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转筒式茶叶干燥烘干机转速优化
发布时间：2013-07-12 08:17 来源：未知
0、引言
茶是世界三大饮料之一，含有多种营养成分，是一种理想的保健饮料。中国是产茶大国，但存在市场开发不够和加工落后等问题。茶叶加工是影响茶叶质量的重要因素，干燥是茶叶加工过程中最关键的一道工序，其目的除了使茶叶含水率降至5%以下便于运输以外，还具有进一步形成茶叶特有的色、香、味的作用。茶叶干燥包括热风干燥和辐射干燥两种形式．目前，传统的茶叶脱水形式以热风干燥为主，所用设备多为干燥箱。脱水过程不仅手工操作环节多、生产效率低、能耗高，而且产品色泽差、档次低，已不能满足人们对茶叶的质量要求。由于转筒式干燥烘干机具有结构简单、造价低廉和制造简单等特点，中小型茶叶加工厂多采用该机进行干燥。茶叶的干燥质量与转筒式干燥烘干机的转速有直接关系，因此研究该机的最佳转筒转速很有必要。该文结合茶叶在转筒式茶叶干燥烘干机中工作的动力学与运动轨迹的分析，建立数学模型求解转筒最佳转速，采用步进电机较精确控制转筒的转速，应用试验结果验证理论分析的合理性，富通新能源生产销售木屑颗�；⒛拘计魇胶娓苫壬镏嗜剂铣尚�、烘干机械设备。
1、转筒式茶叶干燥烘干机的工作原理
1.1干燥烘干机运动简图
转筒式茶叶干燥烘干机由步进电机、皮带、电气控制系统和内螺旋转筒等组成。转筒式干燥烘干机运动简图如图l所示：步进电机1通过皮带驱动皮带轮4转动，皮带轮和摩擦传动轮3通过摩擦力使转筒转动。在转筒下端加热，使转筒均匀受热，对转筒中的茶叶进行干燥。步进电机由电气系统控制，有助于提高转筒转速的精度．
1.2工作原理
预处理后的茶叶，经送料装置进入转筒内。转筒转动后，筒内的茶叶随转筒转动而上下翻动。茶叶运动到最高点落下时，由于茶叶与转筒壁接触时传热，茶叶内的水分蒸发通过茶叶的毛细管排出，使水分脱离茶叶，达到茶叶脱水干燥的目的。茶叶干燥过程中要求传热快，温度均匀，但茶叶温度有一个短时急速升高的过程，单位时间脱水量逐渐增加，直至达到热动平衡。达到热动平衡后，茶叶所吸热量主要用于自由水的脱水，干燥速率达到恒定值，茶叶温度趋于相对平衡。等茶叶干燥达到含水率要求后，将茶叶通过出料装置取出。
2、茶叶在转筒中的动力学分析及最佳转速确定
茶叶在转筒中运动时，受到摩擦力和重力的作用，茶叶被带到一定的高度后自由下落，均匀受热的筒体把热量传给茶叶散发水分，达到干燥的目的。如果筒体转速太快，茶叶由于离心力的作用始终随筒壁做圆周运动，茶叶不易抛撒，这样不利于茶叶水蒸汽散发，使茶叶带有一定的水闷气而影响茶叶的质量和干燥效果；转速太慢，由于茶叶重力的作用，茶叶未能运动到一定的高度就沿筒壁自动下滑，虽然能起到一定的搓条作用，但茶叶仍不能抛撒到空中，水分不能尽快排除，同样影响茶叶的品质和干燥的速度。经分析可知，转筒转速太快或太慢都会影响到茶叶的品质和干燥效果，并且热量有效利用率均很低。因此，对转筒的最佳转速进行探讨和研究很有必要。
茶叶在转筒中的动力学分析
