馬 立 段 續(xù),2 任廣躍,2 李琳琳 李新林

(1. 河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023；2. 糧食儲(chǔ)藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450001；3. 肥西老母雞食品有限公司，安徽 合肥 230000)

最大限度地減少產(chǎn)品退化和能源消耗是當(dāng)前農(nóng)產(chǎn)品脫水干燥加工面臨的挑戰(zhàn)[1-4]。紅外干燥技術(shù)減少了傳熱過程中熱的損失，提高了產(chǎn)品品質(zhì)與均勻性，但也常常受限于輻射率、面積、溫度上限[5-6]；噴動(dòng)床干燥過程中，氣流使物料快速攪動(dòng)，湍流和渦流增加了物料與加熱介質(zhì)之間的接觸面積，提高了干燥均勻性[7-8]，但干燥速率慢，增加了操作成本。因此，為了解決目前農(nóng)產(chǎn)品干燥領(lǐng)域單一干燥方式的局限性，提高干燥效率，增強(qiáng)產(chǎn)品品質(zhì)，設(shè)計(jì)新的組合干燥技術(shù)，能有效改善單一干燥方法的不足與缺陷。

當(dāng)前，已有眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者將不同的干燥方法進(jìn)行組合，用于農(nóng)產(chǎn)品的脫水干燥工業(yè)，取得了顯著成果[9-10]。謝小雷等[11-12]通過連續(xù)式中紅外與熱風(fēng)干燥聯(lián)合干燥，以牛肉干活化能、收縮率和感官評(píng)價(jià)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究結(jié)果表明，連續(xù)式中紅外與熱風(fēng)干燥聯(lián)合干燥能較好保留干制品的風(fēng)味和顏色，降低了10.33%的活化能和57.14%的干燥耗時(shí)，生產(chǎn)量提高了2倍。顧震等[13]研究發(fā)現(xiàn)熱泵—遠(yuǎn)紅外聯(lián)合干燥胡蘿卜片所需時(shí)間和總耗能遠(yuǎn)低于熱泵干燥。在農(nóng)產(chǎn)品等濕物料的干燥加工領(lǐng)域，使用單一形式的干燥方法，很難達(dá)到最終產(chǎn)品要求，而將兩種或多種不同干燥方法組合干燥能取長(zhǎng)補(bǔ)短，達(dá)到單一干燥方法所不能達(dá)到的效果。噴動(dòng)床干燥過程中干濕物料間相互滲透，避免了局部過熱，熱源被充分利用，質(zhì)熱傳遞效率高[14]。王玉川等[15]通過將脈沖噴動(dòng)床干燥與低頻微波干燥組合，研究該裝置對(duì)高麗菜干燥品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，聯(lián)合干燥能提升干燥產(chǎn)品品質(zhì),縮短干燥周期。張秦權(quán)等[16]設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)紅外聯(lián)合低溫真空干燥設(shè)備能較好地保留物料的總酸和總糖含量，提高干制品品質(zhì)。

針對(duì)單一紅外干燥過程中存在溫度分布不均勻、干燥耗時(shí)長(zhǎng)、物料受上限溫度影響等問題，研究擬設(shè)計(jì)一種紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥設(shè)備，并以新鮮毛豆仁為原料，進(jìn)行性能試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)備的干燥效果。

1 紅外噴動(dòng)床聯(lián)合干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

以預(yù)計(jì)處理量20～25 kg/h為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)的紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥設(shè)備整體占用空間1 500 mm×1 500 mm×2 100 mm(長(zhǎng)×寬×高)，主要由噴動(dòng)床主體、帶溫控系統(tǒng)的紅外加熱器、軸流風(fēng)機(jī)、物料收集箱以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成，設(shè)備整體采用循環(huán)風(fēng)設(shè)計(jì)。圖1為設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。

