CN114504034A - 一种安化黑毛茶烘焙系统及控制方法 - Google Patents

一种安化黑毛茶烘焙系统及控制方法 Download PDF

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涂福炳
刘涵
张祖恒
张翼飞
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    • A23F3/00—Tea; Tea substitutes; Preparations thereof
    • A23F3/06—Treating tea before extraction; Preparations produced thereby
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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Abstract

本发明提供一种安化黑毛茶烘焙系统及控制方法，采用变频风机、热风炉、热风耦合优化集成系统、智能控制系统。变频风机将冷空气送入热风炉加热，产生的热空气用于烘焙毛茶，避免了原来烘焙工艺中烟气与毛茶直接接触造成茶叶二次污染的问题。本发明将黑毛茶烘焙干燥时与烟气直接接触的自然对流换热转变为智能可控的热风强制对流换热。在干燥过程中，热风是传热和传质的主要媒体，黑毛茶和具有适宜温度、湿度和流速均匀的热风接触，按工艺曲线要求进行升温，使茶叶水分蒸发和氧化过程均匀协调、自动可控。

Description

一种安化黑毛茶烘焙系统及控制方法
技术领域
本发明属于茶叶制备装置技术领域，具体涉及一种安化黑毛茶烘焙系统及控制方法。
背景技术
七星灶是烘焙安化黑茶独特的干燥工艺。烘焙不纯粹是脱水，既是一个脱水过程也是一个氧化过程，渥堆发酵后的茶停留在黄茶阶段，不是典型的黑茶特征，通过七星灶烘焙后，茶黄素转化成茶褐素，即为黑毛茶。
七星灶主要以松柴为燃料，烘焙的黑毛茶色泽黑褐、滋味醇厚。但是烟气中的有害气体如二氧化硫等与茶叶直接接触，茶叶受到二次污染松，并使茶叶夹有烟气味。另外，七星灶需要人工凭经验操作，火势把控难，烟气流动不均，导致焙面温度分布不均匀，黑毛茶质量和产量较低，不能完全满足生产发展需要和客户消费的高品质需求。
发明内容
针对现有技术的不足本发明提出一种提高茶叶品质、增加茶叶产量的安化黑毛茶烘焙系统。
本发明的目的通过采用下述技术方案予以实现：
一种安化黑毛茶烘焙系统，采用变频风机、热风炉、热风耦合优化集成系统、智能控制系统。变频风机将冷空气送入热风炉加热，产生的热空气用于烘焙毛茶，避免了原来烘焙工艺中烟气与毛茶直接接触造成茶叶二次污染的问题。
所述的热风耦合优化集成系统，包括箱体，箱体内设有网格板，网格板上方堆积黑毛茶，网格板下方设有导流栅，热风喷嘴底部设有热风喷嘴；箱体侧设有烟囱。
热风耦合优化集成系统是基于数据采集平台、高效传热传质技术、数字仿真优化技术、全体系物质流能量流的衡算评估技术打造而成，以高产量和高质量为目标的黑毛茶烘焙系统。
该系统的控制方法包括以下步骤：
首先通过数据采集，建立毛茶烘焙的物理和数学模型，其中物理模型主要包括热风喷嘴、导流栅、网格板及毛茶堆积厚度的几何结构及计算对象，数学模型主要包括求解气固两相流、温度场、压力场等多物理场分布信息的方程组及毛茶干燥脱水的数学模型。
然后对物理模型进行网格划分、确定边界条件、壁面函数及基准工况参数，开展毛茶烘焙过程气固两相流动、传热传质过程的数值模拟，分析毛茶烘焙过程的微观信息分布特点，并通过正交试验研究，确定导流栅、网格板及毛茶堆积厚度与热风的温度、流速及压力参数的优化匹配关系。
智能控制系统采用工控机和PLC的控制方式，通过数据采集系统实现压力、温度、流速等主要工艺参数的在线控制，PLC通过MPI网络与上位工控机通讯，在上位机上，可监视系统的过程数据、设备的运行状况、并对PLC和仪表发出指令，实现烘焙干燥过程中的自动化控制。
上述方法通过改变传统工艺中的供热方式和人工控制方式，将黑毛茶烘焙干燥时与烟气直接接触的自然对流换热转变为智能可控的热风强制对流换热。在干燥过程中，热风是传热和传质的主要媒体，黑毛茶和具有适宜温度、湿度和流速均匀的热风接触，按工艺曲线要求进行升温，使茶叶水分蒸发和氧化过程均匀协调、自动可控。采用上述技术，避免烟气和茶叶的直接接触，茶叶不再有烟气味，有效防止二氧化硫等有害成分对茶叶的二次污染，可以极大提高黑毛茶的产量和品质。
附图说明
图1为本发明工艺流程图；
图2为本发明热风耦合优化集成系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，冷空气经变频风机1通过管道与热风炉2连接，加热升温后经过流量计3、温度传感器4、压力传感器5进入热风耦合优化集成系统，如图2所示，热风耦合优化集成系统，包括箱体，箱体内设有网格板12，网格板12上方堆积黑毛茶11，网格板12下方设有导流栅13，热风喷嘴14底部设有热风喷嘴14；箱体侧设有烟囱10。冷空气经过变频风机与热风炉后从热风喷嘴14喷出，一方面经过导流栅13对网格板上的黑毛茶11进行烘焙，另一方面通过烟囱10排出。热风在此系统内实现流场、温度场及压力场三场耦合优化分布，即利用计算机仿真技术，对黑毛茶烘焙干燥过程中热空气流动和传热过程进行研究。通过建立毛茶烘焙过程物理和数学模型，针对典型工况条件进行仿真模拟计算。并运用正交试验方法，结合毛茶升温曲线要求，得到毛茶干燥速度与空气流速、温度及压力的最优匹配关系，快速完成对黑毛茶7的加热干燥及氧化过程。本系统中黑毛茶的温度湿度通过温湿度传感器 6传输到现场显示仪8进行显示。
系统控制实现过程是:空气温度、压力通过温度传感器4、压力传感器5，可编程控制器 PLC作用于变频风机1，实现实时调节热风炉出口空气温度、速度及压力。毛茶温度经数显温度传感器6送至触摸显示屏8，而触摸屏8也可用于输入运行指令。PLC也可通过MPI网络与上位工控机通讯，在上位机上，可监视系统的过程数据、设备的运行状况、并对PLC和仪表发出指令，实现烘焙干燥过程中的自动化控制。

