油菜籽流化床干燥水分扩散规律的试验研究

为了研究油菜籽流化床干燥过程水分扩散规律,基于Fick第二定律和Arrhenius方程,通过开展油菜籽流化床干燥实验,分别考察了油菜籽初始含水率、热空气温度和热空气流速与水分比和水分有效扩散系数之间的变化规律。结果表明:随着油菜籽初始含水率、热空气温度和热空气流速逐渐增大,水分有效扩散系数增加,14.41%~29.72%初始含水率、1.75~2.25 m/s热空气流速及45~65℃热空气温度所对应的水分有效扩散系数范围分别为6.485×10~(-10)~10.133×10~(-10)m~2/s、7.296×10~(-10)~9.525×10~(-10)m~2/s和5.269×10~(-10)~8.917×10~(-10)m~2/s,其中29.72%初始含水率的水分有效扩散系数是14.41%的1.6倍,2.25 m/s热空气流速的水分有效扩散系数是1.75 m/s的1.3倍,65℃热空气温度的水分有效扩散系数是45℃的1.7倍。Arrhenius方程可以描述油菜籽流化床干燥水分扩散系数与温度的关系,水分扩散的平均活化能为22.84 kJ/mol;通过比较4种常见薄层干燥模型,发现油菜籽流化床干燥失水规律采用Page模型可进行准确模拟,其决定系数R~2≥0.997,相对误差≤5.4%。研究结果为提高干燥效率,优化干燥工艺参数提供参考。     

甘蓝型油菜籽热风干燥特性及其数学模型

油菜籽的干燥和储存直接影响种用油菜籽的生理特性和作物产量以及加工用油菜籽的加工特性和制油品质,为了给油菜籽热风干燥装置设计、工艺和过程控制优化提供基础依据,本文研究了不同初始含水率、热风温度和风速条件下甘蓝型油菜籽的热风干燥特性,比较了10种数学模型在甘蓝型油菜籽热风干燥中的适用性。结果表明:油菜籽热风干燥过程没有出现明显的恒速干燥阶段,干燥主要发生在降速干燥阶段;Page模型是描述油菜籽干燥特性的最佳数学模型,由模型预测的干燥特性曲线与实验所得的干燥曲线一致性好;热风温度是影响油菜籽热风干燥的主要因素,随着热风温度的升高,油菜籽的有效水分扩散系数增大,当热风温度从45℃增加到65℃时,其有效水分扩散系数由3.835×10-10 m2/s增加到7.666×10-10 m2/s,油菜籽的干燥活化能为29.26 kJ/mol。     

稻谷薄层热风干燥工艺优化及数学模型拟合

对稻谷进行薄层热风干燥,采用正交试验方法研究稻谷在不同热风温度、初始含水率和热风风速条件下的热风干燥特性,比较10种数学模型在稻谷热风干燥中的适用性。结果表明:稻谷在热风干燥过程中没有出现明显的恒速干燥阶段,且干燥主要发生在降速干燥阶段;热风温度是影响稻谷热风干燥的最主要因素,其次是初始含水率;取初始含水率20%、热风温度50℃、热风风速1.4 m/s的方案为稻谷的最优热风干燥工艺,此时的最佳数学模型为Page模型;缓苏可有效抑制稻谷的爆腰率,缓苏温度越高,缓苏时间越长,缓苏效果越好;当初始含水率24%、热风温度40℃时,实验值和模型值的相对平均误差分别为1.563%和1.474%,表明模型预测的干燥曲线和实验所得的干燥曲线一致性较好;随着热风温度的升高,稻谷的有效水分扩散系数变大,经热风温度从40℃升高到60℃,其有效水分扩散系数由9.69×10~(-10) m~2/s增加到10.77×10~(-10) m~2/s,稻谷的干燥活化能为47.1 k J/mol。     

用Weibull函数分析单粒莲子热风干燥的水分扩散系数和活化能

为了研究单粒莲子在不同温度(50、60、70、80、90℃)条件下热风干燥的干燥特性、水分扩散系数及活化能,利用Weibull函数及经验模型对单粒莲子干燥过程进行模拟分析。结果表明:Weibull函数和Midilli模型可以很好地拟合单粒莲子的热风干燥过程;尺度参数α随干燥温度的升高而减小(p0.05);干燥温度对形状参数β的影响较大(p0.05);计算得到干燥过程中估算的水分扩散系数为(8.79×10~(-9)~2.45×10~(-8))m~2/s,水分有效扩散系数为(4.73×10~(-10)~1.31×10~(-9))m~2/s,活化能为22.61 kJ/mol,水分扩散系数随温度的升高而增大。该研究为Weibull分布函数应用于莲子干燥提供参考。     

