吳澤球 陶中南

WU Ze－qiu 1 TAO Zhong－nan 2

（1.武夷學(xué)院實(shí)驗(yàn)室管理中心，福建 武夷山 354300；2.桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004）

（1.The Laboratory Management Center，Wuyi University，Wuyishan，F(xiàn)ujian 354300，China；2.The Guilin University of Electronic Tehcnology，Guilin，Guangxi 541004，China）

茶葉烘干的基本原理是，以熱空氣作為媒介，帶走茶葉中多余的水分，使茶葉達(dá)到干燥的目的［1］。從1879年第一臺(tái)自動(dòng)式茶葉烘干機(jī)的發(fā)明，到1910年的杰克生設(shè)計(jì)的帝國 （empire）式烘干機(jī)，已經(jīng)具備了近代茶葉烘干機(jī)的三大組成部分，即爐灶、鼓風(fēng)機(jī)和干燥室［2］。自此以后，茶葉烘干機(jī)發(fā)展經(jīng)歷了130多年的歷史，發(fā)展了多種類型，但茶葉烘干機(jī)基本結(jié)構(gòu)變化不大，僅在充分利用熱量，節(jié)省燃料，提高工效和烘干的均勻性方面作了改進(jìn)。目前中國較廣泛應(yīng)用的是自動(dòng)鏈?zhǔn)讲枞~烘干機(jī)，與早期的手工式茶葉烘干機(jī)相比，有了很大的改進(jìn)和優(yōu)點(diǎn)，提高了茶葉的生產(chǎn)效率和品質(zhì)，對于茶葉行業(yè)的發(fā)展起到了重要作用。但是該類機(jī)型從發(fā)明至今，改進(jìn)的地方不多，但其基本結(jié)構(gòu)還是20世紀(jì)80年代仿照國外樣機(jī)制造的，性能和標(biāo)準(zhǔn)也還基本停留在20世紀(jì)80年代的水平上。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，對茶葉加工質(zhì)量有了更高的要求，對工作環(huán)境、自動(dòng)化程度等方面也有了更高的要求，這種機(jī)型不論在結(jié)構(gòu)上還是在控制上、性能標(biāo)準(zhǔn)上都需要改進(jìn)。文章根據(jù)資料及茶葉烘干機(jī)制造和應(yīng)用的生產(chǎn)實(shí)際情況研究和調(diào)查分析，對茶葉烘干機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀和進(jìn)展作一綜述和分析，旨在找出技術(shù)改進(jìn)的研究方向。

1 茶葉烘干機(jī)的分類、原理

茶葉烘干作為影響茶葉品質(zhì)最為重要的因素之一，其工藝和操作得到了不斷的改進(jìn)。從原始的手工操作到現(xiàn)在的自動(dòng)操作，從傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥到現(xiàn)在的輻射干燥，這些使茶葉的生產(chǎn)效率和品質(zhì)得到了不斷的提高。茶葉烘干機(jī)從原始的抽屜式烘干箱，發(fā)展到現(xiàn)在的自動(dòng)鏈?zhǔn)胶娓蓹C(jī)，已有多種類型，按照自動(dòng)化的程度可以分為手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)；按照干燥方式可以分為熱風(fēng)干燥、金屬傳導(dǎo)干燥和輻射干燥［3］等幾種類型。

1.1 按自動(dòng)化程度分

1.1.1 手拉百頁式烘干機(jī) 如圖1所示，該機(jī)由箱體、操作手柄、鼓風(fēng)機(jī)接口、百頁板、出茶斗等組成。其工作原理是在將熱空氣送入箱體內(nèi)進(jìn)行烘干的同時(shí)，用手工操作來使茶葉一層層地下落、烘干，最后從出茶斗得到干燥的茶葉。這種結(jié)構(gòu)的茶葉烘干機(jī)，較抽屜式的烘干箱生產(chǎn)效率提高了很多，但是茶葉的品質(zhì)與工人的操作熟練程度和操作經(jīng)驗(yàn)有很大關(guān)聯(lián)，茶葉烘干的均勻性、最終水分含量難以確保。

1.1.2 半自動(dòng)百頁式烘干機(jī) 半自動(dòng)百頁式烘干機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與手動(dòng)百頁式的烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)類似，但是可以自動(dòng)出茶葉。在鏈上裝有拔塊，拔動(dòng)連桿使百頁板定時(shí)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，這樣減少了人工控制不當(dāng)對茶葉品質(zhì)的影響。但這種烘干機(jī)對茶葉干燥的均勻性較差。

