|
吸附低温干燥热敏物料研究进展及关键技术（2）
3．吸附-低温干燥技术在高新技术领域的应用
随着基础科研、尖端技术、精密检测、石油化工、微电子、光导纤维以及冶金等领域的不断发展，一些特种工艺和工程（如夹层玻璃、胶片生产、生物制药等）对气体的温、湿度提出了新的要求，尤其对气体干燥度的要求越来越苛刻[23]。例如，生物制药中盘尼西林包装的温、湿度要求分别为27℃，5%-15%；锂离子电池生产线的温、湿度要求分别为20-25℃，2%[24]。单一的冷冻除湿机或转轮除湿机均很难满足上述场合对空气温、湿度的苛刻要求，采用冷冻—吸附组合的除湿方式可解决上述困难。广州华工泰除湿设备有限公司[25]生产的除湿机组可获得露点为-40℃的干燥空气，已成功用于多家锂离子电池生产厂，取得了良好的效果]。吴亚琴[26]等采用冷冻除湿和硅胶吸附干燥除湿相结合的系统，将空气处理到露点低达-46℃，满足了国内某些特殊行业的需要。
4．吸附-低温干燥过程的关键技术
尽管吸附-低温干燥技术已在多领域得到应用，但要使吸附-低温干燥过程的进一步节能、环保，造福人类，还有一些关键技术需要深入研究。
吸附-低温干燥装置主要有吸附除湿、吸附剂再生、空气冷却和物料干燥等设备，其中，最关键的设备是吸附器（除湿轮或固定床），而吸附器的结构与效率则取决于吸附剂性能，吸附剂的形状、对水的吸附量和再生温度等性能决定着吸附-低温干燥装置的除湿能力、再生热源选取及系统能耗。也就是说选择或研制吸附容量较大、再生温度较低的高效吸附剂是提升吸附-低温干燥系统性能的关键之一。
目前用于吸附-低温干燥过程的吸附剂有：硅胶、分子筛、氯化锂及其复合吸附剂等，因吸附容量较小、再生温度偏高（如分子筛高达250-300℃）或设备腐蚀问题（氯化锂除湿轮），导致干燥系统体积偏大、能量利用率低、难以充分利用低品位热源或太阳能。本课题组自从1997年以来，一直致力于复合吸附剂及吸附制冷工质对的研究[27-33]，研制出具有良好吸附性能、适合于太阳能集热器提供再生温度范围的一系列复合吸附剂，该吸附剂可在70-100℃下再生，对水的循环吸附容量约为13X分子筛和硅胶的2-3倍，并已将其用于吸附式干燥胡萝卜和土豆的实验研究[34-37]。目前正在进行有关太阳能吸附-低温干燥果蔬样机的研制。
当吸附剂的问题解决之后，吸附-低温干燥过程需要面对的第二个关键问题是选择用于吸附剂再生的热源。鉴于常规能源资源的有限性和环境压力的增加，世界上许多国家非常重视可再生能源技术的发展，太阳能利用技术进入新的发展阶段。如何有效利用太阳能或工业余热（〈120℃）作为吸附剂再生热源是吸附-低温干燥技术应用开发过程中非常值得研究的课题。
对于吸附-低温干燥过程第三个不容忽视的问题是冷媒水的提供方法，特别是对于要求在较低温度（低于室温）下的干燥过程，需要用冷水（5-7℃）冷却经过吸附除湿后的干空气，使其满足干燥物料操作条件。目前，已开发应用的吸附-低温干燥技术大多是采用压缩制冷系统提供冷却水，虽然在一定程度上减少CFCl的使用，但还不能说此过程环保，当然如果压缩制冷改用非CFCl工质，压缩制冷提供冷媒水仍然是首选方法。然而，就目前而言，如何将能够利用太阳能或工业余热（〈120℃）作为驱动热源的（LiBr）吸收制冷或固体吸附制冷系统[38]与吸附、干燥过程有机集成，充分、合理利用能量，优化系统参数，是吸附-低温干燥技术大规模工业化开发中进一步节能和环保的关键技术。
5. 展望
吸附-低温干燥这一以传质推动力为主的新型干燥工艺，可提供低露点气流干燥热敏性物料,在能耗、环保和干制品品质保持方面具有独到优势,具有广阔的推广应用前景。
吸附-低温干燥技术的开发应用尚处于起步阶段，理论与实验的研究尚不充分。如：对于热敏性物料干燥过程中，物料失水、温度特性、内部传质和传热过程及规律、外界参数对果蔬干制品的色、形、味、维生素及其它营养成分的影响机理等都有待于进一步研究。
随着现代科学技术的迅速发展，吸附-低温干燥过程开发应用过程中的关键技术问题一定能够得到圆满解决，吸附-低温干燥这一节能、环保技术必将服务于人类。
参考文献
[1] 徐成海,关奎之,张世伟,徐光,童建民.食品真空冷冻干燥技术的现状及发展前景的探讨[J]. 真空, 1996, (4):1～5.
