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果蔬热风微波组合干燥工艺优化及装置设计

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干燥是果蔬加工的主要方法之一，通过干燥解决了新鲜果蔬不易储存、易腐烂变质等问题，此外，与新鲜果蔬相比，干制品所带来的经济效益更高，因此，发展果蔬干燥工业已成为一种趋势。目前，热风微波组合干燥方式在果蔬干燥加工行业应用广泛，其实现了单一热风、微波干燥的优势互补，但是目前在工业生产方面仍缺乏一台成套的、自动化高的大型加工设备。故本文在果蔬热风微波组合干燥试验的基础上，对干燥工艺进行优化，并针对现有设备存在的不足提出解决方案，最终设计出满足高效、节能、高品质的热风微波组合干燥装置。本文研究内容主要包括： （1）组合干燥特性研究及工艺优化。利用实验室已有的设备对果蔬进行热风微波组合干燥试验，设计单因素试验方案，并使用Excel将试验数据绘制成曲线图，研究不同试验因素对果蔬组合干燥特性的影响。此外，运用Design-Expert.8.0软件设计4因素3水平试验方案，进行响应面分析，得到各响应指标与试验因素的二次回归方程，分析试验因素的交互作用对各响应指标的影响，并优化组合干燥工艺，得到获取山楂干制品各指标理想值的工艺条件。在试验过程中，发现设备存在干燥不均匀、操作方式繁琐、自动化程度低等问题。通过果蔬组合干燥试验的工艺优化，为后续组合干燥装置的设计提供理论依据。 （2）组合干燥动力学模型研究。在果蔬组合干燥试验的基础上，采用Excel、Origin9.1 等软件对试验数据进行线性和非线性拟合，确定描述果蔬在干燥过程中水分变化的最佳动力学模型，并对模型方程中的参数进行多元线性拟合，最终建立果蔬的动力学模型表达式，通过动力学模型的研究，为后续组合干燥装置的自动化监测水分变化过程提供理论依据，解决设备自动化程度低的问题。 （3）组合干燥箱的设计及仿真分析。针对干燥不均匀问题，从三个方面解决，一是改变物料的位置，将物料盘设计为圆形多孔结构，增加干燥过程中物料与热源的接触面积，同时设计旋转支架，带动物料盘旋转，使物料每个部位均匀地接收热源；二是设计微波干燥系统，通过对系统关键部件进行计算及选型，确定磁控管的数量及干燥室的尺寸，运用Creo4.0软件建立磁控管在3种排布方式下的干燥室模型，并采用HFSS15.0软件对干燥室内电 磁场分布情况进行仿真，最终确定馈波口互相平行排列时干燥室内电磁场分布均匀；三是设计热风干燥系统，设计了两种结构的干燥室，采用 Creo4.0建立干燥室的三维模型，运用Fluent17.0对两种结构干燥箱内的风速和风温进行数值模拟分析，得出采用斜面式干燥箱效果更好。 （4）组合干燥装置的整机设计。通过在干燥室两侧设计孔板以及气流分配室，将热风引入微波干燥室内，从而使热风与微波干燥结合起来，完成干燥箱的设计，该设计解决了操作方式繁琐的问题，省去将物料转移干燥箱的过程，方便了试验操作，保证了试验结果的准确性。最后，设计了微波防漏结构，并运用Creo4.0软件建立了组合干燥装置的整机模型，最终完成干燥装置的设计。 本课题的工艺优化及模型建立为组合干燥装置的设计提供理论依据，最终设计的组合干燥装置实现了操作形式多样化，并达到了安全、高效、节能的要求，对以后工业化大型热风微波组合干燥设备的设计具有参考意义。

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