轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)在巧克力工廠的應(yīng)用分析

張文慶 鄒同華 任成林

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平和產(chǎn)品品質(zhì)的不斷提升，溫濕度的精確控制顯得越發(fā)重要。在食品行業(yè)中，特別是粉劑類對(duì)溫度、濕度的要求都特別高，實(shí)現(xiàn)溫濕度的獨(dú)立控制對(duì)這類行業(yè)有著重要意義。本研究以天津一巧克力工廠的溫濕度控制為例，來闡述轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)在食品行業(yè)中的重要作用。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)輪除濕;食品加工;溫濕度控制

中圖分類號(hào)：TU834.9 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：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(chǎn)的工藝流程中，空氣的溫濕度對(duì)其有著非常重要的影響。傳統(tǒng)的空調(diào)冷凍除濕并不能夠滿足部分食品加工過程所需的濕度要求，而轉(zhuǎn)輪除濕卻能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和濕度的獨(dú)立控制。近年來，隨著國家對(duì)食品安全的重視以及大眾對(duì)食品品質(zhì)要求的提升，轉(zhuǎn)輪除濕在食品加工方面的應(yīng)用也越來越普遍。

1 轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)簡介

1.1 轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的原理

轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)中最主要的部件就是除濕轉(zhuǎn)輪，其使用的是活性硅膠與陶瓷纖維復(fù)合而成的材料。除濕轉(zhuǎn)輪的吸濕原理是：當(dāng)處理空氣經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時(shí)，處理空氣中的水蒸氣分壓力要小于轉(zhuǎn)輪中硅膠材料的水蒸氣分壓力，則在壓差的作用下水分被吸入轉(zhuǎn)輪，從而使空氣變干燥。除濕轉(zhuǎn)輪再生原理則相反，給轉(zhuǎn)輪通高溫?zé)犸L(fēng)，水分會(huì)從轉(zhuǎn)輪被帶到空氣中，轉(zhuǎn)輪實(shí)現(xiàn)脫附再生[1-3]。轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的原理是：轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的除濕轉(zhuǎn)輪分為兩個(gè)區(qū)域，分別是處理區(qū)與再生區(qū)，兩者的分區(qū)比例一般為3∶1，其運(yùn)行原理如圖1所示。除濕轉(zhuǎn)輪勻速且緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速一般為12 r/h左右，被處理的空氣先經(jīng)初效過濾器進(jìn)入轉(zhuǎn)輪（過濾器與轉(zhuǎn)輪之間設(shè)置前表冷器，給進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的空氣進(jìn)行預(yù)冷以達(dá)到更好的除濕效果），通過轉(zhuǎn)輪的處理區(qū)后，空氣變干燥，干燥空氣被處理風(fēng)機(jī)送至干燥間[4]?？諝馑衷谔幚韰^(qū)被除濕轉(zhuǎn)輪帶走，而轉(zhuǎn)輪的吸濕能力也會(huì)下降，為使其恢復(fù)吸濕能力，轉(zhuǎn)輪在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用下緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到再生區(qū)，在再生區(qū)內(nèi)會(huì)有與處理風(fēng)方向相反的再生風(fēng)吹過，再生風(fēng)的溫度一般為120～140 ℃。以此來將轉(zhuǎn)輪中的水分帶到室外，轉(zhuǎn)輪的吸濕能力得到恢復(fù)，再生過程完成，這樣周而復(fù)始，使除濕機(jī)具有持續(xù)穩(wěn)定的除濕能力[5]。

轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組如圖2所示。對(duì)于除濕機(jī)除濕量的調(diào)節(jié)一般可從以下兩方面進(jìn)行[6-7]：一是控制風(fēng)量（過轉(zhuǎn)輪）;二是控制再生溫度。當(dāng)需求的除濕量增大時(shí)，可以減小旁通風(fēng)閥開度，增大過轉(zhuǎn)輪的風(fēng)量，或者相應(yīng)地增大再生溫度;反之，當(dāng)需求的除濕量減少時(shí)，則可以增大旁通風(fēng)閥開度或者是相應(yīng)地降低再生溫度[8]。

1.2 轉(zhuǎn)輪除濕的優(yōu)劣勢(shì)

