食用菌組合式低露點干燥設備操作規程

王教領，宋衛東，王明友，丁天航，吳今姬，周德歡

（農業農村部南京農業機械化研究所，江蘇南京 210014）

0 引言

干燥主要涉及傳質傳遞方式，其中熱量的傳遞通常有輻射、傳導與對流3種方式，對應于經典干燥技術的有紅外干燥、帶隔板的冷凍干燥及熱泵干燥，目前以熱泵為代表的對流干燥成為主要干燥方式。對流干燥效果主要受到風溫、風速與濕度影響，由于溫度過高會破壞物料品質，所以溫度調節受到限制。適當的風速可以促進熱質傳遞，但超過最佳風量會造成熱量的浪費[4]。而干燥介質的濕度對物料品質影響相對較小，低濕度可以提升干燥驅動力，有助于實現低溫干燥，因此，濕度是一個理想的調節參數。農產品干燥常用的除濕方式有冷凍除濕，如熱泵除濕、吸附除濕如轉輪除濕等，而轉輪除濕具有露點低等優勢，且具有溫濕度獨立控制特點，可以實現物料的高效干燥，但由于轉輪能耗相對較高，這一短板限制了其在農產品干燥領域的產業化發展[5，6]。而熱泵節能性好、除濕能耗低，但出風空氣不夠干燥，所以將轉輪與熱泵聯合起來可以充分融合二者的優勢，實現食用菌的高效節能干燥，同時在低濕度的情況下又可以采用低溫干燥。因此，轉輪熱泵聯合不僅可以實現快速干燥，而且可以實現低溫干燥，從而保證干燥品質[7，8]。

因此，圍繞食用菌高含水率與熱敏性特性，通過轉輪與熱泵聯合，實現優勢互補，實現低溫高效干燥，具有良好應用前景。本操作規程圍繞木耳、香菇等干燥要求，制定了食用菌低露點干燥操作方法，為相關食用菌生產企業提供技術參考。

1 食用菌組合式低露點干燥設備結構與工作原理

組合式低露點干燥設備的除濕工藝如圖1所示。該設備主要由熱泵除濕系統、轉輪除濕系統、臨界除濕機構、分級冷凝機構、風道機構、干燥箱體、輔助部件及其控制系統等組成。熱泵系統主要熱泵循環及輔助加熱器等組成，其中冷凝器由干燥冷凝器、再生冷凝器和廢熱冷凝器串聯組成，通過轉換閥實現中低溫切換，滿足轉輪再生、物料加熱的需求。轉輪除濕干燥系統由轉輪、輔助加熱器、預熱器及再生加熱器等組成，轉輪除濕時，由轉輪電機驅動，其中轉輪電機轉速根據實際干燥物料特性及環境等因素決定。新風或回風先通過蒸發器降溫除濕后再進入轉輪深度除濕。轉輪在除濕過程中，當轉輪內的吸附劑吸附水蒸氣潮濕后，進入再生區域由高溫再生進風進行加熱再生，潮濕的再生出風直接排到空氣中，而除濕干燥后的處理出風經加熱處理后送入干燥箱對物料進行干燥，這一過程循環進行，直到物料干燥達到儲藏要求[9，10]。

圖1 組合式低露點干燥工藝圖

組合式低露點干燥設備具有進氣預處理功能，可以使得進入干燥箱的空氣變得很干燥，從而提升干燥驅動力，但往往能耗較大。因此，如何實現節能干燥成為轉輪干燥需要突破的關鍵技術，為此本設備設計有臨界除濕與分級冷凝機構。針對前期干燥回風濕度大，溫度低不宜利用問題，對比傳統開式、閉式和帶有旁通率的熱風循環系統，基于轉輪等焓除濕與物料等焓干燥特性，探究合適轉換點。通過對除濕過程分析表明，當回風與新風通過蒸發器后的焓值相等時進行切換，利用回風干燥，為最佳轉換點。因此，臨界除濕機構主要由新回風轉換閥、回風利用機構及其控制系統等組成。通過對新回風與回風經過蒸發器以后焓值及除濕狀態的判斷，進行開式或閉式干燥。當需要新風干燥時，開啟新風閥，關閉回風閥，開啟回風排風閥；當需要進行回風干燥時，關閉新風閥，開啟回風閥，關閉回風排風閥。基于上述除濕轉換機制，在蒸發器出口設置溫濕度傳感器，并在程序中設置切換時間t，測算并設定新風焓值I1，回風焓值I2，當I1≤I2切換[11]。該臨界除濕機構的設計與操作可以實現空氣能及余熱的利用最大化，進一步降低轉輪除濕能耗。

