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空气源热泵烘干中药湿丸的应用

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《洁净与空调技术》2017年第2期

摘要:研发出一种中药湿丸热泵烘干房,该烘干房以空气源热泵为热源,并采用余热回收技术。经六味地黄丸湿丸烘干对比实验,空气源热泵烘干房较传统的电加热烘干房,总烘干时间缩短23%,总电耗节省57%,药丸质量达到规定要求。空气源热泵烘干房作为一种节能、环保、高效的烘干设备完全可以中药湿丸的烘干。

关键词:热泵;烘干;中药湿丸;能效

烘干是工业、农副产品、食品加工业、药材等众多产品生产过程中的一个重要工序,同时烘干过程也是高能耗过程[1-2]。烘干装置及其烘干过程控制与烘干加工产品的色、香、味、保质期、营养成分等密切相关,也与生产效率、成本、能耗等密切相关[3]。在这些干燥加工的产品中,药材对干燥的品质的要求最高,干燥过程控制也最严格,其中最典型的是中药湿丸的干燥。目前中药湿丸最常用的干燥方法是采用蒸汽或电烤房进行烘干,采用上述方法存在的主要问题:一是蒸汽和电作为热源能耗高,二是用于干燥的循环空气湿度不能有效控制[4]。热泵干燥作为一种节能环保的干燥技术,广泛用于农产品、食品干燥加工,近几年来逐步开始在药材加工中应用,随着我国药材质量标准的逐步完善,既保障品质又节能环保的热泵干燥技术在药材干燥,特别是中成药干燥中的应用将越来越广泛[5]。为此以六味地黄丸的湿丸烘干为例,开展了空气源热泵干燥技术在中药湿丸干燥的应用。

1热泵烘干房的设计

1.1原电加热烘干房问题

六味地黄丸是由熟地黄、酒萸肉、牡丹皮、山药、茯苓、泽泻组成的一种中成药,它经过粉碎→提取→制丸→干燥→包装5个过程,这是一般中药湿丸的制作过程。六味地黄丸湿丸的含水量约为35%~45%,最终烘干后的含水量约为3%~7%,允许的干燥温度一般为:60~65℃。某药厂六味地黄丸的湿丸干燥原烘干房采用电加热,其烘干房内放4台层架小车。一般烘干时间为15~16h。这种烘干方式主要存在如下问题:1)当环境空气湿度较大,特别是梅雨季节,湿丸干燥时排出的湿空气相对湿度没有降低或湿空气没有排除,在进新风时,部分高湿度空气又再次进入烘干房,混合后的循环空气湿度高,导致湿丸的烘干时间需延长,有时会高达28h,几乎为秋季干燥时间的2倍;2)每个电烤房的电加热功率为36kW(不含循环风机的功率),能耗高;3)因风道设计问题,气流分配不均匀,导致出现烘干不均匀的现象。

1.2热泵烘干房的原理

新的热泵烘干房采用图2所示的闭路式热泵干燥系统。闭路式热泵干燥系统有内外两个工作循环,即制冷剂在热泵系统内的循环和干燥介质的干燥循环。制冷剂在蒸发器中吸收由干燥系统排出的废气中的热量后,制冷剂液体蒸发为气体;经压缩机压缩后,排到冷凝器中;高温高压的制冷剂气体在冷凝器中冷凝,放出的冷凝热对经蒸发器降温除湿的低温空气,将低温空气加热到要求的温度,低温空气也因升温后相对湿度降低,也即为干燥空气,高温干燥的空气作为烘干房干燥介质对物料进行干燥;冷凝后的制冷剂液体经膨胀阀节流后流到蒸发器内,如此循环往复。同时,干燥介质绝大部分在干燥室和冷凝器之间封闭循环,当湿度达到排放标准时,部分空气被排湿风机直接排出,排出的高温空气经热泵系统的蒸发器进行余热回收后再排掉。该系统的优势在于:1)系统采用保温效果好的保温材料作为干燥室箱体,减少了烘干过程中热量损失;2)全自动的温湿度过程控制,控制精度高,灵活方便;3)封闭循环的热风循环方式有利于降低运行能耗,换热过程中不需要特殊技术的换热器;4)排湿热量通过蒸发器,使空气中的水蒸汽凝结,即干燥了空气,又对空气的余热进行了利用,提高热泵运行能效,降低了能耗;5)这种结构方式热泵系统可以采用室内安装方式。