圖1 手拉百頁烘干機(jī)Figure 1 Hand move shutter dryer

1.1.3 自動(dòng)鏈板式烘干機(jī) 該類機(jī)型傳統(tǒng)產(chǎn)品是浙茶513型，但由于存在漏茶、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，20世紀(jì)70年代農(nóng)機(jī)部牽頭研制了6CH系列茶葉烘干機(jī)。該機(jī)由自動(dòng)鏈板式，由輸送裝置、干燥箱、傳動(dòng)裝置、送風(fēng)裝置和熱風(fēng)爐等部分組成（見圖2）。其工作原理是：干燥介質(zhì)（空氣）在熱風(fēng)爐里加熱到120℃左右，由送風(fēng)裝置送入干燥箱中，與濕物料（茶葉）接觸，干燥介質(zhì)中的熱量以對流方式傳遞給濕物料。濕物料的水分被吸收的熱量氣化隨氣體排出干燥箱，這樣往復(fù)循環(huán)，從而達(dá)到使?jié)裎锪细稍锏哪康模?］。該類機(jī)型提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，使茶葉的品質(zhì)受人工因素的影響大為減少，工人的工作環(huán)境也到了很好的改善。該機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本較高。

圖2 自動(dòng)鏈板式烘干機(jī)Figure 2 Automatic chain plate dryer

1.2 按干燥方式分類、原理

茶葉烘干機(jī)按照干燥方式可以分為熱風(fēng)干燥、金屬傳導(dǎo)干燥和輻射干燥。不同的干燥方式由于傳熱、著熱形式、葉溫變化、蒸發(fā)速率等不同，從而形成不同品質(zhì)的茶葉。

熱風(fēng)干燥是最為常見的一種干燥方法，其主要過程是以空氣導(dǎo)熱為主，傳熱較快，葉溫上升平穩(wěn)。干燥過程中，熱風(fēng)是主要的媒介，使被干燥的物料能以適宜的溫度、濕度和流速與之接觸，達(dá)到均勻干燥的目的。其中自動(dòng)鏈板式烘干機(jī)，最具代表性。

金屬傳導(dǎo)干燥的熱量主要由鐵鍋傳導(dǎo)，傳熱較快，但是要不斷翻炒茶葉，使得葉溫變化不穩(wěn)定，造成局部受熱不均，影響茶葉的品質(zhì)，這種方法以瓶式炒干機(jī)為代表。

輻射干燥則是以紅外線或者微波作為傳熱介質(zhì)，來達(dá)到烘干茶葉的目的，但是紅外線的穿透能力較差，而微波的處理能力較低，相關(guān)的研究還有待深入。

1.3 其他新型茶葉烘干機(jī)

近年來，出現(xiàn)了一些新結(jié)構(gòu)茶葉烘干機(jī)，如圓筒型結(jié)構(gòu)［5］，在箱體結(jié)構(gòu)上對傳統(tǒng)的茶葉烘干機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)。采用圓形筒體代替長方形箱體，使熱空氣在筒體內(nèi)回旋，分布均勻，烘茶效果好。同時(shí)該種結(jié)構(gòu)的烘干機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，適用于小型茶葉廠的茶葉烘干，但它的生產(chǎn)量較小。

2 6CH型鏈板式茶葉烘干機(jī)的現(xiàn)狀

1979年，在中國農(nóng)機(jī)部安排下，有關(guān)單位聯(lián)合開發(fā)出中國第一個(gè)茶機(jī)系列產(chǎn)品6CH系列茶葉烘干機(jī)，作為主要參數(shù)的有效攤?cè)~面積分別為10，16，25，50 m2，形成了一個(gè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)系列，茶機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)、性能比較以及新產(chǎn)品的開發(fā)有了定量標(biāo)準(zhǔn)［6］。

6 CH系列茶葉烘干機(jī)較早期的烘干機(jī)作了一些改進(jìn)［7］，具體如下：① 輸送帶直接加熱，使?jié)癫柚苯咏邮芨邷丶訜幔欣谝种瓢l(fā)酵葉多酚類酶的氧化，改變了傳統(tǒng)的烘干機(jī)邊烘干邊發(fā)酵的缺點(diǎn)；② 箱體分層合理進(jìn)風(fēng)，使茶葉烘干時(shí)能夠按照先高溫后低溫的原則進(jìn)行，傳統(tǒng)的烘干機(jī)則使在上層先干燥的茶葉溫度低、濕度大，干燥慢，不符合制茶工藝；③ 擴(kuò)大了箱體攤?cè)~面積，采用放長箱體的方法，改變了傳統(tǒng)的加長百頁板或增加鏈板層次帶來的熱風(fēng)利用率不高的缺點(diǎn)；④ 采用新型少齒差無級變速器，使烘茶調(diào)速方便，烘干機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)可靠。

