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熱泵烘干機組簡介
2023-12-18 ? ?0
1．熱泵干燥技術(shù)簡介
熱泵干燥系統(tǒng)的形式較多，按照干燥介質(zhì)(空氣)的循環(huán)情況可分為開路式、部分乏氣循環(huán)式和閉路式3種。對干燥溫度不宜過高的生物材料，目前大多采用圖1-1所示的閉路式熱泵干燥系統(tǒng)。
閉路式熱泵干燥系統(tǒng)有內(nèi)外兩個工作循環(huán)，即制冷劑在熱泵系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)和干燥介質(zhì)的干燥循環(huán)。制冷劑在蒸發(fā)器中吸收由干燥系統(tǒng)排出的廢氣中的熱量后，使液體蒸發(fā)為蒸氣；經(jīng)壓縮機壓縮后，送到冷凝器中；在高壓下，熱泵工質(zhì)冷凝液化，放出的高溫冷凝熱去加熱來自蒸發(fā)器的降溫除濕的低溫干空氣，把低溫干空氣加熱到要求的溫度后，排入干燥室作為干燥介質(zhì)循環(huán)使用；液化后的熱泵工質(zhì)經(jīng)膨脹閥再次返回到蒸發(fā)器內(nèi)，如此循環(huán)往復。同時，廢氣中的大部分水蒸汽在蒸發(fā)器中被冷凝下來直接排掉。
該系統(tǒng)的熱泵部分采取輔助冷凝器的形式。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于控制干燥溫度靈活方便，且輔助冷凝器的換熱系數(shù)較高，不需要特殊技術(shù)的換熱器。另外，若采用輔助冷凝器加熱外界空氣對物料進行預干，可以回收這部分溫度比較高的冷凝熱，節(jié)約能源，提高系統(tǒng)效率。在蒸發(fā)器設置旁通的目的在于使通過蒸發(fā)器的濕熱空氣能較好地與蒸發(fā)器中的制冷量相匹配， 允分地發(fā)揮蒸發(fā)器的除濕能力；同時，還可以調(diào)節(jié)冷凝器和蒸發(fā)器的熱負荷，使之較好地匹配，以減少損失和強化冷凝器的換熱，兼顧了熱泵和干燥兩個單元各自的要求。
2．熱泵干燥技術(shù)的特點
節(jié)約能源
節(jié)約能源是熱泵最初應用的出發(fā)點，也是主要的優(yōu)點。熱泵低溫(15～45℃)干燥木材時可節(jié)約能耗40％～70％。干燥大米的適宜溫度為35～50℃。溫度雖低，但是需要大量的熱。傳統(tǒng)干燥器的效率只有3％～5％，而用熱泵干燥效率將明顯提高。布匹對干燥溫度有嚴格的要求，熱泵干燥機組不但能滿足此要求，而且比傳統(tǒng)的熱泵干燥機組節(jié)能50％左右。熱泵干燥技術(shù)應用在蔬菜脫水中節(jié)能高達90％。近年來，越來越多的研究人員也證實了熱泵干燥機組的節(jié)能特性。
干燥產(chǎn)品品質(zhì)好
熱泵干燥是一種溫和的干燥方式，接近自然干燥。表面水分的蒸發(fā)速度與內(nèi)部水分向表面遷移速度比較接近，使被干燥物品的品質(zhì)好、色澤好、產(chǎn)品等級高。用普通的干燥方法得到的芳香類揮發(fā)性物質(zhì)保留少、耐熱性差的維生素保留低、顏色變化較大。例如：用滾筒干燥機得到生姜的生姜素保持率僅為20％，而用熱泵干燥得到的生姜素保持率高達26％。Van Blarcom和Mason的試驗表明，即使在50℃下，采用熱泵干燥的澳大利亞堅果也不會出現(xiàn)上面所說的褐變現(xiàn)象，能較好地保持堅果原有的色澤、風味及營養(yǎng)成分。
干燥參數(shù)易于控制且可調(diào)范圍寬
熱泵干燥過程中，循環(huán)空氣的溫度、濕度及循環(huán)流量可得到精確、有效的控制，且溫度調(diào)節(jié)范圍為-20 ～100℃ (加輔助加熱裝置)，相對濕度調(diào)節(jié)范圍為15％～80％，適合于熱敏性物料的干燥。
環(huán)境友好
