干燥装置热泵式低温的研制分析-模具行业新闻-塑料模具网

1　热泵式低温干燥装置的原理与特点
随着对生物物料加工质量要求的提高，药物制剂（如丸剂）、生物活性制品（如血液制品）、菇菌制品（如香菇）及其它农副产品的低温加工（≤60℃）是基本发展趋势[1]。干燥是生物物料加工的基本环节，应用低温干燥装置能较好地保持其色、香、味及营养、质构，对保证生物物料的加工质量具有重要意义。

目前常用的低温干燥方式中，冷冻干燥、微波干燥成本高，真空干燥温度不易做到太低，自然阴干直接受天气影响，利用吸湿剂（分子筛、硅胶等）制取冷干空气的方法易污染生物物料。因此研制物料干燥质量好（介于冷冻干燥和热风干燥之间）、初投资适中、运行费用低、干燥时间短的新型低温干燥装置，对于发展生物物料低温加工具有积极的作用。热泵式低温干燥装置基本可满足上述要求[2]。

热泵与干燥装置组合，可回收干燥装置的排风热量（包括空气的显热和水蒸汽的潜热），制取低温（20℃至60℃）的干燥空气，并可改进物料的干燥工艺，实现干燥系统的集成、高效、绿色。以热泵式流化床干燥装置为例，其原理如图1。装置的工作过程为：热泵产生的20℃～60℃左右的低温干燥空气，在循环风机推动下进入流化床。

在流化床中，低温干燥空气与待干物料进行热湿交换，吸收物料中的水分，变为潮湿冷空气，进入热泵蒸发器。在热泵蒸发器中，潮湿冷空气进一步被冷却至露点温度以下，凝结出其中的水分，变为干燥冷空气，进入热泵冷凝器。在热泵冷凝器中，干燥冷空气又被加热为20℃～60℃左右的低温干燥空气，通过循环风机提高压力后又进入流化床，开始下一个循环。如此循环运行，实现物料的连续干燥。

由上可见，热泵式低温干燥装置有以下几个突出特点：

(1)能耗低。加热冷空气所用的热量主要来自热泵蒸发器吸收流化床排风的余热，热泵压缩机消耗功率很小，仅为干燥装置加热空气能量的1/3～1/10，装置具有较高的能效，运行费用可大幅度降低。

(2)低温干燥空气的吸湿容量大。在热泵蒸发器中用冷冻凝结方法去除空气中的水分，出热泵蒸发器时干燥冷空气中的含湿量已很小（0℃时，约为4g水蒸气/kg干空气），加热到20℃～60℃即可得到具有一定吸湿能力的低温空气(加热到40℃时，吸湿能力约为45g水蒸汽/kg干空气；而直接加热环境空气用来干燥物料时，设环境温度为20℃，相对湿度80%时，加热到40℃吸湿能力约为35g水蒸汽/kg干空气)。物料所要求的干燥温度越低，采用热泵除湿－加热方式提供低温干燥空气的优势就越突出。尤其当物料所要求的干燥温、湿度低于当地环境温度的温、湿度时(夏季湿热天气时)，直接采用环境空气加热方式就不再可行。

(3)物料的干燥质量好。物料有效成分、营养成分及生物活性成分等的降解反应一般与温度成指数关系，对热敏性物料实现低温干燥是确保物料干燥质量的重要手段，这对于干燥时间长、干燥负荷相对较小的降速干燥阶段具有特别重要的意义[3,4]。此外，热泵式流化床干燥装置是采用干燥介质（如空气等）的密闭循环方式，可减少空气净化设备的负荷，必要时还可采用惰性气体（如氮气等）作为干燥介质、以及采用真空操作等方法减少物料在干燥过程中的氧化，降低茶叶、香料等物料在干燥过程中的香气损失，因此，热泵式流化床干燥装置对热敏性物料、含易氧化成分的物料、含易挥发成分的物料尤为适宜。

2 热泵式低温干燥装置的研制方法

热泵式低温干燥装置研制的目的主要有两个：降低运行费用与提高干燥质量。根据干燥时物料中水分运动特点的不同，热泵式低温干燥装置可分为两大类，装置结构和研制内容也不同。

2.1 逆向型热泵式干燥装置的研制

这类热泵干燥装置多系热泵与当前广泛应用的干燥装置(如流化床、喷雾、转筒、烘房、带式干燥装置等)相结合，干燥过程中物料中水分的运动方向与热量传递方向相反。这类热泵干燥装置干燥热敏性物料时，在恒速干燥段干燥装置进风温度可能较高，但物料温度维持较低（低于60℃）[5]；在降速干燥段干燥装置进风为低于60℃的低温干燥空气。其研制关键是通过热泵与干燥装置的集成技术来强化干燥过程、提高热泵效率、降低热泵成本，以及热泵的变工况适应技术（恒速干燥段提供中高温干燥空气，降速干燥段提供低温干燥空气），使整个干燥过程中热泵均可高效提供所需温度的干燥空气，确保物料的低温干燥。

⑴基本结构一般当干燥热风温度不大于100℃时，可完全应用热泵系统回收干燥装置排风中的余

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