CN103604291B - 一种物料干燥控制设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于加热干燥技术领域。解决干燥工艺需多批物料不能采用满载试验的问题。物料干燥控制方法是在试验物料通道（1）和模拟物料通道（2）中摆放质量M试验物料（3）和物料模拟器（4），通入温度为T和湿度为H干燥气体，两通道截面积比例为L，对应测得排出第一气体温度T1、湿度H1，第二气体温度T2、湿度H2，调节物料模拟器（4）供水、供热量，使第一、二气体温度、湿度和流速一致，再汇集变成干燥气体循环利用，经过时间t，测得试验物料（3）失水的质量m，物料模拟器（4）供水量G，时间t为实际干燥时间，产能为两数据算术平均值，其一，质量M+M∕比例L；其二，（供水量G+失水的质量m）×质量M∕失水的质量m。

Description

一种物料干燥控制设备及其控制方法

技术领域:

本发明属于带有加热或通风设备的干燥箱或干燥室以及气体流于材料或制品上或在周围进行干燥的方法技术领域。

背景技术:

干燥加工在国内应用非常广泛，占国家工业总能耗的12%。热力干燥技术涉及温度、湿度、风量、时间等技术参数的设定，干燥过程涉及物料装载量、均匀性、环境状态等，成品质量评价涉及理化指标、感官指标等，因此干燥是一个复杂而且难以复现的过程。

常用的干燥试验采用一系列的设定温度、湿度和风量进行，但试验物料量远少于生产应用的物料量，可能是设备产能的1-10%，与实际应用存在以下几方面的差异:①当改变干燥设定温、湿度时，从现有温、湿度到新设定的温、湿度所花费的时间不同，物料量越大，花费的时间差别越明显，甚至可能经过很长的时间都无法达到新设定的温、湿度。②物料的干燥均匀性不同，干燥试验的均匀性通常比较好。③干燥过程的操作不同，干燥试验过程不需要太多的操作，而实际应用时需要调整物料的摆放次序以满足干燥均匀性等。鉴于以上三个差异，通过试验仍难以确定实际应用的技术指标有:由开机到第一次设定温湿度的时间；设备产能；干燥时间。

对于大宗物料的干燥，由于干燥设备干燥空间大，产能很大。研究干燥工艺需要数十批甚至过百批物料，不可能采用满载试验，而采用少量物料实验，得到的工艺参数又不能够接近实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将干燥通道分为两条，即试验物料通道和模拟物料通道，通过测的试验物料通道和模拟物料通道中的温、湿度及流速数据，确定放置在模拟物料通道中被干燥物料的干燥工艺参数的物料干燥控制方法。

为实现本发明的目的，所述的物料干燥控制方法，包括有一个试验物料通道和一个模拟物料通道，所述的试验物料通道和模拟物料通道的截面积比例为L，在所述的试验物料通道中摆放质量为M待干的试验物料，在所述的模拟物料通道中摆放物料模拟器，向所述的试验物料通道和模拟物料通道通入干燥气体，所述干燥气体的温度为T和湿度为H，并开始计时，测得试验物料通道排出的第一气体温度为T1、湿度为H1，流速为V1，测得模拟物料通道排出的第二气体温度为T2、湿度为H2，流速为V2，调节所述的物料模拟器的供水量和供热量，使试验物料通道排出的第一气体温度T1和湿度H1与模拟物料通道排出的第二气体温度T2和湿度H2一致，使试验物料通道排出的第一气体流速V1与模拟物料通道排出的第二气体流速V2一致，再将第一气体和第二气体汇集，并经过干燥、加温处理变成干燥气体循环利用，经过一定的时间t，测得所述的试验物料失水的质量m，物料模拟器的供水量G，则时间t为实际干燥的时间，在所述的时间t内，设备产能为两个数据的算术平均值，其一，试验物料的质量M+M∕比例L，其二，（物料模拟器的供水量G+试验物料失水的质量m）×试验物料的质量M∕试验物料失水的质量m。

为实现本发明的另一个目的，所述的物料干燥控制设备，包括箱体，设置在箱体中的风机和设置在箱体首尾端的回风风道，在所述的箱体中设有试验物料通道和模拟物料通道，在试验物料通道的尾气出口设置有第一组传感器，在模拟物料通道的尾气出口设置有第二组传感器，在试验物料通道和模拟物料通道的入口设置有第三组传感器，数据采集模块把采集第三组传感器采集的温、湿度数据传送至中央控制器，中央控制器向执行模块发出指令调节物料模拟器的供水量和供热量，使第一组传感器和第二组传感器感应返回的温、湿度数据基本趋向一致。

附图说明

图1为本发明物料干燥控制设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明料干燥控制设备及其控制方法作具体详述。

