挂面干燥工艺模型与过程控制研究

摘要

挂面干燥涉及谷物化学、干燥学、热力学、气象学等多学科内容，影响因素较多，是较难控制的工序。干燥工艺不合理易造成产品质量问题和能源浪费。目前，挂面生产装备水平已有很大提升，已经具备现代食品工业的雏形。但在干燥环节依然存在控制粗放、热能消耗偏高、产品质量不稳定的现象。挂面干燥工艺的设计必须综合考虑产品质量、加工能耗和生产实际。
　　本研究通过调查对实际生产过程中的挂面脱水规律和干燥介质特征进行分析，梳理挂面干燥脱水过程的影响因素；并进一步设计实验分析挂面在稳态干燥条件下（恒温恒湿）的干燥特性，讨论挂面干燥控制的关键点；在此基础上设计可能的挂面优化模型，并验证。此外，本研究还建立了挂面干燥过程的含水率监测模型，调查和分析了太阳能辅助供热挂面烘房的热能构成。
　　主要结论如下：
　　（1）挂面干燥速率取决于面条内部和外部环境（干燥介质）之间的水分梯度，即干燥介质的相对湿度，其次是干燥介质的温度。
　　（2）挂面干燥属于内部扩散控制型物料。依据挂面干燥速率的变化可以将挂面的干燥过程分为两段，升速干燥阶段和降速干燥阶段。挂面的升速干燥阶段是面条升温和表面水分蒸发的过程，主要受到干燥介质温度和相对湿度的影响，属于表面汽化控制阶段，除去的水分主要是面条表层自由水分。挂面的降速阶段干燥速率除了受外界干燥条件的影响，还受到内部水分扩散的影响，且内部水分的扩散对面条质量有重要影响。高温、低湿和高含水率都会使面条内部和外部水分梯度增大，干燥速率增大。
　　（3）温度40℃，相对湿度75％的干燥介质参数是较为合适的挂面干燥工艺。该条件下，挂面的干燥速率适中，干燥介质提供的热能能够满足挂面干燥的需要，也利于挂面干燥生产过程的控制，但达到安全贮藏含水率的末端干燥时间过长。
　　（4）对挂面进行分段干燥有其理论和技术依据，干燥工艺，即预干燥：25℃/85％/40min；主干燥：45℃/75％/140min；末干燥：35℃/55％/60min是本研究推荐的较优的挂面干燥工艺，其平衡含水率较低，能效较高。
　　（5）近红外光谱技术用于挂面干燥过程含水率监测具有可行性。模型测定结果与实验室烘干法测定的结果具有较好的相关性，相关系数为0.978。建立的模型为挂面含水率的在线监测和烘房的自动控制提供了技术手段。
　　（6）在研究期间，该烘房燃煤提供的热能为83.25~86.95%，太阳能提供的热能为13.05~16.75%。太阳能光热利用具有绿色、长久等优势，但太阳辐射分散、不稳定，容易受昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，其使用效率依然偏低。再者由于光热转换装置生产成本较高，其经济性还不能与常规能源相竞争，还有待政策支持。

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引言

技术路线

第一章 文献综述

1.1 挂面干燥原理

1.2 挂面干燥工艺

1.3 挂面干燥影响因素

1.4 干燥工艺过程控制

1.5 挂面干燥节能技术

1.6 近红外光谱分析技术在水分控制中的应用

1.7 小结

第二章 挂面干燥生产工艺分析

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果与分析

2.4讨论

2.5 结论

第三章 干燥介质条件对挂面干燥脱水过程的影响

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果分析

3.4 讨论

3.5 结论

第四章 挂面脱水规律及模型拟合

4.1 引言

4.2 材料和方法

4.3 结果与分析

4.4 讨论

4.5 结论

第五章 基于挂面干燥能效和质量的温湿度组合干燥工艺研究

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.3 结果与分析

5.4 讨论

5.5 结论

第六章 基于近红外技术的挂面干燥过程含水率监测

6.1 引言

6.2 材料和方法

6.3 结果分析

6.4 讨论和结论

第七章 太阳能辅助供热挂面烘房热能构成分析

7.1 引言

7.2 材料和方法

7.3 结果与分析

7.4 讨论

7.5 结论

第八章 讨论与结论

8.1 讨论

8.2 展望

8.3 结论

参考文献

致谢

作者简历