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热泵干燥机技术
2013-09-27 13:28:36
来源:诚加宝
点击数: 1830          作者:诚加宝
  • 简介

    热泵干燥一种利用热能降低物料水分的机械设备,用于对物体进行干燥操作。热泵干燥机通过加热使物料中的湿分(一般指水分或其他可挥发性液体成分)汽化逸出,以获得规定湿含量的固体物料。干燥的目的是为了物料使用或进一

    干燥技术有很宽的应用领域。面对众多的产业、理化性质各不相同的物料、产品质量及其他方面千差万别的要求,干燥技术是一门跨行业、跨学科、具有实验科学性质的技术。通常,在干燥技术的开发及应用中需要具备三个方面的知识和技术。第一是需要了解被干燥物料的理化性质和产品的使用特点。第二是要熟悉传递工程的原理,即传质、传热、流体力学和空气动力学等能量传递的原理。第三要有实施的手段,即能够进行干燥流程、主要设备、电气仪表控制等方面的工程设计。显然,这三方面的知识和技术不属于一个学科领域。
    工作原理
    热泵干燥机利用外界空气能做热源,原理如同空调反装,3kw压缩机动力=10kw电力热量。干燥空气在干燥室与热泵干燥机间进行闭式循环,它利用热泵干燥机的制冷系统使来自干燥室的湿空气降温脱湿,当湿空气流经热泵蒸发器时,内部的低压制冷剂吸收空气的热量由液态变为气态,空气因降温而排出其中的大部分凝结水。来自蒸发器的低压制冷蒸汽由压缩机升压后送至冷凝器,当脱湿后的干冷空气流经冷凝器时,内部的高压制冷剂因冷凝而放出热量,外部的空气则被加热为热风又回到干燥室继续干燥,从冷凝器流出的高压制冷液经膨胀阀降压后流入蒸发器继续下一个循环。机器内传动电机,余热全部利用,并在热泵除湿干燥机内增加回热器,使进入蒸发器的空气温度下降而进去冷凝器的空气温度上升,回热循环使蒸发器冷量用于空气降温减少,而用于降温除湿过程冷量增加,使热泵干燥的最佳蒸发温度及最佳除湿量上升,增加回热循环的热泵除湿干燥比普通热泵干燥节能30%以上,外加保温层,热效率高,物料搅拌干燥,传热均匀汽化温度低,成品成小颗粒物料状出。此机适应超湿散状物料,如糊状,湿粉,膏状物料。可以将80%水分降到5%,特别用于生物菌种常温保鲜低成本干燥,生物活性在干燥过程中几乎不丧失。
    热泵干燥机是利用逆卡诺原理,吸收空气的热量并将其转移到房内,实现烘干房的温度提高,配合相应的设备实现物料的烘干。高温热泵烘干机由压缩机——换热器(内机)——节流器——吸热器(外机)——压缩机等装置构成了一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动。它在压缩机内完成气态的升压升温过程(温度高达100℃),它进入内机释放出高温热量加热烘干房内空气,同时自己被冷却并转化为流液态,当它运行到外机后,液态迅速吸热蒸发再次转化为气态,同时温度下降至零下20℃——30℃,这时吸热器周边的空气就会源源不断地将热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现将空气中的热量搬运到烘干房内加热房内空气温度。
    应用
    干燥、烘干从古至今广泛应用于工业、农业、化工行业,烘干技术与我们的生产生活息息相关。随着低碳生活绿色生态的要求,对环境的保护的意识越来越强以及不可再生能源资源的紧缺。使用燃油、燃煤等高耗能、高污染烘干设备受到严格限制甚至被禁止。寻求一种可替代原有旧式的烘干设备,而且安全、环保、节能烘干机,显得越来越有紧迫。科阳空气能高温热泵烘干设备在这种环境下应运而生。
