CN110472330A - 一种利用Page数学模型预测海马热风干燥过程的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用Page数学模型预测海马热风干燥过程的方法，步骤S1：随机选取多个不同热风干燥温度对海马进行干燥，得到不同温度下水分比和干燥时间的干燥曲线；步骤S2：提供Page干燥模型，利用Origin数据处理工具对水分比和干燥时间的干燥曲线进行非线性回归分析；步骤S3：通过曲线拟合，得到参数k、n关于温度(T)的表达式；步骤S4：将步骤S3得到的参数k、n代入Page干燥模型得到海马干燥动力学模型，模型给出了海马热风干燥过程中水分比随温度T单位℃，时间t单位h变化关系，用以预测不同温度下，干燥海马的水分比。本发明干燥模型能够比较准确地描述和预测海马干燥过程，对干燥过程进行精确控制，为干燥装备结构设计和参数优化提供重要依据。
Description
技术领域
本发明涉及农副产品加工领域，特别是一种利用Page数学模型预测海马热风干燥过程的方法。
背景技术
干燥是一种具有悠久历史的应用广泛的加工工艺，是加工过程中的重要工序之一，为一种广泛应用于食品、医药、化工、木材、农副产品加工等领域的重要单元操作。近些年来，随着食品加工工艺技术的更新和发展，人们对干燥产品的品质要求也逐步提高。干燥机理研究、干燥动力学研究、干燥品质研究、通过干燥模型预测干燥品质等方面都成为干燥技术基础研究的主要方面，取得了很大的进展，干燥技术也已经从对产品加工的一种单元操作发展为开发新产品、提升产品品质的新方法。
海马是一种传统的名贵中药材，多以干制品被消费，随着社会的发展，消费者对于食品的品质要求越来越高，也对海马干制品的品质提出了更高的要求，但其干制加工技术仍然以传统加工方式为主，国内外对海马干燥的相关研究报道亦较少，海马加工技术研究的深度和广度仍不够，使得干制品的生产难以形成规模化、标准化。
由于物料品种多样，形状和特性各异，对干燥工艺的要求千差万别。目前，工业上对干燥过程大多数以经验为基础，不明确干燥过程中的传质、传热现象，而本发明可通过建立干燥过程中各参数之间的定量关系和规律，从更高的层面揭示物料干燥过程随干燥参数变化的规律，考察分析各个参数之间的依存关系和变化规律。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用Page数学模型预测海马热风干燥过程的方法，能够比较准确地描述和预测海马干燥过程，对干燥过程进行精确控制。
本发明采用以下方案实现：一种利用Page数学模型预测海马热风干燥过程的方法，包括以下步骤：
步骤S1：随机选取多个不同热风干燥温度对海马进行干燥，得到不同温度下水分比和干燥时间的干燥曲线，其中水分比为纵坐标，干燥时间为横坐标；
步骤S2：提供Page干燥模型，利用Origin数据处理工具对水分比和干燥时间的干燥曲线进行非线性回归分析；
步骤S3：通过步骤S2中的非线性回归分析即曲线拟合，得到参数k、n关于温度(T)的表达式；
步骤S4：将步骤S3得到的参数k、n代入Page干燥模型得到海马干燥动力学模型，所述模型给出了海马热风干燥过程中水分比随温度T单位℃，时间t单位h变化关系，用以预测不同温度下，干燥海马的水分比。
进一步地，参数k、n关于温度(T)的表达式具体为：
k＝-4E-07T4+0.0001T3-0.0162T2+0.7948T-13.555决定系数R2＝0.9949
n＝-0.0106T5+0.1981T4-1.4015T3+4.5553T2-6.4499T+3.6352决定系数R2＝1
进一步地，将参数k、n代入Page干燥模型得到海马干燥动力学模型为：
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明能够比较准确地描述和预测海马热风干燥过程，对干燥过程进行精确控制，为干燥装备结构设计和参数优化提供重要依据。
附图说明
图1为本发明实施例的对水分比和干燥时间的干燥曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本实施例提供一种利用Page数学模型预测海马热风干燥过程的方法，包括以下步骤：
步骤S1：随机选取多个不同热风干燥温度对海马进行干燥，得到不同温度下水分比和干燥时间的干燥曲线，其中水分比为纵坐标，干燥时间为横坐标；
