辣椒烘干线技术方案.docx
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辣椒烘干线技术方案
项目编号：
项目名称
辣椒热泵烘干穿流式输送带烘干技术方案建设企业：
项目负责人：
实施企业:
2020-02-04
辣椒烘干设计方案
一、辣椒烘干最佳工艺
辣椒的生产实践比较集中，产量大，采用多层不锈钢网逞穿流烘干方式，然后冷风吹干表面水分，进入多层网逞烘干线，前期烘干温度采用65-70度，后期温度60度空气湿度保证在30%以下，烘干时间20-24个小时，装载量15KG/㎡,这样保证烘干线标准工艺。
二、热泵设备使用的目标
1、产量和质量目标：
满足现有生产的需求
2、安全性目标：
不能出现燃烧和爆炸的危险。
3、节能性目标：
应该明显降低耗电量；设备的损耗率也应该明显降低。
4、环保性目标：
技术设备可以改善生产车间的工作环境温度过高的状况。
三、热泵设备使用的可行性分析
1、高温热泵机组烘干技术、设备简介
热泵干燥系统的形式较多，按照干燥介质（空气）的循环情况可分为开路式、部分乏气循环式和闭路式3种，目前大多采用图2-1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，使液体蒸发为蒸气；经压缩机压缩后，送到冷凝器中；在高压下，热泵工质冷凝液化，放出的高温冷凝热去加热来自蒸发器的降温除湿的低温干空气，把低温干空气加热到要求的温度后，排入干燥室作为干燥介质循环使用；液化后的热泵工质经膨胀阀再次返回到蒸发器内，如此循环往复。
同时，废气中的大部分水蒸汽在蒸发器中被冷凝下来直接排掉。
该系统的热泵部分采取辅助冷凝器的形式。
此结构的优势在于控制干燥温度灵活方便，且辅助冷凝器的换热系数较高，不需要特殊技术的换热器。
另外，若采用辅助冷凝器加热外界空气对物料进行预干，可以回收这部分温度比较高的冷凝热，节约能源，提高系统效率。
在蒸发器设置旁通的目的在于使通过蒸发器的湿热空气能较好地与蒸发器中的制冷量相匹配，允分地发挥蒸发器的除湿能力；同时，还可以调节冷凝器和蒸发器的热负荷，使之较好地匹配，以减少损失和强化冷凝器的
换热，兼顾了热泵和干燥两个单元各自的要求。
2、高温热泵干燥技术的特点
（1）节约能源节约能源是热泵最初应用的出发点，也是主要的优点。
热泵低温（15～45℃）干燥木材时可节约能耗40％～70％。
干燥大米的适宜温度为35～50℃。
温度虽低，但是需要大量的热。
传统干燥器的效率只有3％～5％，而用热泵干燥效率将明显提高。
布匹对干燥温度有严格的要求，热泵干燥机组不但能满足此要求，而且比传统的热泵干燥机组节能50％左右。
热泵干燥技术应用在蔬菜脱水中节能高达90％。
近年来，越来越多的研究人员也证实了热泵干燥机组的节能特性，高温热泵机组可以达到：
1kwh脱水3-4公斤。
（2）干燥产品品质好热泵干燥是一种温和的干燥方式，接近自然干燥。
表面水分的蒸发速度与内部水分向表面迁移速度比较接近，使被干燥物品的品质好、色泽好、产品等级高。
用普通的干燥方法得到的芳香类挥发性物质保留少、耐热性差的维生素保留低、颜色变化较大。
例如：
用滚筒干燥机得到生姜的生姜素保持率仅为20％，而用热泵干燥得到的生姜素保持率高达26％。
VanBlarcom和Mason的试验表明，即使在50℃下，采用热泵干燥的澳大利亚坚果也不会出现上面所说的褐变现象，能较好地保持坚果原有的色泽、风味及营养成分。
（3）干燥参数易于控制且可调范围宽热泵干燥过程中，循环空气的温度、湿度及循环流量可得到精确、有效的控制，且温度调节范围为-20～100℃（加辅助加热装置），相对湿度调节范围为15％～80％，适合于热敏性物料的干燥。