這種茶葉烘干機(jī)定型后，在中國得到了逐步的推廣使用，現(xiàn)在已經(jīng)成為有一定生產(chǎn)量的茶加工企業(yè)的主要設(shè)備。但是在定型后30年來，雖然對它不斷進(jìn)行改進(jìn)，但總的看來技術(shù)方面改進(jìn)不大，基本還是停留在原來的結(jié)構(gòu)上。

3 6CH型鏈板式茶葉烘干機(jī)的改進(jìn)研究進(jìn)展

近年來，人們從機(jī)械結(jié)構(gòu)上和自動(dòng)控制上提出了多項(xiàng)改進(jìn)型鏈板式茶葉烘干機(jī)的措施，優(yōu)化了茶葉烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)，能耗進(jìn)一步降低，自動(dòng)化的程度也得到了提高。下面簡介一種主要改進(jìn)和技術(shù)進(jìn)展情況。

3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)方面

一種主要改進(jìn)如圖3所示［8］：① 烘干房的改造，內(nèi)設(shè)有自上而下的左右回轉(zhuǎn)式鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于茶葉進(jìn)一步烘干，使茶葉受熱均勻。并節(jié)省熱能；② 圖3中的清掃茶末傳動(dòng)鏈輪裝置可以更好地回收利用茶末，并保持烘干房的清潔；③電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過1個(gè)可調(diào)的磨擦傳動(dòng)裝置再驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)式鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這可以使得負(fù)荷太大時(shí)，磨擦傳動(dòng)裝置打滑而防止機(jī)器受損壞造成更大損失。這樣提高了茶葉烘干機(jī)的性能、可靠性和能效。

3.2 控制部分

茶葉烘干機(jī)的控制方法，有關(guān)研究尚少。從實(shí)際在用設(shè)備及文獻(xiàn)［9～11］調(diào)查看，從開始的人工操縱開關(guān)控制，經(jīng)過不斷發(fā)展，到現(xiàn)在出現(xiàn)了使用計(jì)算機(jī)現(xiàn)代技術(shù)的控制。由于溫度是影響茶葉烘干的重要因素，溫度的控制使用了工業(yè)上成熟的溫度控制儀表，另外用調(diào)速電機(jī)調(diào)節(jié)烘干機(jī)輸送帶的速度，這也是工業(yè)上成熟的技術(shù)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，茶葉烘干機(jī)的操作控制主要還是使用比較簡單的電器開關(guān)，主要由人工操作。近年來隨著單片機(jī)技術(shù)的推廣，出現(xiàn)了使用單片機(jī)技術(shù)的茶葉烘干機(jī)控制器，但目前是初步的控制，離提高烘干機(jī)自動(dòng)化智能化還有較遠(yuǎn)的路要走。

圖3 一種改進(jìn)型鏈板式茶葉烘干機(jī)結(jié)構(gòu)Figure 3 Structure of an improved chain plate dryer

在提高茶葉烘干機(jī)自動(dòng)化方面，殷鴻范等［11］為了得到一種穩(wěn)定、實(shí)時(shí)的控制烘干機(jī)，通過建立控制模型、風(fēng)溫反饋系統(tǒng)和葉溫反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對6CH－20A型茶葉烘干機(jī)的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制。該控制系統(tǒng)由主控制板、電源、接口、變送器、轉(zhuǎn)速檢測和調(diào)節(jié)、葉層厚度、熱風(fēng)溫度和出口葉溫檢測等裝置組成。試驗(yàn)研究證明了茶葉烘干機(jī)計(jì)算機(jī)控制是可能的、且具有使用價(jià)值，可以在大、中型茶廠應(yīng)用，有利于提高茶葉的品質(zhì)。但是該控制系統(tǒng)未采用抗干擾措施，工作時(shí)主機(jī)箱的溫度存在一定的偏差，長期運(yùn)行會(huì)影響控制精度。這種控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中還未見到推廣使用。在自動(dòng)化控制方面，茶葉加工過程還有其它一些值得借鑒的研究［12，13］。

3.3 熱能利用方面

鏈板式茶葉烘干機(jī)利用熱風(fēng)進(jìn)行烘干，熱風(fēng)吹過茶葉最后從烘干機(jī)的上方排入大氣（從圖3的右側(cè)熱風(fēng)進(jìn)風(fēng)處進(jìn)入烘干機(jī)，最后從烘干機(jī)的上方排入大氣）。據(jù)實(shí)測，烘干機(jī)廢氣的溫度還相當(dāng)高，一般在90℃左右。如直接排入大氣顯然是一種相當(dāng)大的浪費(fèi)。在回收利用這部分熱量方面也有一些研究改進(jìn)，如用管殼式熱管交換器進(jìn)行熱量回收，將烘干機(jī)排出的廢氣加熱準(zhǔn)備送入熱風(fēng)爐的冷空氣，可以將冷空氣溫度提高20℃左右，效果較好［14］。熱回收方面也有一些其它研究［15，16］。

