摘要:研究以干燥银耳为主的食用菌热风换向干燥新技术取代传统的垂直气流热风干燥。采用垂直气流热风换向干燥与横向水平气流热风换向干燥的2个技术改造方案,分别进行试验。在恒定风速、干燥初始热风温度80 ℃条件下,分别测定各层物料含水率变化的分布曲线与平均含水率梯度Waj指标,得出较优干燥工艺为干燥温度70～80 ℃,换向时间间隔1 h,分别比传统垂直气流热风干燥速率提高30%与40% ,后者还具有相同满负荷工作时间,节电50% ,节省占地77. 8%的优势。同时给出横向水平气流热风干燥自动化模拟。
    关键词:银耳;换向热风干燥;干燥设备设计;自动化模拟

    福建省古田县素有“中国食用菌之乡”称号,食用菌年总产量为34万t鲜品,居全国第一,其中银耳占50% (产销量均居世界第一) ,香菇占25% ,其他菌类占25%。古田现有许多以干燥银耳为主的食用菌传统作坊式垂直气流热风烘干房,日干燥银耳2 000～3 000 kg,其结构如图1所示。
    每间烘干室用砖体砌成, 室内空间80 cm ×100 cm ×200 cm,放置筛盘, (80 cm ×100 cm,筛孔直径1 cm)有13层,每10～15间组成1排烘干房;加热器采用带螺旋翅片的散热管7 (根) ×8 (层)组成,纵贯烘干房;热风道经散热器与烘干室相通;室底部安装轴流式风机(电机功率0. 75～1. 0 kW)上吹式通风;排气采用自然上排法。其烘干品质量较好。但也存在产量低,干燥时间较长能耗大,占地大(每片筛盘平均间接占地0. 5 m2 ) ,产品质量参差不一的缺陷。其主要不足是烘干室垂直气流通风穿透性差,对高含水率厚层堆放的银耳干燥造成自下而上较大的水分梯度与温度梯度:热风初始温度保持80 ℃时, 6～8 h下层已烘到含水率低于8%,最上层温度仍低于50～60 ℃,含水率仍高达50%以上。因此,需要人工将最下2层翻转并架,并将上层逐层调低,在最高层再放入新物料。这样,不仅全程烘干周期较长(平均10～12 h) ,而且调架工作量和热量损失大,有1. 5% ～2%的破损率。为解决这些问题,本研究结合企业生产实际,进行如下改造试验。
   
1　改造方案1———垂直气流换向热风干燥
1. 1　垂直气流换向热风干燥的结构设计
    垂直气流换向热风干燥结构设计如图2,在图1 结构的基础上,增加上热通风道与上轴流式风机,可定时换向通风;并把原2间合并为1单元,中间增设共用排气管,管内设轴流式风机,可按需要启动强化排湿或调节风门大小控制排湿量,排气口设在中部, 正反向均可通用。该结构特点是增加投资很少,工艺操作简单,降低干燥时间,不用人工调换层架就能达到上下层干燥均匀,不仅提高劳动效率和生产率,而且减少成品破损率并节约能耗。适用于利用现有作坊式烘干房改造。

   
1. 2　垂直气流换向热风干燥试验
1. 2. 1　试验原料　选择直径8～12 cm,鲜重100～200 g银耳,经水洗滴干后一朵朵平铺在烘筛上,不重叠,初始含水率为90% ～100%。

   
1. 2. 2　试验装置　在图2改造装置上,进行干燥实验,一次烘干13层。供热使用2 t锅炉,进汽压力1～2 MPa,保持初始热风温度80 ℃;为提高温度控制精度,除用温度计与调节进汽压力控制温度外,试验增设温控仪控制,精度±1 ℃。
1. 2. 3　试验方法　依据银耳烘干可采用直线和恒定温度^{[ 1 ]}的理论与实践,由起烘升温开始,前1～2 h为稳定升温至60～70 ℃(最高应≤80 ℃) ,而不必采用香菇类梯度式分阶段干燥的方法。试验条件简化为在恒定热风初始温度80 ℃与恒定风速(保持轴流式风机满负荷状态)下进行,于热风流向改变的不同间隔时间j,使用DTS - 231型温湿仪分别测定各层物料k的含水率Mk, j ,并引用平均含水率梯度指标Wa j来评价干燥效果^{[ 2, 3 ]} 。

