试验研究过热蒸汽与热风干燥对比的试验研究连政国　蒋金琳　姜学东(莱阳农学院农业工程系,山东莱阳,265200)

　【摘要】在设计的试验台上,进行了不同条件下的热风和过热蒸汽为干燥介质的对比试验,证明了过热蒸汽与热风干燥逆转点的存在,逆转点的温度值与理论分析有差别。过热蒸汽干燥应在超过逆转点的温度下进行。在较高的温度下进行干燥作业时,可采用废气循环的办法。　【关键词】过热蒸汽;热风;干燥中图分类号:S22616 文献标识码:A

文章编号:1009-1807(2000)02-0014-03

过热蒸汽和热风是两种不同的干燥介质,传统的观点认为,在热风干燥中,随着干燥介质中含湿量的增大干燥速度会下降,研究者发现,以过热蒸汽为干燥介质时却不都是这样。国外许多学者对此进行了理论分析。具有代表性的有美国学者Wenael和White,

Chu和Lane,日本的Yoshida和Hyodo,他们的研究指出,当温度超过一定值,而其它条件相同时,过热蒸汽的干燥速度有时比空气还要快。他们分别对这一现象的存在进行了理论分析。上述学者都没有进行过具体的试验研究,有些在分析中作了与实际情况不相符的假设。例如南非学者Faber和Heydenrych就假定在热风和过热蒸汽两种情况下从干燥机中排除的废气均达到饱和状态,并以此对逆转点进行计算。很明显,这与实际情况并不都相符,为此我们以高湿物料酒糟为例进行了试验研究。

1　试验台利用自行设计的试验台,该试验台可进行热风、过热蒸汽以及以二者不同比例的混合气为干燥介质的试验。这里干燥介质的不同组成指的是空气和过热蒸汽的混合气,这种混合气中空气与蒸汽的比例远远超过通常所指环境条件下湿空气中水蒸汽与干空气的比例。也就是说可以把过热蒸汽和干空气看成是二者混