本设备和方法可以用于干燥鸡、鸭、鱼猪、牛等各种肉类食物，也可以是青菜、萝卜等各种蔬菜水果。

首先介绍物料干燥控制方法，下面以罗非鱼采用不同的干燥的过程来进行说明。

该方法是在一个箱体中设置一个试验物料通道1和一个模拟物料通道2，试验物料通道1和模拟物料通道2的截面积比例为L，该截面积比例L不大于1:4，比例过大不但实验物料用量过大，而且误差过大得到的工艺参数不准确。试验物料通道1和模拟物料通道2长度一致，以保证试验物料通道1和模拟物料通道2中气体流动的温度、湿度变化的一致性。

本实施例中截面积比例L等于1:25。在试验物料通道1中摆放质量M=10kg的罗非鱼作为试验物料3。

在模拟物料通道2中摆放物料模拟器4，该物料模拟器4中具有电控加温装置和加湿装置。

向试验物料通道1和模拟物料通道2通入干燥气体，该干燥气体的温度T=28℃，湿度H=70%的干燥气体，并开始计时。

测得试验物料通道1排出的第一气体温度T1=26.8℃，湿度H1=75%，流速V1=1.5m∕s。而模拟物料通道2排出的第二气体温度T2=27℃，湿度H2=74%，流速V2=1.3m∕s。

以试验物料通道1排出的第一气体温度T1、湿度H1为基准，调节物料模拟器4自身的供水量和供热量等参数，让物料模拟器4增加供水量，减少供热量。由于设备空间大，各个位置的温度、湿度和流速并不均匀，存在着一定的离散性，因此，使模拟物料通道2排出的第二气体温度T2、湿度H2与试验物料通道1排出的第一气体温度T1、湿度H1基本一致即可。

以模拟物料通道2排出的第二气体流速为基准，调节试验物料通道1的送风量，使试验物料通道1排出的第一气体流速V1与模拟物料通道2排出的第二气体流速V2一致。由于试验物料通道1的截面积比模拟物料通道2的小很多倍，因此试验物料通道1排出的第一气体流速V1变化波动大，而模拟物料通道2排出的第二气体流速V2变化相对很小。本实施例由于截面积比例L等于1:25，模拟物料通道2排出的第二气体流速V2基本上不变，以至调节趋向稳定快捷。

本实施例是在试验物料通道1入口处设置一个功率、体积相对都较小的补偿风机19，通过调整补偿风机19的转速来改变试验物料通道1的送风量，使试验物料通道1排出的第一气体流速V1=1.3m∕s，与模拟物料通道2排出的第二气体流速=1.3m∕s一致，形成一个干燥时间段。然后，将第一气体和第二气体汇集至回风风道12，并经过干燥加温处理变成干燥气体，循环利用。

在接下来一个干燥时间段，继续向试验物料通道1和模拟物料通道2通入干燥气体，该干燥气体的温度T=28℃，湿度H=70%的干燥气体，并开始计时。

测得试验物料通道1排出的第一气体温度T1=26.8℃，湿度H1=75%，流速V1=1.3m∕s。而模拟物料通道2排出的第二气体温度T2=26.8℃，湿度H2=75.5%，流速V2=1.1m∕s。所以物料模拟器应当降低水分供应和蒸发量，使其通道尾气温湿度同样为26.8℃、75%。并调整补偿风机19的转速，使试验物料通道第一气体流速V1=1.1m∕s。

如此通过在不同的干燥时间段改变参数不断追逐调整控制干燥过程即可获得对实验物料的干燥工艺。

经过23小时，测得试验物料3罗非鱼干燥后的质量为4.5kg，罗非鱼失水的质量m =10 kg-4.5 kg =5.5kg，物料模拟器4的供水量G=132kg，则23小时为实际干燥的时间t。

在23小时内，其一数据，试验物料的质量M+M∕比例L=10kg+10kg∕1:25=260kg。其二数据，（物料模拟器的供水量G+试验物料失水的质量m）×试验物料的质量M∕试验物料失水的质量m =（132kg+5.5kg）*10kg∕5.5kg=250kg，因此，两个数据的算术平均值为255kg。因此该设备产能为255kg，即可在23小时将255kg的罗非鱼干燥成255kg*（4.5kg/10kg）=114.75kg鱼干。

本发明干燥控制过程是所述的干燥气体的温度T和湿度H被设定后，第一气体温度T1、湿度H1、第二气体温度T2、湿度H2以及第一气体流速V1和第二气体流V2在一个干燥时间段不断追逐一致的过程。不同温度T和湿度H的干燥气体，对应不同的干燥时间段。在干燥过程中可以设定若干个不同温度T和湿度H的干燥气体，则相应有若干个不同的干燥时间段，若干个不同的干燥时间段之和即为干燥时间。

