基于相似理论枸杞热风段干燥过程模型研究

于日照

（中粮山萃花生制品（日照）有限公司，山东日照 276800）

0 引言

枸杞的初始含水率在90%左右[1]，经过脱蜡处理后的枸杞，晾干枸杞表面的水分[2]。前处理好的枸杞进入热风段干燥，热风温度过低容易使枸杞在干燥的过程中变质，过高容易使枸杞出现焦糊现象，影响品质[3]。枸杞干燥的过程中，影响枸杞水分的因素较多，本文采用相似理论中的量纲分析方法[4]。

1 枸杞热风相似准则的导出

分析并确定枸杞热风段干燥过程影响枸杞水分的相关因素，受实验条件限制，选取以下物理量来研究枸杞热风段干燥过程的枸杞水分相似准则（表1）[5]。

表1 热风段影响枸杞水分干燥过程的主要物理量及量纲

根据表1采用MLT量纲系统建立如下的函数关系式，对于t1：

此式表示，与t1有关的π项为：t1/t2。同理，与V、m0及m有关的π项分别为：

2 枸杞水分相似型经验公式的建立

实验样品用宁杞2号（银川市，宁夏回族自治区），用实验方法确定式（4）中具体函数关系，实验在中粮集团（山东省，日照市）进行。所用到的设备是热风-微波组合干燥机，结构（图1），实验变量选择（表2）。

图1 立式热风-微波组合干燥机系统示意图

表2 试验中各变量的取值范围

3 数据处理

对于表中的数值用matlab进行各点的直线拟合，将各分段直线分别看成回归直线，在这些回归直线之间没有显著差异的条件下，求取公共回归直线方程。将两条直线进行拟合得各自的回归直线方程为：

首先，对两条直线Y1和Y2进行显著性的检验，经过计算均无显著差异故所求的公共回归直线方程为：

运用上述方法，经过检验，导出其余5各组分方程，其组分方程如下所示：

表3 与的实验结果

表3 与的实验结果

表4 与的实验结果

表4 与的实验结果

表5 与的实验结果

表5 与的实验结果

4 检验组分方程

将式（4）、（5）所示的组分方程以及常数数值代入上式，可以得到：

式中，代入π1=4，可得 0. 615≈ 0.612。两者的误差小于5%，这说明组分方程的直线性很好，是一个比较理想的检验结果。将式（2）、（3）所示的组分方程以及常数数值代入上式，可以得到：

式中，代入π2=35424，可得：0. 540≈ 0.518。两者的误差小于4%，这表明组分方程的直线性很好，是一个比较理想的检验结果。将式（6）、（7）所示的组分方程以及常数数值代入上式，可以得到：

式中，代入π3=80，可得：0. 977≈ 0.957。两者的误差小于3%，这表明组分方程的直线性很好，是一个比较理想的检验结果。综上所述，检验结果满足工程需要，因此函数的关系式符合乘积的关系。

因此，4π的方程为：

将实验参数数值代入式（4）中，得经验公式：

5 结论

1）每个试验号按正交的方案实施3次，每隔2 h取一次测量实验结果，再把3次实验数据取其平均值。实验测出实际枸杞即时含水率和用推导出的相似理论经验公式预测含水率折线如图2所示，从图中可以看出，枸杞即时含水率的预测值与实测值的最大相对误差为3.3%，最小相对误差只有0.7%，这表明经验公式（1）可以比较准确的预测和分析在本试验预定的参数范围内枸杞的即时含水率。

图2 枸杞实际含水率值与模拟含水率值

2）不同热风温度对枸杞干燥的影响：从图3可以看出，45℃～55℃时，干燥的周期长、效率低，所以不适用；55℃-65℃干燥的品质较差，原因是：介入热风温度过高，使部分枸杞表面出现焦糊变黑的现象，无法保证成品的外观质量，不适用；45℃（3 h）-55℃（5 h）-65℃（3 h）时得到的枸杞干果外观品质、干燥时间较前两种热风段温度干燥后的成品好、干燥时间短，而且枸杞表面没有破损，所以适合枸杞初期的干燥处理。

图3 不同热风温度对干燥的影响