设备采用触摸屏PLC自动化控制技术，可以根据生产现场调整不同的烘干工艺和温度，到达最佳的烘干效果。
（4）环境友好物料干燥不仅要求提高产品质量和节约能耗，同时必须对环境友好。
基于相同的评价标准，热泵对全球变暖的影响与电释放的CO2相比是很小的。
对环境的友好是热泵干燥的优点。
目前，国外提倡应用热泵来减少CO2的排放，它必将得到进一步应用。
3、热泵干燥技术的应用实例
（1）烟草烘干针对我国烟叶烘烤质量及目前国内节能烘烤设施缺陷等问题，由*****节能科技有限公司科研小组历近十年，研制了高温热泵机组烟草全自动烘干系统，已在烟草、食用菌、农作物烘烤领域已经获得规模化的生产应用。
该设备首次应用已获国家发明专利的热泵加热和冷凝除湿技术，经检测设备热效比达1∶3～8，安全、环保；率先使用已获国家实用新型专利的烟叶烘烤监控仪，采用数字式温度传感器，精度达0.1℃，内置多种烘烤“专家系统”，并具备在线调节功能，可实现不同生态条件下烟叶烘烤的温湿度自动控制。
本项目自1998年开始，从更深层次研究了影响烟叶烘烤过程最主要的生理生化变化规律及其与烘烤环境条件的关系，揭示了烟叶烘烤质量形成的本质；研究开发了适合我国国情的烤烟适度规模种植的热泵供热，冷凝排湿的密集烤房及其自控设备，其热效比最高达到5左右，烘烤性能稳定，能有效准确地实现烘烤工艺要求的各项指标，确保烟叶内在和外观品质，烤干1kg干烟叶耗电量仅有1kW·h。
而且，烘烤过程污染达到零排放，能够一机多用，随着我国电力供应逐渐达到富裕程度，该技术具有广阔的应用前景。
（2）木材的干燥木材干燥是较成功的应用热泵干燥技术的领域之一。
虽然用热泵技术干燥木材较常规气流干燥耗时多，但显著的节能效果和较高的木材利用率使热泵干燥法成为木材干燥加工的主要手段之一，特别适用于那些商业价值高、干燥难度大的“难干木材”。
近年来，北京林业大学一直致力于木材热泵干燥的理论研究（1992，张璧光；1996，张璧光），积累了大量实验数据和实践经验，而在实际运行中节能效果和干燥效果均较理想。
（3）谷物的干燥谷物干燥是热泵干燥技术的主要研究及应用领域之一。
美国于1950年就试验采用空气／空气热泵干燥谷物。
实际现场试验表明，电热式干燥谷物的除水率约为1．1kg／kW·h，而热泵法干燥谷物的除水率约为1．8kg／kW·h，后者比前者能量消耗约少40％。
目前，英国、德国等发达国家的热泵干燥技术已在谷物干燥加T生产实践中得到广泛应用。
（4）茶叶的干燥
采用水／水热泵烘干茶叶，每吨茶叶大约消耗能源1250kW·h（相当于0．45t标准燃料）；而烟气或热空气烘干茶叶，每吨茶叶大约消耗1833kW·h（相当于0．66t标准燃料），大约节约32％的能源。
同时可以控制最佳的温度状态，提高了产品质量，防止了茶叶过度干燥。
采用热泵干燥技术，可溶性鞣酸的损失可减少11％～13％。
（5）种子的干燥热泵干燥技术的低温干燥特性比较适合于种子干燥，相关研究人员用热泵干燥机分别对玉米、大豆、稻谷、白菜种子进行了干燥试验研究。
天津大学的马一太教授通过热泵干燥种子的实验”研究证实了热泵干燥是一种良好的种子干燥方法，能够保证种子的干燥品质，提高干燥温度，减小干燥空气相对湿度，降低初含水率，缩短干燥时间。
在干燥空气流速较低的情况下，干燥空气流速对干燥速率影响很小。
种子的发芽率和健芽率受干燥温度影响最大，建议白菜种子的干燥温度不宜超过40℃。
在条件允许的情况下，热干燥可采用双干燥室和较低温度进行间歇干燥，从而提高种子的干燥质量。