本发明采用10kg（4%的负载）可完成干燥试验。本发明的试验工艺即可确定能否干燥试验物料、也能估算产能及能耗。

而采用一台现有技术的干燥机来干燥罗非鱼，其产能至少为250kg物料∕批，物料价值近万元，在干燥工艺没有确定前，不可能采用250kg物料进行试验，但要接近实际生产，一般需要150kg（60%的负载）来实验，一旦达不到预期的指标要求，则导致巨大的物料损耗和能源的浪费。

接着介绍物料干燥控制设备，如图1所示，物料干燥控制设备包括箱体10，设置在箱体10中的风机11和设置在箱体10首尾端的回风风道12。风机转动使气体在箱体10和回风风道12中循环，箱体10的端部设有气体加热和除湿装置，使循环气体在进入箱体10被干燥和加热。根据箱体10截面积的不同，风机11设置的数量不同，所需风机11的数量及其设置使箱体10截面风量分布尽量均匀为宜。

在箱体10中设有试验物料通道1和模拟物料通道2，箱体10与回风风道12出风口结合部设有加温除湿装置5，该加温除湿装置5可对回风风道12中的气体进行加温和干燥，使之变成干燥气体。

在试验物料通道1的尾气出口C处设置有第一组温、湿度和流速传感器13，用于检测试验物料通道1排出气体的温度、湿度和流速。

在模拟物料通道2的尾气出口B处设置有第二组温、湿度和流速传感器14，用于检测模拟物料通道2排出气体的温度、湿度和流速。

在试验物料通道1和模拟物料通道2的入口A处设置有第三组温、湿度和流速传感器15，用于试验物料通道1和模拟物料通道2进入气体的温度、湿度和流速。

数据采集模块16把采集第三组温、湿度和流速传感器15的数据传送至中央控制器17，中央控制器17向执行模块18发出指令调节物料模拟器4的供水量和供热量，使第一组温、湿度和流速传感器13和第二组温、湿度和流速传感器14返回的温、湿度和流速数据基本趋向一致。

供水量、供热量以及流速的变化均会导致排出气体温度、湿度的变化。供热量越大，排出气体温度越高；流速越大，排出气体温度越低，湿度越低。

在试验物料通道1的入口处设置有用于调节进风量的补偿风机19，补偿风机19可以改变试验物料通道1中气体流速，如带变频器的风机等，以便使试验物料通道1的流速与模拟物料通道8的流速一致。

本发明物料干燥控制设备参数调整范围如下:

A.干燥机实际应用参数

（1）除湿量：15kg水/h

（2）风速：0.4~3m/s 可调

（3）温度：18~35℃ 可调

（4）湿度：30~90%

B.罗非鱼应用干燥工艺

（1）干燥温度:28℃

（2）干燥湿度:75~40%，干燥过程每小时下降1~3%

（3）风速:1~2m∕s

（4）物料的投放量约为250kg

整个干燥过程需要23小时左右，干燥过程中，干燥仓内的温度范围为28±1℃，随着干燥时间的推移，干燥仓内湿度由85%渐渐下降至45%，此时250kg的罗非鱼原料干燥至112.5kg的罗非鱼干，完成了干燥加工。

C.常规试验工艺及步骤

（1）把10kg的物料放在干燥机内

（2）设定温度28℃、风速1~2m∕s

（3）开机

（4）至试验工艺完成为止

整个干燥过程需要28小时左右，干燥过程中，干燥仓内的温度范围为28±1℃，随着干燥时间的推移，干燥仓内湿度由40%渐渐下降至30%，此时10kg的罗非鱼原料干燥至4.5kg的罗非鱼干，完成了干燥试验。

试验工艺C与应用干燥工艺B存在差别:①干燥机除湿能力15kg∕h，远超投料量10kg，属大牛拉小车，物料表面快速干燥、硬化，内部水分难以往外迁移及蒸发，并不是物料越少干燥速率越高。②干燥温度一样，但湿度不一样，10kg物料蒸发出来的水分不可能与250kg一样，干燥仓内部湿度只达到40%，无法达到实际应用的湿度条件。

因此，试验工艺C只能得出“设备能干燥罗非鱼”的结论，但不能得出应用的“干燥时间、干燥湿度与产能”。

D.本发明的试验工艺

（1）把干燥仓分成两个通道:截面积比例为10kg:250kg=1:25，即试验物料通道和模拟物料通道。

（2）两通道采用同样的风速，利用变频风机控制试验物料通道风速，使其与模拟物料通道的风速。

（3）两通道采用同样的送风状态和尾气状态，送风由干燥机主机统一提供，尾气状态不同时，利用物料模拟器控制模拟物料通道的水分供应和蒸发量，使其与试验物料通道的尾气状态一致。