合气体的极限情况。2　试验处理表1是试验中选定的气体组成和各种组成的比例,

试验过程中,每种试验条件下保持混合气的总质量流量不变。各种气体成分在不同的温度下进行试验,温度从120℃到220℃。表1　不同组分介质干燥处理表试验处理1234

蒸汽量(kg/h)1248

空气量(kg/h)1284

混合气总量(kg/h)12121212

试验中仅进行恒速段干燥速度的比较。为了使数据有可比性,取平均干燥速度对比,平均干燥速度值是取干燥中的恒速段去水量除以干燥恒速段结束的时间得到的。

3　试验结果与分析图1,2,3是根据试验数据进行整理、绘制的不

图1　不同组分干燥介质干燥速度比较同组分干燥介质平均干燥速度曲线图,图中横坐标为干燥介质的进口温度,纵坐标为恒速干燥段的平均干

收稿日期:1999-12-27

作者简介:连政国(1964-),男,山东荣成人,莱阳农学院副教授,主要研究农产品加工与贮藏。

2000年3月 粮油加工与食品机械 第2期总第266期© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.燥速度,其数值为3次试验的平均值,试验物料为酒糟,含水率为67%(Wb)左右。不同组成的介质干燥速度都同环境条件的空气相比。图1介质组成为纯过热蒸汽;图2介质组成中过热蒸汽汽占2/3,干空气为1/3;图3过热蒸汽占1/3;干空气占2/3。从图中可见,采用过热蒸汽、热风及二者的混合物为干燥图2　不同组分干燥介质干燥速度比较介质时,不同的干燥温度下干燥速度的变化规律不同。在较低的温度下,例如,试验中(见图1)当干燥介质的温度低于170℃时,在热风中干燥速度比过热蒸汽中要快。图3　不同组分干燥介质干燥速度比较 从图1,2,3中还可以看到,干燥速度的变化与介质的组织成分有关。在低温阶段,干燥介质组成中干空气所占的比例越大,干燥速度就越快,随着温度的降低在热风中干燥速度为最快。这一点在120℃的条件下观察极为明显。随着介质温度的升高不同组份介质干燥速度的差异逐渐减少,在图上的表现是干空气含量多的介质干燥速度提高缓慢,而蒸汽含量较多的混合气干燥速度随温度的升高而明显增加,到达某一点的温度时干燥速度发生了变化,从图1中可见,在170℃左右时,首先是纯过热蒸汽中的干燥速度超过热风的干燥速度;在180～190℃之间时蒸汽含量占2/3的干燥介质的干燥速度超过热风中的干燥速度(见图2);温度上升到超过200℃时,即使介质中过热蒸汽含量仅占有1/3的干燥介质,其干燥速度也超过相同质量流量下热风中的干燥速度。随着介质温度的进一步升高,干燥速度的变化规律与低温段正好相反,

组份中随着过热蒸汽的比例增大干燥速度明显加快,

纯过热蒸汽时为最大,而热风干燥时相对来说为最小。这一点当试验介质的温度为220℃时非常明显。从图中还可以看出,如果定义逆转点的温度是指绝干空气与过热蒸汽在恒速干燥过程中,干燥速度相等点对应的温度值,那么本试验可以得出以下的结论:

本试验得到的值比理论值要低;任何的湿空气与干空气相比的“逆转点”都要比过热蒸汽与干空气的逆转点的大小要高。图4是将同一介质流量下,过热蒸汽和湿空气在恒速干燥段的干燥速度对比结果。从图中可见,过热蒸汽与湿空气相比,逆转点的温度值要比过热蒸汽和绝干空气相比要低。

图4　过热蒸汽和湿空气干燥速度比较 从图1,2,3,还可以进一步分析出,常压下,

当干燥介质的温度超过一定值时(本试验中的“逆转点”),过热蒸汽和空气的混合物也是一种干燥能力较强的干燥介质,这一点在低温干燥是不可想象的。并且得出,在一定的温度条件下,物料在这种介质中的干燥速度要超过热风中的干燥速度。因此,在更高的温度下进行干燥时是可以采用废气回收的办法的。从图中可见,在设定的每一种流量下,过热蒸汽干燥与热风干燥相比,过热蒸汽温度的变化对干燥速度的影响要比热风干燥强烈得多,也就是说在其它的条件相同时,进口温度变化同样的大小,采用过热蒸汽时干燥速度提高的程度比热风干燥要大。从表面上看,正是这种变化强烈程度不同才使这两种干燥介质干燥的速度在质量流量相同时,随着温度的升高发生了本质的变化,即出现了逆转点。

4　结论(下转第24页)