（6）食品的干燥把热泵干燥技术应用于食品物料的干燥愈来愈得到人们的关注。
一方面是过去对食品等热敏感性物料的干燥一般采取冷冻干燥，但干燥成本太高；另一方面是热泵干燥的干燥条件温和，干燥参数易于控制，能够得到与冷冻干燥品质相近的产品热泵干燥食品物料时其干燥温度能在-20～60℃范同内调节，采用恰当的控制方法，热泵干燥系统可在常压下实现冷冻干燥。
Chuaeta1．（2000）应用他们自己设计的二级蒸发热泵干燥系统，根据不同的农产品，设定了不同的干燥介质温度，得到的产品质量好，而且在整个干燥过程中颜色和维生素C的损失分别下降87％和20％。
近几年，国内外采用热泵干燥食品物料的应用研究如表2－1所示。
表2采用热泵干燥的食品产品
研究人员
干燥对象
研究结果
Chuaetal.（1998）
Chuaetal.（2000）[新加坡]
水产品及海产品
（蘑菇、水果、牡蛎
产品品质得到提高
Prasertdanetal（1998）[泰国]
农产品（香蕉）
适合热泵干燥而且运行费用低
龚丽赵锡和（2004）［中国］
谷物
找出在保证稻谷的食用品质的前提下最佳的热泵干燥条件
McyerandGreyvcostein
（1992）[南非]
谷物
存在一个最短的干燥时间,使得干燥最经济
付茂岭张继琴（2001）［中国］
蔬菜（蔬菜脱水）
节能90%,节时,产品质量好
Stroand
Kranner（1994）[挪威]
海产品（鱼类）
热泵干燥能够很好地保持产品的多孔性,复杂水性,质地和颜色
4、高温热泵机组烘干技术的工作原理
高温热泵机组由热泵系统和热风干燥循环系统组成。
热泵系统为热风干燥系统提供高温热源和降低热风湿度。
为系统补充损失热量，热风干燥系统，通过循环热风与物料直接接触，提供蒸发水份热量，带走物料中的水份。
所谓“热泵”，是耗用一定的机械功，吸取环境或废弃物中低品位热能，将其提高成为可利用的热能的一种节能装置。
正如“水泵”一样，耗用一定机械功，将水从低水位提高到所需的水位。
热泵系统由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器组成，如图5－1所示。
系统内运行的工质，在蒸发器中吸取干燥室排出湿热空气中的热量，从低压液态工质蒸发成低压蒸汽，经压缩机增压成为高温高压的蒸汽；在冷凝器中，高温高压的工质蒸汽放出热量加热进入干燥室的空气，而工质本身则从气体冷凝成高压液体；通过节流装置，液体工质产生阻塞效应，降低
了压力和温度，成为低压低温液体，再度进入蒸发器中吸收湿热气体的热量，如此反复循环将低温热量输送到高温介质中去，形成热泵循环。
从热风干燥循环系统来看，其热风流程如图5－2所示。
干燥室排出气体，是含水份较高的湿热气体，其状态如图5－3的h-d图上的点a，其相对湿度在ψ＝70～80%左右，通过热泵的蒸发器时，由于蒸发器表面温度低于空气露点温度，不仅降低了空气的温度并且在蒸发器表面将水汽冷凝下来，以液体水的状态排出系统外。
气体离开蒸发器变成低温而湿润，如图5－3上点b其相对湿度一般在ψ=95-97%。
脱湿后的气体在经过转轮除湿和热泵冷凝器中得到等湿加热，提高了气体温度，同时也降低了相对湿度，如图5－3上的C点成为干热气体进入干燥室。
在干燥室中，干热气体与被干燥物料直接接触，提供物料烘干的热量，同时也带走了水份。
空气在干燥室内为等焓增湿降温过程，在离开干燥室时又回复到图5－3的a点。
可见每公斤气体通过一个循环可以脱除水分△d＝da－dc。
图3干燥热泵工作原理图
图4热泵热风干燥流程示意图
