
本論文在研究了白果物理力學特性和白果熱風干燥特性的基礎上,提出了白果脫殼工藝路線;設計了一臺滾筒-柵條式白果脫殼機,并進行了脫殼和清選性能試驗;利用響應面分析法分析了熱風溫度、熱風速度、裝載量對干燥品質的綜合影響,滾筒轉速、滾筒直徑、柵條間隙對脫殼率、破仁率的影響,以及喂入量、風速、出風口傾角對損失率和清潔率的影響;采用函數期望尋優法對脫殼機的結構參數進行了優化。
取得的主要研究結論如下:
(1)白果熱干燥過程主要集中在恒速和降速干燥兩個階段,升速不明顯。在試驗范圍內,熱風溫度、裝載量對失水速率影響均顯著而熱風風速影響不顯著,熱風溫度對失水速率影響最大,熱風風速影響最小。經擬合發現白果熱風干燥過程符合Page模型。
(2)通過對白果傳熱系數的計算可知:白果熱風干燥條件下的擴散系數大約在(0.492~2.158)×10~(-6)m~2/s范圍內,擴散系數隨著氣體溫度的升高及風速的增加而增加。白果熱風薄層干燥的活化能在(21.816~33.811) kJ/mol,這與其組織結構、形狀、大小及組成等因素有關。
(3)通過本項目研究發現:熱風溫度、裝載量和風速對白果熱風干燥平均能耗、平均干燥速率、蛋白質保存率以及感官評分等評價指標有極顯著影響,而且不同干燥因素對不同干燥評價指標的影響程度也不同。利用多目標非線性優化分析及函數期望尋優法對干燥工藝進行優化,得到白果熱風干燥最佳工藝參數組合,即熱風溫度為68℃、熱風速度為1.15m/s及裝載量為15.58kg/m~2。此時平均能耗為11.86kW.h/kg、平均干燥速率為9.77%/h、蛋白質保存率為90.30%、感官評分為8.57分。
(4)對白果壓縮力學試驗研究可知:含水率、施壓方向對破碎力、變形量及能耗有極顯著影響(P0.10)。破碎力、變形量及能耗與白果含水率之間存在二次非線性的函數關系。經過正交試驗多重比較分析可知:銀杏施壓方向、施壓速率、銀杏含水率與白果綜合評分均為顯著相關,要使銀杏壓縮脫殼質量最佳時,最優水平組合為銀杏施壓方向為Y向、擠壓速率為55mm/min、含水率23.72%。
(5)采用滾筒-柵條式對白果進行脫殼試驗可知在:試驗范圍內,白果脫殼率和破仁率隨著轉子轉速和滾筒直徑的增加而逐漸增大,隨著柵條間隙的增大而減小。對脫殼率的影響強度依次是:轉子轉速滾筒直徑柵條間隙。對破仁率的影響強度依次是:滾筒直徑轉子轉速柵條間隙。通過多目標優化法脫殼裝置最優組合:轉子速度為180r/min、滾筒直徑為182mm、柵條間隙為10.5mm,此時,銀杏脫殼率為92.80%,破仁率為8.10%。能夠滿足白果脫殼工藝的要求。
(6)通過本項目試驗結果表明,建立了喂入量A、風速B、出風口傾角C對損失率Y_1和清潔率Y_2的二次多項式回歸模型。損失率Y_1的二次多項式回歸模型:Y_1=5.69+0.60A+6.99B-0.95C+1.00AB-0.63AC-0.32BC-0.30A~2+4.79B~2-1.23C~2。并由各影響因素的貢獻率可知:在試驗范圍內各結構參數對損失率的影響強度次序為:風速出風口的傾角喂入量。清潔率Y_2的二次多項式回歸模型:Y_2=95.32-0.40A+3.54B-0.77C-1.20AB-0.20AC+0.37BC-0.55A~2-1.63B~2-0.25C~2。并由各影響因素的貢獻率可知:在試驗范圍內各結構參數對清潔率的影響強度次序為:風速喂入量出風口的傾角。
(7)采用多目標函數優化得出白果最佳組合條件為:喂入量為270kg/h、風速為9.3m/s、出風口傾角為17°,此時可得:損失率為1.68%、清潔率為95.68%。能夠滿足白果脫殼后清選工藝的要求。
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