在脱水蔬菜的加工过程中,干燥环节起到了承上启下的作用,一方面保证了产品的质量,减少了损失,同时又为下道工序提供了优质的原料。干燥过程也是脱水加工各单元中耗能最大的环节。据统计,英国全国各行业干燥能耗总和大约占整个工业系统总能耗的8%。我国的干燥能耗占整个加工能耗的比例高达12%。在农产品加工行业,由于从业人员素质较低,采购设备时,往往把价格看成第一位,导致实际所采用的干燥设备大多工艺比较落后,有些甚至不适合于物料的干燥,因此在我国农产品加工中干燥能耗占其总能耗的比例就更高,如在木材加工行业,干燥能耗占整个加工能耗的比例高达40%~60%。淀粉行业干燥能耗占整个加工能耗的比例甚至高达80%以上。可见干燥环节的节能对于降低整个工业能耗有显著影响。
一、传统干燥方式改进
通过对传统的技术工艺路线采取组合方式、余热回收以及调整风机的位置等方式,显著地提高干燥机的效率或降低风机的功率,从而达到降低有效消耗的目的。具体的实例如下:
(一)组合干燥
在农产品加工过程中,由于物料的多样性及其性质的复杂性,有时用单一形式的干燥器来干燥物料时,往往达不到最终产品的质量要求,或者质量达到了要求,但能量消耗太大。为此把2种或2种形式以上的干燥器组合起来,就可以达到单一干燥所不能达到的目的,这种干燥方式称为组合干燥。组合干燥可以较好地控制整个干燥过程;同时又能节约能源,尤其适用于热敏性物料。组合干燥是当前农产品干燥中的研究热点,从目前使用情况来看,可以按下述方法分为:
(1)同一干燥方式下的多级串联干燥
这种方式主要应用于热风干燥的情况。如在食品产品干燥中采用的喷雾干燥和流化床干燥的组合、气流干燥与气流干燥的多级组合、气流干燥与旋流闪蒸干燥组合、喷雾干燥与带式干燥的组合、滚筒干燥与气流干燥的组合、滚筒干燥与闪蒸干燥的组合等。在脱水蔬菜干燥中由于烘干后蔬菜体积收缩很大,为此,可以采取前段为箱式干燥或振动流化床干燥,达到快速脱水的目的,在后段采用隧道获带式干燥得到水分均匀、品质优良的产品。
(2)不同传热干燥方式的组合
这种组合方式根据物料在不同干燥阶段所具有的干燥特性,充分发挥不同传热干燥方式的特点,达到既满足生产需要,又降低生产成本的目的。如在低水分稻谷干燥阶段采用热风干燥与远红外干燥相结合方式。在经济作物如枸杞、葡萄干、脱水蔬菜的干燥中广泛采用的太阳能干燥与热风干燥相结合、微波干燥与热风干燥相结合、微波系统与真空系统组成的微波真空干燥等等。
(3)节能干燥工艺
根据被干燥蔬菜的特性,在确保品质的前提下,在不同的干燥阶段采用不同的热风温度,如高低温组合干燥、高温干燥+缓苏+冷却的干燥工艺。
(二)风机位置的变更
在农产品干燥的作业系统中,热风风机对系统的连接起着承前启后的作用,风机将热源产生的热空气输送到干燥机内部,实现介质与物料的热质交换。热风风机是干燥机系统中耗电量最大的单体,风机性能的优良与否,以及选择是否正确,对干燥机的效率、运行成本以及热风炉的运行寿命等均有很大的影响。
热风机从后置改为前置式,具有以下显著的特点:
(1)由于输送的空气温度不同,降低了风机的使用等级,从而降低了风机购买成本;
(2)著降低系统的装机容量,如对适用于截面积为4平方米的蔬菜箱式干燥机如采用后置式系统,热风风机为4-72№6A,装机容量为4千瓦;而采用前置式系统,若环境温度为20℃,热风温度为70℃,则风机风量可减少约24%,其型号可以调整为4-72№5A,装机容量降为3千瓦。此外,对于以蒸汽作为热源的干燥系统,还可以采用低风压大风量的轴流式风机,除了降低系统装机容量之外,还可以降低设备投资。
(3)由于风机正常工作温度不能高于80℃,后置式系统中,风机处于高温状态工作,使其使用寿命影响,而前置式系统则完全避免了这些问题。
(三)风机风压的调整
