王教領(lǐng)，宋衛(wèi)東，王明友，丁天航，吳今姬，周德歡

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所，江蘇南京 210014）

0 引言

干燥主要涉及傳質(zhì)傳遞方式，其中熱量的傳遞通常有輻射、傳導(dǎo)與對流3種方式，對應(yīng)于經(jīng)典干燥技術(shù)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(fēng)溫、風(fēng)速與濕度影響，由于溫度過高會破壞物料品質(zhì)，所以溫度調(diào)節(jié)受到限制。適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速可以促進(jìn)熱質(zhì)傳遞，但超過最佳風(fēng)量會造成熱量的浪費(fèi)[4]。而干燥介質(zhì)的濕度對物料品質(zhì)影響相對較小，低濕度可以提升干燥驅(qū)動力，有助于實現(xiàn)低溫干燥，因此，濕度是一個理想的調(diào)節(jié)參數(shù)。農(nóng)產(chǎn)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(zhuǎn)輪除濕等，而轉(zhuǎn)輪除濕具有露點低等優(yōu)勢，且具有溫濕度獨立控制特點，可以實現(xiàn)物料的高效干燥，但由于轉(zhuǎn)輪能耗相對較高，這一短板限制了其在農(nóng)產(chǎn)品干燥領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[5，6]。而熱泵節(jié)能性好、除濕能耗低，但出風(fēng)空氣不夠干燥，所以將轉(zhuǎn)輪與熱泵聯(lián)合起來可以充分融合二者的優(yōu)勢，實現(xiàn)食用菌的高效節(jié)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(zhuǎn)輪熱泵聯(lián)合不僅可以實現(xiàn)快速干燥，而且可以實現(xiàn)低溫干燥，從而保證干燥品質(zhì)[7，8]。

因此，圍繞食用菌高含水率與熱敏性特性，通過轉(zhuǎn)輪與熱泵聯(lián)合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，實現(xiàn)低溫高效干燥，具有良好應(yīng)用前景。本操作規(guī)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(guān)食用菌生產(chǎn)企業(yè)提供技術(shù)參考。

1 食用菌組合式低露點干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)與工作原理

組合式低露點干燥設(shè)備的除濕工藝如圖1所示。該設(shè)備主要由熱泵除濕系統(tǒng)、轉(zhuǎn)輪除濕系統(tǒng)、臨界除濕機(jī)構(gòu)、分級冷凝機(jī)構(gòu)、風(fēng)道機(jī)構(gòu)、干燥箱體、輔助部件及其控制系統(tǒng)等組成。熱泵系統(tǒng)主要熱泵循環(huán)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(lián)組成，通過轉(zhuǎn)換閥實現(xiàn)中低溫切換，滿足轉(zhuǎn)輪再生、物料加熱的需求。轉(zhuǎn)輪除濕干燥系統(tǒng)由轉(zhuǎn)輪、輔助加熱器、預(yù)熱器及再生加熱器等組成，轉(zhuǎn)輪除濕時，由轉(zhuǎn)輪電機(jī)驅(qū)動，其中轉(zhuǎn)輪電機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)實際干燥物料特性及環(huán)境等因素決定。新風(fēng)或回風(fēng)先通過蒸發(fā)器降溫除濕后再進(jìn)入轉(zhuǎn)輪深度除濕。轉(zhuǎn)輪在除濕過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)輪內(nèi)的吸附劑吸附水蒸氣潮濕后，進(jìn)入再生區(qū)域由高溫再生進(jìn)風(fēng)進(jìn)行加熱再生，潮濕的再生出風(fēng)直接排到空氣中，而除濕干燥后的處理出風(fēng)經(jīng)加熱處理后送入干燥箱對物料進(jìn)行干燥，這一過程循環(huán)進(jìn)行，直到物料干燥達(dá)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(shè)備具有進(jìn)氣預(yù)處理功能，可以使得進(jìn)入干燥箱的空氣變得很干燥，從而提升干燥驅(qū)動力，但往往能耗較大。因此，如何實現(xiàn)節(jié)能干燥成為轉(zhuǎn)輪干燥需要突破的關(guān)鍵技術(shù)，為此本設(shè)備設(shè)計有臨界除濕與分級冷凝機(jī)構(gòu)。針對前期干燥回風(fēng)濕度大，溫度低不宜利用問題，對比傳統(tǒng)開式、閉式和帶有旁通率的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，基于轉(zhuǎn)輪等焓除濕與物料等焓干燥特性，探究合適轉(zhuǎn)換點。通過對除濕過程分析表明，當(dāng)回風(fēng)與新風(fēng)通過蒸發(fā)器后的焓值相等時進(jìn)行切換，利用回風(fēng)干燥，為最佳轉(zhuǎn)換點。因此，臨界除濕機(jī)構(gòu)主要由新回風(fēng)轉(zhuǎn)換閥、回風(fēng)利用機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)等組成。通過對新回風(fēng)與回風(fēng)經(jīng)過蒸發(fā)器以后焓值及除濕狀態(tài)的判斷，進(jìn)行開式或閉式干燥。當(dāng)需要新風(fēng)干燥時，開啟新風(fēng)閥，關(guān)閉回風(fēng)閥，開啟回風(fēng)排風(fēng)閥；當(dāng)需要進(jìn)行回風(fēng)干燥時，關(guān)閉新風(fēng)閥，開啟回風(fēng)閥，關(guān)閉回風(fēng)排風(fēng)閥?；谏鲜龀凉褶D(zhuǎn)換機(jī)制，在蒸發(fā)器出口設(shè)置溫濕度傳感器，并在程序中設(shè)置切換時間t，測算并設(shè)定新風(fēng)焓值I1，回風(fēng)焓值I2，當(dāng)I1≤I2切換[11]。該臨界除濕機(jī)構(gòu)的設(shè)計與操作可以實現(xiàn)空氣能及余熱的利用最大化，進(jìn)一步降低轉(zhuǎn)輪除濕能耗。

