1、第七章 太阳能干燥r太阳能干燥概述r太阳能干燥基本原理r太阳能干燥器分类r温室型太阳能干燥器r集热器型太阳能干燥器r集热器-温室型太阳能干燥器r整体式太阳能干燥器r其他型式太阳能干燥器第1页，共53页。7.1 太阳能干燥概述n太阳能干燥的定义太阳能干燥的定义：物料直接吸收太阳能并将它转换为热能，或者通过太阳集热器所加热的空气进行对流换热而获得热能n经过物料表面与内部之间的传热、传质过程，使物料中的水分逐步汽化并扩散到空气中去最终到达干燥的目的第2页，共53页。太阳能干燥的优点l 与常规能源干燥相比节约常规能源 保护自然环境l 与露天自然干燥相比提高生产效率提高产品质量(密闭装置)第3页，共53
2、页。太阳能干燥的优点干燥物品（吨）干燥物品（吨）耗能（吨标准煤）耗能（吨标准煤）红枣红枣1烟叶烟叶2丝绵丝绵2谷物谷物0.07中国谷物产量4.5亿吨以上，仅谷物干燥一项，采用常规能源干燥，每年消耗标准煤30Mt以上谷物、农副产品、食品等干燥要求温度水平较低，约在4070之间，这与太阳能热利用领域中的低温利用相适应，可以大量节省常规能源第4页，共53页。太阳能干燥技术的应用目前全国太阳能干燥装置总采光面积约为15000m2，但没有形成规模化产业应用范围：食品、农副产品、木材、中药材、工业产品等第5页，共53页。n中药材，牧草中药材，牧草太阳能干燥技术的应用第6页，共53页。n食品食品太阳能干燥技
3、术的应用第7页，共53页。影响太阳能干燥推广应用的原因影响太阳能干燥推广应用的原因r太阳能是间歇性能源，能源密度低、不连续、不稳定太阳能是间歇性能源，能源密度低、不连续、不稳定r简易太阳能干燥虽投资少，但容量小，热效率低；而大简易太阳能干燥虽投资少，但容量小，热效率低；而大中型的投资大、占地面积大中型的投资大、占地面积大r太阳能干燥常需要与其它能源联合，如太阳能热泵，太太阳能干燥常需要与其它能源联合，如太阳能热泵，太阳能蒸汽，及太阳能炉气等形式，使干燥设备的总投阳能蒸汽，及太阳能炉气等形式，使干燥设备的总投资增加资增加r对太阳能干燥缺乏政府政策支持和宣传力度对太阳能干燥缺乏政府政策支持和宣传力
4、度第8页，共53页。7.2 太阳能干燥基本原理p干燥的基本概念干燥的基本概念p太阳能干燥的基本原理太阳能干燥的基本原理p物料的干燥特性物料的干燥特性第9页，共53页。7.2.1 干燥的基本概念n干燥干燥过程是利用热能使固体物料中的水分汽化并扩散到空气中去的过程第10页，共53页。（1）传导干燥）传导干燥 载热体载热体(如空气、烟道气等如空气、烟道气等)不与湿物料直接接触，而是通过不与湿物料直接接触，而是通过导热介质导热介质(如不锈钢如不锈钢)以传导的方式传给湿物料以传导的方式传给湿物料（2）对流干燥）对流干燥 对流干燥过程中载热体以对流方式与湿物料颗粒对流干燥过程中载热体以对流方式与湿物料颗粒
5、(或液滴或液滴)直直接接触，向湿物料对流传热，故对流干燥又称直接加热干燥。对流接接触，向湿物料对流传热，故对流干燥又称直接加热干燥。对流干燥的载热体同时又是载湿体。干燥的载热体同时又是载湿体。（3）辐射干燥）辐射干燥 热能以电磁波的形式向湿物料传递的辐射干燥热能以电磁波的形式向湿物料传递的辐射干燥（4）介电加热干燥）介电加热干燥 利用高频电场的交变作用加热湿物料的介电加热干燥利用高频电场的交变作用加热湿物料的介电加热干燥第11页，共53页。7.2.2 太阳能干燥的基本原理l 直接吸收太阳能并将它转换为热能 l 通过太阳集热器所加热的空气进行对流换热获得热能物料中水分逐步汽化并扩散到空气中去被干
6、燥物料被干燥物料干燥目的干燥目的第12页，共53页。7.2.3 物料的干燥特性l 物料内部特性物料内部特性包括被干燥物料的成分、结构、尺寸、形状、导热系数、比热容、含水量、水分与物料的结合形式等l 干燥介质物理特性干燥介质物理特性包括空气的温度、湿度、比热容和湿空气状态参数的变化规律掌握干燥过程中物料内部特性及干燥介质物理特性，掌握干燥过程中物料内部特性及干燥介质物理特性，确定合理干燥工艺，设计有效太阳能干燥器确定合理干燥工艺，设计有效太阳能干燥器第13页，共53页。（1）物料中所含的水分）物料中所含的水分n游离水分游离水分：存在于物料空隙或表面的水分，易于除去n物化结合水物化结合水：以一定的
