轉輪除濕機在巧克力工廠的應用分析

張文慶 鄒同華 任成林

摘 要：隨著科學技術發展水平和產品品質的不斷提升，溫濕度的精確控制顯得越發重要。在食品行業中，特別是粉劑類對溫度、濕度的要求都特別高，實現溫濕度的獨立控制對這類行業有著重要意義。本研究以天津一巧克力工廠的溫濕度控制為例，來闡述轉輪除濕機在食品行業中的重要作用。

關鍵詞：轉輪除濕;食品加工;溫濕度控制

中圖分類號：TU834.9 ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）2-0051-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.02.012

Application Analysis of Rotary Dehumidifier in Chocolate Factory

ZHANG Wenqing1 ? ?ZOU Tonghua1 ? ?REN Chenglin2

（1.Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology， Tianjin University of Commerce， Tianjin 300134，China;2.Tianjin Chengchen Technology Development Co. ， Ltd.，Tianjin 300350，China）

Abstract：With the development of science and technology， the quality of products is constantly improving， the precise control of temperature and humidity is becoming more and more important. In the food industry， especially powder， the demand of temperature and humidity is especially high， so it is very important to realize the independent control of temperature and humidity. Taking the temperature and humidity control of a chocolate factory in Tianjin as an example， this paper expounds the important role of Rotary dehumidifier in food industry.

Keywords：wheel dehumidification; food processing;temperature and humidity control

0 引言

在巧克力生產的工藝流程中，空氣的溫濕度對其有著非常重要的影響。傳統的空調冷凍除濕并不能夠滿足部分食品加工過程所需的濕度要求，而轉輪除濕卻能夠很好地實現對溫度和濕度的獨立控制。近年來，隨著國家對食品安全的重視以及大眾對食品品質要求的提升，轉輪除濕在食品加工方面的應用也越來越普遍。

1 轉輪除濕機簡介

1.1 轉輪除濕機的原理

轉輪除濕機中最主要的部件就是除濕轉輪，其使用的是活性硅膠與陶瓷纖維復合而成的材料。除濕轉輪的吸濕原理是：當處理空氣經過轉輪時，處理空氣中的水蒸氣分壓力要小于轉輪中硅膠材料的水蒸氣分壓力，則在壓差的作用下水分被吸入轉輪，從而使空氣變干燥。除濕轉輪再生原理則相反，給轉輪通高溫熱風，水分會從轉輪被帶到空氣中，轉輪實現脫附再生[1-3]。轉輪除濕機的原理是：轉輪除濕機的除濕轉輪分為兩個區域，分別是處理區與再生區，兩者的分區比例一般為3∶1，其運行原理如圖1所示。除濕轉輪勻速且緩慢地轉動，轉速一般為12 r/h左右，被處理的空氣先經初效過濾器進入轉輪（過濾器與轉輪之間設置前表冷器，給進入轉輪的空氣進行預冷以達到更好的除濕效果），通過轉輪的處理區后，空氣變干燥，干燥空氣被處理風機送至干燥間[4]。空氣水分在處理區被除濕轉輪帶走，而轉輪的吸濕能力也會下降，為使其恢復吸濕能力，轉輪在驅動電機的作用下緩慢轉動到再生區，在再生區內會有與處理風方向相反的再生風吹過，再生風的溫度一般為120～140 ℃。以此來將轉輪中的水分帶到室外，轉輪的吸濕能力得到恢復，再生過程完成，這樣周而復始，使除濕機具有持續穩定的除濕能力[5]。

轉輪除濕機組如圖2所示。對于除濕機除濕量的調節一般可從以下兩方面進行[6-7]：一是控制風量（過轉輪）;二是控制再生溫度。當需求的除濕量增大時，可以減小旁通風閥開度，增大過轉輪的風量，或者相應地增大再生溫度;反之，當需求的除濕量減少時，則可以增大旁通風閥開度或者是相應地降低再生溫度[8]。

1.2 轉輪除濕的優劣勢

1.2.1 轉輪除濕的優勢。轉輪除濕機的主要優點是：轉輪除濕機具備良好的持續工作能力，除濕量大，濕度獨立控制且控制精準;除濕效果顯著，除濕能力是冷凍除濕機難以達到的，甚至超低露點轉輪除濕都可以做到[9];除濕轉輪性能高效穩定，其運行簡便易操作，機器的安裝與維護也很簡便[10]。

1.2.2 轉輪除濕目前存在的劣勢。為實現除濕轉輪的循環使用，必須維持轉輪的吸濕能力，需要提供大量熱量來使轉輪完成脫附再生過程，并且所需的溫度較高，因此轉輪除濕機組的能耗很大[11]。另外，轉輪除濕機組體型較大，比較占用空間。

