太阳能干燥技术

太阳能干燥技术一、太阳能干燥的概念利用太阳能进行物品的干燥，是太阳能热利用的方式之一，与人们常规的露天自然干燥相比，很多优点：太阳能干燥器，可以充分利用太阳能，节好常规能源，有效地提高干燥温度，缩短干燥时间，干燥物可避免泥沙，灰尘的污染，不会因为天气变化而变质，以而可得到优质产品，有利于环境保护。物料干燥的目的，是除去其中多余的水分以便于加工、运输、贮藏和使用。二、太阳能干燥的应用太阳能干燥技术，在我国研究、应用已有多年的历史，又是一个新发展起来的产业，具有非常良好的前景。太阳能干燥在农副产品方面的应用较多如浴物、蔬菜、水果、挂面、烟叶、木才、中草药材、人参、鹿茸等产品的干燥，在水产方面有鱼、虾类。在轻工产品方面有蚕丝、橡胶、唐三彩瓷器，制鞋等产品的干燥，另外利用太阳能做陈醋，发酵制大酱等方面也都可以利用太阳能干燥进行，同时在这些方面已取得了积极的成果的应用。在国外如日年菲律宾，美国也有广泛的应用。在国为山西省、黑龙江、哈尔滨、昆明、济南、安徽连云港等地却有广泛的应用。内蒙古农牧学院林维申教通过20多年的研究，广州能源所也在这方面作了较多的工作和探索。还年来我国已由试验研究发展到推广应用阶段。三、太阳能干燥的基本原理太阳能干燥的过程，就其机理来说，它是利用热能使用体物料中水分汽化，并扩散到空气中去的过程，是一个传热传质的过程。太阳能干燥就是使被干燥物料直接吸收太阳能或通过太阳空气集热器所加热的空气，进行对流传热，间接地吸收太阳能，物料表面获得热能后，再传至物料内部，水分从物料内部以液态或汽态方式扩散，透过物料层而达到表面，然后通过物料表面的气膜而扩散到热汽流中，通过这样的传热传质过程，使物料逐步干燥。完成这样过程的条件是必须使被干燥物料表面产生水汽（或其他水蒸汽）的压强大于干燥介质中水汽（或其他水蒸汽）的分压，压差愈大，干燥过程进行的愈迅速。所以，干燥介质及时地将汽化的水汽带走，保持一定的汽化水分的推动力。如果压差等于零，就意味着干燥介质与物料的水汽达到平衡，干燥止。最常用的干燥介质是空气，由于空气中含有水蒸汽故称之为“湿空气”。湿空气的性质和干燥过程中的湿空气状态参数的变化规律，是掌握干燥过程的必备知识。干燥过程的物料衡算和热量衡算，为料所含水分的性质和汽化过程的特征等，是干燥过程的其理论基础。太阳能干燥一般以空气为工质，空气在太阳能集热器中被加热，在干燥器与被干燥的湿物料接触，热空气把热量传给温物料，使其中水分气化，并把水蒸汽带走，从而使物料干燥。整个过程是传质传热的过程。四、太阳能干燥器的分类太阳能干燥器按接受太阳能及能量输入方式进行分类，主要可分为三种类型：即温室型太阳能干燥系统，集热器型干燥系统和集热器——温室型太阳能干燥系统。1、温室型太阳能干燥系统这类干燥温室与拉物温宝在结构原理上基本相似，只是要求不断排湿，并对保温要求更高一些，温室坐北向南，采光面倾角为当地地现纬度较好。墙体为双层砖墙，夹心保温墙，温室内墙面袋有铝箱，以减少辐射热能损失。温室前底部和后顶部，分别开有进风口和排风口，并在孔口处安装有个节阀门，以便控制通风量。温宝内设物料架，用来摊班物料。这类温室型太阳能干燥器，适用于当物料所要求的干燥温度较低，而又允许直接接受阳光曝晒的条件下使用，温室型干燥器结构简单，建造容易、造价较低，可因地制宜，综合利因而在国内外有较为广泛的应用。这类干燥器，彼干燥物料能直接吸收在阳光，加速自身水分汽化，因而热利用效率较。物料干燥靠太阳辐射热，引起的定向流动空气流，带走汽化水分，而达到干燥的目的。无需处加动力，故又称被动式太阳能干燥器。这种温室型干燥器，在印度康普进行了较长时间的试验，当地年日照4000多小时，夏季最高气温达45℃，冬季最低气温为10℃，该干燥器用于桃、梅和葡萄等水果及蔬菜的干燥，干燥温度可达60-80℃，干燥时间分离为11小时，18小时和四天不等。每次可放置新鲜物料3-5kg，干燥产品质量优良，无尘埃，昆虫等污染。