在常规的气流干燥机或闪蒸干燥机中,所采用的风机一般都是高压风机,或者采用前鼓后吸的送风系统,系统的风压全压一般达到5000帕以上,如果再增加布袋除尘系统,则所需风机全压还将至少增加1000帕以上,这样造成了系统风机装机功率很大,噪声很高,而且设备造价也高。目前国内个别干燥机制造企业对将风机由高压调整为中压风机进行了有益的尝试,并取得了较为满意的应用效果。如燕京啤酒厂在其酒糟干燥中闪蒸干燥机采用了中低压风机,该系统已运行多年,效果良好。与常规设计相比,系统耗电量、噪音指标及一次性投资都大大降低。我国西部是马铃薯产区,许多中小型的淀粉加工企业在淀粉的脉冲气流干燥中普遍采用了中低压的4-72型风机,风压小于3000帕。
二、节能干燥工艺
(一)换向通风干燥
在农产品原料的干燥作业中,大量使用的干燥机是平床式干燥机。平床式干燥机结构简单、投资低、操作使用简单,但由于单向通风,导致上下层物料的水分极不均匀,因此需要经常翻动物料,对某些有特殊要求的物料可能造成损伤,造成物料的品质下降,为了避免这种现象的发生,采用了换向通风干燥工艺,即在最初采用正向通风干燥,在干燥到一定时间后,将挡风板置于反向位置,使风向发生变化,实现反向通风干燥工艺。此外,我国北方玉米种子干燥中所采用的大型果穗干燥即是采用了换向通风干燥工艺。
(二)余热回收
正负压结合气流干燥机是一种将余热进行回收的新型的粉状气流干燥机,该机充分利用了干燥机排气余热,与常规气流干燥机相比,节能30%左右。
干燥机的原理,该机利用一台风机可实现二级以上的干燥,其中一级干燥采用正压干燥,可将原料干燥成半干料;二级(或三级)干燥采用负压干燥将半干料干燥至成品。
该干燥机显著的特点是:
(1)单机干燥降水幅度大,如干燥菜籽饼粕可从65%一次降低到8%;
(2)干燥机能耗低,节能效果显著。由于该工艺全部回收二级干燥段的含有飞粉的高温尾气,通过调控干燥部分热风风温和风量,可保证在不粘管壁的前提下,使废气达到低温(40±2℃)高湿(90%以上),从而使尾气带走的显热显著少。经过测定证明该机蒸发1千克水的蒸汽消耗为1.3±0.2千克,比一般气流干燥机的1.9±0.1千克相比节省蒸汽0.6千克,节能32%。
(3)同样生产率的设备,与单机串联相比,占地面积大大减少,减少了车间、厂房等的投资。
三、其他节能降耗途径
(一)提高设备的利用率,减少重复投资和设备折旧由于蔬菜品种繁多,其干燥工艺也各不相同,而干燥设备在脱水蔬菜加工厂的设备投资中占有最重的份额,因此如何根据自身的实际情况,选择通用型设备,做到一机多用、一及多能,可以提高设备的利用率,同时减少了重复投资和设备折旧。如在实际当中,可以选择箱式、隧道窑式以及振动流化床式干燥机等通用型干燥设备。
(二)提高干燥机自身的保温状况,减少散热损失干燥机作业时,影响其热效率的因素有机体散热损失、物料加热需要的热量、水分蒸发需要的热量、尾气带走的热量以及泄露损失。在干燥机型式确定的条件下,采取保温措施,减少泄露损失,对低温环境下作业的干燥机来说,节能降耗十分显著。在我国北方的内蒙、宁夏和甘肃等地通用的蔬菜箱式干燥机几乎全部采用风机后置结构,不但风机,连箱体外壁也没有采取保温,在秋季作业时,由于外界气温降低,散热损失加大,运行成本也增加。
(三)干燥机采用热源的改进
随着世界性的能源危机,干燥所采用的燃料如煤、油等的价格一直在增长,从而使干燥机的运行成本也日益增加。这对效益较低的农业行业来讲,影响是巨大的,为此,立足于现有的资源,充分利用可再生的能源,如稻壳、沼气等作为干燥机的燃料,已成为近年来我国农产品干燥中的热点。在粮食干燥中,在东北地区已经有为数众多的干燥机采用了燃烧稻壳的热风炉作为热源。燕京啤酒厂在酒糟的干燥中,利用废水产生的沼气作为能源,在解决废水污染的前提下,还有效地降低了干燥机的运行费用。利用太阳能干燥已有数千年的历史,但主要局限于自然晾晒等传统的方法。近年来,太阳能干燥技术经过与现代技术结合后又重新成为农产品干燥的研究和应用热点,在我国北方的宁夏、内蒙等地,在脱水蔬菜、枸杞等物料的干燥中,利用太阳能温室的集热性能,结合对流换热干燥,使传统的干燥时间缩短了1/3。此外,利用太阳能集热器结合热风炉技术,成功解决了太阳能干燥中存在的昼夜干燥不连续的问题。