图5热泵热风焓值循环在h-d上示意图
从上述热泵干燥原理来看，与一般干燥工艺差别是没有湿热气体排放，通过二个密闭循环系统，物料中的水份最终以液态水排除。
采用该原理有二大优点：
（1）节约能源：
在热泵干燥中。
不排放湿热气体而将其显热和潜热
进行了回收，由热泵补充部分损失热量，只耗用了一定的机械功。
2）污不染环境：
由于热泵烘干在封闭的环境中进行，在烘干过程
中不产生有臭有害气体，对周围环境可以减少到最低的污染。
5.高温热泵机组烘干技术、设备进行热泵设备使用的可行性
（1）设备保证
公司的产品主要有：
高温热泵机组系列烘干机组、高温热泵机组系列热水机组、高温热泵机组高效除湿机组、高温热泵机组蒸汽机组、高温热泵机组微波干燥设备五大系列产品，产品系列非常完善，灵活的产品组合方式可以满足客户生产中不同的节能技术要求，并且也可以很好的满足客户的生产工艺要求，
（2）技术保证
我公司是一家专业为客户提供高温热泵机组节能技术系统解决方案的工程技术公司，公司拥有自主知识产权和品牌，目前是国内高温热泵机组系列产品最完善、最专业的公司之一。
公司以市场为导向，拥有强大的技术研发团队，研发技术人员占公司人员30%以上，公司拥有7项发明专利，26项实用新型专利，公司每年对研发的投入不断加大，产品不断创新和完善。
公司在生产制造方面也不断提高，精益求精，配件选用国际、国内的知名品牌，具有完善的生产管理流程，为客户提供性能稳定、价格合理的成熟产品。
公司在高温热泵机组行业内最先建立了物联网系统，将互联网技术和先进的技术、产品很好的融合在一起，使技术能更快的转化为先进的生产力，为客户提供更加先进的技术、快速的安装、周到的服务。
公司建立起好的企业发展模式，合理的分配制度，完善的激励机制，充分调动每一位员工的积极性，组建了覆盖全国的15家**分公司，快速扩大销售规模和生产产量。
公司坚持以创新为动力、以市场为导向、以产品为载体、以管理为纽带、以人为本，客户为上帝的理念，发扬**企业的精神，高调做事，低调做人，不断完善和壮大自己，为中国节能减排事业贡献自己一份力量。
（3）技术参数的匹配
从辣椒烘干的最佳工艺参数来看：
最高温度70度，
高温热泵机组的出风温度可以达到：
85-90度，完全可以满足生产的要求。
采用热回收一体机组
（4）热泵设备使用目标实现的可能性
（a）、产量和质量目标：
只要满足热量要求和烘干温度要求，就可以实现目前产量和质量的要求。
（b）、安全性目标：
因为高温热泵机组产生的高温干空气，不是通过电热管发热产生红外线温度的方式进行烘干，没有燃烧源，因此就可以避免燃烧和爆炸的危险。
（c）、节能性目标：
从上面介绍的高温热泵机组烘烤技术的设备指标（这是通过严格测试后的设备实际运行的技术指标）可以看到，热泵设备使用后，可以
明显降低耗电量，设备的损耗率也应该明显降低。
（d）、环保性目标：
高温热泵机组烘干技术还有另外一个特点，在产生高温热风的同
时，主机可以产生没有任何有害物质的冷空气，如果将冷空气排放到生产车间，可以大大改善生产车间的空气质量。
（f）、高效目标：
高温热泵机组在将环境的空气经过蒸发器除湿后，环境空气更加干燥，可以降低补入新风的含水率，补入的新风在经过加热后，将高空气送入烘烤箱，可以使烘烤箱内的整体温度稳定达到80-85℃，空气经过除湿处理，是干燥的空气，大大提高了烘烤效率。
预计在热泵设备使用之后，在节能环保保质的基础上，还可以提高日产量，这样将大大降低生产成本。
四、热泵设备使用方案的实施
（一）、第一阶段：
数据收集和了解客户生产要求
1、考察、分析原烘干技术、设备（已经完成，数据已经列在第一部分）