Claims (2)

1.一种安化黑毛茶烘焙系统，其特征在于，包括依次连接的变频风机、热风炉、流量计、温度传感器、压力传感器、热风耦合优化集成系统，还包括智能控制系统；
所述的热风耦合优化集成系统，包括箱体，箱体内设有网格板，网格板上方堆积黑毛茶，网格板下方设有导流栅，热风喷嘴底部设有热风喷嘴；箱体侧设有烟囱。
2.一种安化黑毛茶烘焙控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种安化黑毛茶烘焙系统；包括以下步骤：
首先通过数据采集，建立毛茶烘焙的物理和数学模型，其中物理模型包括热风喷嘴、导流栅、网格板及毛茶堆积厚度的几何结构及计算对象，数学模型包括求解气固两相流、温度场、压力场多物理场分布信息的方程组及毛茶干燥脱水的数学模型；
然后对物理模型进行网格划分、确定边界条件、壁面函数及基准工况参数，开展毛茶烘焙过程气固两相流动、传热传质过程的数值模拟，分析毛茶烘焙过程的微观信息分布特点，并通过正交试验研究，确定导流栅、网格板及毛茶堆积厚度与热风的温度、流速及压力参数的优化匹配关系；
智能控制系统采用工控机和PLC的控制方式，通过数据采集系统实现压力、温度、流速工艺参数的在线控制，PLC通过MPI网络与上位工控机通讯，在上位机上，监视系统的过程数据、设备的运行状况、并对PLC和仪表发出指令，实现烘焙干燥过程中的自动化控制。
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