温室型太阳能干燥的过程：太阳光透过玻璃盖层直接照射在温室内的物料上，物料通过集热器吸热板的用，吸收太阳能后被加热，同时部分阳光为温室内壁所吸收，室内温度逐渐上升，从而使物料水分蒸发。通过进排气孔，使新鲜空气进入，温空气排出，形成不断循环，使被干燥物料除去水分，得到干燥。为减少温宝顶部热损失，可在顶玻璃盖层下增加一层或两层透明塑膜，利用层间空气层提高保温性能。为减少顶部热损失，还可用一台风机使新鲜冷空气从上部进入，穿过物料层后，从底部排出。玻璃盖将由于对空气发生热作用而降温，同时还可以降低物料的表面温度，因此顶部热损失就会减少。例如山西省山县桃村建造的温室型太阳能干燥器，该装置，坐北向南，长9m，宽5.5m，余光倾角为35度（当地地理纬度为35.5度）采光面积为53m2，前墙和部分东西侧墙，透光面积均安装一层3mm厚的玻璃。墙壁为复合保温墙，中间填充保温材料蛭石粉，干燥室的墙壁涂刷掺有炭黑的黑色油漆，以提高阳光的吸收率。干燥室前部有三个进风口，上部靠近后墙处装有四个排气烟囱，供排湿用。干燥室分为六层，各层按梯形逐渐升高，为排除工人高温操作之苦，每层装有长90cm，宽80cm，并能沿轨道滑行的托盘10个（可装红枣2-3T）。整个干燥过程可分为两个阶段：（1）、预热阶段：早晨放入红枣，关闭进风口和排气烟囱，使干燥器的温度逐渐上升，上升温度不宜升的过快，过高红枣表皮急剧脱水收缩，而枣体内部水分仍保持在体内，造成红枣破皮裂口。（2）、排温阶段：红枣本身的温度升高后，表面水分不断蒸发，枣内的水分也逐渐向表面扩散，室内空气温度急剧增加。此时，要打开进风口和气烟囱，加速气流的循环，以利排温，排温的时间为15分钟左右。同时还要不断地翻动红枣，以保持干燥均匀。夜间关闭进风口和排气烟囱，在玻璃上复盖草帘，保持室温。利用太阳能干燥红枣，烂枣率仅占2-3%，而自然干燥红枣，烂枣率约为10-20%。太阳能干燥红枣的优点：a.可以缩短干燥时间，红枣在太阳能干燥室内烘2天，再晾晒棚内，需要晾晒45-60天。b.利用太阳能干燥红枣较自然干燥便于贮藏。因为太阳能干燥室内温度较高，迫使枣内信食心虫爬出枣外，被杀死在干燥室内。c.红枣的颜色稍红，外形丰满。d.红枣的含糖量有一定的提高。e.过去用火炕干燥红枣，由于温度不均，红枣外形多皱，带暗红色，品尝时略带集味，太阳能干燥，提高了红枣的质量，深受消费者欢迎。其他如石家庄地区，也建过一座面积为：212m2的温室型太阳能干燥器，用于干燥兔皮每次可干燥4000张，烘干宝最高温度达68℃，比宝外气温高出34℃，日至均热效率为19%，该工程投资1.5万元，一年即可收回成本。利用太阳能干燥兔皮，也提高了兔皮的质量，改善了环境卫生，有利于环境保护。2、集热器型太阳能干燥系统集热器型干燥系统，将集热器与干燥宝分开。集热器可以把空气加热到较高的温度。干燥速度比温室型的高，而单独的干燥室，又可以加强保温和不使物料直接阳光曝晒。因此集热器型干燥系统可以在更大的范围内满足不同物料的干燥工艺要求。集热器多系用平板型空气集热器，作干燥系统的集热器。提高空气流速，强化传热，以降低吸热板的温度，是提高集热器效率的重要途径，但是在集热器的结构和联接方式上，应同时注意降低空气的流动阻力，以减少动力消消耗。为了弥补日照的间歇性和不稳定性等缺陷，大型干燥系统常袋没蓄热设备，以提高太阳能利用的程度，并用常规能源作为辅助供热设备，以保证物料得以连续地进行干燥。如大型谷物干燥系统，该系统由空气集热器，干燥室，热交换器和辅助加热器五部分组成，该系统的面积为1885m2的单层玻璃盖板空气集热器，以供应干燥室的热空气。另有面积为350m2的空气集热器，供应卵石蓄热器。为了回收废气温的热量，设置了一个回转式再生预热器，以利用废气余热加温系统的新鲜空气。再生预热器位于风的入口侧，新鲜空气由21℃预热到43℃，再送入空气集热器中加热至66℃，然后再进入干燥室。由于干燥室出来的废气温度为49℃，放热给再生预热器后，略高于环境的温度排出系统，与此同时，蓄热器由350m2的空气集热器加热，使蓄热器内的河卵石温度最后达到66℃。