[2] Lombrana, Jose I, Villaran, Maria C. Interaction of kinetic and quality aspects during freeze drying in an adsorbent medium. Industrial and Engineering Chemistry Research[J], 1996, 35(6):1967-1975.
[3]李惟毅, 冯洪庆, 郑宗和, 齐锡龄. 粒状物料常压吸附流化床冷冻干燥的传热研究. 工程热物理学报, 2001, 22(6):740-742
[4]冯洪庆, 李惟毅, 林林, 郑宗和, 齐锡龄. 常压吸附流化冷冻干燥影响因素的实验研究. 天津大学学报, 2003, 36(3):387-390
[5] Chou, S K, Chua, K J. New hybrid drying technologies for heat sensitive foodstuffs[J]. Trends in Food Science and Technology, 2001, 12(10):359～369.
[6]丁静,杨晓西,邵山,杨建平. 一种吸附式旋转干燥机[P]. CN00228253.4, 2001.
[7] W. Zheng. Effect of Operating Conditions on Optimal Performance of Rotary Dehumidifiers. Transactions of the ASME, 1995, vol.117:62～66.
[8] 王铁军. 热敏性物料吸附干燥过程传热传质机理与营养成分退化动力学[D]. 硕士学位论文, 广州,华南理工大学, 2000.
[9] 邵山, 杨晓西.吸附-低温干燥过程干燥特性研究[J]. 天然气化工, 1999, 24(2): 42～46.
[10] 刘志伟,余若黔.食品低温干燥及杀菌技术的研究进展[J]. 江苏食品与发酵, 2000(3): 24～27.
[11] Wei Xu, Jing Ding, Jianping Yang, Guoli Chen, Xiaoxi Yang. The Investigation of Adsorption Drying Characteristics for Heat Sensitive Fruit[C]. IDS 2002 Proceedings, Beijing, VOLUME A: Section 2. Fundamentals of Drying 247-252.
[12] 赵耀华,张春平,鹤田隆治. 低温干燥机的最适宜设计技术开发[C]. 上海:中国工程热物理学会,2002.
[13] Ellis R H, Hong T D. Logarithmic relationship between moisture content and longevity in sesame seeds. Annals of Botany, 1986, 57:499-503.
[14] 苏建,汤石生.氯化锂转轮除湿干燥机在种子超干燥方面的应用探讨[J]. 中国农机化. 2003(1): 12～13.
[15] 汤石生,苏健,陈造传.氯化锂转轮除湿机在蔬菜种子干燥上的应用[J]. 广州农机. 1997(3):15～16.
[16] 傅祖显.聚酯切片干燥除湿系统[J].合成纤维工业.2001.24(2):61～63.
