花生热风干燥特性及动力学模型的研究

林子木 赵卉 李玉 王赫 赵旭 李佳

摘要：为研究花生干燥特性，选取不同干燥温度、干燥风速对花生进行薄层热风干燥，并建立干燥动力学模型。结果表明：干燥温度、干燥风速越高，花生干燥速率越快，干燥用时越短;干燥温度对花生干燥是影响大于干燥风速的影响。由模型拟合数据可知，花生干燥过程可以利用Page模型进行较为准确的描述。

关键词：热风干燥;花生;试验;温度;风速

刚收获的花生由于含水量很高，容易发霉，每年由此造成的损失占总产量的10%～20%，因此花生需干燥后才能长期存放和加工。利用机械进行花生干燥时，升高温度有助于花生快速干燥和提高干燥效率，但温度过高，容易引起花生蛋白变性，影响花生品质。以鲜花生为原材料，研究热风干燥特性及品质，以期科学控制花生干燥速率和时间，达到较好的干燥效果。

1 材料和方法

1.1 试验原料

新鲜带壳花生产自辽宁锦州，干基含水率为0.658 9 g/g。

1.2 仪器与设备

JK-KB1700型多参数可控原位精确干燥试验台：长春市神阳机电有限公司;电热鼓风干燥箱：上海苏进仪器设备厂;电子天平（精度0.000 1 g）：北京赛多利斯天平有限公司。

1.3 试验方法

取鲜花生1 kg，均匀摊在直径为30 cm、孔径2 mm筛网托盘上，干燥试验开始后，每隔30 min测定样品的质量，水分≤10%时停止干燥。干燥温度分别为40，50，60 ℃，干燥风速分别为0.2，0.4，0.6 m/s。

1.3.1 干基含水率Mt

1.3.2 干燥速率DR

1.3.3 湿分比MR

1.4 数据处理与模型分析

采用Excel和Origin软件进行数据处理与模型分析。

2 结果与分析

2.1 干燥温度对花生干燥的影响

由图1可知，花生的干基含水率随干燥时间的增加逐渐降低;干燥温度越高，花生的干燥曲线越陡，干基含水率降低越快。

由图2可知：干燥温度越高，干燥速率曲线越陡;根据干燥速率变化，花生干燥过程可以分为加速和降速两个阶段;在干燥前期，花生的表面干基含水率较高，随着干燥温度的升高，花生表面水分蒸发较快，呈现干燥增速加速过程;持续干燥一定时间后，随着花生干基含水率的降低，花生表面水分蒸发减缓，花生内部水分迁移距离增加，导致水分传递速度减慢，因此干燥速率降低，进入降速干燥过程。

2.2 干燥风速对花生干燥的影响

由图3可知：在干燥前期，花生干基含水率曲线的斜率随着风速增加而变大，这是由于风速增加使花生在单位时间内与热空气接触面积增加，花生表面水分蒸发较快，干基含水率降低较快。

由图4可知，干燥初始阶段花生干基含水率较高，随着干燥风速的提高，干燥速率升高;但随着干燥时间的增加，在干基含水率为0.2 g/g时，不同干燥风速的干燥速率趋于相同。这是因为在干燥后期，花生干燥速率主要受内部水分扩散速度影响，而干燥风速对其影响不明显。

2.3 动力学模型的建立

花生干燥是一个复杂的、非稳态的传热和传质过程。根据试验结果可知，热风温度对花生的干燥有显著的影响。对各模型进行回归分析和模型拟合的方差计算，3种模型均常用于农产品的薄层干燥，结果见表1。

由表1可知，Lewis，Henderson，Page这3种模型决定系数平均值分别为0.943 07，0.975 57，0.995 38，均方根误差平均值分别为0.021 46，0.016 36，0.019 52。综合考虑拟合程度和回归效果，Page模型在不同干燥温度下的决定系数最大而均方根误差较小，可以作为花生干燥动力学模型。

3 结论

干燥温度和干燥风速越高，花生干燥速率越快，干燥用时越短。干燥温度对花生干燥的影响大于干燥风速。花生干燥前期，干燥速率随干燥温度和干燥风速的增加逐渐增大，而花生的干基含水率逐渐降低;到干燥后期，干基含水率降到一定程度时，干燥速率由水分扩散速率决定。由模型拟合数据可知，花生干燥过程可以利用Page模型进行较为准确的描述。

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