2、热泵设备使用的可行性论证（基本完成，论证材料在第二部分）
（二）、第二阶段：
热泵设备使用的初步方案
（一）设备技术参数要求
1.烘干辣椒：
每天15吨，
2.每天生产时间24个小时，
3.每小时处理量650公斤
4.建议设计一条生产线，每条线每小时加工650公斤
5.辣椒烘干前含水率：
65-70%
6.辣椒烘干后含水率：
13%
7.采用6层穿流式输送带烘干方式，
8.进出烘干时间24个小时
9.根据物料标准的含水率计算:
二）物料的含水率计算公式
2.1产能要求
含水量（公斤）
干物料（公斤）
辣椒处理总量/天
15
吨
总运行时间
24
小时
辣椒除湿含水率
70%
10500
4500
辣椒终止含水率
13%
672
4500
总脱水量
9828
每小时除水量
409
公斤/h
每小时干辣椒
200
公斤/h
2.2热量计算模型烘干消耗的热量主要要满足四部分：
A、把650kg辣椒加热到65-70度所需要的热量Q1
B、水分蒸发所消耗的热量Q2
C、排湿过程中带走的热量Q3
D、设备吸收的热量Q4（输送带、铁架等。
）
物料的比热容C物料（KCAL/Kg·℃）
0.60
铁的比热容C铁（KCAL/Kg·℃）
0.60
初始温度T1（℃）
15.00
最高烘干温度T2（℃）
70.00
干物料的重量S（KG）
200.00
脱水的重量M1（KG）
409.00
设备附件的重量M2（KG）
5000.00
水的汽化潜热h（KJ/Kg·℃）
2600.00
环境温度为25℃。
70℃热风出风工况下高温热泵的能效比（COP）
3.00
总烘干时间H（小时）
1.00
1KW=860KCAL=3600KJ
A、加热物料所需要的热量Q1
Q1=C物料*S*（T2-T1）
6600
KCAL
8
KW
B、水分汽化所消耗的热量Q2
Q2=C水*M1*（T2-T1）＋h·M1
276472
KCAL
321
KW
C.设备附件（托盘、支架等）吸收的热量Q3
Q3=C铁*M2*（T2-T1）
165000
KCAL
192
KW
D、烘干过程的热量损失Q4
Q4=15％Q总
E、有效热量Q总
Q总=Q1＋Q2＋Q3＋Q4=Q1＋Q2＋Q3+Q总*15%
Q总=（Q1＋Q2＋Q3）/85%
613
KW
F、单位时间内的平均制热量Q平均
Q平均=Q总/H
613
KW
G、热泵的输入功率Q热泵
Q热泵=Q平均/cop
204
KW
278
HP
根据热量技术的总功率和参数，设备配置如下：
辣椒进入设备烘干段，前段水分含量高，温度在65-70度，主要采
用热泵一体烘干机组，烘干辣椒，设备配置：
12匹一体烘干机组：
24台，配置功率：
288匹。
这样配置解决了辣椒前期除湿干燥的问题，同时也提高了烘干的速度，这样产量可以完全保证。
五、穿流式输送带的选型
1、网逞式干燥系统的干燥特点
（1）五层网带穿流干燥系统采用304不锈钢网带分层串联输送式结构、高温干燥介质持续供给、温度上下各层波动变化、网逞回转机械翻铺等干燥工艺,具有降水幅度大（一次降至安全含水率10%）,千燥品质好,营养成分保存率高。
（2）干燥速率的大小可以通过动力传动系统来控制,而动力传动系统是由与它相连的减速电机控制的,这样一来可以对传动系统实现无级调速。
进而对干燥系统的降水幅度实现了自动控制,只需依据所要达到的辣椒的含水率要求来调解减速电机的转速。
（3）热损耗少、节能显著、降水的幅度大、干燥均匀、占地面积小,可实现分段控温控时,因而干燥成本低,尤其是对那些含水率较高的果蔬干燥时经济效益更加明显。