7、物理化学结合力与物料结合起来的水分，较难除去n化学结合水分化学结合水分：按照一定数量或比例与化合物结合生成带结晶水的化合物中的水分，很难除去物料干燥过程与物料中所含水分的特征关系极大物料干燥过程与物料中所含水分的特征关系极大第14页，共53页。物料的平衡含水率平衡含水率，是指一定的物料在与一定参数的湿空气接触时，物料中最终含水量占此物料全部质量的百分比物料最终含水量物料全部质量100%含水率=（2）物料的平衡含水率）物料的平衡含水率平衡含水率平衡含水率最终含水量最终含水量最终干燥状态最终干燥状态第15页，共53页。第16页，共53页。从湿润物料中将单位质量的水分蒸发所需要的热量，称为物料干燥过
8、程的汽化热汽化热，单位为KJ/kgn汽化热随着物料含水率的降低而增大n汽化热随着干燥温度的升高而减小 p水分自身汽化消耗能量水分自身汽化消耗能量p克服水分子与物料表面的物化结合力消耗能量克服水分子与物料表面的物化结合力消耗能量（3）物料干燥过程的汽化热）物料干燥过程的汽化热第17页，共53页。第18页，共53页。（4）物料的干燥特性曲线）物料的干燥特性曲线r 预热干燥阶段预热干燥阶段r 恒速干燥阶段恒速干燥阶段r 减速干燥阶段减速干燥阶段n从恒速干燥阶段转为减速干燥阶段时的含水率，称为临界含水率（C点）n一般来说，物料的组织越致密，水分由内部向外部扩散的阻力越大，临界含水率值越高物料干燥特性曲
9、线物料干燥特性曲线第19页，共53页。（4）物料的干燥特性曲线）物料的干燥特性曲线rI 预热干燥阶段预热干燥阶段物料干燥特性曲线物料干燥特性曲线n热风将热量转移给物料表面n物料表面温度上升，物料水分蒸发速度随表面温度升高而增加，物料含水率减小第20页，共53页。（4）物料的干燥特性曲线）物料的干燥特性曲线rII 恒速干燥阶段恒速干燥阶段物料干燥特性曲线物料干燥特性曲线水分由物料内部向表面扩散的水分由物料内部向表面扩散的速度与表面蒸发的速度基本相速度与表面蒸发的速度基本相同，移入物料的热量完全消耗同，移入物料的热量完全消耗在水分的蒸发在水分的蒸发物料表面温度保持不变，含水率物料表面温度保持不变，
10、含水率随干燥时间成直线下降，干燥速随干燥时间成直线下降，干燥速度保持一定值度保持一定值第21页，共53页。（4）物料的干燥特性曲线）物料的干燥特性曲线rIII 减速干燥阶段减速干燥阶段物料干燥特性曲线物料干燥特性曲线水分的内部扩散速度低于表水分的内部扩散速度低于表面蒸发速度，使物料表面的面蒸发速度，使物料表面的含水率比内部低，移入物料含水率比内部低，移入物料的热量同时消耗在水分蒸发的热量同时消耗在水分蒸发及物料温度增高上及物料温度增高上物料温度升高，物料含水率物料温度升高，物料含水率减小减小第22页，共53页。7.3 太阳能干燥器分类l按物料接受太阳能的方式分类l按空气流动的动力类型分类l按干
11、燥器的结构型式分类n太阳能干燥器太阳能干燥器是将太阳能转换为热能以加热物料并使其最终达到干燥目的的完整装置第23页，共53页。1 按物料接受太阳能的方式分类r直接受热式太阳能干燥器直接受热式太阳能干燥器物料直接吸收太阳能r间接受热式太阳能干燥器间接受热式太阳能干燥器利用太阳集热器加热空气，再通过热空气与物料的对流换热干燥物料第24页，共53页。2 按空气流动的动力类型分类r主动式太阳能干燥器主动式太阳能干燥器需要由外加动力（风机）驱动进行r被动式太阳能干燥器被动式太阳能干燥器不需要由外加动力（风机）驱动进行第25页，共53页。3 按干燥器的结构型式分类r温室型：温室型：直接受热式、被动式直接受