基于Logarithmic方程的干燥参数对稻谷水分扩散特性影响分析

稻谷籽粒内部水分扩散的快慢决定了干燥速率。本文基于Logarithmic方程,建立稻谷水分传递动力学模型,并分析热风温度(40、50、60、70℃)和风速(0.3、0.4、0.5 m/s)对稻谷(湿基水分含量23.4%)有效水分扩散系数和扩散活化能的影响。结果表明:随着干燥温度和风速的上升,稻谷干燥速率提高,同时对应的有效水分扩散系数越大,分别为5.123×10-12~2.141×10-11m~2/s;扩散活化能从32.94 k J/mol增加至36.30 k J/mol;对比常用的5种谷物干燥模型发现,Logarithmic模型对稻谷薄层干燥的拟合度较好,R20.997,RMSE2.810×10~(-3),同时该模型模拟得出的有效水分扩散系数与实际差值均低于3.8×10~(-13)m~2/s,扩散活化能均低于2.53 k J/mol,与实际值基本吻合。     

湿芝麻渣的干燥特性与特征参数研究

为了有效处理高含水率且黏度很大的湿芝麻渣,对不同温度条件下(50～120℃)湿芝麻渣的干燥特性以及干燥后芝麻渣氨基酸组成及含量的变化进行了研究。结果表明:干燥温度越高,有效水分扩散系数越大,干燥速率越快;温度从50℃升高到120℃,有效水分扩散系数从5. 47×10~(-10)m~2/s升高到4. 29×10~(-9)m~2/s,表观活化能为32. 84 kJ/mol,而且50℃和120℃两种温度下干燥后的芝麻渣氨基酸组成及含量并没有太大差异。通过扫描电镜观察芝麻渣的表面结构,发现120℃下干燥的芝麻渣比50℃下干燥的芝麻渣水通道更多,结构更疏松。     

种用油菜籽真空干燥动力学特性及对Weibull模型的解析

为了获得发芽力较好的种用油菜籽,以及提高其真空干燥效率,将Weibull分布函数应用于油菜籽真空干燥动力学特性的研究。在装载量(50±0.5) g条件下,将初始含水率(M)为16.12%、18.19%、20.26%的油菜籽样品分别置于不同温度(T)(40、50、60、70、80℃)以及不同真空度(V)(0.03、0.04、0.05、0.06、0.07 MPa)进行实验。考察初始含水率(M)、温度(T)及真空度(V)对油菜籽干燥特性的影响。利用决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)、卡方(χ)~23个指标对拟合结果进行评价。对尺度参数(α)、形状参数(β)、水分扩散系数(D~(eff))、有效扩散系数估算值(D_(cal))和几何参数(R_g)进行解析。结果表明,尺度参数(α)与温度(T)和真空度(V)呈负相关,与初始含水率(M)呈正相关;形状参数(β)值均低于1,水分扩散系数(D_(eff))值为6.051×10~(-9)～2.908×10~(-8)m~2/s,几何参数(R_g)值均低于1,油菜籽真空干燥活化能(E_a)为22.369 k J/mol;温度(T)与平均干燥速率(r)呈正相关,与发芽率(g)和芽长(l)呈负相关;真空度(V)仅与平均干燥速率(r)呈正相关;初始含水率(M)与单位能耗(e)呈正相关,与发芽率(g)、芽长(l)以及平均干燥速率(r)均呈负相关。     

草鱼鱼片的微波干燥特性

为完善草鱼等淡水鱼的深度加工工艺和干燥工艺,对草鱼鱼片的微波干燥和热风干燥特性进行了研究,并确定最佳干燥模型。结果表明:当微波功率从200 W上升到800 W时,有效水分扩散系数从0.995 4×10~(-9)m2/s上升到2.344 3×10~(-9)m~2/s;当热风干燥温度由60℃上升到80℃时,有效水分扩散系数从4.001 4×10-10m~2/s上升到7.291 2×10-10m~2/s,但值仍低于微波干燥时的水分扩散系数值。采用常见的食品薄层干燥模型对实验数据进行拟合,通过比较相关系数R2、残基平方和RSS和卡方χ2得出,Page模型对草鱼鱼片的微波干燥拟合度最高,Two term模型对草鱼鱼片的热风干燥过程拟合度最高。     