1.3热泵烘干房的结构

热泵烘干房内空尺寸为3.96m×4.5m×2.5m,可容料车12车,选用热泵系统为瑞星公司LAD140FC型和LAD070FC型空气源热泵各1台。

1)将空气源热泵烘干机安装在热泵烘干房内,并且将空气源热泵烘干机的室外机直接放在排湿风机下,热泵室外机布置如图4,利用蒸发器对湿空气中水蒸汽的凝结作用,降低热泵烘干房周围环境空气的湿度,可以有效解决高湿度环境下因补充新风湿度高导致干燥时间延长的问题。

2)增大热泵烘干房内循环风机的风量,烘干房循环风机布置如图5,使循环总风量达到40000m3/h,迎面风速达到1.5m/s,整个烘干房的温度和湿度都较均匀。

3)采用大热泵机组配制,使整个热泵烘干房升温快、温度更均匀。

2热泵烘干房的烘干试验

2.1试验方法

在热泵烘干房建造好后进行烘干试验。将12台小车装好六味地黄丸湿丸,并进行编号,分别为1~12号,推入热泵烘干房,从下午18:40分开始启动空气源热泵烘干机进行加热和排湿。从12台车的不同药盘中随机抽取10个药丸,进行质量和含水率的测试,每隔2h取样一次。

2.2热泵的试验结果

试验就烘干房温升、含水率等指标进行了测试,结果如下:1)单位时间温升。12台料车满载从17℃升温到67℃,用时3.5h,单位时间温升为14.3℃/h,大于一般要求的10℃/h,表明热泵烘干机组的供热量规定满足要求。2)从烘干房空气温度升到67℃开始,干燥过程中每隔2h取一次样,测量药丸的质量和含水率,当干燥8h后,烘干房药丸的含水率均在5%~7%之间(如表1),已满足成品要求。其药丸含水率随烘干时间变化曲线如图6,从图6看出,药丸干燥前期水分排出较快,后期较慢,与常规干燥方法的规律相同。同时记录了烘干过程总电耗(包括循环风机用电)。采用电加热烘干方式总耗电为433kWh,采用空气源热泵烘干方式总耗电为186kWh,后者节能57%。

3结论

1)采用空气源热泵烘干房进行六味地黄丸的湿丸烘干,包括升温及干燥的总时间为11.5h,相比原来的总烘干时间15h,时间缩短了23%,主要原因是烘干房空气温度和湿度发布均匀,空气的相对湿度控制较好,干燥速率快。

2)采用空气源热泵烘干方式总耗电较电加热烘干方式节能57%,主要原因是热泵运行过程中热泵能效比平均为2左右,另一方面烘干时间也缩短了。空气源热泵烘干设备因能耗低、空气湿度控制好、烘干药品品质有保障,完全可以用于中药湿丸的烘干。

参考文献:

[1]孙刚,李开斌,晏晨,等.干燥温度对广东紫珠药材质量的影响[J].北方药学,2015(11):15-16.

[2]赵丹丹,彭郁,李茉,等.枸杞热泵干燥室系统设计与应用[J].农业机械学报,2016(S1):359-365.

[3]罗磊,康新艳,朱文学,等.热泵远红外联合干燥金银花的工艺优化及品质控制[J].食品科学,2016(18):6-12.

[4]王晓明,寇圆圆.热泵干燥系统温湿度控制实验研究[J].干燥技术与设备,2014(5):42-46.

[5]朱邵晴,郭盛,沙秀秀.党参药材不同干燥方法水分动态过程模拟与分析[J].食品工业科技,2017(7):245-249.

作者:张江南 单位:广东瑞星新能源科技有限公司

洁净与空调技术杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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