12、热式、被动式(大多大多)r集热器型：集热器型：间接受热式、主动式（大多）间接受热式、主动式（大多）r集热器集热器-温室型：温室型：混合式、主动式混合式、主动式r整体式：整体式：合并式、主动式合并式、主动式r其他型式其他型式第26页，共53页。7.4 温室型太阳能干燥器l基本结构分析l工作过程分析l适用范围l应用实例分析第27页，共53页。（a）基本结构r隔热墙：北墙和东、西、南三面墙下半部，墙体为双层砖墙，夹有保温材料，内壁面涂抹黑色r透明玻璃r排气阀（排气烟筒）r进风口r玻璃盖板温室型太阳能干燥器结构示意图温室型太阳能干燥器结构示意图特点：集热部件与干燥室结合为一体特点：集热部件与干燥室结合
13、为一体第28页，共53页。（b）工作过程l 直接吸收太阳能并将它转换为热能 l 通过黑色内壁面所加热的空气进行对流换热获得热能物料中水分逐步汽化并扩散到空气中去被干燥物料被干燥物料干燥目的干燥目的第29页，共53页。p在排气烟囱处安装调节风门调节风门，控制干燥室的温度和湿度，使被干燥物料达到要求的含水率p安装风机风机，加快湿空气的排放速度，缩短物料的干燥周期p在顶部玻璃盖板下面增加一层或二层透明塑料薄膜透明塑料薄膜，利用各层间的空气提高保温性，减少太阳能干燥器顶部的热量损失第30页，共53页。（c）优缺点和适用范围w优点：优点：结构简单，建造容易，成本较低，可因地制宜结构简单，建造容易，成本较
14、低，可因地制宜w缺点：缺点：干燥器温升较小（干燥器温升较小（2030/1020），有时不），有时不足以在较短时间内使物料干燥到安全含水率以下足以在较短时间内使物料干燥到安全含水率以下r 温室型太阳能干燥器的优缺点温室型太阳能干燥器的优缺点w要求干燥温度较低的物料要求干燥温度较低的物料w允许接受阳光曝晒的物料允许接受阳光曝晒的物料r 适用范围适用范围应用温室型太阳能干燥器进行干燥的物料主要有：辣椒、黄花菜等多种蔬菜；红枣、桃、梅、葡萄等多种水果；棉花、兔皮、羊皮等多种农副产品；包装箱木材等工业产品第31页，共53页。（d）应用实例干燥红枣的温室型太阳能干燥示意图干燥红枣的温室型太阳能干燥示意图r
15、隔热墙：北墙和东、西、南三面墙隔热墙：北墙和东、西、南三面墙下半部，墙体为双层砖墙，夹有保下半部，墙体为双层砖墙，夹有保温材料，内壁面涂抹黑色温材料，内壁面涂抹黑色r玻璃玻璃r排气烟筒排气烟筒r进风口进风口r玻璃盖板：倾角玻璃盖板：倾角35r 工作过程工作过程p预热阶段预热阶段p排湿阶段排湿阶段第32页，共53页。7.5 集热器型太阳能干燥器l基本结构分析l工作过程分析l适用范围l应用实例分析第33页，共53页。（a）基本结构集热器型太阳能干燥器结构示意图集热器型太阳能干燥器结构示意图r空气集热器空气集热器r风机风机：将热空气送入干燥室r干燥室干燥室r管道管道r排气烟筒排气烟筒：排放湿空气r蓄
16、热器蓄热器：弥补太阳辐射的间歇性和不稳定性特点：太阳能空气集热器与干燥室两部分组成特点：太阳能空气集热器与干燥室两部分组成第34页，共53页。（b）工作过程 通过太阳集热器所加热的空气进行对流换热获得热能物料中水分逐步汽化并扩散到空气中去被干燥物料被干燥物料干燥目的干燥目的第35页，共53页。p在排气烟囱处安装调节风门调节风门，控制干燥室的温度和湿度，使被干燥物料达到要求的含水率p安装风机风机，加快湿空气的排放速度，缩短物料的干燥周期第36页，共53页。（c）优点和适用范围w空气集热器可将空气加热到空气集热器可将空气加热到6070，提高干燥温度，热，提高干燥温度，热空气温度可调节空气温度可调节
17、w风机强化对流换热，增强干燥效果，保证干燥质量风机强化对流换热，增强干燥效果，保证干燥质量r 集热器型太阳能干燥器的优点集热器型太阳能干燥器的优点w要求干燥温度较高的物料要求干燥温度较高的物料w不能接受阳光曝晒的物料不能接受阳光曝晒的物料r 适用范围适用范围应用集热器型太阳能干燥器进行干燥的物料主要有：鹿茸、切片黄芪等中药材；丝绵、烟叶、茶叶、挂面、腐竹、凉果、荔枝、龙眼、啤酒花等多种农副产品；木材、橡胶、陶瓷泥胎等多种工业原料和产品第37页，共53页。（d）应用实例1 铝刨花式空气集热器2 连接管道3 干燥室4 风机5 排气烟筒6 蒸汽暖气偏7 锅炉房干燥丝棉的集热器型太阳能干燥器示意图铝刨