物料干燥不僅要求提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約能耗，同時必須對環(huán)境友好?；谙嗤脑u價標準，熱泵對全球變暖的影響與電釋放的CO2 相比是很小的。對環(huán)境的友好是熱泵干燥的優(yōu)點。目前，國外提倡應用熱泵來減少CO2的排放，它必將得到進一步應用。
3．高溫熱泵干燥原理
熱泵干燥設備由熱泵系統(tǒng)和熱風干燥循環(huán)系統(tǒng)組成。熱泵系統(tǒng)為熱風干燥系統(tǒng)提供高溫熱源和降低熱風濕度。為系統(tǒng)補充損失熱量，熱風干燥系統(tǒng)，通過循環(huán)熱風與物料直接接觸，提供蒸發(fā)水份熱量，帶走物料中的水份。所謂“熱泵”，是耗用一定的機械功，吸取環(huán)境或廢棄物中低品位熱能，將其提高成為可利用的熱能的一種節(jié)能裝置。正如“水泵”一樣，耗用一定機械功，將水從低水位提高到所需的水位。
熱泵系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器組成。系統(tǒng)內(nèi)運行的工質(zhì)，在蒸發(fā)器中吸取干燥室排出濕熱空氣中的熱量，從低壓液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)成低壓蒸汽，經(jīng)壓縮機增壓成為高溫高壓的蒸汽；在冷凝器中，高溫高壓的工質(zhì)蒸汽放出熱量加熱進入干燥室的空氣，而工質(zhì)本身則從氣體冷凝成高壓液體；通過節(jié)流裝置，液體工質(zhì)產(chǎn)生阻塞效應，降低了壓力和溫度，成為低壓低溫液體，再度進入蒸發(fā)器中吸收濕熱氣體的熱量，如此反復循環(huán)將低溫熱量輸送到高溫介質(zhì)中去，形成熱泵循環(huán)。
從熱風干燥循環(huán)系統(tǒng)來看，干燥室排出氣體，是含水份較高的濕熱氣體，其狀態(tài)如圖2-1的h-d圖上的點a，其相對濕度在ψ＝70～80%左右，通過熱泵的蒸發(fā)器時，由于蒸發(fā)器表面溫度低于空氣露點溫度，不僅降低了空氣的溫度并且在蒸發(fā)器表面將水汽冷凝下來，以液體水的狀態(tài)排出系統(tǒng)外。氣體離開蒸發(fā)器變成低溫而濕潤，如圖2-1上點b其相對濕度一般在ψ=90-95%。脫濕后的氣體在熱泵冷凝器中得到等濕加熱，提高了氣體溫度，同時也降低了相對濕度，如圖2-1上的C點成為干熱氣體進入干燥室。在干燥室中，干熱氣體與被干燥物料直接接觸，提供物料烘干的熱量，同時也帶走了水份?？諝庠诟稍锸覂?nèi)為等焓增濕降溫過程，在離開干燥室時又回復到圖1-1的a點。從圖2-1上可見每公斤氣體通過一個循環(huán)可以脫除水份△d＝da－dc。
從上述熱泵干燥原理來看，與一般干燥工藝差別是沒有濕熱氣體排放，通過二個密閉循環(huán)系統(tǒng)，物料中的水份最終以液態(tài)水排除。采用該原理有二大優(yōu)點：
（1）節(jié)約能源：在熱泵干燥中。不排放濕熱氣體而將其顯熱和潛熱進行了回收，由太陽能補充部分損失熱量，只耗用了一定的機械功。
（2）不污染環(huán)境：由于熱泵烘干在封閉的環(huán)境中進行，在烘干過程中不產(chǎn)生有臭有害氣體，對周圍環(huán)境可以減少到最低的污染。
4．熱泵技術(shù)烘干的特點
能耗費用低——熱泵烘干裝置在運行中能回收濕熱空氣的顯熱和潛熱，能量得到充分而合理利用，是一種公認的高效節(jié)能設備。
不污染環(huán)境——由于熱泵烘干的全過程是在封閉系統(tǒng)中進行，不需向周圍環(huán)境排濕，同時也會排出有害、有臭味的氣體。若將進出料系統(tǒng)全部封閉在管道中，會使整個操作保持清潔環(huán)境。這與其他干燥方法相比，是一個獨特的優(yōu)點。
烘干質(zhì)量好——熱泵干燥裝置中的干燥介質(zhì)是在封閉的空間循環(huán)；不受外界氣候條件的影響，一年四季均在同一條件下平穩(wěn)運行，所以干燥質(zhì)量好。
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