由于轉輪在除濕過程中吸附劑會變的潮濕，如果不進行再生將不再具有除濕能力，但除濕再生能耗大一直是制約農產品轉輪除濕干燥產業化發展的一個重要因素。針對轉輪再生風溫高、能耗大問題，提出壓縮機排氣預熱轉輪再生技術，研究循環能量高效分配機制，通過分級冷凝換熱，實現排氣高溫再生、冷凝中溫干燥的有效利用模式，明顯降低再生能耗。該組合式低露點設備設計有分級冷凝再生機構，將壓縮機排除的高溫制冷劑氣體，先對再生進氣進行預熱，再利用再生輔熱器加熱到再生所需的溫度后對轉輪進行再生處理，同時干燥熱風采取底部穿流的方式，由下向上穿過物料，與物料進行充分熱質交換，并通過箱體出風口流出，系統根據出風狀態判斷是直接排空還是回收利用[12，13]。

圖2 食用菌組合式低露點干燥設備

2 食用菌組合式低露點干燥設備干燥作業操作規程

2.1 裝料與擺盤

干燥室的物料架，應采用不銹鋼材料，料盤采用不銹鋼或聚丙烯等無毒、無味、抗腐蝕、不易脫落材料。干燥物料以木耳與香菇為例：

將鮮黑木耳平鋪在料盤上，裝料量應＜7.5 kg/m2，采用單層或雙層鋪料，鋪料厚度盡量控制在3 cm內。待干燥的木耳最好大小一致，利于均勻干燥，防止部分物料過度干燥[14]。

香菇先進行手動切根或自動切根，完成切根后均勻擺放于料盤上，每盤內的香菇大小要基本一致，把大而厚、水分含量高的擺放在上層，小而薄、含水量低的擺放在下層，然后將料盤擺放在物料車上，裝滿料盤后將物料車推到干燥箱內，關上箱門準備干燥[15]。

系統選用凌陽紅外測溫模塊TN_9探測環境和目標溫度，AT89S52單片機完成相應數據處理工作，并通過串口與PC機進行通信，便于果園溫度的監控以及數據存儲分析；另外按鍵和數碼管顯示模塊也支持果園紅外測溫系統脫離PC機控制獨立進行果園溫度的采集工作。系統總體結構設計如圖1所示。

2.2 開機前檢查

干燥前認真閱讀使用說明書，檢測機器是否按照說明書要求安裝到位。重點檢測機器的電器部分和轉輪驅動皮帶等關鍵機構是否安裝到位，檢查機組電壓和電氣系統接線是否牢固，接地保護是否正常。同時檢查制冷劑系統壓力知否正常、有無泄漏等；檢查各風道接口處密封是否良好等。

2.3 開機程序

開機程序首先是接通電源，然后選擇語言模式，接著點擊系統啟動。初次使用時，需要校準各傳感器精度并設置溫濕度誤差。當各參數校準后，可以根據物料干燥工藝設置再生溫度、轉輪轉速，并分段設置干燥溫濕度和時長，然后觀察系統運行至穩定運行。

在干燥過程中，根據蒸發進風的溫濕度及回風等狀態，可根據物料干燥情況，進行壓縮機頻率、熱風循環等調節，以滿足臨界除濕轉換及分級再生的要求，實現節能干燥。

2.4 食用菌組合式低露點干燥設備干燥過程操作規程

食用菌干燥根據其生理特性可分為低溫干燥與中高溫干燥，其過程一般可分為預熱階段、恒速階段與降速階段。干燥過程中，干燥介質利用轉輪放熱或干燥冷凝器加熱，經輔熱器加溫后送入干燥箱，之后穿過多層料盤，利用穿流式由下向上穿過食用菌物料，與食用菌物料進行熱質交換。若初期回風濕度大可考慮將回風排到大氣中，而當回風濕度較低、溫度較高時，通過臨界除濕機構將回風導入蒸發器，對回風進行余熱回收，進行閉環除濕干燥。該設備可滿足低溫與中溫干燥需求，通過系統對制冷劑回路的切換滿足不同溫度需求。