由于轉(zhuǎn)輪在除濕過程中吸附劑會變的潮濕，如果不進(jìn)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(nóng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)輪除濕干燥產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一個重要因素。針對轉(zhuǎn)輪再生風(fēng)溫高、能耗大問題，提出壓縮機(jī)排氣預(yù)熱轉(zhuǎn)輪再生技術(shù)，研究循環(huán)能量高效分配機(jī)制，通過分級冷凝換熱，實現(xiàn)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(shè)備設(shè)計有分級冷凝再生機(jī)構(gòu)，將壓縮機(jī)排除的高溫制冷劑氣體，先對再生進(jìn)氣進(jìn)行預(yù)熱，再利用再生輔熱器加熱到再生所需的溫度后對轉(zhuǎn)輪進(jìn)行再生處理，同時干燥熱風(fēng)采取底部穿流的方式，由下向上穿過物料，與物料進(jìn)行充分熱質(zhì)交換，并通過箱體出風(fēng)口流出，系統(tǒng)根據(jù)出風(fēng)狀態(tài)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(shè)備

2 食用菌組合式低露點干燥設(shè)備干燥作業(yè)操作規(guī)程

2.1 裝料與擺盤

干燥室的物料架，應(yīng)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(yīng)＜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(nèi)。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(jìn)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(nèi)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(nèi)，關(guān)上箱門準(zhǔn)備干燥[15]。

系統(tǒng)選用凌陽紅外測溫模塊TN_9探測環(huán)境和目標(biāo)溫度，AT89S52單片機(jī)完成相應(yīng)數(shù)據(jù)處理工作，并通過串口與PC機(jī)進(jìn)行通信，便于果園溫度的監(jiān)控以及數(shù)據(jù)存儲分析；另外按鍵和數(shù)碼管顯示模塊也支持果園紅外測溫系統(tǒng)脫離PC機(jī)控制獨立進(jìn)行果園溫度的采集工作。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

2.2 開機(jī)前檢查

干燥前認(rèn)真閱讀使用說明書，檢測機(jī)器是否按照說明書要求安裝到位。重點檢測機(jī)器的電器部分和轉(zhuǎn)輪驅(qū)動皮帶等關(guān)鍵機(jī)構(gòu)是否安裝到位，檢查機(jī)組電壓和電氣系統(tǒng)接線是否牢固，接地保護(hù)是否正常。同時檢查制冷劑系統(tǒng)壓力知否正常、有無泄漏等；檢查各風(fēng)道接口處密封是否良好等。

2.3 開機(jī)程序

開機(jī)程序首先是接通電源，然后選擇語言模式，接著點擊系統(tǒng)啟動。初次使用時，需要校準(zhǔn)各傳感器精度并設(shè)置溫濕度誤差。當(dāng)各參數(shù)校準(zhǔn)后，可以根據(jù)物料干燥工藝設(shè)置再生溫度、轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速，并分段設(shè)置干燥溫濕度和時長，然后觀察系統(tǒng)運(yùn)行至穩(wěn)定運(yùn)行。

在干燥過程中，根據(jù)蒸發(fā)進(jìn)風(fēng)的溫濕度及回風(fēng)等狀態(tài)，可根據(jù)物料干燥情況，進(jìn)行壓縮機(jī)頻率、熱風(fēng)循環(huán)等調(diào)節(jié)，以滿足臨界除濕轉(zhuǎn)換及分級再生的要求，實現(xiàn)節(jié)能干燥。