1.3 巧克力生產工藝

巧克力生產工藝如圖3[12-13]所示。

1.3.1 預處理。巧克力生產過程中需要對可可液塊、可可脂和砂糖進行處理。

①對可可液塊和可可脂的處理：升高溫度，將固態的可可液塊、可可脂熔化，且熔化后的溫度最好不要超過60 ℃。

②對砂糖的處理：砂糖的顆粒較大，因此要將砂糖磨成粉才能夠進入精磨工序。

1.3.2 物料精磨與精煉。在對物料的精磨過程中，要將溫度保持在40～50 ℃，物料被機器擠壓、摩擦，顆粒變小，每種物料的精磨時間應為16～22 h。各種物料經過精磨這道工序之后，顆粒會變小，但棱角突起很多，形狀上也很不規則，這樣會影響產品的口感。因此，精磨之后的物料要進入精煉工序，變小的物料顆粒會在此過程中發生一系列物理變化，同時也有化學變化產生，物料表面會變光滑，液態油脂將顆粒包裹，高度乳化[14-15]。

1.3.3 調溫與澆膜成型。溫度對巧克力生產的每道工序都有影響，因此，調溫是生產過程中的重要一環，它影響著產品的成型、成品的外觀以及產品的口感等。

巧克力的物料經過調溫后，要盡快進行澆膜成型，期間，要進行降溫操作，使巧克力在模型中冷卻凝固，以形成相應的巧克力形狀。

1.3.4 包裝與儲存。首先，巧克力的包裝必須緊密，可以防止巧克力在貯存和銷售過程中吸收水分，保護產品的內在質量，而且良好的包裝可以保護產品不變形，防止香味揮發。其次，巧克力制品的貯存環境必須保持干燥，儲藏巧克力的環境相對濕度不宜超過50%。再次，巧克力的儲藏環境必須保持清潔，定期通風，以清除環境中的不良氣味，并且要定期殺菌、消毒，還要防蟲鼠。

2 轉輪除濕機應用案例分析

2.1 項目要求

項目所在地為天津一巧克力生產加工工廠，巧克力生產車間要求如表1。

不同車間的空氣參數要求不同，個別車間的空氣參數要求更高。例如，夾心巧克力車間所需的溫度約為15 ℃，濕度控制在28%左右。

2.2 需要解決的問題

工廠原本采用的是空調加冷凍除濕機的方案來控制車間的溫度與濕度，然而這種方案溫度沒有太大問題，但是在夏季，車間的濕度久高不下，使得巧克力生產過程中容易“起霜”，產品黏度變大，導致產品生產過程中產品的質量以及成品率嚴重下降，嚴重制約了工廠的生產效率。

2.3 設計依據

①外部氣候條件

a.夏季平均

干球溫度：33 ℃

相對濕度：78%

焓值：98.9 kJ/kg干空氣

絕對含濕量：25.6 g/kg干空氣

b.冬季平均

干球溫度：-11 ℃

相對濕度：53%

焓值：-8.9 kJ/kg干空氣

絕對含濕量：0.9 g/kg干空氣

②顯熱負荷

圍護結構的顯熱負荷：20～23 W/m2

③人員負荷

熱負荷：138 W（站立中度工作量）

濕負荷：150 g/h

④新風

滿足每人≥30 m3/h

經計算得：

車間冷負荷：231.84 kW

車間濕負荷：51.878 kg/h

擬定機組送風量：100 000 m3/h

2.4 方案及效果

2.4.1 實施方案。根據巧克力廠家的要求及條件，除濕機的送風量為100 000 m3/h，因此為廠家提供的方案是2臺相同的50 000 m3/h風量的轉輪除濕機組（新風∶一次回風∶二次回風=1∶1∶8），同時轉輪除濕機組配置了初、中效過濾器，滿足車間凈化等級，保證和提升產品品質。巧克力廠家給出的濕度要求不是很高，因此采用二次回風的方式，并且廠家可以提供蒸汽，轉輪除濕機組的再生加熱方式采用蒸汽加熱，同時，表冷器通7 ℃的冷水（轉輪除濕機配相應冷水機組）。給出的設計方案如圖4所示，其中前加熱的作用是防止冬季開啟轉輪除濕機時空氣溫度過低流經表冷器而凍裂水管，后表冷與后加熱是為了滿足對干燥室溫度的調節。相關換熱器及電氣參數如表2和表3所示。