18、花式空气集热器的横截面示意图1 岩棉板；岩棉板；2 密封压板；密封压板；3 玻璃盖板；玻璃盖板；4 铝刨花；铝刨花；5 底板底板第38页，共53页。（d）应用实例3456干燥陶瓷泥胎的集热器型太阳能干燥器示意图Y1 空气集热器Y2 干燥室Y3 风机Y4 入口风管Y5 支架Y6 出口风管Y7 控制台Y8 烘干架Y9 红外线灯Y10 照明灯第39页，共53页。7.6 集热器-温室型太阳能干燥器l基本结构分析l工作过程分析l适用范围l应用实例分析第40页，共53页。（a）基本结构r空气集热器：空气集热器：安装倾角与当安装倾角与当地地理纬度基本一致地地理纬度基本一致r干燥室：干燥室：结构与温室型干燥结
19、构与温室型干燥器相同器相同集热器-温室型太阳能干燥器示意图特点：在温室外，再增加空气集热器特点：在温室外，再增加空气集热器第41页，共53页。（b）工作过程l 直接吸收太阳能并将它转换为热能 l 通过太阳集热器所加热的空气进行对流换热获得热能物料中水分逐步汽化并扩散到空气中去被干燥物料被干燥物料干燥目的干燥目的第42页，共53页。（c）优点和适用范围w同时接收玻璃盖板和集热器的热量；同时接收玻璃盖板和集热器的热量；w可达较高的集热温度可达较高的集热温度r 集热器集热器-温室型太阳能干燥器的优点温室型太阳能干燥器的优点w含水率较高的物料含水率较高的物料w要求干燥温度较高的物料要求干燥温度较高的物
20、料w允许接受阳光曝晒的物料允许接受阳光曝晒的物料r 适用范围适用范围应用集热器-温室型太阳能干燥器进行干燥的物料主要有：桂圆、荔枝等果品；中药材、腊肠等农副产品；陶瓷泥胎等工业产品第43页，共53页。（d）应用实例Y1 空气集热器Y2 支架Y3 风机Y4 干燥室Y5 排气管Y6 回流管Y7 燃烧炉干燥果品的集热器-温室型太阳能干燥器示意图第44页，共53页。7.7 整体式太阳能干燥器l基本结构分析l工作过程分析l适用范围l应用实例分析第45页，共53页。（a）基本结构整体式太阳能干燥器结构示意图特点：特点：空气集热器与干燥室合并在一起，干燥室本身就是集热空气集热器与干燥室合并在一起，干燥室本身
21、就是集热器，干燥室高度低，空气容积小，热惯性小，空气升温迅速器，干燥室高度低，空气容积小，热惯性小，空气升温迅速r空气集热器空气集热器r干燥室干燥室第46页，共53页。（b）工作过程l 辐射换热：直接吸收太阳能并将它转化为热能l 对流换热：热空气与物料对流换热物料中水分逐步汽化并扩散到空气中去被干燥物料被干燥物料干燥目的干燥目的第47页，共53页。（c）优点和适用范围w热惯性小，温升迅速，温升保证率高热惯性小，温升迅速，温升保证率高w太阳能热利用效率高太阳能热利用效率高w通过采用单元组合布置，干燥器规模可大可小通过采用单元组合布置，干燥器规模可大可小w结构简单，投资较小结构简单，投资较小r 优
22、点优点应用整体式太阳能干燥器进行干燥的物料主要有：红枣、莲子、干果、香菇、木耳、中药材等农副产品第48页，共53页。（d）应用实例干燥干果的整体式太阳能干燥器结构示意图第49页，共53页。7.8 其他型式太阳能干燥器l聚光型太阳能干燥器l太阳能远红外干燥器l太阳能振动流化床干燥器第50页，共53页。（a）聚光型太阳能干燥器w聚光型空气集热器聚光型空气集热器w干燥温度高干燥温度高w结构复杂，造价较高，机械故障较多，操作管理结构复杂，造价较高，机械故障较多，操作管理不便不便r特点特点第51页，共53页。（b）太阳能远红外干燥器w远红外加热为辅助热源远红外加热为辅助热源r特点特点第52页，共53页。（c）太阳能振动流化床干燥器w利用振动流化床原理强化传热利用振动流化床原理强化传热r 特点特点第53页，共53页。
