干燥技术的开发与应用
干燥技术有很宽的应用领域,面对众多的产业、理化性质各不相同的物料、产品质量及其他方面千差万别的要求,干燥技术是一门跨行业、跨学科、具有实验科学性质的技术。通常,在干燥技术的开发及应用中需要具备三个方面的知识和技术。第1一是需要了解被干燥物料的理化性质和产品的使用特点;第二是要熟悉传递工程的原理,即传质、传热、流体力学和空气动力学等能量传递的原理;第三要有实施的手段,即能够进行干燥流程、主要设备、电气仪表控制等方面的工程设计。显然,这三方面的知识和技术不属于一个学科领域。而在实践中,这三方面的知识和技术又缺一不可。所以干燥技术是一门跨行业、跨学科的技术。
现代干燥技术虽已有一百多年的发展史,但至今还属于实验科学的范畴。大部分干燥技术目前还缺乏能够精准指导实践的科学理论和设计方法。实际应用中,依靠经验和小规模实验的数据来指导工业设计还是主要的方式,造成这一局面的原因有以下几方面:
原因之一是干燥技术所依托的一些基础学科,(主要是隶属于传递工程范畴的学科)本身就具有实验科学的特点。例如,空气动力学的研究发展还要靠“风洞”实验来推动,就说明它还没有脱离实验科学的范畴,而这些基础学科自身的发展水平直接影响和决定了干燥技术的发展水平。
原因之二是很多干燥过程是多种学科技术交汇进行的过程,牵涉面广、变化因素多、机理复杂。例如在喷雾干燥技术领域里,被雾化的液滴在干燥塔内的运行轨迹是工程设计的关键。液滴的轨迹与自身的体积、质量、初始速度和方向及周围其他液滴和热空气的流向、流速有关。但这些参数由于传质、传热过程的进行,无时无刻不在发生着变化、而且初始状态时,无论是液滴的大小还是热空气的分布都不可能是均匀的。显然,对于如此复杂、多变的过程只凭借理论计算来进行工程设计是不可靠的。
原因之三是被干燥物料的种类是多种多样的,其理化性质也是各不相同。不同的物料即使在相同的干燥条件下,其传质、传热的速率也可能有较大的差异。如果不加以区别对待,就有可能造成不尽人意的后果。例如某些中草1药的干燥,虽然同属一种药材,只因为药材产地或收获期存在区别就须改变干燥条件,否则产品质量就会受到影响。
以上三方面的原因决定了干燥技术的开发与应用要以实验为基础。但干燥搜术的这些特点往往被人有意或无意地忽视。制造厂商由于实验装置缺乏或机型不全(这在我国是一个普遍存在的现象)经常回避应做的干燥实验,而用户由于不了解干燥技术的特点,也经常放弃进行必要实验的要求。其结局是装置使用效果不佳,甚至于造成方案设计失败。在我国,这样的事例屡见不鲜,曾有过一套价值2000万元人民币的工业干燥装置因达不到使用要求而被闲置的教训。因此,建设工业干燥装置尤其是较大的装置之前,一定要进行充分的、有说服力的实验,并以实验结果作为工业装置设计的依据。这是干燥技术应用的显著特点。
粮食干燥机向专业化发展
“及时烘干,安全入仓”是粮食生产全程机械化解决耕耙播收后的最后一个关键环节,既能起到确保粮食安全的作用,又能得到有效提高粮食品质的功效。近年来,随着随着市场需求不断上升,粮食干燥机迎来发展春天。在接下来的一年里,其又会呈现出怎样的发展态势呢?