    热泵除湿干燥技术的发展趋势及前景
    制冷剂的替代
    由于热泵循环系统中通常使用的R22等HCFC类制冷剂对臭氧层和全球气候有破坏作用,因此研究工作主要集中在单工质替代物R134a,混合工质替代物R407c和对环境无破坏性的绿色自然工质(二氧化碳)在热泵干燥循环系统中的研究。
    提高干燥温度
    热泵干燥的温度大都集中在40℃—60℃之间,为了能使热泵干燥所适用的干燥物料范围扩大,所以设法提高干燥的温度也是研究的一个热点。目前较常用的方法是通过辅助加热系统,将经过冷凝器加热过的空气进一步提高其温度,这种方法虽然简单有效,但能源消耗显著增加,为解决这一问题,应针对热泵干燥的制冷工况以及空气循环状态采用复合工质,研究开发高温高压制冷压缩机,以提高冷凝温度,从而满足较高的干燥温度要求。
    相变贮热材料在热泵干燥中的应用
    浙江大学制冷及低温工程研究所从1999年开始了相变材料在热泵节能中的研究。王剑锋高广春等通过将相变温度为50—52℃的相变材料石蜡放置在冷凝器至干燥室的旁通管路内,回收由于干燥机组达到所要干燥的温度后排放掉的那一部分热量,试验结果表明相变材料应用于热泵干燥具有明显的节能效果,当干燥温度为45℃物料的平均质量百分比为24.5%时,放置相变材料,干燥节能21.9%;当干燥温度为50℃,干燥物料的平均质量百分比为35.5%时,放置相变材料干燥节能36.5%。
    热泵与其他方式联合干燥系统
    微波及红外线干燥均有透入物料表面对物料进行三维加热,形成温度内高外低的正向温度场(与水分排出物料的运动方向一致)的优点,但在低温下不利于将物料表面富集的水蒸气排除,热泵的引入可很好地解决这个问题,利用热泵制取的低温干燥空气可快速带走物料表面的水分,同时也保证了物料成品的质量。热泵式真空干燥装置利用热泵蒸发器将物料中排出的水分凝结析出,可降低真空设备的负荷,与电加热式真空干燥装置相比,热泵式真空干燥装置的运行费用仅为1/5。
    在太阳能充足的地区采用太阳能与热泵联合干燥,可以实现良好的节能效果,福建省林业科学研究所研制了太阳能—热泵联合干燥装置,经实验得出该装置的节电率在15%~47.8%之间。
    自动控制
    干燥是一个非稳态的传热传质过程,干燥过程中各个状态点控制参数值有较大幅度调整,手动调节难度大,控制精度低。计算机软硬件技术的发展为数据的计算机自动采集、显示和保存及参数的自动监控提供了便利。根据物料脱水情况及环境状况适时调控干燥工艺参数,有利于提高能量利用率及产品质量,可以减少人工监测、调控的失误,减少系统调节滞后,提高系统的调节精度和灵敏度。因此,将现代检测、传感及控制技术结合起来应用于热泵干燥加工,能够实现对干燥加工过程的全自动人工智能控制,从而降低操作成本和干燥能
    耗,提高制品品质。
    结论
    干燥过程是一个巨大的耗能过程,据统计,在大多数发达国家里用于干燥所消耗的能量占全国总能耗的7%—15%,而热效率仅为25%—50%,并且大部分干燥过程特别是对热敏性物料例如食品和生物物料都会对其色泽、营养、风味和组织产生影响。热泵除湿干燥技术具有能源消耗少,环境污染小、干燥品质高、适用范围广等优点,其优异的节能效果已被国内外的各种试验研究所证明。目前热泵干燥正朝着提高干燥温度,开发新型热泵干燥系统,及热泵的自动控制技术等方面发展,热泵干燥作为能将降低能源消耗和提高产品质量两者完美统一起来的技术给食品干燥行业带来重大变革。

    本文来源:碧源(诚加宝)高温热泵热水器


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