    式中Mg j ———最高层在某换向工况下的含水率;M1, j ———第1层在某换向工况下的含水率; N ———烘干房筛网层数。
    根据生产实际和现场初步筛选,银耳干燥前1～2 h一般为稳定升温与高排湿时间,全程干燥应控制在8 h内,故选定主要换向间隔时间为1 h与2 h,分别测定出干燥时间为1 - 6 h时各状态点的含水率(每点取3 次测量值的平均值) 。图3 - a、b分别为换向间隔1 h、2 h工况,测定的各层物料含水率变化曲线图。
1. 3　垂直气流换向热风干燥试验结果与分析
    在换向间隔为1 h工况下(见图3 - a) ,干燥1 h后,曲线基本呈渐升形直线,其中第1层物料含水率M1, 1为74%,第13层物料含水率M13, 1为81%,平均含水率梯度指标Wa1 = 0. 583;干燥2 h后,第一层M1, 2为67%,峰值在第7层M7, 2为70% ,第13层M13, 2为61% ,则Wa2 = 0. 500,曲线呈凸状抛物线形;同理干燥3 h、4 h、5 h、6 h后,M1, 3为44. 5%、M13, 3为49. 5% ,Wa3 = 0. 417;M1, 4为34%、M13, 4为30% ,Wa4 =0. 333;M1, 5为20%M13, 5为22% ,Wa5 = 0. 167; M1, 6为9. 2%、M13, 6为8. 2% , Wa6 = 0. 083, 随干燥时间延长,其平均含水率梯度越来越趋近均匀,反映在曲线图上,分别为微凸状抛物线形,也越来越平坦。另第7 h测定M1, 7为6%、M13, 7为6. 5% ,Wa7 = 0. 004;则干燥很均匀已达干燥终点,银耳外观朵形完整,颜色新鲜,达到工艺要求。与传统热风相比。其干燥速率提高30%以上,而且节约大量人力物耗。
    在换向间隔为2 h工况下(见图3 - b) ,干燥2 h后,第1层物料含水率M1, 2为62%,第13层物料含水率M13, 2为75% ,平均含水率梯度指标Wa, 2= 1. 083,从曲线图上看,基本呈渐升凸状抛物线形。干燥4 h、6 h后,分别测定M1, 4为51%、M13, 4为42% ,Wa4 = 0. 750;M1, 6为14%、M13, 6为21% , Wa6 = 0. 583; 曲线仍然呈凸状
抛物线形,但越来越平坦,趋近均匀状态。另干燥8 h后,M1, 8为8% ,M13, 8为6. 5% ,则Wa8= 0. 125,也达到工艺要求。
    2种工况对比分析,前者明显优于后者。其机理是: 1 h 换向间隔, 换向次数多而适当,使物料干燥均匀,各层物料体积均缩小,空隙增大,全体通风改善,即明显改善干燥的水分梯度与温度梯度,因此干燥速率加快,干燥6 h平均含水率已达到8. 6%; 相反, 2 h换向,换向次数少而不适,短时间内物料干燥不均匀,各层物料体积缩小不均,全体通风未明显改善,因此干燥速率相对较慢,干燥6 h平均含水率仅达到14%～21%之间。
    但换向时间不是越短越好。增设0. 5 h换向验证试验,在干燥前期,当升温未达到干燥工艺温度时换向,反而不利干燥而延长干燥时间;在干燥后期因干燥温度较高,菇体缩小而改善通风,有一定的作用。故较优工艺为干燥温度70～80 ℃,干燥前期1～2 h升温期可不用换向, 2 h后以换向时间间隔1 h为宜。