1.2 工作原理

該干燥設(shè)備是利用噴動(dòng)床干燥過程中物料多次通過強(qiáng)湍流區(qū)，干濕物料在湍流和旋渦作用下，快速攪動(dòng)并相互滲透，避免了局部過熱的優(yōu)點(diǎn)與紅外干燥穿透性強(qiáng)、干燥速度快的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合。將待干燥物料通過物料入口添加到噴動(dòng)床內(nèi)，達(dá)到了所需的靜態(tài)床層高度，此時(shí)打開動(dòng)力裝置，提供動(dòng)力的空氣體從噴動(dòng)床底部氣流入口進(jìn)入噴動(dòng)床內(nèi)部，通過改變與鼓風(fēng)機(jī)相連的變頻驅(qū)動(dòng)裝置，風(fēng)量以小幅度增加，當(dāng)床層處于完全噴動(dòng)狀態(tài)時(shí)，再利用紅外輻射器產(chǎn)生的紅外線頻率與物料內(nèi)部分子發(fā)生共振，使物料內(nèi)部摩擦產(chǎn)熱，結(jié)合水轉(zhuǎn)化為自由水，在溫度梯度的作用下向物料表面移動(dòng)蒸發(fā)，在熱風(fēng)對(duì)流作用下，將干燥物多余的水分通過排風(fēng)口排出。物料在干燥的整個(gè)過程中，多余的熱能經(jīng)過回收管回收再次利用，達(dá)到了節(jié)能減排的作用。噴動(dòng)床內(nèi)干濕物料的規(guī)律運(yùn)動(dòng)、加速、減速以及物料與氣體對(duì)流的運(yùn)動(dòng)，顯著地加強(qiáng)了流體與顆粒之間的交換、顆粒與顆粒之間的交換、壁面與流體、顆粒之間的交換和流體、顆粒中傳熱傳質(zhì)過程，從而均勻快速去除物料中的水分，提高產(chǎn)品干燥均勻性。另外，干燥后的產(chǎn)品可以通過控制系統(tǒng)增大風(fēng)速，在風(fēng)力作用下將干制品吹出，通過物料回收箱收集，提高了干燥效率。設(shè)備整體采用工控機(jī)與PLC控制，以方便數(shù)據(jù)采集儲(chǔ)存與實(shí)時(shí)查詢。

1. 控制系統(tǒng) 2. 噴動(dòng)床機(jī)架 3. 進(jìn)氣口 4. 進(jìn)料口 5. 紅外加熱器 6. 隔熱層 7. 噴動(dòng)床干燥倉(cāng) 8. 廢氣排出口 9. 回風(fēng)管 10. 物料收集箱 11. 一次回風(fēng)系統(tǒng) 12. 百葉窗 13. 軸流風(fēng)機(jī)

2 干燥過程的基本計(jì)算

進(jìn)行物料衡算、熱量衡算及干燥時(shí)間的計(jì)算，其目的在于獲得從物料中除去的水分、消耗多少干燥介質(zhì)，需要消耗多少熱量、生產(chǎn)率情況及干燥設(shè)備設(shè)計(jì)的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。

2.1 物料中除去的水分含量

干燥過程中，物料中水分的蒸發(fā)量按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：

W——水分蒸發(fā)量，kg/h；

G1——物料表示的小時(shí)產(chǎn)量，kg/h；

W1——干燥前物料中的濕基含水量，%；

W2——干燥后物料中的濕基含水量，%。

2.2 空氣用量

通過干燥器的濕空氣中絕對(duì)干空氣的量是不變的，故可以用干空氣的質(zhì)量作為計(jì)算基準(zhǔn)。

蒸發(fā)水量為W時(shí)的干空氣消耗量及實(shí)際空氣用量(即濕空氣用量)：

(2)

L′=L(1+H1)，

(3)

式中：

L——絕對(duì)干空氣消耗量，kg/h；

H2——空氣在噴動(dòng)床出口處的濕度，kg/kg；

H1——空氣在噴動(dòng)床進(jìn)口處的濕度，kg/kg；

L′——實(shí)際空氣用量，kg/h。

當(dāng)濕物料含水量為2%～3%，離開噴動(dòng)床時(shí)的含水量為0.1%～0.5%，相對(duì)濕度取0.8，為了保證水分蒸發(fā)量滿足使用，通過式(1)～(3)計(jì)算可得水分蒸發(fā)量W為1 kg/h，實(shí)際空氣用量L′為72.8 kg/h，取整為73 kg/h。

3 設(shè)備主要部件設(shè)計(jì)

噴動(dòng)床主體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 噴動(dòng)床干燥器的幾何結(jié)構(gòu)

3.1 噴動(dòng)床主體結(jié)構(gòu)有關(guān)參數(shù)確定

3.1.1 底部進(jìn)氣口直徑 噴動(dòng)床底部進(jìn)氣口直徑大小主要與物料和空氣體積流量有關(guān)，假設(shè)物料是直徑均勻的，可由式(4)確定底部進(jìn)氣口直徑大小。

(4)

