转轮除湿机在巧克力工厂的应用分析

张文庆 邹同华 任成林

摘 要：随着科学技术发展水平和产品品质的不断提升，温湿度的精确控制显得越发重要。在食品行业中，特别是粉剂类对温度、湿度的要求都特别高，实现温湿度的独立控制对这类行业有着重要意义。本研究以天津一巧克力工厂的温湿度控制为例，来阐述转轮除湿机在食品行业中的重要作用。

关键词：转轮除湿;食品加工;温湿度控制

中图分类号：TU834.9   文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）2-0051-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.02.012

Application Analysis of Rotary Dehumidifier in Chocolate Factory

ZHANG Wenqing1    ZOU Tonghua1    REN Chenglin2

（1.Tianjin Key Laboratory of Refrigeration Technology， Tianjin University of Commerce， Tianjin 300134，China;2.Tianjin Chengchen Technology Development Co. ， Ltd.，Tianjin 300350，China）

Abstract：With the development of science and technology， the quality of products is constantly improving， the precise control of temperature and humidity is becoming more and more important. In the food industry， especially powder， the demand of temperature and humidity is especially high， so it is very important to realize the independent control of temperature and humidity. Taking the temperature and humidity control of a chocolate factory in Tianjin as an example， this paper expounds the important role of Rotary dehumidifier in food industry.

Keywords：wheel dehumidification; food processing;temperature and humidity control

0 引言

在巧克力生產的工艺流程中，空气的温湿度对其有着非常重要的影响。传统的空调冷冻除湿并不能够满足部分食品加工过程所需的湿度要求，而转轮除湿却能够很好地实现对温度和湿度的独立控制。近年来，随着国家对食品安全的重视以及大众对食品品质要求的提升，转轮除湿在食品加工方面的应用也越来越普遍。

1 转轮除湿机简介

1.1 转轮除湿机的原理

转轮除湿机中最主要的部件就是除湿转轮，其使用的是活性硅胶与陶瓷纤维复合而成的材料。除湿转轮的吸湿原理是：当处理空气经过转轮时，处理空气中的水蒸气分压力要小于转轮中硅胶材料的水蒸气分压力，则在压差的作用下水分被吸入转轮，从而使空气变干燥。除湿转轮再生原理则相反，给转轮通高温热风，水分会从转轮被带到空气中，转轮实现脱附再生[1-3]。转轮除湿机的原理是：转轮除湿机的除湿转轮分为两个区域，分别是处理区与再生区，两者的分区比例一般为3∶1，其运行原理如图1所示。除湿转轮匀速且缓慢地转动，转速一般为12 r/h左右，被处理的空气先经初效过滤器进入转轮（过滤器与转轮之间设置前表冷器，给进入转轮的空气进行预冷以达到更好的除湿效果），通过转轮的处理区后，空气变干燥，干燥空气被处理风机送至干燥间[4]。空气水分在处理区被除湿转轮带走，而转轮的吸湿能力也会下降，为使其恢复吸湿能力，转轮在驱动电机的作用下缓慢转动到再生区，在再生区内会有与处理风方向相反的再生风吹过，再生风的温度一般为120～140 ℃。以此来将转轮中的水分带到室外，转轮的吸湿能力得到恢复，再生过程完成，这样周而复始，使除湿机具有持续稳定的除湿能力[5]。

转轮除湿机组如图2所示。对于除湿机除湿量的调节一般可从以下两方面进行[6-7]：一是控制风量（过转轮）;二是控制再生温度。当需求的除湿量增大时，可以减小旁通风阀开度，增大过转轮的风量，或者相应地增大再生温度;反之，当需求的除湿量减少时，则可以增大旁通风阀开度或者是相应地降低再生温度[8]。

1.2 转轮除湿的优劣势

1.2.1 转轮除湿的优势。转轮除湿机的主要优点是：转轮除湿机具备良好的持续工作能力，除湿量大，湿度独立控制且控制精准;除湿效果显著，除湿能力是冷冻除湿机难以达到的，甚至超低露点转轮除湿都可以做到[9];除湿转轮性能高效稳定，其运行简便易操作，机器的安装与维护也很简便[10]。

1.2.2 转轮除湿目前存在的劣势。为实现除湿转轮的循环使用，必须维持转轮的吸湿能力，需要提供大量热量来使转轮完成脱附再生过程，并且所需的温度较高，因此转轮除湿机组的能耗很大[11]。另外，转轮除湿机组体型较大，比较占用空间。

1.3 巧克力生产工艺

巧克力生产工艺如图3[12-13]所示。

1.3.1 预处理。巧克力生产过程中需要对可可液块、可可脂和砂糖进行处理。

①对可可液块和可可脂的处理：升高温度，将固态的可可液塊、可可脂熔化，且熔化后的温度最好不要超过60 ℃。

②对砂糖的处理：砂糖的颗粒较大，因此要将砂糖磨成粉才能够进入精磨工序。

1.3.2 物料精磨与精炼。在对物料的精磨过程中，要将温度保持在40～50 ℃，物料被机器挤压、摩擦，颗粒变小，每种物料的精磨时间应为16～22 h。各种物料经过精磨这道工序之后，颗粒会变小，但棱角突起很多，形状上也很不规则，这样会影响产品的口感。因此，精磨之后的物料要进入精炼工序，变小的物料颗粒会在此过程中发生一系列物理变化，同时也有化学变化产生，物料表面会变光滑，液态油脂将颗粒包裹，高度乳化[14-15]。