由于摩擦力、重力、离心力和筒壁对于茶叶法向反作用力的关系，使得茶叶与筒壁一起作匀速圆周运动。同时，茶叶不断地在筒壁处转动。当筒体的转速适度时，茶叶随筒壁到了一定高度，由于其重力的作用，茶叶便开始脱离筒壁作斜抛运动，茶叶自身携带的水蒸汽便在抛射的过程中散发在简体空间，而不会产生水闷气。同时茶叶与筒壁的接触过程中，由于自身的转动，而形成条索的紧结。由于筒体做圆周运动，使茶叶的这种抛射和转动周而复始地进行，达到了干燥和紧条的目的。
3、转筒转速对茶叶品质的影响试验
3.1试验材料及设备
试验材料为绿茶茶坯。试验设备为浙江富阳茶机厂生产的50型转筒式茶叶干燥烘干机(R 0.5 m)；水分检测仪为杭州大吉光电仪器有限公司生产的SH10A型茶叶水分快速测定仪。
3.2试验茶评价指标
茶叶科学研究离不开试验茶的感官审评，该试验中将试验茶的审评结果作为该实验的评价指标。试验采用绿茶为试验茶，取外形、香气、滋味、汤色、叶底五因子为评价指标，其权数分别为20%，30%，30%，10%，10%。
3.3试验方法
试验中采用感官评分法对茶叶的干燥效果进行评价，感官评分法是审评人员用感官来鉴别茶叶品质的过程。即按GB/ T23776-2009标准规定的方法，审评人员运用正常的视觉、嗅觉、味觉和触觉的辨别能力，对茶叶产品的外形、汤色、香气、滋味与叶底等品质因子进行审评，从而达到鉴定茶叶品质的目的。试验中由10位己获得国家职业资格的评茶员组成品质评定小组，采用密码审评方式，按照GB/ T23776-2009茶叶感官审评方法规定进行评分后计算加权平均值。将含水率为25%～30%的绿茶茶坯，在转筒热风温度为220～245℃，投叶量为10 kg，干燥时间均为25 min条件下，根据转筒转动的不同转速对茶叶进行干燥，当茶叶含水率达到5%以下时进行取样，采用感官评分法对茶叶的五项指标进行评分并与干燥前的茶叶比较质量的差异。
3.4结果与分析
试验结果如表1所示。
由表1可得到，当转筒的转速为40 r/min时，茶叶干燥的效果最佳，验证了理论分析是合理准确的�？悸堑绞导噬械目刂凭任侍�，确定转筒转速为35～40 r/min为宜。当干燥烘干机转筒转速在35～40r/min时干燥得到的茶叶与干燥前比较，质量有较大提高，茶叶干燥前后的比较结果见表2。
审评结果表明：干燥后绿茶的汤色与叶底色泽略加深，但香气与滋味比干燥前均得到较大的改善，表现为青草气消失，出现良好的板栗香气；滋味更加柔和协调，并出现回甘的滋味特点。同时，茶叶的紧条效果也得到较大改善，可见茶叶在转筒的最佳转速时干燥，茶叶的品质有明显提高。
4、结论
1)该文对转筒式茶叶干燥烘干机的茶叶进行动力学和运动轨迹进行分析的基础上，根据茶叶在转筒中有效干燥最大时间和最长轨迹建立了数学模型，求得转筒的最佳转速分别为32 r/min和40 r/min。综合考虑实际情况，当转筒转速在35—40 r/min时，茶叶的干燥效果最好．且热能的有效利用率最高。
2)试验证明：当转筒转速在40 r/min时，茶叶的干燥效果最佳�？悸堑绞导士刂凭龋沧僭�35～40 r/min时茶叶的干燥质量较好。干燥后的茶叶与干燥前相比，色、香、味均有较大提高。试验结果与理论相符，验证了理论分析是合理的。
3)该文转筒的最佳转速研究是针对茶叶稳定加热阶段的转速，而在茶叶在预热和后处理阶段，转筒的转速应按实际进行调整。按各干燥阶段的要求，精确控制各阶段的转筒转速，茶叶品质会进一步改善。
