小型二氧化碳熱泵干燥系統(tǒng)的研制.pdf

1、干燥是農(nóng)產(chǎn)品加工過程中的重要的環(huán)節(jié)。熱泵干燥兼顧品質(zhì)與成本，特別適用于農(nóng)產(chǎn)品的干燥加工。熱泵干燥系統(tǒng)常用的工質(zhì)多數(shù)為氟利昂，干燥溫度較低，耗時(shí)較長，且對(duì)環(huán)境有一定的危害，而應(yīng)用自然工質(zhì)CO2可以減少對(duì)臭氧層的破壞。本課題將CO2跨臨界循環(huán)應(yīng)用于熱泵干燥技術(shù)，結(jié)合自動(dòng)檢測(cè)控制技術(shù)，搭建了一臺(tái)小型的帶回?zé)崞鞯沫h(huán)境友好型熱泵干燥裝置，并能夠?qū)Ω稍镞^程進(jìn)行精確和實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與歸檔。
　　本課題的熱泵干燥裝置由冷凝器、蒸發(fā)器、

2、壓縮機(jī)、膨脹閥、干燥室、內(nèi)部換熱器、風(fēng)機(jī)和輔助裝置等組成，是一套全封閉結(jié)構(gòu)的熱泵干燥裝置。干燥特性通過干燥曲線和干燥速率曲線來描述，跨臨界熱泵干燥裝置的系統(tǒng)性能通過COP和SMER來評(píng)價(jià)。
　　本課題對(duì)熱泵干燥理論和干燥介質(zhì)濕空氣的性能進(jìn)行分析，在CO2制冷技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)行帶回?zé)崞鞯目缗R界CO2熱泵系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)，包括確定蒸發(fā)器出口制冷劑過熱度、高壓壓力、氣體冷卻器出口溫度等。
　　根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，對(duì)制冷系統(tǒng)和干

3、燥系統(tǒng)的關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。包括CO2專用壓縮機(jī)的選型、基于目前高壓換熱器的研究進(jìn)展對(duì)氣體冷卻器和蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)、節(jié)流裝置的選型、輔助裝置的設(shè)計(jì);干燥系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)的選型、干燥室及箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用PLC的模擬量輸入模塊接受傳感器的溫度、濕度、重量、風(fēng)速信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換后PLC將信號(hào)換算為工程值數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存。選用通信協(xié)議，建立計(jì)算機(jī)和PLC的通信，OPC服務(wù)器將通過通信獲取數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用組態(tài)軟件開發(fā)界面，具備過程實(shí)

4、時(shí)顯示、數(shù)據(jù)歸檔等功能，為下一步自動(dòng)化控制提供基礎(chǔ)。
　　為實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)與干燥循環(huán)中的參數(shù)調(diào)節(jié)，系統(tǒng)采用變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速，加入輔助電加熱器調(diào)節(jié)干燥室溫度，采用直角針閥調(diào)節(jié)CO2的充注量，通過直通針閥的T形旋鈕調(diào)節(jié)節(jié)流閥開度。
　　在CO2熱泵干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)加工完成后，進(jìn)行了不同控制條件下的干燥實(shí)驗(yàn)。以胡蘿卜為對(duì)象進(jìn)行多組干燥實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證熱泵干燥控制系統(tǒng)的性能。并對(duì)影響胡蘿卜干燥特性的外部條件進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，找出了影響含水率和干燥

5、速率的因素。溫度對(duì)干燥速率的影響較風(fēng)速大，溫度或風(fēng)速升高、物料厚度減小時(shí)，干燥速率增大，但溫度或風(fēng)速越高，干燥速率增大的幅度卻越小。
　　熱泵干燥裝置干燥全過程中的物料重量、含水率、干燥速率的變化符合干燥規(guī)律，熱泵干燥裝置運(yùn)轉(zhuǎn)正常，溫濕度采集精確、穩(wěn)定，風(fēng)機(jī)頻率恒定，風(fēng)速小幅波動(dòng)。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)干燥性能佳，熱泵干燥系統(tǒng)單位時(shí)間除濕量為1 kg/h，達(dá)到市場化干燥機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，熱泵干燥系統(tǒng)單位能耗除濕量為0.67kg/kWh，有待進(jìn)一步優(yōu)