干基含水率降低較快。

由圖4可知，干燥初始階段花生干基含水率較高，隨著干燥風速的提高，干燥速率升高;但隨著干燥時間的增加，在干基含水率為0.2 g/g時，不同干燥風速的干燥速率趨于相同。這是因為在干燥后期，花生干燥速率主要受內部水分擴散速度影響，而干燥風速對其影響不明顯。

2.3 動力學模型的建立

花生干燥是一個復雜的、非穩態的傳熱和傳質過程。根據試驗結果可知，熱風溫度對花生的干燥有顯著的影響。對各模型進行回歸分析和模型擬合的方差計算，3種模型均常用于農產品的薄層干燥，結果見表1。

由表1可知，Lewis，Henderson，Page這3種模型決定系數平均值分別為0.943 07，0.975 57，0.995 38，均方根誤差平均值分別為0.021 46，0.016 36，0.019 52。綜合考慮擬合程度和回歸效果，Page模型在不同干燥溫度下的決定系數最大而均方根誤差較小，可以作為花生干燥動力學模型。

3 結論

干燥溫度和干燥風速越高，花生干燥速率越快，干燥用時越短。干燥溫度對花生干燥的影響大于干燥風速。花生干燥前期，干燥速率隨干燥溫度和干燥風速的增加逐漸增大，而花生的干基含水率逐漸降低;到干燥后期，干基含水率降到一定程度時，干燥速率由水分擴散速率決定。由模型擬合數據可知，花生干燥過程可以利用Page模型進行較為準確的描述。

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