2.4.1 除濕干燥操作方法。低溫干燥制冷劑路線經過蒸發器進入壓縮機壓縮后成為高溫高壓制冷劑，再進入再生冷凝器對再生進風進行預熱，之后進入廢熱冷凝器排除多余熱量，后經膨脹閥節流，再回流蒸發器，這一過程循環往復。其中制冷劑進入廢熱冷凝器而不再進入干燥冷凝器，也不再加熱干燥介質，廢熱冷凝器中的熱量排放到空氣中不再利用，該系統可用于40℃以下的低溫干燥，一般用于食用菌干燥初期的預熱階段。中溫干燥制冷劑由蒸發器進入壓縮機壓縮后進入再生冷凝器對再生空氣進行預熱后，進入干燥冷凝器對干燥介質進行干燥，之后進入廢熱冷凝器再進入膨脹閥節流，再進入蒸發器，循環往復，該回路可實現45℃～50℃的中溫干燥，同時輔助加熱器還可以進一步適量提升干燥溫度，滿足高溫段加熱需求。中低溫干燥介質的路線為干燥介質經過新回風轉換閥進入蒸發器除濕，之后經過除濕轉輪后進行深度除濕，然后經過干燥冷凝器加熱后再經過輔助加熱器到需要的溫度進入干燥箱對食用菌進行干燥[12]。

2.4.2 轉輪再生操作方法。在再生階段，利用再生分級冷凝系統，將再生進氣通過再生冷凝器利用壓縮機排出的高溫氣體制冷劑進行預熱，這一階段大致可將再生進氣加熱到70℃，對轉輪進行輔助再生。之后再利用再生加熱器加熱到再生溫度，經轉輪再生區對轉輪進行脫附再生，除濕后的氣體經再生出口排出。

3 食用菌組合式低露點干燥設備使用要點

使用食用菌組合式低露點干燥設備干燥時，應嚴格遵守安全使用規定，做好防護工作：

1）組合式低露點干燥設備使用前，需對操作人員進行培訓，防止因操作不當引發人身安全事故；首次使用干燥機時，應檢查確認各線路是否有破損，確認無誤方可開機。

2）停機作業時，先在觸摸屏上點擊系統停止，待散熱系統等完成后再切斷電源；每班干燥后，應檢查轉輪皮帶、風管閥門等部件是否有脫落、易位等現象。

3）干燥過程中，如遇緊急情況或需暫停操作時，請通過STOP按鈕立刻停止或直接關閉電源。

4 組合式低露點干燥設備使用注意事項與維護保養

4.1 使用注意事項

1）由于該組合式低露點干燥設備有熱泵系統，要求環境溫度在-5℃以上為宜，低于-5℃時其COP值較低，且轉輪再生所需熱量較多，節能效果不顯著。

2）工作環境應該保持清潔，不可有腐蝕性氣體，盡量減少灰塵，以減少對轉輪的損壞。

3）場地必須清潔、平整，供電等配套系統必須規范，供電線路必須為單獨的斷電裝置，設備應有輔助地線，各傳感器不得隨意變動。

4）在干燥過程中，要經常查看轉輪驅動皮帶是否正常運行，若發現移位需要及時處理，可在非停機的狀態下由人工將其調節到初始位置。

4.2 維修與保養

1）空氣源熱泵油路、工質等的定期維護保養工作，應由安裝班維修工進行，及時根據季節變化設定再生等加熱溫度并做好熱泵機組的清潔衛生工作。

2）定期維護保養的內容有轉輪運行系統檢查、供電系統維護等，以保證設備安全運轉，確保設備完好。

3）安裝及維修人員應做好維修與保養記錄及巡回檢查記錄等工作。