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干燥是制茶过程中必不可少的工序。茶叶的干燥需要消耗大量能量,而现阶段茶叶烘干机热能利用率普遍较低。本课题在综述了植物性物料干燥研究与进展的基础上,制定茶叶非稳态干燥动力学试验方案,进行茶叶薄层干燥试验。通过对茶叶非稳态干燥动力学特性与水分扩散的研究,揭示了干燥过程优化传热传质的机理,并为茶叶烘干机新机型的开发与研制提供了可靠的理论依据与技术基础。本文的主要工作如下:1.茶叶非稳态干燥动力学试验根据对干燥过程和茶叶干燥特点的分析,以茶叶揉捻叶为代表性物料,利用干燥试验平台进行茶叶薄层干燥试验。选择热风温度(70℃、85℃、100℃、115℃、130℃)、风速(0.08 m/s、0.22m/s、0.41 m/s、1.37 m/s、2.05 m/s)和干基含水量(1.60g/g、1.32g/g、1.03g/g)为试验控制因素;确定较优化干燥条件,进行变温干燥工艺(100℃-55℃、100℃-70℃、100℃-85℃、100℃-100℃)及对茶叶干燥过程的分析,揭示强化干燥对流传热的机理及各控制条件;研究表明,优化的变温干燥工艺与恒温干燥工艺脱去同样的水分周期相同,存在着节能潜力;干燥动力学方程的形式(2-10)能够描述物料整个干燥过程的特性;并运用Matlab统计软件对数据进行处理,得出茶叶干燥的单项扩散方程(2-21),揭示了干燥控制因素热风风温、风速与干燥进程的关系。2.烘干机热能利用的调查在对常用的几种茶叶烘干机热能利用调查的基础上,分析了茶叶烘干机中普遍存在的问题:热风是热量和热风动量的载体,茶叶烘干机底层进风方式使烘干机中存在着温度场与风速场分布的不均,且大型烘干机存在着排湿不畅;随着干燥过程的进行,茶叶烘干机的热能利用率逐渐降低。3.茶叶烘干机的节能改进设计结合大量实验研究与理论分析,烘干机的节能改进从两个方面进行:1)将干燥动力学原理与茶叶干燥特性相结合,实现生产过程的系统节能:一、对恒速干燥阶段进行强化;二、对降速干燥阶段进行变温设计,防止干燥过度,实现能量的对口合理梯级利用;2)引进先进节能干燥设备热泵,回收干燥过程中废气中的显热和潜热,以实现余热再利用,达到干燥节能的效果。