還有人在研究用熱管原理進(jìn)行茶葉烘干機(jī)廢氣的熱回收，以及其它一些原理的回收，如：烘焙機(jī)余熱回收［17］等，但是都還是處于研究階段，還沒有在生產(chǎn)實(shí)踐中看到能有效地回收廢氣熱量的茶葉烘干機(jī)。研發(fā)出實(shí)用技術(shù)并能在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用還有一段路要走。從JB／T 6674－1993《茶葉烘干機(jī) 技術(shù)條件》與JB／T 6674－2007《茶葉烘干機(jī)》中的耗熱量指標(biāo)對比可以看出，20多年來鏈板式茶葉烘干機(jī)的耗熱量性能指標(biāo)沒有明顯變化。

其它節(jié)能及干燥方法利用如微波干燥［18－20］、低溫真空干燥［21］、太陽 能 干 燥 方 法［22］、流 化 床 干 燥［23，24］、隧 道 式 干燥［25］、熱風(fēng)與微波聯(lián)合干燥［26］等的研究，還有干燥過程對茶葉品質(zhì)的影響［27，28］等研究，對茶葉烘干機(jī)節(jié)能方面的研究也很有價(jià)值。

4 結(jié)論與展望

茶葉烘干機(jī)的主要種類按自動(dòng)化程度分，有手拉百頁式、半自動(dòng)百頁式、自動(dòng)鏈板式等。目前自動(dòng)鏈板式生產(chǎn)率較高，茶葉質(zhì)量受人工因素影響較少，用得較多。按照干燥方式可以分為熱風(fēng)干燥、金屬傳導(dǎo)干燥和輻射干燥等，還有微波干燥、低溫真空干燥、太陽能干燥、流化床干燥、隧道式干燥、熱風(fēng)與微波聯(lián)合干燥等方法。熱風(fēng)干燥傳熱較快，葉溫上升平穩(wěn)，干燥比較均勻，用得最多。其中自動(dòng)鏈板式烘干機(jī)最具代表性。目前中國茶葉烘干機(jī)的主要應(yīng)用產(chǎn)品是自動(dòng)鏈板式烘干機(jī)，其主要產(chǎn)品6CH系列茶葉烘干機(jī)自20世紀(jì)70年代末定型以來，較以往的茶葉烘干機(jī)的性能有了很大改善，雖經(jīng)過30多年的不斷改進(jìn)，但基本結(jié)構(gòu)變化不大，而在提高性能、可靠性和節(jié)能方面有一些進(jìn)展；控制技術(shù)的應(yīng)用和改進(jìn)也有限，微機(jī)控制技術(shù)的使用已有研究試驗(yàn)，但未見推廣應(yīng)用。較成熟的控制技術(shù)應(yīng)用主要在于溫控儀表技術(shù)的使用。茶葉烘干機(jī)的廢氣帶走的熱量的能源浪費(fèi)不少，已有人［14］對回收利用這部分能量進(jìn)行研究改進(jìn)。從茶葉生產(chǎn)設(shè)備實(shí)際情況調(diào)研和文獻(xiàn)［29］、［30］，以及部頒標(biāo)準(zhǔn)的耗熱量指標(biāo)均可見到，總的看來多年來茶葉烘干機(jī)技術(shù)進(jìn)步不多，產(chǎn)品性能標(biāo)準(zhǔn)仍屬陳舊。這種烘干機(jī)主要問題是能源（包括熱能）消耗大、自動(dòng)化程度不高等。這類茶葉烘干機(jī)的改進(jìn)方向應(yīng)該主要是在提高節(jié)能（主要是熱能利用、耗熱量標(biāo)準(zhǔn)）性能和自動(dòng)化水平方向上。另外，茶葉烘干機(jī)的加工質(zhì)量、對茶葉品質(zhì)的影響、操作方便性等方面也還有不少值得一步研究解決、提高的問題。中國是茶葉生產(chǎn)大國，茶葉烘干機(jī)的使用很廣泛，它的節(jié)能、自動(dòng)化、性能標(biāo)準(zhǔn)的提高，對中國茶產(chǎn)業(yè)的設(shè)備技術(shù)水平、茶產(chǎn)品質(zhì)量的提高和經(jīng)濟(jì)效益的提高有積極的意義，值得研究。

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