干燥与脱水技术研究

【科研成果简介】

干燥与脱水技术研究

干燥是农产品、食品与生物制品加工及安全储藏的一种重要方法．随着我国经济发展和人民生活水平提高，诸如粮食、果蔬、茶叶、林产品、肉类、中药提取物、酵母、酶制剂等对干燥技术和装备提出了新的要求：①产品质量，干燥不仅要有效保留产品营养及活性成分，还需满足质地、风味、色泽等特定要求；②过程节能，干燥是一种能量集中的操作，尤其是对于低价大宗农产品，干燥能耗成本敏感，迫切需要开发节能型干燥工艺和设备；③低碳生产，当前干燥设备以燃用矿石燃料为主，而矿石燃料燃烧会释放出导致温室效应的气体和污染环境的气体、粉尘，也会影响产品卫生．因此，利用可持续能源，开发食品绿色低碳干燥技术，也是干燥领域的一个研究热点．

天津科技大学干燥与脱水技术研究团队以农产品、食品、生物物料等为主要研究对象，进行物料物性、干燥机理及理论、过程模拟仿真、新型干燥设备研发等干燥技术的基础和应用研究，重点解决现代干燥技术所涉及的基础性、前瞻性及共性关键问题，开发高效、节能、清洁干燥技术与装备．

针对高附加值食品和生物制品的储藏保质干燥是本团队的一个重点研究方向，在研技术包括低温喷雾、喷雾冷冻、真空干燥等．低温喷雾干燥主体设备有机结合了液体雾化、低温冷却、颗粒流化分级等技术，可实现液体物料低温干燥、造粒、分级等功能，同时保存物料中有效成分．该设备可应用于功能食品、保健品、医药、生物等行业高附加值液体物料的干燥．针对固体药剂和功能食品生产的需要，本团队研发了新型喷雾冷冻干燥装置，并获得发明专利．喷雾冷冻干燥是一项前沿技术，结合了冷冻干燥的高品质和喷雾干燥的高生产速度的优点．另外，团队也开展干燥上游操作过程及脱水技术研究，比如超声蒸发、薄膜蒸发、陶瓷膜浓缩等．

干燥过程节能减排对于发展中国家是一个长期性研究任务，近年来随着能源价格上涨和环境保护认识提高，其得到更多关注．在干燥过程节能减排方向，本团队着重研究新型节能干燥技术，固、液废弃物处理装置及低碳干燥技术：①新型节能干燥技术主要包括微波转鼓干燥、脉动燃烧喷雾、中短波红外干燥技术等．微波转鼓干燥技术充分利用了微波快速干燥的优点，同时解决了微波加热不均匀的问题．脉动燃烧喷雾技术采用可控爆燃雾化方式，避免了传统喷嘴堵塞和磨损问题，可实现高固体含量液体物料、膏状物料及湿颗粒物料的快速干燥，并降低干燥能耗．②固、液废弃物处理装置以食品、农产品、生物制品加工过程中的固、液废弃物为研究对象，包括废液脱水及干燥一体化装置、固体废弃物流化床、新型微波热处理装置及废渣高效燃烧装置等，可实现过程工业清洁化生产和废弃物的再资源化利用．团队的在研技术还包括农副产品废弃物流化床热解技术、高黏度发酵废液的脉动流化吸附干燥技术及污泥快速干燥与焚烧技术等．③在低碳干燥技术方面，团队开展了太阳能、生物质能等可再生能源在干燥领域的有效利用，以及利用废热的低温热源驱动式吸附热泵干燥技术研究．

干燥装备数字化设计是装备设计制造新的发展方向，也是团队的特色研究方向之一．利用数值模拟和仿真技术，实现了对流化床干燥器、微波转鼓干燥设备、喷雾干燥器等的计算机过程模拟、系统优化、自动控制和监测，优化了装备结构和功能，解决过程规模放大问题，实现了装备创新设计．

团队注重国内外交流合作．团队带头人李占勇教授等参编国内干燥技术工具书《现代干燥技术》和《Handbook of Industrial Drying》，是《Drying Technology》等学术期刊的编委、学术会议科技委员会成员及多个学术团体主要成员，主办了第七届亚太地区干燥会议．团队骨干成员吴中华教授获第18届国际干燥会议青年科学家奖（2012年）．与团队合作近30年的外国专家Arun S. Mujumdar教授获得2013年度中华人民共和国国际科学技术合作奖．

干燥与脱水技术是古老的技术，但根据目前的需求和技术发展，其仍然是极其活跃的前沿研究领域，还有许多理论和技术难题需要研究者不断地探索突破，为发展绿色低碳的现代干燥技术及装备提供重要支撑．

供稿：机械工程学院 吴中华