2.4.2 實施效果及對比。從空氣參數上進行比較，使用轉輪除濕機前，工廠普通車間的空氣參數為溫度22 ℃，相對濕度55%以上;夾心巧克力車間的空氣參數為溫度15 ℃，相對濕度50%以上，含水量6 g/kg左右，相對濕度降不下來。使用轉輪除濕機組后對應的參數分別是溫度22 ℃、相對濕度30%，夾心車間對應參數是溫度15 ℃、相對濕度28%、含水量3 g/kg，其中相對濕度還能更低，并且機組可以穩定且長期保證生產車間的空氣參數要求。

從產品的生產效率上進行比較，巧克力的成型效率從之前的成型需5 h加快到了成型需2 h，成型效率大大提高，并且產品的干燥時長也大大縮短，產品“起霜”情況明顯減少，黏度變小，使產品的生產效率與品質都得到了極大的提高。

3 結語

以往，工作間只使用空調或者冷凍除濕機，只能保證巧克力生產的溫度要求，空調與冷凍除濕機的除濕效果難以達到生產巧克力制品的要求，這就使得在夏秋季節，工廠的空氣濕度比較大，導致在夏秋季節生產出來的產品成型困難，黏度較大，物料可能會黏在一起，大大降低了產品的品質。同時，產品的成型時間也相應增加，干燥時長也會增加，因此只能在冬季或者春季進行正常生產，這也嚴重限制了工廠的生產效率。

對轉輪除濕機在相關產業的應用，總結為以下幾點。

①轉輪除濕機能夠很好地滿足食品廠對濕度的要求，并且效果良好且持續穩定。

②目前，轉輪除濕機在食品行業的應用并不是特別普及，不過從應用趨勢來看，轉輪除濕機對相關食品領域的應用前景還是十分廣闊的。

③轉輪除濕機因為其較高的再生能耗以及相關費用限制了其應用，解決轉輪除濕機能耗大問題尤為關鍵。

轉輪除濕可以達到普通的冷凍除濕機和空調難以達到的低濕要求，對于對空氣濕度有較高要求的工廠或者手術室、鋰電行業、精密電子廠等有著很好的應用。目前，隨著發展水平的提高，相關行業的生產者對濕度的要求必然會更高且更精準，轉輪除濕能夠達到人們生產所需的濕度要求，并且效果顯著，因此，轉輪除濕機的應用前景也將越來越廣泛，其市場競爭力也將越來越好。

參考文獻：

[1] 任奎，葛鳳華，李維孝，等.固體轉輪除濕與冷凝除濕的適用性研究[J].建筑節能，2017，45（12）：15-20.

[2] 鈴木謙一郎，大矢信男.除濕設計[M].北京：北京建筑工業出版社，1980.（SUZUKI K，OYA S.Dehumidification design[M].Beijing：Beijing Construction Industry Press，1980.）.

[3] BARESCHINO P，DIGLIO G，PEPE F，et al.Modelling of a rotary desiccant wheel： Numerical validation of a variable properties model[J].Applied Thermal Engineering，2015，78： 640-648.

[4] 牛長強，張濤，周游，等.轉輪除濕空調系統及吸附劑再生特性研究進展[J].制冷與空調，2014，14（9）：36-41.

[5] ZHANG X J，DAI Y J，WANG R Z.A simulation study of heat and mass transfer in a honeycombed rotary desiccant dehumidifier[J].Applied Thermal Engineering，2003，23（8）： 989-1003.

[6] NARAYANAN R，SAMAN W Y，WHITE S D，et al.Comparative study of different desiccant wheel designs[J].Applied Thermal Engineering，2011，31（10）： 1613-1620.

[7] ZHANG L Z，NIU J L.Performance comparisons of desiccant wheels for air dehumidification and enthalpy recovery[J].Applied Thermal Engineering，2002，22（12）：1347-1367.

[8] 唐亮，祖述程.空氣的除濕處理技術[J].中國新技術新產品，2010（7）：8.

[9] 鄭鞏偉.低露點空氣制備系統的開發與研究[J].廣東化纖，1993（4）：1-6.

[10] 陳捷超，黃宏宇，何兆紅，等.轉輪除濕系統優化技術研究進展[J].新能源進展，2017，5（6）：457-465.

[11] 趙偉杰，張立志，裴麗霞，等.新型除濕技術的研究進展[J].化工進展，2008（11）：1710-1718.

[12] Afoakwa E O. Chocolate Science and Technology[M].American A John Wiley & Sons，Ltd，Publication，2010：35-57.

[13] Beckett S T. The Science of Chocolate，2nd edn[M].London： Royal Society of Chemistry Paperbacks，2008：11-124.

[14] 馬小華，來海中，張君萍，等.低糖巴旦仁巧克力生產工藝研究初探[J].中國食品，2021（10）：126-127.

[15] 陳衛民，胡翔，俞建勇，等.改良工藝在果仁巧克力生產中的應用[J].食品安全導刊，2016（24）：110.