51第2期 连政国等:过热蒸汽与热风干燥对比的试验研究

© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.需的NADP+。根据反应器的构造和膜的多孔性,辅基可通过共价键结合到聚合物如PEG上,使其截留在膜的一侧,通过分子筛或静电斥力固定或处于游离状态。这种辅基再生反应器可用来合成如NADPH、氨基酶、含氧酸、醇、酸、6一磷酸葡萄糖、乙醛、乳酸酯和内酯等。大规模的生产应用如以丙酮酸为底物在L-丙氨酸脱氢酶的作用下生成L-丙氨酸。通过副反应甲酸脱氢酶氧化甲酸实现NAD+到NADP+的再生。NADH固定在PEG上,每一辅基分子循环利用可达500000次。膜式反应器能较易地实现多种酶的同时固定。这对多酶催化的顺序反应很有意义。有学者报道了膜反应器在两种酶顺序反应中的应用。如Kragl等用表异构酶先将N-乙酰葡糖胺异构化为乙酰甘露糖胺,然后添加丙酮酸,由裂解酶催化得到终产物。用淀粉生产麦芽糖浆,也有β-淀粉酶/异淀粉酶和α-淀粉酶/葡糖淀粉酶双酶系的报道。413　脂酶催化的水解和合成反应脂酶的特殊结构和作用机制,即其在相界面激活起作用使得在膜式反应器尤其是在多相膜式反应器中脂酶的活性显著提高,因为这有利于酶和底物的界面接触。可以油脂为底物分解生成脂肪酸、单/双甘油酯和甘油,或者合成酯类(包括酯交换反应)。这类反应器,膜的一侧是油相(有机相),另一侧缓冲液不停流动。疏水性的膜材被油相浸湿,亲水性的膜材被水相浸湿,反应在界面上发生。脂酶可固定在膜的一侧。Tanigaki有一改进方法,用两块分别是亲水的和疏水的膜隔离出一酶反应室。水通过亲水膜进入反应室,大豆油通过疏水膜渗透入反应室,生成的甘油和脂肪酸重新通过膜扩散回水相、油相再循环。脂肪酸及酯酶、青霉素酰化酶和腺苷脱氨基酶可进行光谱纯药物的合成。在手性药物的制备时,这些酶区别作用于外消旋的对映体的特性使它们优越于传统的化学合成。随着制药的发展,膜式反应器必将在手性药物的大规模生产上发挥作用。已有采用中空纤维膜对脂肪酶催化的环氧丙基丁酸酯对映体进行分离。414　逆向胶团催化通过逆向胶团体系将酶微胶囊化,采用膜式反应器进行的酶反应,其主要限制因素是反应体系中的表面活性剂带来的污染。这使产物的分离纯化及酶的回收变得困难。因此,发展逆向胶团技术,关键是实现在连续进行反应的同时分离部分产物。文献报道显示,超滤膜式反应器的合成半透膜能高效地截留反相胶团(含酶或不含酶)和分离产物。同时保留逆向胶团体系的独特反应优点。但是,膜不能完全截留表面活性剂单体和水合胶团,给产物流带来污染。Khmelnitsky等把含酶的反相胶团聚合,在膜式反应器采用这样的酶体系,可避免表面活性剂对产物的污染,实现产物分离。

5　结论及展望膜式反应器是未来酶生物反应器发展的方向之一。其发展趋势有:

①将电压作为溶质跨膜输送的推动力,并用于膜式反应器的辅基再生技术;

②研究超滤膜截留固体产物的能力,在生成不溶产物的反应中使用膜式反应器;

③在多酶顺序反应体系中应用膜式反应器;

④采用膜式反应器生成手性药物;

⑤在纵深方向提高膜式反应器的效率。

参考文献1　郭勇主编1酶工程〔M〕1北京:中国轻工出版社,199612　梁世中主编1生物反应器工程〔M〕1广州:华南理工大学出版社,19901

(上接第15页) 通过高湿物料酒糟的实验,证明了过热蒸汽与热风干燥逆转点的存在,逆转点的温度值与理论分析有差别主要是理论分析中仅考虑了对流换热;过热蒸汽干燥应在超过逆转点的温度下进行,这对提高干燥速度是有利的;对非热敏性物料,在较高的温度下进行干燥作业时,可以采用废气循环的办法。参考文献1　WenalL,WhiteR.DryingGranularSolidsinSuperheatedsteam.

IndustrialandEngineeringChemistry,1951,Vol143No18:1829～183712　ChuJC,LaneAM,ConklinD.EvaporationofLiquidsintotheirsuperheatedVapors.IndustrialandEngineeringChemistry,1953.Vol.45No17:1586～1591.3　YoshidaT,HyodoT.EvaporationofWaterinAir,HumidAir,andSuperheatedSteam.IndustryandEngineeringChemistryPro2cessDesignDevelopment,1963,Vol12No11:52～5614　FabeEF,HeyenrychMD,SeppaRUI.ATechno-EconomicComparisonofAirandSteamDrying.Drying’85588～594Hemi2spherePublishingCorporation.NewYork,19851