马铃薯片热风对流干燥模型与特性

为了描述马铃薯片热风对流干燥的特性,在对流热风干燥试验装置中进行了马铃薯片薄层干燥试验,研究了干燥温度对干燥过程的影响,用数学模型关联了试验的水分比与时间,计算了不同温度下的水分有效扩散系数,并拟合了其与干燥温度的关系。结果表明:干燥温度对干燥过程有明显影响;在所用的模型中Logarithmic模型能较好地描述马铃薯片热风对流干燥过程;厚度3 mm的马铃薯片,在风速0.95 m/s时,风温从50℃升高到80℃,水分有效扩散系数从1.73×10~(-9) m~2/s增大到3.33×10~(-9) m~2/s,并符合阿累尼乌斯方程,活化能为20.16 kJ/mol。     

单粒莲子热风干燥特性及其干燥动力学

为了提高莲子干燥品质、缩短干燥时间并降低能耗,采用恒温和分段变温两种干燥方式对单粒莲子进行了50~90℃恒温和60(2~4 h)~80℃变温热风干燥试验,研究莲子表观变化、复水性、干燥能耗及干燥特性,计算不同干燥条件下的有效扩散系数和活化能。试验表明:在恒温干燥条件下,温度越高,干燥时间越短,而莲子色泽、复水性等品质则越差;在分段变温条件下,干燥时间较60℃恒温干燥缩短了,但品质均有所提高,60℃(3 h)~80℃变温干燥莲子的复水性优于60℃(2 h)~80℃和60℃(4 h)~80℃变温干燥,为169.41%,单位能耗比60℃恒温干燥减少2033 k J/g。根据菲克第二定律,得到莲子50~90℃恒温干燥有效扩散系数变化范围为1.79×10~(-9)~5.83×10~(-9) m~2/s,60℃(2~4 h)~80℃变温干燥平均有效扩散系数变化范围为2.97×10~(-9)~2.44×10~(-9) m~2/s。由Arrhenius方程建立有效扩散系数与温度的关系,得到莲子水分活化能为28.33 k J/mol。试验结果为莲子干燥工艺参数优化及干燥设备设计提供参考。     

南美白对虾过热蒸汽干燥特性及干燥数学模型

为研究南美白对虾过热蒸汽干燥特性,对南美白对虾在过热蒸汽温度130～160℃下进行干燥实验。对实验所得数据与6种常用干燥模型进行非线性回归拟合分析,确定最佳干燥模型,并对模型进行验证。进一步计算不同温度下的水分有效扩散系数,根据Arrhenius经验公式建立有效扩散系数与温度的关系。结果表明:白对虾的过热蒸汽干燥是一个降速干燥过程,干燥温度对干燥过程影响显著,提高干燥温度可加快干燥速率。比较模型评价指标发现,干燥实验数据最符合Logarithmic模型。该模型预测值与实测值拟合良好,可以较为准确地模拟干燥过程中白对虾的失水率变化规律。随着过热蒸汽干燥温度的升高,有效扩散系数从3.186 08×10~(-9) m2/s增大到7.289 72×10~(-9) m~2/s,并符合Arrhenius方程,活化能为39.631 kJ/mol。此外,过热蒸汽干燥温度越低,南美白对虾的色泽度越好,温度过高会影响干制品色泽。综合考虑干燥速率和干制品品质,过热蒸汽干燥温度不宜超过150℃。     

高压电场对香蕉片热风干燥特性影响及数学模型

以香蕉为原料,研究香蕉片热风干燥在高压电场条件下的干燥特性,探讨不同温度和厚度对香蕉片干燥速率和含水率的影响,并与热风干燥条件下进行对比。通过对试验数据进行拟合,建立香蕉片高压电场-热风干燥数学模型,同时计算有效水分扩散系数和活化能。结果表明:温度越高、厚度越薄,香蕉片越快到达干燥终点;与热风干燥相比,在高压电场干燥条件下制成的香蕉片品质更好,并能加快干燥速率、缩短干燥时间。经拟合回归,Page模型能更好地表征香蕉片高压电场-热风干燥过程中水分比的变化(R~2为0.9986),其预测值与试验值拟合度最好。香蕉片高压电场-热风干燥有效水分扩散系数在2.55769×10~(—10)～1.79459×10~(—9) m~2/s,随温度和厚度的增加而增大;3 mm和5 mm香蕉片的活化能分别为18.236 kJ/mol和22.722 kJ/mol,随着厚度的增加而增大。     