式中：

Di——底部進(jìn)氣口直徑，mm；

dp——物料直徑，mm；

L″——空氣體積流量，m3/h；

ρg——空氣密度，1.239 kg/m3；

ρs——物料密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/s2。

為了適應(yīng)更多物料的干燥，物料的平均直徑取15 mm，密度取1 600 kg/m3，空氣密度1.239 kg/m3，重力加速g為-9.81 m/s2，計(jì)算得進(jìn)氣口直徑40 mm。

3.1.2 圓柱體直徑 底部倒錐壁面與水平面夾角α的大小對(duì)干燥腔內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)的均勻性有直接影響，α過小時(shí)，物料會(huì)在底部堆積，不易流化，形成死區(qū)，降低干燥均勻性；α過大時(shí)，環(huán)隙區(qū)物料速度減慢，不利于操作。研究[17-18]發(fā)現(xiàn)，夾角α為60°時(shí)，噴動(dòng)床內(nèi)物料運(yùn)動(dòng)分布均勻，離散狀況最佳。因此，設(shè)計(jì)夾角α為60°。

圓柱直徑根據(jù)通過床層的氣體總量和噴動(dòng)氣體速度用體積流量公式計(jì)算：

(5)

(6)

式中：

Dc——噴動(dòng)床圓柱體直徑，mm；

V——物料流化速度，m/s；

u——物料沉降速度，m/s；

綜合式(5)、(6)，并將V=(0.02～0.05)u[19]代入計(jì)算出的圓柱體直徑取整為500 mm。

錐體高度和體積由式(7)確定。

(7)

(8)

式中：

Hk——錐體高度，mm；

Vk——錐體體積，m3。

由式(7)、(8)計(jì)算得出錐體高度Hk和體積Vk分別為432 mm和0.027 m3。

3.1.3 靜床層高度 床層高度關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量、收縮率及操作特性等工藝參數(shù)，由式(9)確定。

(9)

式中：

h——靜床層高度，mm；

G2——濕物料的處理量，kg/h；

ε——空隙率。

當(dāng)顆粒粒徑為10～20 mm，圓柱體直徑為500 mm時(shí)，顆?？紫堵嗜≈捣秶鸀?.5～0.9，由于顆粒的平均直徑為15 mm，因此取ε為0.8，代入數(shù)值計(jì)算取整得靜床層高度h為200 mm。

3.2 最小噴動(dòng)速度

裝置設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)進(jìn)氣口要求設(shè)計(jì)的鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性是需要評(píng)估的主要因素之一，因?yàn)槠渑c系統(tǒng)的可靠性以及運(yùn)行成本密切相關(guān)。通過緩慢調(diào)節(jié)入口氣體速度，使床層從靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到松散狀態(tài)，記錄此時(shí)的氣流速度即為最小噴動(dòng)速度。在實(shí)際工況中，溫度會(huì)改變流入氣體的密度和黏度，根據(jù)文獻(xiàn)[20-21]，每種床層高度的最小噴動(dòng)速度為：

(10)

式中：

Vmax——最小噴動(dòng)風(fēng)速，m/s；

dp——物料平均直徑，mm；

Dc——噴動(dòng)床直徑，mm；

Di——進(jìn)氣口直徑，mm；

g——重力加速度，m2/s；

H——最大床層高度，mm。

代入?yún)?shù)由式(10)計(jì)算可得最小噴動(dòng)風(fēng)速為0.93 m/s。

根據(jù)上述干燥性能評(píng)估、設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)估算，得到噴動(dòng)床主體結(jié)構(gòu)主要參數(shù)見表1。

3.3 紅外輻射加熱器

基于高揚(yáng)等[22]的研究，該設(shè)備選擇紅外輻射最佳紅外線吸收波長(zhǎng)為2.5～100.0 μm。紅外輻射板功率過大造成間歇性加熱，導(dǎo)致干燥不均勻；功率過小又不能提供干燥所需的熱能，參照魏忠彩等[23]的計(jì)算方法，紅外功率可在0～20 kW線性調(diào)節(jié)。紅外輻射加熱板尺寸448 mm×100 mm×28 mm(長(zhǎng)×寬×高)而紅外輻射加熱板的安裝位置對(duì)物料干燥均勻性有直接關(guān)系，彼此之間合理的安裝角度能有效提高熱用率[24]。通過文獻(xiàn)[11]計(jì)算公式與文獻(xiàn)[25]的理論與方法，確定紅外輻射加熱板A1、A2、A3相互間夾角α1、α2、α3為60°時(shí)，噴動(dòng)床內(nèi)紅外線強(qiáng)度分布均勻無(wú)死角，加熱速度快，紅外輻射利用率最高。圖3為紅外輻射加熱板安裝位置剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