这个系统的典型工程状是：从上午9时到下午4时，由1885m2的太阳能空气集热器向干燥室供热。下午4时到午夜12时，由蓄热器向干燥宝供热，蓄热器供热维持66℃到第二天2时半，蓄热器的温度将下降到50℃左右，则使用辅助热源（燃油炉）继续加热到上午9时，因此，干燥室每天由太阳能供热量达17.5小时即占70%。在此系统中，再生预热器，利用废气温保证了空气所需全部加热升温的5%，大大减轻了空气集热器的加热升温负荷。因此，在太阳能干燥系统中，研究热气回收利用是很有意义的由于废气的相对湿度不是太高，一些干燥系统采用部分废气（例如用30-50%）回流，与热空气混合使用，以回收废热。3、集热器，温室热太阳能干燥系统这是由太阳能空气集热器和温室组合而成的一种干燥系统。它的干燥室就是具有透明盖层的温室。用空气集热器加热的空气来增强温室的干燥过程。如渡口市的一座干燥中成药的集热器，温室型的太阳能干燥系统。空气集热器与地面成30度倾角（即当地的地理纬度），四周用角钢作骨架，底面和侧面用两层钢板焊接，盖板为普通玻璃，集热器内放三层涂以里涂料的钢丝网，和少量的铁屑做为吸热体。温室为一竖直的长方形容器，置于集热器后上部，与集热器联接，四周用角钢作骨架，顶层和南部用双层玻璃覆盖，其余各面的钢板之间填充玻璃棉保温（现在用聚苯板更好些），室内放置四层料盘，温室内壁涂黑涂料上部排风口，通过控制阀排出湿空气。工作时将待干燥的物料放置在料盘上，一方面直接吸收，透过温室玻璃射入的太阳辐射，在升温的同时，水分不断汽化；另一方面，经太阳能空气集热器加热后的热空气，从温室底部进入后，穿透料层，使物料与温室的温度得到进一步提高，加快了物料内部水分向表层扩散汽化，同时加快了温室内空气流动的速度，增强排温能力，总之，强化了干燥过程。渡口制药厂，过去用蒸汽干燥中成药，每干燥100kg，要消耗标准煤152kg，而利用太阳能干燥中药材，3m3的干燥容积，在较好的天气，一次可干燥湿药丸31kg，节约标准煤47kg。常规干燥时，一个周期12小时，利用太阳能干燥仅用7.5小时，太阳能干燥的中成药符合国家卫生标准，同时还减少了环境污染。另外洛阳的“唐三彩”泥胎干燥系统，也是采用的这种系统，它由151m2太阳能空气集热器和72m2轻质保温烘干房组成，通过双回路操作系统的控制和泥胎自身的蓄热能力，可以实现开路，闭路或废气部分回收等方式的昼夜连续操作，太阳能保证率达83%。此种系统的特点是：1、空气热量在干燥过程中利用比较充分，因此干燥效率比较高。2、废气回收，使工质空气温含量增加的同时，空气循环量增加，较高的气流速度，不但可以补偿由于干燥推动力减少即造成的干燥过程速度下降，而且使干燥物料的质量得以保证。3、必须依靠动力设备才能保证废气回收的正常进行。4、这种干燥系统可使干燥作业在空气相对温度范围变化不大情况下进行，而且干燥过程气温变化不大，干燥速度比较均匀，因此特别适合那些只能在湿空气下进行干燥的作业，如农产品、食品、橡胶、皮革的干燥等。五、太阳能干燥系统的设计干燥太阳能温室与普通种植温室结构原理相同，白天应尽可能及吸收太阳能，使室温升高，有利于干燥作业的进行。不同的是保温的性能要求更高，在不断排温的同时，能保持较高的温度，以适应不同物料干燥的要求，因此干燥系统在设计时应注意以下几个原则：1、尽可能提高太阳辐射量的吸收和利用率光线。直射光线的吸收决定于采光面的方位，方向、地理纬度和时间有关。一般的午后太阳辐射总量比午前大，午后气温比午前高，故午后太阳辐射能利用率比午前高，因而干燥室的方位的朝南偏西为宜。以偏西3-10度之间为宜。漫射光的采集与温宝结构有关，主要参数是采光面积（FC）与温室干燥容积（V）之比（Fc/V）。此位越大吸收辐射能越多，且侧壁散热后越小，越有利于保温。一般温宝干燥器的Fc/V值为：2-3.3（m2/m3），侧壁散热面积5系光面积之比约为0.8-1.0（m2/m3系