百合热风干制动力学的研究

为了探讨热风温度对百合热风干制动力学的影响,分别将百合鳞片和百合切丝置于65～85℃的热风干燥箱内进行干制处理,并采用5种常见食品薄层干燥模型对实验数据进行非线性拟合,通过比较评价决定系数(R~2)、卡方(χ~2)和均方根误差(RMSE)等统计数据确定百合薄层热风干燥过程的最优模型。结果表明:百合薄层热风干燥是内部水分扩散控制的降速干燥过程。Page模型是描述百合薄层热风干燥过程的最优模型。不同干燥条件下有效水分扩散系数D_(eff)和活化能Ea的求解结果表明,有效水分扩散系数Deff随热风温度升高而增加,在干制温度范围内,百合切丝有效扩散系数的值在7.73～14.12×10~(-9)m~2/s之间变化,而百合鳞片有效扩散系数的值在4.12～9.49×10~(-9)m~2/s之间变化。对于百合切丝和百合鳞片,活化能Ea分别为30.37和42.42 k J/mol。百合切丝干制能缩短干制时间,减少能量消耗。     

干燥过程中玉米籽粒水分扩散系数及热特性研究

在45~75℃干燥箱中,分析了初始水分27.1%~34.5%的五个玉米品种含水率随时间的变化,并以修正的扩散方程(MPage)描述水分解吸速率,对平板状玉米粒采用斜率法计算水分扩散系数。MPage很好地拟合了干燥过程水分比率(MR)随时间的变化曲线(R~20.94,MRE6.23%)。在75℃干燥,玉米解吸速率高达250×10~(-5)~350×10~(-5)min~(-1),在150 min内降低到最低;在45℃干燥,解吸速率则高达75×10~(-5)~100×10~(-5)min~(-1),在250 min内缓慢降低到最小值。在45~55℃干燥,龙江品种解吸速率曲线最低,郑单、先玉、唐抗、中糯四个品种的解吸速率曲线相似;在65~75℃干燥,唐抗品种解吸速率曲线最低,其他四个品种的解吸速率曲线相似。随着干燥温度的增加,玉米粒水分有效扩散系数增加;45~55℃水分有效扩散系数较接近,65~75℃水分有效扩散系数是45℃的2~3倍。龙江品种玉米在75℃干燥140 min和65℃干燥170 min,玉米裂纹破碎率明显增加。干燥温度和干燥时间不影响玉米的糊化温度起点、峰值、终点和峰值宽度,但是75℃干燥明显提高焓变和热流功率。     

食用槟榔热风干燥特性及动力学模型

本文采用Fick第二扩散定律与槟榔干燥的数学模型研究了食用槟榔在不同干燥温度下的热风干燥特性、水分有效扩散系数、表观活化能等参数与干燥动力学方程之间的相互关系。结果表明:槟榔在70℃与75℃的干燥曲线有显著性差异(p0.05),槟榔热风干燥是内部水分扩散控制的降速干燥过程;槟榔水分扩散系数变化范围:青果Deff=6.45×10~(-9)~1.17×10~(-8) m~2/s,烟果Deff=7.47×10~(-9)~1.21×10~(-8) m~2/s;干燥表观活化能:青果Ea=30.32 kJ/mol,烟果Ea=23.38 kJ/mol。单项扩散模型与Page模型的常数项系数受温度影响显著(p0.05);单项扩散干燥模型为描述食用槟榔的最佳数学模型(青果:R2avg=0.97,RMSEavg=0.023;烟果:R2avg=0.98,RMSEavg=0.025);65℃~85℃热风干燥条件下的干燥模型可表述为:MR青果=(2×10~(-4)T2-0.037T+2.54)exp-(3×10~(-5)T3-0.0064T2+0.51T-13.06)t;MR烟果=(3×10~(-4)T2-0.062T+3.67)exp-(-4×10~(-4)T2+0.061T-2.027)t,可为其干燥工艺的控制提供技术依据。     

丰水梨中短波红外干燥特性和品质变化规律

为了提高丰水梨片的品质,缩短其干燥时间,采用中短波红外干燥技术,研究丰水梨在不同温度、辐射功率、辐照距离下的中短波红外干燥特性,以及不同干燥条件对丰水梨片产品感官质量的影响。结果表明:丰水梨片在备干燥条件下的整个干燥过程中属于降速干燥,有效水分扩散系数Deff范围为8.6226×10~(-10)~2.2077×10~(-9)m~2/s,其中干燥温度对丰水梨片干燥影响最大。干燥温度65℃、辐射距离120 mm、辐射功率1350 W时干制品的感官品质较优,干基含水率为0.1048 g/g,L值为62.70,△E值为7.10,脆度为4.67 mm。     