表1 噴動(dòng)床幾何結(jié)構(gòu)主要參數(shù)

3.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

溫控系統(tǒng)由AI108系列溫控表、智能溫度變送器和Pt100溫度傳感器組成。智能溫度變送器(圓卡)，用于熱電阻(RTD)和熱電偶(TC)信號(hào)輸入，二線制4～20 mA模擬輸出，安裝于傳感器內(nèi)部，電磁兼容性符合GB/T 18268—2000工業(yè)設(shè)備應(yīng)用要求(IEC 61326-1)。AI108系列溫控表每秒采樣2次，整機(jī)功耗小于6 W，符合IEC61010-1過電壓分類Π和污染等級(jí)2安全標(biāo)準(zhǔn)。Pt100溫度傳感器安裝于噴動(dòng)床干燥腔中，以監(jiān)測(cè)干燥室的干燥溫度，測(cè)量范圍為-200.0～850.0 ℃，溫度波動(dòng)均在±1 ℃范圍內(nèi)，整個(gè)過程記錄在計(jì)算機(jī)中。入口處的空氣速度由EXTECH CFM 407113型風(fēng)速傳感器測(cè)量，精度為±2%。

3.5 動(dòng)力裝置

由于噴動(dòng)床所需氣體流量要求較高而壓力要求較低，因此鼓風(fēng)機(jī)由軸流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)電流消耗會(huì)激增，影響風(fēng)機(jī)的正常壽命還消耗額外的電量。電機(jī)的速度是固定不變，而噴動(dòng)床干燥過程中需要風(fēng)速小幅度增加或減小，以改變不同含水量物料的流化速度，已達(dá)到均勻快速脫水的效果的。變頻器可實(shí)現(xiàn)電機(jī)變速啟動(dòng)、通過改變?cè)O(shè)備輸入電壓頻率達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的，而且能給設(shè)備提供過流、過壓、過載等保護(hù)功能，因此該設(shè)備安裝AD350變頻器對(duì)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。根據(jù)風(fēng)能轉(zhuǎn)換理論和貝茨理論[26]確定風(fēng)機(jī)功率。

圖3 紅外輻射板安裝位置示意圖

(11)

式中：

P——軸流風(fēng)機(jī)實(shí)際功率，kW；

Cp——風(fēng)能利用系數(shù)(極限值0.593)；

ρ——空氣密度，kg/m3；

S——風(fēng)軸掃風(fēng)面積，m2；

V——最小噴動(dòng)風(fēng)速，m/s。

為保證物料回收滿足使用要求，代入數(shù)值計(jì)算得軸流風(fēng)機(jī)實(shí)際功率為3 kW。

3.6 回風(fēng)式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

為了二次利用噴動(dòng)床內(nèi)排出的熱能，降低干燥能耗，該設(shè)備采用一次回風(fēng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過回風(fēng)管將噴動(dòng)床排風(fēng)口排出的廢氣引回到調(diào)節(jié)機(jī)的進(jìn)氣口，與室外新鮮空氣按一定比例混合后循環(huán)使用，可使進(jìn)入噴動(dòng)床內(nèi)空氣的濕度降低到干燥所允許的限度，減小了噴動(dòng)床進(jìn)、出口之間的溫度變化，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量。由于噴動(dòng)床內(nèi)外空氣溫差較大，利用溫度較高的循環(huán)氣與低溫室外空氣混合，可替代或部分替代加熱器的作用，節(jié)約了一次加熱所耗的能量，減少熱損失，達(dá)到節(jié)能減排的目的。該裝置將一次回風(fēng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)與物料回收箱組合安裝，有效節(jié)省了實(shí)驗(yàn)室空間。一次回風(fēng)空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖4所示。

4 干燥性能評(píng)估與分析

4.1 材料與儀器

4.1.1 材料

新鮮毛豆：要求大小均勻無(wú)蟲害無(wú)破損，洛陽(yáng)市大張超市。將毛豆去莢后稱取100 g置于105 ℃熱風(fēng)干燥箱中24 h后達(dá)到絕干，測(cè)得初始含水率為(69.0±0.2)%。