[17] 王明凯,张友鹏 双塔加热吸附式干燥器的工作原理及几点改进[J].学术交流.2003,32(1): 40～42.
[18] 崔国华,曹毅.粮食低温储藏的应用实践和发展建议[J].粮食储藏, 2004, (2):20～24.
[19] Li Chen, Graharm R. Thorpe. A Novel System for Cooling Storage Grains[C], 20th International Congress of Refrigeration, IIR/IIF, Sydney, 1999.
[20] 颜景波. 稻谷除湿干燥技术[J]. 农业科技通讯, 1994(8):38.
[21] 吴德明.仓库利用吸湿剂控湿原理与工艺设计[J].四川粮油科技, 1996, (4),44～49.
[22] 上海交通大学, 制冷及低温工程研究所. 我所承担国家“十五”“太阳能低温储藏稻谷综合技术研究开发与示范”国家科技攻关计划项目[EB]. http://www.sjtuirc.sjtu.edu.cn/news/MOE%20project.htm, 2005, 8.12.
[23] 陶北平, 黄伟民, 张汇霞.气体的吸附干燥[J]. 低温与特气, 2003, 21(1):14～17.
[24] 广州市华工泰除湿设备有限公司. 适用范围[OL]. http://www.huagongtai.com/area.htm, 2005/08/12.
[25] 广州市华工泰除湿设备有限公司. 成功案例[OL]. http://www.huagongtai.com/cases.htm, 2005/08/12.
[26]吴亚琴. 硅胶转轮除湿机的试制[J]. 制冷技术, 2004, 3:37-38.
[27] CUI Qun, CHEN Hai-jun, TAO Gang, YAO Hu-qing. Performance study of new adsorbent for solid desiccant cooling[J]. International Journal of Energy, 2005, 30(2-4): 273~27
[28] CUI Qun, TAO Gang, CHEN Hai-jun, GUO Xin-yue, YAO Hu-qing. Environmentally benign working pairs for adsorption refrigeration[J]. International Journal of Energy, 2005, 30(2-4): 261~271
[29] 崔群, 陈海军, 姚虎卿. 太阳能吸附制冷用复合吸附剂制备及其吸附机理探讨[J]. 太阳能学报, 2004, 25(2): 182~188
[30] 崔群, 陈海军, 姚虎卿. 吸附制冷用复合吸附剂的吸附热[J]. 工程热物理学报, 2004, 25(3): 375~378
[31] 崔群, 陈海军, 姚虎卿. 吸附制冷用复合吸附剂原料配比优化及吸附机理探讨[J]. 制冷学报, 2004, 25(2): 30~34
[32] 崔群, 陈海军, 姚虎卿. 吸附制冷用复合吸附剂的吸附等温线推算[J]. 化学工程, 2004, 32(5): 1~4
[33] 崔群, 朱跃钊，陈海军，姚虎卿. 环保型吸附制冷工质对及其制冷性能[J]. 高校化学工程学报, 2005, 19(2):175~180
[34] 孙庆梅, 朱跃钊, 陈海军等. 胡萝卜吸附-低温干燥特性的研究[J]. 生物加工过程,2004, 2(3):63～67.
[35] 孙庆梅. 果蔬吸附-低温干燥特性及其测试平台方案[D]. 硕士学位论文, 南京, 南京工业大学, 2005.
[36] 孙庆梅，朱跃钊，崔群，韩海涛，姚虎卿. 吸附-低温干燥胡萝卜的实验研究[C]. 南京：第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集（下），2004:674.
[37] 孙庆梅，朱跃钊，陈海军，韩海涛，崔群，姚虎卿. 吸附-低温干燥马铃薯粒干燥模型的研究[C]. 南京：第九届全国化学工艺年会论文集（上），2005:129.
[38] 江苏双良设备股份有限公司, 吸附式冷水机组[OL].
http://www.shuangliang.com/newpage/product/xifusi.htm, 2005/08/12.
|