柑橘皮中短波红外干燥特性和品质研究

陈皮是传统的药食两用资源,为探寻陈皮的新型干燥方式,本文研究了中短波红外不同干燥温度(60,70,80,90℃)和功率(625,1 350,2 025 W)条件下柑橘皮的干燥特性和品质。结果表明:干燥温度对柑橘皮干燥特性的影响比功率大。柑橘皮中短波红外干燥为降速干燥,最佳拟合模型为Page模型。在不同干燥温度和功率条件下水分有效扩散系数Deff分别在6.5496×10~(-10)~1.3827×10~(-9)m~2/s和8.7328×10~(-10)~9.4605×10~(-10) m~2/s范围,并随着干燥温度和功率的升高而增大;运用多元线性回归分析法能够阐述干燥温度及功率与水分有效扩散系数的作用关系。根据阿伦尼乌斯公式得到柑橘皮中短波红外干燥的活化能为23.5622 k J/mol。在干燥温度70℃,功率1 350 W条件下,柑橘皮理化品质最优。柑橘皮总酚含量随干燥温度和红外功率的升高而升高;总黄酮含量随功率的升高而升高,随干燥温度的升高呈先升高后降低的趋势。本文为柑橘皮的中短波红外干燥工艺参数的优化提供参考,为陈皮的新型制备技术提供理论依据。     

稻谷低温低湿干燥特性与水分迁移分析

对初始含水率18.9%~29.6%的稻谷进行低温低湿薄层干燥,基于模型拟合、干燥时间和有效水分扩散系数的计算,研究稻谷初始含水率和温湿度因素对其表观水分扩散特性的影响,通过核磁共振技术探究前者内在水分动态。结果表明:在低温低湿条件下干燥温度越低,除湿对缩短稻谷干燥时间的效果越显著。Page模型拟合效果理想,参数k和n能较好地用实验变量所建立的回归方程描述。稻谷的有效水分扩散系数Deff在3.0697×10-10m2/s到5.0369×10-10m2/s范围内,MC0、T和RH对其有极显著的影响(p0.01)。同时,核磁数据反映出干燥过程中,稻谷内表征"结合水"的A21峰面积和束缚水的A22峰面积降低显著,自由水的A23峰面积变化较小,含水率降至14.5%~16.5%范围时束缚水的信号峰消失。连续称重法结合LF-NMR技术能够有效分析稻谷低温低湿干燥过程中水分扩散和状态转化的规律。     

番木瓜热风干燥特性分析

探讨不同干燥温度和不同切片厚度条件下番木瓜的热风干燥特性。通过9种数学模型对番木瓜热风干燥试验数据进行拟合,结果表明:同大多数农产品干燥一样,番木瓜热风干燥主要为降速过程。不同干燥温度和物料厚度番木瓜热风干燥的水分有效扩散系数Deff的变化范围分别是1.798 4×10-8~3.323 3×10-8,0.579 3×10-8~2.852 2×10-8 m2/s,由此可以看出番木瓜热风干燥的水分有效扩散系数随着干燥温度和物料厚度的增大而增大;Page模型是番木瓜热风干燥过程的最适模型,平均R2值、SSE值、RMSE值和X2值分别为0.998 1,0.003 3,0.012 4,0.000 2。经回归分析,得到温度、厚度与有效水分扩散系数Deff的关系表达式。研究结果可以为生产实践中预测番木瓜热风干燥的水分变化提供参考。     

菠菜脉动式气体射流冲击干燥特性及干燥模型

研究了菠菜在不同干燥温度、风速及物料堆积层数下的脉动式气体射流冲击干燥特性,建立了干燥动力学模型。试验表明:菠菜的干燥时间随干燥温度和风速的升高而减少、随物料堆积层数的增加而增加,整个干燥过程均为降速干燥;菠菜的水分有效扩散系数为(4.7190×10~(-12)～1.5619×10~(-11))m~2/s,干燥活化能为45.35 k J/mol;Midilli-Kucuk模型能很好地描述菠菜脉动式气体射流冲击干燥过程中水分比的变化规律。