步骤S2：提供Page干燥模型，利用Origin数据处理工具对水分比和干燥时间的干燥曲线进行非线性回归分析；
步骤S3：通过步骤S2中的非线性回归分析即曲线拟合，得到参数k、n关于温度(T)的表达式，其中k和n均为与干燥介质有关的经验常数；
步骤S4：将步骤S3得到的参数k、n代入Page干燥模型得到海马干燥动力学模型，所述模型给出了海马热风干燥过程中水分比随温度T单位℃，时间t单位h变化关系，用以预测不同温度下，干燥海马的水分比。
在本实施例中，参数k、n关于温度(T)的表达式具体为：
k＝-4E-07T4+0.0001T3-0.0162T2+0.7948T-13.555决定系数R2＝0.9949
n＝-0.0106T5+0.1981T4-1.4015T3+4.5553T2-6.4499T+3.6352决定系数R2＝1
在本实施例中，将参数k、n代入Page干燥模型得到海马干燥动力学模型为：
较佳的，本实施例的具体示例如下：
采用不同热风干燥温度对海马进行干燥，对不同温度下干燥特性进行分析，结果如图1所示，随着干燥时间的延长，海马水分比呈现指数下降的趋势，热风温度越高，海马干燥所需的时间越短，干燥温度为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃和100℃时，海马达到干燥终点所需的时间分别为29h、24h、23h、18h、13h和10h。
为了更好地了解在不同干燥方式下海马的脱水规律，选用Page干燥模型，利用Origin数据处理软件对水分比和干燥时间的干燥曲线进行非线性回归分析。具体拟合结果分别见表1。由表1可知，不同温度下的Page模型的卡方检验值(reduced chi-square，χ2)χ2分别在9.8649×10-6～3.4882×10-4范围内变化，均方根误差(root mean square error，RMSE)RMSE在2.6800×10-5～1.7193×10-3范围内变化，模型的拟合精度较高，说明能够采用Page模型来描述海马热风干燥过程中物料水分比的变化情况。
表1海马热风干燥数学Page模型拟合结果
通过曲线拟合，得到参数k、n关于温度(T)的表达式：
k＝-4E-07T4+0.0001T3-0.0162T2+0.7948T-13.555决定系数R2＝0.9949
n＝-0.0106T5+0.1981T4-1.4015T3+4.5553T2-6.4499T+3.6352决定系数R2＝1
带入Page方程得到海马干燥动力学模型：
公式给出了海马热风干燥过程中水分比随温度(T,℃)、时间(t,h)变化关系，可以预测不同温度下，干燥海马的水分比。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (3)
1.一种利用Page数学模型预测海马热风干燥过程的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：随机选取多个不同热风干燥温度对海马进行干燥，得到不同温度下水分比和干燥时间的干燥曲线，其中水分比为纵坐标，干燥时间为横坐标；
步骤S2：提供Page干燥模型，利用Origin数据处理工具对水分比和干燥时间的干燥曲线进行非线性回归分析；
步骤S3：通过步骤S2中的非线性回归分析即曲线拟合，得到参数k、n关于温度(T)的表达式；
步骤S4：将步骤S3得到的参数k、n代入Page干燥模型得到海马干燥动力学模型，所述模型给出了海马热风干燥过程中水分比随温度T单位℃，时间t单位h变化关系，用以预测不同温度下，干燥海马的水分比。
2.根据权利要求1所述的一种利用Page数学模型预测海马热风干燥过程的方法，其特征在于：参数k、n关于温度(T)的表达式具体为：
k＝-4E-07T4+0.0001T3-0.0162T2+0.7948T-13.555 决定系数R2＝0.9949
n＝-0.0106T5+0.1981T4-1.4015T3+4.5553T2-6.4499T+3.6352 决定系数R2＝1。
3.根据权利要求1所述的一种利用Page数学模型预测海马热风干燥过程的方法，其特征在于：将参数k、n代入Page干燥模型得到海马干燥动力学模型
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