1.3.3 调温与浇膜成型。温度对巧克力生产的每道工序都有影响，因此，调温是生产过程中的重要一环，它影响着产品的成型、成品的外观以及产品的口感等。

巧克力的物料经过调温后，要尽快进行浇膜成型，期间，要进行降温操作，使巧克力在模型中冷却凝固，以形成相应的巧克力形状。

1.3.4 包装与储存。首先，巧克力的包装必须紧密，可以防止巧克力在贮存和销售过程中吸收水分，保护产品的内在质量，而且良好的包装可以保护产品不变形，防止香味挥发。其次，巧克力制品的贮存环境必须保持干燥，储藏巧克力的环境相对湿度不宜超过50%。再次，巧克力的储藏环境必须保持清洁，定期通风，以清除环境中的不良气味，并且要定期杀菌、消毒，还要防虫鼠。

2 转轮除湿机应用案例分析

2.1 项目要求

项目所在地为天津一巧克力生产加工工厂，巧克力生产车间要求如表1。

不同车间的空气参数要求不同，个别车间的空气参数要求更高。例如，夹心巧克力车间所需的温度约为15 ℃，湿度控制在28%左右。

2.2 需要解决的问题

工厂原本采用的是空调加冷冻除湿机的方案来控制车间的温度与湿度，然而这种方案温度没有太大问题，但是在夏季，车间的湿度久高不下，使得巧克力生产过程中容易“起霜”，产品黏度变大，导致产品生产过程中产品的质量以及成品率严重下降，严重制约了工厂的生产效率。

2.3 设计依据

①外部气候条件

a.夏季平均

干球温度：33 ℃

相对湿度：78%

焓值：98.9 kJ/kg干空气

绝对含湿量：25.6 g/kg干空气

b.冬季平均

干球温度：-11 ℃

相对湿度：53%

焓值：-8.9 kJ/kg干空气

绝对含湿量：0.9 g/kg干空气

②显热负荷

围护结构的显热负荷：20～23 W/m2

③人员负荷

热负荷：138 W（站立中度工作量）

湿负荷：150 g/h

④新风

满足每人≥30 m3/h

经计算得：

车间冷负荷：231.84 kW

车间湿负荷：51.878 kg/h

拟定机组送风量：100 000 m3/h

2.4 方案及效果

2.4.1 实施方案。根据巧克力厂家的要求及条件，除湿机的送风量为100 000 m3/h，因此为厂家提供的方案是2台相同的50 000 m3/h风量的转轮除湿机组（新风∶一次回风∶二次回风=1∶1∶8），同时转轮除湿机组配置了初、中效过滤器，满足车间净化等级，保证和提升产品品质。巧克力厂家给出的湿度要求不是很高，因此采用二次回风的方式，并且厂家可以提供蒸汽，转轮除湿机组的再生加热方式采用蒸汽加热，同时，表冷器通7 ℃的冷水（转轮除湿机配相应冷水机组）。给出的设计方案如图4所示，其中前加热的作用是防止冬季开启转轮除湿机时空气温度过低流经表冷器而冻裂水管，后表冷与后加热是为了满足对干燥室温度的调节。相关换热器及电气参数如表2和表3所示。

2.4.2 实施效果及对比。从空气参数上进行比较，使用转轮除湿机前，工厂普通车间的空气参数为温度22 ℃，相对湿度55%以上;夹心巧克力车间的空气参数为温度15 ℃，相对湿度50%以上，含水量6 g/kg左右，相对湿度降不下来。使用转轮除湿机组后对应的参数分别是温度22 ℃、相对湿度30%，夹心车间对应参数是温度15 ℃、相对湿度28%、含水量3 g/kg，其中相对湿度还能更低，并且机组可以稳定且长期保证生产车间的空气参数要求。

从产品的生产效率上进行比较，巧克力的成型效率从之前的成型需5 h加快到了成型需2 h，成型效率大大提高，并且产品的干燥时长也大大缩短，产品“起霜”情况明显减少，黏度变小，使产品的生产效率与品质都得到了极大的提高。

3 结语

以往，工作间只使用空调或者冷冻除湿机，只能保证巧克力生产的温度要求，空调与冷冻除湿机的除湿效果难以达到生产巧克力制品的要求，这就使得在夏秋季节，工厂的空气湿度比较大，导致在夏秋季节生产出来的产品成型困难，黏度较大，物料可能会黏在一起，大大降低了产品的品质。同时，产品的成型时间也相应增加，干燥时长也会增加，因此只能在冬季或者春季进行正常生产，这也严重限制了工厂的生产效率。

对转轮除湿机在相关产业的应用，总结为以下几点。

①转轮除湿机能够很好地满足食品厂对湿度的要求，并且效果良好且持续稳定。

②目前，转轮除湿机在食品行业的应用并不是特别普及，不过从应用趋势来看，转轮除湿机对相关食品领域的应用前景还是十分广阔的。

③转轮除湿机因为其较高的再生能耗以及相关费用限制了其应用，解决转轮除湿机能耗大问题尤为关键。

转轮除湿可以达到普通的冷冻除湿机和空调难以达到的低湿要求，对于对空气湿度有较高要求的工厂或者手术室、锂电行业、精密电子厂等有着很好的应用。目前，随着发展水平的提高，相关行业的生产者对湿度的要求必然会更高且更精准，转轮除湿能够达到人们生产所需的湿度要求，并且效果显著，因此，转轮除湿机的应用前景也将越来越广泛，其市场竞争力也将越来越好。

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