4.1.2 儀器

電子天平：JA2003N型，上海佑科儀器儀表有限公司；

1. 通風(fēng)管 2. 風(fēng)機(jī) 3. 分風(fēng)板 4. 混合室 5. 回流蝶閥 6. 回風(fēng)管 7. 百葉窗 8. 進(jìn)氣蝶閥

電熱鼓風(fēng)干燥箱：PH-010(A)型，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；

多功能成像儀：IRI4010型，英國(guó)北安普敦IRISYS公司；

色度計(jì)：CR-400型，日本Konica Minolta Sensing公司。

4.2 試驗(yàn)方法

為了對(duì)比驗(yàn)證紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥對(duì)物料干燥均勻性的效果，進(jìn)行紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥和紅外干燥兩組對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)量指標(biāo)均以樣品含水率達(dá)到10%時(shí)停止干燥，稱取20 kg新鮮去莢毛豆粒通過進(jìn)料口放入噴動(dòng)床中，再?gòu)膰妱?dòng)床內(nèi)隨機(jī)抽取5組毛豆粒進(jìn)行稱重，每組20顆，計(jì)算其初始平均重量為11.94 g。打開動(dòng)力裝置，通過變頻器調(diào)節(jié)進(jìn)氣口風(fēng)速為20 m/s，打開紅外加熱系統(tǒng)，設(shè)置加熱溫度為75 ℃開始干燥，每隔30 min迅速取出20顆樣品進(jìn)行一次稱量，每次測(cè)量抽取5組毛豆計(jì)算其平均值，稱量之后樣品放回噴動(dòng)床干燥倉(cāng)繼續(xù)干燥。單一紅外干燥中，稱取500 g新鮮去莢后的毛豆粒均勻平鋪于物料托盤上，加熱溫度設(shè)置為75 ℃，每隔30 min迅速取出物料進(jìn)行一次測(cè)量，所有試驗(yàn)均測(cè)量3次，最后取平均值。

4.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

4.3.1 干燥時(shí)間 干燥時(shí)間是評(píng)價(jià)設(shè)備性能的重要指標(biāo)，以噴動(dòng)床和單一紅外干燥倉(cāng)內(nèi)的毛豆為目標(biāo)，記錄從開始干燥到停止作業(yè)時(shí)，其干燥所需的時(shí)間。

4.3.2 干燥溫度分布 在紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥和單一紅外干燥過程中，每隔30 min隨機(jī)選擇20粒樣品計(jì)算紅外噴動(dòng)床干燥和單獨(dú)紅外干燥的含水量分布均勻性。干燥結(jié)束時(shí)，將適量樣品從干燥室取出，迅速放入靠近干燥裝置的玻璃盤中，利用紅外熱成像儀記錄干燥樣品表面的加熱溫度分布。

4.3.3 感官評(píng)價(jià)與色差分析 為了研究紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥對(duì)毛豆品質(zhì)的影響，每次干燥前后，隨機(jī)選擇適量毛豆置于白色瓷盤中進(jìn)行拍照，然后對(duì)圖像進(jìn)行處理和分析，為了避免圖像處理中圖像質(zhì)量的變化，光線是恒定的和間接的。將干燥前后的樣品切碎、研磨并放入容器中，顏色測(cè)量是在色度計(jì)上進(jìn)行的。記錄顏色L*(亮度)、a*(紅色)和b*(黃色)的坐標(biāo)。色差(ΔE)根據(jù)坐標(biāo)通過式(12)計(jì)算：

(12)

式中：

ΔE——樣品色差值；

ΔL*——樣品的亮度；

Δa*——紅色到綠色程度；

Δb*——黃色到藍(lán)色程度。

每個(gè)樣品測(cè)量5次，并計(jì)算平均值，測(cè)量前，使用標(biāo)準(zhǔn)白板對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。

4.3.4 能耗分析 設(shè)備安裝了智能電表，用于測(cè)量紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥設(shè)備和單一紅外干燥對(duì)干燥能耗的影響。以智能電表所記錄干燥結(jié)束與干燥開始時(shí)的讀數(shù)差作為干燥過程所消耗的電能。

4.4 結(jié)果與分析

4.4.1 干燥耗時(shí) 按4.2試驗(yàn)方法和步驟進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得在紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥與單一紅外干燥條件下樣品含水率隨干燥時(shí)間變化的干燥曲線圖如圖5所示。單一紅外干燥需要270 min才能達(dá)到樣品所需的含水量，而紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥整個(gè)過程僅需160 min，干燥時(shí)間縮短了40.7%。由此可見，噴動(dòng)床干燥有利于提高單一紅外干燥效率，降低干燥時(shí)間，加快干燥速率。