2.4 食用菌組合式低露點干燥設(shè)備干燥過程操作規(guī)程

食用菌干燥根據(jù)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(yù)熱階段、恒速階段與降速階段。干燥過程中，干燥介質(zhì)利用轉(zhuǎn)輪放熱或干燥冷凝器加熱，經(jīng)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(jìn)行熱質(zhì)交換。若初期回風(fēng)濕度大可考慮將回風(fēng)排到大氣中，而當(dāng)回風(fēng)濕度較低、溫度較高時，通過臨界除濕機(jī)構(gòu)將回風(fēng)導(dǎo)入蒸發(fā)器，對回風(fēng)進(jìn)行余熱回收，進(jìn)行閉環(huán)除濕干燥。該設(shè)備可滿足低溫與中溫干燥需求，通過系統(tǒng)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(jīng)過蒸發(fā)器進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮后成為高溫高壓制冷劑，再進(jìn)入再生冷凝器對再生進(jìn)風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，之后進(jìn)入廢熱冷凝器排除多余熱量，后經(jīng)膨脹閥節(jié)流，再回流蒸發(fā)器，這一過程循環(huán)往復(fù)。其中制冷劑進(jìn)入廢熱冷凝器而不再進(jìn)入干燥冷凝器，也不再加熱干燥介質(zhì)，廢熱冷凝器中的熱量排放到空氣中不再利用，該系統(tǒng)可用于40℃以下的低溫干燥，一般用于食用菌干燥初期的預(yù)熱階段。中溫干燥制冷劑由蒸發(fā)器進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入再生冷凝器對再生空氣進(jìn)行預(yù)熱后，進(jìn)入干燥冷凝器對干燥介質(zhì)進(jìn)行干燥，之后進(jìn)入廢熱冷凝器再進(jìn)入膨脹閥節(jié)流，再進(jìn)入蒸發(fā)器，循環(huán)往復(fù)，該回路可實現(xiàn)45℃～50℃的中溫干燥，同時輔助加熱器還可以進(jìn)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(zhì)的路線為干燥介質(zhì)經(jīng)過新回風(fēng)轉(zhuǎn)換閥進(jìn)入蒸發(fā)器除濕，之后經(jīng)過除濕轉(zhuǎn)輪后進(jìn)行深度除濕，然后經(jīng)過干燥冷凝器加熱后再經(jīng)過輔助加熱器到需要的溫度進(jìn)入干燥箱對食用菌進(jìn)行干燥[12]。

2.4.2 轉(zhuǎn)輪再生操作方法。在再生階段，利用再生分級冷凝系統(tǒng)，將再生進(jìn)氣通過再生冷凝器利用壓縮機(jī)排出的高溫氣體制冷劑進(jìn)行預(yù)熱，這一階段大致可將再生進(jìn)氣加熱到70℃，對轉(zhuǎn)輪進(jìn)行輔助再生。之后再利用再生加熱器加熱到再生溫度，經(jīng)轉(zhuǎn)輪再生區(qū)對轉(zhuǎn)輪進(jìn)行脫附再生，除濕后的氣體經(jīng)再生出口排出。

3 食用菌組合式低露點干燥設(shè)備使用要點

使用食用菌組合式低露點干燥設(shè)備干燥時，應(yīng)嚴(yán)格遵守安全使用規(guī)定，做好防護(hù)工作：

1）組合式低露點干燥設(shè)備使用前，需對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，防止因操作不當(dāng)引發(fā)人身安全事故；首次使用干燥機(jī)時，應(yīng)檢查確認(rèn)各線路是否有破損，確認(rèn)無誤方可開機(jī)。

2）停機(jī)作業(yè)時，先在觸摸屏上點擊系統(tǒng)停止，待散熱系統(tǒng)等完成后再切斷電源；每班干燥后，應(yīng)檢查轉(zhuǎn)輪皮帶、風(fēng)管閥門等部件是否有脫落、易位等現(xiàn)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(guān)閉電源。

4 組合式低露點干燥設(shè)備使用注意事項與維護(hù)保養(yǎng)

4.1 使用注意事項

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

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

3）場地必須清潔、平整，供電等配套系統(tǒng)必須規(guī)范，供電線路必須為單獨的斷電裝置，設(shè)備應(yīng)有輔助地線，各傳感器不得隨意變動。

4）在干燥過程中，要經(jīng)常查看轉(zhuǎn)輪驅(qū)動皮帶是否正常運(yùn)行，若發(fā)現(xiàn)移位需要及時處理，可在非停機(jī)的狀態(tài)下由人工將其調(diào)節(jié)到初始位置。

4.2 維修與保養(yǎng)

1）空氣源熱泵油路、工質(zhì)等的定期維護(hù)保養(yǎng)工作，應(yīng)由安裝班維修工進(jìn)行，及時根據(jù)季節(jié)變化設(shè)定再生等加熱溫度并做好熱泵機(jī)組的清潔衛(wèi)生工作。

2）定期維護(hù)保養(yǎng)的內(nèi)容有轉(zhuǎn)輪運(yùn)行系統(tǒng)檢查、供電系統(tǒng)維護(hù)等，以保證設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)，確保設(shè)備完好。

3）安裝及維修人員應(yīng)做好維修與保養(yǎng)記錄及巡回檢查記錄等工作。