（4）干燥结束后，通过数据记录及计算“（物料模拟器的供水量∕试验物料的失水量+1）*试验物料量”可以得出设备的实际产能、干燥时间及能耗等相关数据。

采用本发明的试验工艺可以利用热泵的加热或制冷功能控制干燥温度；利用物料模拟器的水分供应和蒸发量控制干燥仓内的湿度，解决了试验工艺C中因物料不足而导致湿度偏低的问题；利用变频风机控制试验物料通道风速，使干燥三要素温度、湿度和风速完全可控，实现了试验工艺可完全模拟生产应用工艺。

Claims (10)

1.一种物料干燥控制方法，其特征是包括有:

一个试验物料通道（1）和一个模拟物料通道（2），所述的试验物料通道（1）和模拟物料通道（2）的截面积比例为L；

在所述的试验物料通道（1）中摆放质量为M待干的试验物料（3）；

在所述的模拟物料通道（2）中摆放物料模拟器（4）；

向所述的试验物料通道（1）和模拟物料通道（2）通入干燥气体，所述干燥气体的温度为T和湿度为H，并开始计时；

测得试验物料通道（1）排出的第一气体温度为T1、湿度为H1，流速为V1；

测得模拟物料通道（2）排出的第二气体温度为T2、湿度为H2，流速为V2；

调节所述的物料模拟器（4）的供水量和供热量，使试验物料通道（1）排出的第一气体温度T1和湿度H1与模拟物料通道（2）排出的第二气体温度T2和湿度H2一致；

使试验物料通道（1）排出的第一气体流速V1与模拟物料通道（2）排出的第二气体流速V2一致，再将第一气体和第二气体汇集至回风风道（12），并经过干燥、加温处理变成干燥气体，循环利用；

经过一定的时间t，测得所述的试验物料（3）失水的质量m，物料模拟器（4）的供水量G，则时间t为实际干燥的时间；

在所述的时间t内，设备产能为两个数据的算术平均值，其一，试验物料的质量M+M∕比例L；其二，（物料模拟器的供水量G+试验物料失水的质量m）×试验物料的质量M∕试验物料失水的质量m。

2.根据权利要求1所述的物料干燥控制方法，其特征是所述的截面积比例L不大于1:4。

3.根据权利要求1所述的物料干燥控制方法，其特征是以模拟物料通道（2）排出的第二气体流速为基准，调节试验物料通道（1）的送风量，使试验物料通道（1）排出的第一气体流速V1与模拟物料通道（2）排出的第二气体流速V2一致。

4.根据权利要求２所述的物料干燥控制方法，其特征是以模拟物料通道（2）排出的第二气体流速为基准，调节试验物料通道（1）的送风量，使试验物料通道（1）排出的第一气体流速V1与模拟物料通道（2）排出的第二气体流速V2一致。

5.根据权利要求３所述的物料干燥控制方法，其特征是在试验物料通道（1）入口处设置补偿风机（19），调整补偿风机（19）的转速。

6.根据权利要求４所述的物料干燥控制方法，其特征是在试验物料通道（1）入口处设置补偿风机（19），调整补偿风机（19）的转速。

7.根据权利要求1、２、３、４、５或６所述的物料干燥控制方法，其特征是以试验物料通道（1）排出的第一气体温度T1、湿度H1为基准，调节物料模拟器（4）的供水量、供热量，使模拟物料通道（2）排出的第二气体温度T2、湿度H2与试验物料通道（1）排出的第一气体温度T1、湿度H1一致。

8.根据权利要求1、２、３、４、５或６所述的物料干燥控制方法，其特征是所述的试验物料通道（1）和模拟物料通道（2）长度一致。

9.一种物料干燥控制设备，包括箱体（10），设置在箱体（10）中的风机（11）和设置在箱体（10）首尾端的回风风道（12），其特征是在所述的箱体（10）中设有试验物料通道（1）和模拟物料通道（2），在试验物料通道（1）的尾气出口设置有第一组传感器（13），在模拟物料通道（2）的尾气出口设置有第二组传感器（14），在试验物料通道（1）和模拟物料通道（2）的入口设置有第三组传感器（15），数据采集模块（16）把第三组传感器（15）采集的温、湿度数据传送至中央控制器（17），中央控制器（17）向执行模块（18）发出指令调节物料模拟器（4）的供水量和供热量，使第一组传感器（13）和第二组传感器（14）感应返回的温、湿度数据基本趋向一致。

10.根据权利要求９所述的物料干燥控制设备，其特征是在试验物料通道（1）的入口处设置有用于调节进风量的补偿风机（19），数据采集模块（16）以第二组传感器（14）采集的流速数据传送至中央控制器（17），中央控制器（17）以所述的流速数据为基准，向执行模块（18）发出指令调节补偿风机（19）的转速，使第一组传感器（13）和第二组传感器（14）感应返回的流速数据基本趋向一致。