（4）机架采用分段式结构,安装、调试简便,干燥机主体采用聚氨酯夹芯保温板可确保能量损失。
2、输送网逞的确定依据六层网逞式干燥系统的结构以及工艺参数,初步选择输送网逞
的长度50米，宽度为3m.共6层，每平方米单位面积的装载密度为15kg,烘干时间24小时，每小时烘干量650kg,24个小时进料15600公斤。
3、干燥系统的结构设计
六层网逞式辣椒穿流该干燥系统由送料机构、干燥箱、机架、空气供给系统、热泵加热系统、传动装置、输送金属网逞、排湿装置、余热回收装置、电气控制柜等十部分组成。
4、干燥箱结构设计
设计方案干燥箱的箱壁外表面都是用聚氨酯夹芯板来保温的,从而保证了热量的有效利用。
（1）箱壁（中）一为保温板,辣椒的最佳干燥温度一般在70℃设定干燥线保温对象的介质温度为最大值75℃,采用聚氨酯夹芯板,保温层为0.5mm的彩钢,保温材料为聚氨酯。
（3）箱壁（外）一主要起到支撑、以及和机架的连接,以及整机的美观,选用的是0.5mm的板。
5、传动设计传动部分的设计主要包括传动轴、传动链、传动链轮、减速机、电动机等。
5、1网逞驱动功率的计算
减速电机通过链轮带动滚筒将网逞在其干燥箱内拖动,网逞有效干
燥长度为32m,层数为五层,整个干燥过程为240min,链轮的直径为0.2m,则可知网逞的运行速度为0.67m/min、滚筒的角速度为1.1rad/min。
由于6层网逞干燥设备共用6台电机,则电机的总功率为:
N,e=5XNcX1.05=7.5kW。
由以上计算可选用斜齿轮硬齿面减速机。
每层可以根
据要求调速，最上层进料可以快一些，下面出料可以慢一些。
保证烘干的效果。
5、2网逞结构以及设计
设计与选用中网逞应具备以下性能:
（1）具有良好的耐酸碱性、耐磨损性、耐高温冲击性;
（2）具有较好的抗收缩、抗氧化、在高温与低温下均有良好的抗断裂性能;
（3）设计要合理、结构紧凑、规格品种多、安装维修方便、运行可靠等特点。
5、3滚筒是在减速电机的作用下运转的,而为了网逞在干燥箱内运转,必须依靠链轮与链条的来实现。
6、机架的设计
机架是整个干燥系统的核心部件,是主传动装置及所有单机装配的主骨架,用于轴承座的安装以及金属网逞的支撑与导向,为了便于网逞
的安装以及张紧,将其设计成分段式结构,由机架头部、机架中部、机架尾部三部分组成。
机架头部、尾部用于轴承座的安装以及定位,机架中部用于网逞链条的支撑以及导向。
其每一部分都是由角钢、T型钢辉接而成。
7、风量的确定以及风机选型
在选用风机时,应把空气消耗量的质量流量换算成体积流量⋯（风
量）,将上述的空气消耗量乘以湿空气的比体积Fh即可。
空气在15°C,101.325kPa时湿空气的比
体积Fh为:
（0.773+1.244H）（t+273）/273
Qv1=L1H1
qv2=L2H2
式中:
Fh—湿空气的比体积,m3/kg干气;
r一环境温度,15°c;
qv1、qv2一第一、二干燥段所需风量,in3/h。
代入数据得:
KH=0.84ni3/kg干气;Qv1=232450m3/h;
Qv2=20240m3/h
24热泵机组，完全可以满足烘烤循环风的要求，根据以上设计和选型：
总体设计方案如下：
1、烘干输送线选用：
6层穿流式不锈钢网带输送线
2、烘干输送线尺寸：
长：
50米，宽：
6米，高：
5.5米
3、烘干输送带电机功率：
7.5KW,变频调速，6套
4、输送带送风系统：
分三层送风，第1层送风系统分布在1、2层输送带，第二层送风
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