CO2热泵干燥装置的干燥性能研究与回油装置优化

摘要

干燥是一个复杂的、高能耗的工艺过程，其中干燥方式对干燥的结果影响巨大。热泵干燥技术特别适用于农产品的干燥加工，能够很好的节约能源，同时干燥后的产品具有品质好的特点。本试验台采用CO2为制冷剂具有环境友好的特点，同时使用CO2热泵干燥设备具有可调节温度范围宽的特点，CO2作为目前取代氟利昂等对环境有害制冷剂的优秀工质是目前的主要研究点。 本文研究的具体内容如下: (1)对热泵干燥机的总体结构、热泵干燥装置的原理进行分析，主要针对封闭式热泵干燥装置进行研究，确定封闭式热泵干燥装置的无污染、热量使用率高等优点。对热泵干燥装置进行CO2跨临界循环分析、系统中高低压区压力分析、干燥介质的热力学分析，以及系统中的制冷循环和热泵系统性能评价指标的分析。 (2)对热泵干燥装置的各部件的具体性能参数进行分析，并提出优化建议。对实验中的设备的安全问题进行分析，同时为了更好的利用压缩机的性能，更好的提高热能的使用效率，对设备使用中的高低压力区进行优化区分分析。为了设备在运行过程中更好的记录数据，添加了许多传感器，对传感器的探测点位置进行优化，可更方便的了解到在干燥的过程中的各参数的变化。 (3)选择胡萝卜作为干燥物料，以热泵干燥过程中不同干燥温度为研究对象，以干燥干燥速率和干燥后胡萝片的复水比、力学性能、VC含量、VA含量为指标，研究较佳的热泵干燥工艺条件。得出如下结论:温度较高时含水率下降较快，温度70℃时干燥速率最快，平均失水率为0.35％/min;50℃干燥速率最慢，平均失水率为0.17％/min。通过质构仪对剪切力进行测量，表明参数最大硬度时的位移值不同的干燥组间存在明显差异，反映不同干燥组间胡萝卜片卷边、蜷缩程度不同。测定复水比，得出最大复水比为6.33，最小复水比为4.83，平均复水比为5.8357，最大复水比的干燥方式为干燥温度65℃。测定VC、VA含量变化情况，表明采用55℃干燥，VC损失率最高，值为89.30％，采用升温干燥VC损失率最低，值为64.45％;采用55℃干燥，VA损失率最高，值为96.95％，70℃干燥VA损失率最低，值为82.93％。 (4)为了减少设备开发的费用，本文针对回油装置上的高压电磁阀提出优化建议，并依据设计完成试验，得出结论如下:在热泵系统不回油状态下，系统运行10h后共有85.29g油未回到压缩机。使用针阀回油时，在开度为1圈时有20.52g油未回完;开度为3圈时系统运行4.5h后热泵系统过热，且有28.27g油未回完;采用手动针阀不利于高温高压的CO2热泵系统回油。使用毛细管回油时，长度为250mm、300mm的回油效果不佳，对应分别有18.15g、22.30g油未回完，使用长度为200mm毛细管回油时能够满足要求，本系统最佳回油毛细管长度在200～250mm之间。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1课题研究的背景和意义

1．2国内外相关研究动态

1．2．1国外热泵干燥技术的研究状况

1．2．2我国热泵干燥技术的研究状况

1．2．3理想的制冷剂CO2

1．3研究目标和内容

1．3．1研究目标

1．3．2研究内容

参考文献

第二章CO2热泵干燥原理及系统结构与分析

2．1热泵装置的结构和原理

2．2 CO2热泵干燥系统的循环分析

2．2．1 CO2的循环分析

2．2．2干燥介质的循环分析

2．2．3跨临界CO2制冷循环分析

2．3 CO2热泵干燥系统的性能评价指标

2．4本章小结

参考文献

第三章CO2热泵干燥试验台的优化

3．1热泵干燥装置的组成

3．2．2压缩机的相关说明与计算

3．3 CO2换热器

3．3．1气体冷却器

3．3．2蒸发器

3．3．3回热器

3．4节流阀

3．5辅助部件

3．5．1干燥过滤器

3．5．2气液分离器

3．5．3油分离器

3．5．4电磁阀

3．5．5风机与变频器

3．5．6辅助电加热

3．5．7管道

3．5．8保温材料

3．6数据采集系统

3．6．1工质侧数据采集

3．6．2干燥室内传感器的应用

3．6．3数据采集系统的采集效果

3．7本章小结

参考文献

第四章CO2热泵干燥实验及分析研究

4．1干燥实验

4．1．1实验物料

4．1．2实验设备

4．1．3实验设计

4．1．4实验结果与分析

4．2干燥产品的质量分析

4．2．1复水比的测定

4．2．2胡萝卜片干燥后的品质分析

4．2．3干燥粉碎后胡萝卜含VC量的测量

4．2．4干燥粉碎后胡萝卜含VA量的测量

4．3本章小结

参考文献

第五章回油装置优化实验

5．1实验设计

5．1．1实验目的

5．1．2实验设备

5．1．3实验设计

5．1．4实验步骤及注意事项说明

5．2实验结果

5．2．1实验结果描述

5．2．2不回油试验结果分析

5．2．3针阀开启1圈试验结果分析

5．2．4针阀开启3圈试验结果分析

5．2．5毛细管长度为300mm试验结果分析

5．2．6毛细管长度为250mm试验结果分析

5．2．7毛细管长度为200mm试验结果分析

5．3本章小结

参考文献

第六章结论与展望

6．1．1主要研究内容

6．1．2结论

6．2研究中的不足和分析

6．3未来的展望

致谢

研究生期间发表的论文与申请的专利