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一、热泵烘干机组简介

（1）热泵干燥技术简介

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。对干燥温度不宜过高的生物材料，目前大多采用图1-1所示的闭路式热泵干燥系统。

图1－1  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）热泵干燥技术的特点

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。

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％。Van Blarcom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。

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。

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）高温热泵干燥原理

热泵干燥设备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。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，干燥室排出气体，是含水份较高的湿热气体，其状态如图2-1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2-1上点b其相对湿度一般在ψ=90-95%。脱湿后的气体在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2-1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。空气在干燥烘房内为等焓增湿降温过程，在离开干燥室时又回复到图1-1的a点。从图2-1上可见每公斤气体通过一个循环可以脱除水份△d＝da－dc。

图2-1  热泵热风循环在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，由太阳能补充部分损失热量，只耗用了一定的机械功。

（2）不污染环境：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。

（4）热泵技术烘干的特点

能耗费用低——热泵烘干装置在运行中能回收湿热空气的显热和潜热，能量得到充分而合理利用，是一种公认的高效节能设备。

不污染环境——由于热泵烘干的全过程是在封闭系统中进行，不需向周围环境排湿，同时也会排出有害、有臭味的气体。若将进出料系统全部封闭在管道中，会使整个操作保持清洁环境。这与其他干燥方法相比，是一个独特的优点。

烘干质量好——热泵干燥装置中的干燥介质是在封闭的空间循环；不受外界气候条件的影响，一年四季均在同一条件下平稳运行，所以干燥质量好。