近年来,我国粮食干燥机械设备行业获得快速的发展,但整体上还是处于市场比较混乱,产品技术落后,企业创新能力差、研发能力较弱,一次性购置成本偏高等阶段,亟需从政策法规、市场层面、技术层面等,推动干燥机行业持续健康和有序发展。
“但是我国粮食干燥机械化水平还很低,尚不足10%,而欧美等发达国家的粮食干燥机械化水平在90%以上。”河南科技大学教授、江苏大学以及河南科技大学博士生导师朱文学说,目前我国农业机械化的重点之一就是向全程化和全1面化发展,农机需求向产前产后延伸,农机需求热点也向烘干类设备发展。
“干燥机”涵盖行业很广,涉及到冶金、矿产、化工、建材等诸多领域,“粮食干燥机”只能算是其中的很小一块。然而,随着国际粮食市场的变化、土地流转集中促进规模化农业的发展、农机补贴政策的调整,粮食干燥机这个曾经的“小、冷”机种,如今变得炙手可热,已经成为农业机械行业下一个的大蓝海。
“尽管近年来国内干燥机保有量得到了快速的攀升,但每年通过干燥机烘干的粮食仍然仅占全国粮食总量的零头而已,我国粮食干燥机的发展还远远不能适应粮食生产发展的需要。”朱文学认为,随着农业现代化进程加快和农产品加工工业的发展,未来粮食干燥机发展潜力巨大。
“中大型干燥机是未来粮食烘干的主要方向,因为中大型干燥机不仅功能齐备完善、烘干工艺好、生产能力大、环保节能,而且单位投资成本少、烘干作业成本低。”郑州万谷机械有限公司副总经理李恒介绍说,近年来我国出现了如就仓干燥、滚筒干燥、管束干燥、微波干燥、红外线辐射干燥、热泵干燥、低温真空干燥、太阳能干燥等多种形式的烘干装备,但是由于种种原因,目前还没有得到规模化实际应用.
“我国在解决北方寒冷地区大批量高水分粮干燥方面取得了辉煌成果,基本实现干燥机械化,而在温带及以南地区的小批量湿粮干燥,尤其是土地流转后机械化作业所带来的湿粮干燥问题还未得到很好解决。”中联重机粮食烘干事业部总经理刘翠平告诉说,温带及以南地区种植规模小、每户湿粮少,收获时气温高、不允许湿粮长时间存放,较适合采用低温循环干燥机。
2016-2021年中国粮食干燥机产业运行态势及投资战略研究报告分析认为,未来国内干燥机将朝着三个方向发展:一个是由于规模化经营,大部分产品将向中大型发展;一个是根据粮食、经济作物、花卉中草1药等细分,烘干设备向专业化、特色化方向细分发展;另外就是为了满足不同的需要,向固定式和移动式的烘干设备发展。
总之,中国报告大厅分析2017年粮食干燥机行业前景认为,粮食干燥机市场前景无限,但确实我国农机化的短板,并处于混战阶段,产品技术含量低、自动化水平差、成熟机型不多、产品种类少、能耗高等问题亟待解决。
食品喷雾干燥加工
随着食品工业的发展,越来越多的食品配料采用喷雾干燥进行加工。各种亲水性胶体和变性淀粉正在被广泛的应用于这一领域,用于改善食品配料的分散性,抗吸潮性和速溶性。食品配料的粉末化主要是应用微胶1囊技术来实现的,正是因为微胶1囊技术的广泛应用于食品工业后,使许多传统工艺无法解决的难题得以解决,反过来又极大地促进了微胶1囊技术在食品领域中的应用。应用微胶1囊技术可对很多食品配料进行包裹处理,如香料、脂肪、维生素、矿物质和生物活性物质等。
微胶1囊技术是通过选择适当的胶1囊壁材料将热敏性、易氧化或易挥发的物质包裹在其中,形成胶1囊,从而使它们得到保护,从而提高了产品的质量,延长了产品的货架期,同时由于是速溶粉末化产品,添加到各种食品中极为方便。目前在食品工业中微胶1囊壁材大量使用的是阿拉伯胶,明胶和变性淀粉等,采用的加工手段主要是喷雾干燥,为了提高微胶1囊的造粒效果,还大量添加玉米糖浆和麦芽糊精等填充剂。
我中国食品添加剂们研究所也对这个问题进行了较为深入的研究,研究结果显示,解决酱油粉容易吸潮的问题,牵涉到配方与工艺及喷雾干燥设备的协调的多方面的问题,我们把微胶1囊技术应用于酱油粉的生产,取得了比较好的效果,现将实验结果整理成文,供相关企业参考,希望能够对粉末食品配料的生产有所启发。<