4.4.2 干燥溫度分布的影響 圖6顯示了不同干燥方法的樣品的最終溫度分布。與單一紅外干燥相比，紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥過程中毛豆表面溫度相對(duì)較低，可能是因?yàn)閲妱?dòng)床干燥倉(cāng)內(nèi)干濕物料在氣流作用下相互滲透，增強(qiáng)了介質(zhì)間的質(zhì)熱傳遞效率，并且經(jīng)過一次回風(fēng)系統(tǒng)的熱空氣帶走了物料表面一部分熱量，提高了物料的散熱效果。單一紅外干燥中樣品表面溫度比紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥樣品表面溫度高得多，而且單一紅外干燥樣品最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間的溫度差為51.7 ℃，但在紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥中最高點(diǎn)和最低點(diǎn)之間的溫度差僅為36.1 ℃，表明紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥樣品的溫差更小，物料表面溫度分布更加均勻，這種現(xiàn)象可能是紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥中的噴動(dòng)床使樣品受熱更快、更均勻。

圖5 干燥方法對(duì)毛豆干燥特性的影響

圖6 不同干燥方法干燥的青大豆的熱像圖

4.4.3 感官與色澤 表2為紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥和單一紅外干燥毛豆的品質(zhì)比較。從形狀上看，紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥后的毛豆表面較光滑，表皮光滑且呈亮綠色，顏色與新鮮樣品差異不大，色澤較好。而單一紅外干燥的毛豆粒由于表面溫度分布不均勻，物料表面水分不能及時(shí)去除，內(nèi)外溫差大，導(dǎo)致豆仁干癟，表皮皺縮嚴(yán)重，呈枯黃色。在香氣方面，紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥的毛豆散發(fā)出新鮮的豆香味，而單一紅外干燥的毛豆則產(chǎn)生“燒焦”的氣味，這是因?yàn)樵诟稍锖笃陔S著毛豆水分的降低，內(nèi)部溫度分布的不均勻產(chǎn)生的局部過熱。說(shuō)明紅外聯(lián)合噴動(dòng)床對(duì)單一紅外干燥產(chǎn)品品質(zhì)和干燥均勻性有明顯改善。

表3為紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥和單一干燥的毛豆粒色澤的影響。結(jié)果表明，單一的紅外干燥樣品a*值為-3.36，新鮮毛豆樣品的a*值為-12.16，說(shuō)明單一紅外干燥毛豆的顏色已轉(zhuǎn)為暗紅色。紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥的ΔE(13.24)最小值，說(shuō)明紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥毛豆粒與新鮮毛豆粒色差不大。這是因?yàn)閲妱?dòng)床內(nèi)物料的規(guī)律流動(dòng)改善了紅外干燥加熱不均勻溫度過高的不足，從而保證了樣品原有的顏色。

表2 干燥方法對(duì)毛豆感官品質(zhì)的影響

表3 干燥方法對(duì)毛豆粒色度的影響?

4.4.4 能耗 紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥設(shè)備的能耗量主要來(lái)自于動(dòng)力裝置和紅外加熱系統(tǒng)。對(duì)紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥設(shè)備和單一紅外干燥的干燥過程進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單一紅外干燥消耗用電量13.5 kW·h，紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥設(shè)備消耗用電量9.3 kW·h，與單一紅外干燥過程相比，紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥設(shè)備節(jié)約能耗31.1%。說(shuō)明紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥設(shè)備縮短了干燥時(shí)間，降低了干燥能耗。

5 結(jié)論

與單一紅外干燥設(shè)備相比，紅外聯(lián)合噴動(dòng)床干燥設(shè)備能有效縮短干燥時(shí)間，提高產(chǎn)品干燥的均勻性，改善毛豆干制品品質(zhì)。同時(shí)，該設(shè)備還采用一次回風(fēng)式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，大量反復(fù)使用噴動(dòng)床排出的廢氣，可以精確和靈敏地調(diào)節(jié)干燥室內(nèi)的溫度和濕度，節(jié)約了加熱空氣熱源，降低了干燥能耗。

該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于物料在噴動(dòng)床內(nèi)與氣流高度混合，為了限制物料由出口帶出，保證物料干燥均勻性，噴動(dòng)床主體還可以采用臥式多室結(jié)構(gòu)，以降低床層高度，進(jìn)一步提高干燥均勻性。