一种基于热泵式循环流化床型杀青机

2020-10-29李超凡任怿

科学导报·学术 2020年43期

李超凡任怿

摘要：茶类产品是我国重要的农产品，用茶树的嫩叶炒制而成。如今的茶叶由手工炒制和机械炒制而成，手工炒制的茶叶质量好，但效率低，易碎，浪费原材料。原始机械杀青的炒制速度快，但茶叶质量低，且耗能较大。本产品利用热泵系统提供热源，并采用循环流化床型结构，使茶叶在热风中循环流动，干燥效率高，对茶叶损害较小，干燥效果明显，节能环保。

关键词：节能环保;热泵;循环流化床;旋风分离器;PLC控制系统

一、研究背景及其意义

1、研究背景

随着人们对茶类产品需求的逐年提高，制茶必然面临着升级换代。当今制茶方法主要有手工炒制和机械炒制。手工炒制的茶叶虽然质量好，但效率低，易碎，原材料浪费情况很严重;原始机械杀青炒制的速度虽快，但茶叶质量低，且耗能较大，同时对环境有一定的污染。

针对现有的杀青机，杀青过程茶叶含水量控制精度不高，热效率低，炒出茶叶质量不高，产品附加值低等问题，本产品以热泵作为热源，采用循环流化床型结构。热泵具有高效、清洁、无污染和方便、易控制等优点;流化床具有气固接触面积大、传热传质速率高、适合于散状物料干燥的特点。两者结合起来比较适合茶叶的烘干，节能环保，干燥效率高。有效解决了我国现有的茶叶加工技术含量低，质量不高，影响到产业的可持续发展等一系列问题。

2、国内外研究现状

从国内来看，品茶、喝茶已成为多数中国人的一种生活习惯。众所周知，新茶叶从树上采摘下来，需要进行炒制加工后才能上市。随着杀青设备的不断更新，半自动小型杀青机日渐普及，给广大茶农带来了便捷的杀青方式，因此采用全新的机械杀青方法便成为当前本行业提升竞争力的主要途径。

二、使用说明

热泵式循环流化床型杀青机工作原理如图1，整个系统通过旋风分离器与密闭循环风道，将热泵与循环流化床有机的结合在一起，使其成为一个高效节能的干燥系统。该系统的工作过程为：热泵产生的70℃-80℃的高温干燥空气，在循环风机的推动下进入循环流化床;在循环流化床中，高温干燥空气將茶叶吹起进行热湿交换，高温干燥空气吸收茶叶中的水分，并且与茶叶一起进入旋风分离器中进行气固分离;旋风分离器将茶叶与湿空气分离后，茶叶返回物料仓继续烘干;而分离后70℃-80℃的高温干燥空气变成60℃-70℃的中温湿空气，流经热泵蒸发器;在蒸发器中温湿空气被冷却到露点温度一下，使其析出从茶叶中水分，变成低温干燥空气，进入热泵冷凝器中;在热泵冷凝器中重新加热到70℃-80℃的高温干燥空气，在循环风机的推动下再次进入循环流化床，进行下一个循环。茶叶在物料仓中的循环流动与空气在密闭管道中的循环流动，实现茶叶的循环干燥，从而达到更高的干燥效率。

三、技术关键

1.热泵部分

本产品采用热泵系统提供热源，以逆循环方式迫使热量从低温空气流向高温空气，压缩机及风机等辅助设备消耗少量的电能，就可以得到较大的供热量，可以有效利用难以应用的低品位热能达到节能目的。

2.流化床部分

本产品采用循环流化床型结构，使茶叶悬浮于热风之中，从而使茶叶具有流体的某些特征，实现固体流态化。在气流速度大于茶叶的自由沉降速度下，茶叶进行流化，茶叶被气流带出，把空气与茶叶分离后，茶叶返回床层中进行再次循环。通过此方法可使茶叶在热风中循环流动，干燥效率高，对茶叶损害较小，干燥效果明显。

3.PLC控制系统

系统采用西门子企业的S7-1200 PLC作为主控制器，通过温湿度传感器采集实时温度和湿度并转换成模拟量信号，经模拟量温度混合模块采集经PLC，将温度和湿度的测量值分别与设定值进行比较并控制压缩机，冷凝器，回热器，循环风机，旋风分离器执行相应操作，计算机控制中心实现实时操作和显示系统状态。

四、创新性和先进性

1.本产品采用热泵为高温热源，可以有效节能，同时干燥效率高、干燥效果好。

2.本产品采用循环流化床型结构，使茶叶悬浮于热风之中，从而使茶叶具有流体的某些特征，实现固体流态化。与传统机械杀青机相比，通过此方法可使茶叶在热风中循环流动，茶叶与空气的热湿交换效率高、干燥效果明显，同时对茶叶损害较小、炒出的茶叶品质好。

3.本产品采用温湿度实时检测系统，在旋风分离器和热泵蒸发器的管道之间与热泵冷凝器各装有一个空气湿度检测装置，通过对经旋风分离器分离后空气的湿度实时检测，通过计算从而得到茶叶的湿度。

五、应用前景