1.2.1 轉(zhuǎn)輪除濕的優(yōu)勢(shì)。轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)具備良好的持續(xù)工作能力，除濕量大，濕度獨(dú)立控制且控制精準(zhǔn);除濕效果顯著，除濕能力是冷凍除濕機(jī)難以達(dá)到的，甚至超低露點(diǎn)轉(zhuǎn)輪除濕都可以做到[9];除濕轉(zhuǎn)輪性能高效穩(wěn)定，其運(yùn)行簡便易操作，機(jī)器的安裝與維護(hù)也很簡便[10]。

1.2.2 轉(zhuǎn)輪除濕目前存在的劣勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)除濕轉(zhuǎn)輪的循環(huán)使用，必須維持轉(zhuǎn)輪的吸濕能力，需要提供大量熱量來使轉(zhuǎn)輪完成脫附再生過程，并且所需的溫度較高，因此轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組的能耗很大[11]。另外，轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組體型較大，比較占用空間。

1.3 巧克力生產(chǎn)工藝

巧克力生產(chǎn)工藝如圖3[12-13]所示。

1.3.1 預(yù)處理。巧克力生產(chǎn)過程中需要對(duì)可可液塊、可可脂和砂糖進(jìn)行處理。

①對(duì)可可液塊和可可脂的處理：升高溫度，將固態(tài)的可可液塊、可可脂熔化，且熔化后的溫度最好不要超過60 ℃。

②對(duì)砂糖的處理：砂糖的顆粒較大，因此要將砂糖磨成粉才能夠進(jìn)入精磨工序。

1.3.2 物料精磨與精煉。在對(duì)物料的精磨過程中，要將溫度保持在40～50 ℃，物料被機(jī)器擠壓、摩擦，顆粒變小，每種物料的精磨時(shí)間應(yīng)為16～22 h。各種物料經(jīng)過精磨這道工序之后，顆粒會(huì)變小，但棱角突起很多，形狀上也很不規(guī)則，這樣會(huì)影響產(chǎn)品的口感。因此，精磨之后的物料要進(jìn)入精煉工序，變小的物料顆粒會(huì)在此過程中發(fā)生一系列物理變化，同時(shí)也有化學(xué)變化產(chǎn)生，物料表面會(huì)變光滑，液態(tài)油脂將顆粒包裹，高度乳化[14-15]。

1.3.3 調(diào)溫與澆膜成型。溫度對(duì)巧克力生產(chǎn)的每道工序都有影響，因此，調(diào)溫是生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，它影響著產(chǎn)品的成型、成品的外觀以及產(chǎn)品的口感等。

巧克力的物料經(jīng)過調(diào)溫后，要盡快進(jìn)行澆膜成型，期間，要進(jìn)行降溫操作，使巧克力在模型中冷卻凝固，以形成相應(yīng)的巧克力形狀。

1.3.4 包裝與儲(chǔ)存。首先，巧克力的包裝必須緊密，可以防止巧克力在貯存和銷售過程中吸收水分，保護(hù)產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，而且良好的包裝可以保護(hù)產(chǎn)品不變形，防止香味揮發(fā)。其次，巧克力制品的貯存環(huán)境必須保持干燥，儲(chǔ)藏巧克力的環(huán)境相對(duì)濕度不宜超過50%。再次，巧克力的儲(chǔ)藏環(huán)境必須保持清潔，定期通風(fēng)，以清除環(huán)境中的不良?xì)馕?，并且要定期殺菌、消毒，還要防蟲鼠。

2 轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)應(yīng)用案例分析

2.1 項(xiàng)目要求

項(xiàng)目所在地為天津一巧克力生產(chǎn)加工工廠，巧克力生產(chǎn)車間要求如表1。

不同車間的空氣參數(shù)要求不同，個(gè)別車間的空氣參數(shù)要求更高。例如，夾心巧克力車間所需的溫度約為15 ℃，濕度控制在28%左右。

2.2 需要解決的問題

工廠原本采用的是空調(diào)加冷凍除濕機(jī)的方案來控制車間的溫度與濕度，然而這種方案溫度沒有太大問題，但是在夏季，車間的濕度久高不下，使得巧克力生產(chǎn)過程中容易“起霜”，產(chǎn)品黏度變大，導(dǎo)致產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的質(zhì)量以及成品率嚴(yán)重下降，嚴(yán)重制約了工廠的生產(chǎn)效率。

2.3 設(shè)計(jì)依據(jù)

①外部氣候條件

a.夏季平均

干球溫度：33 ℃

相對(duì)濕度：78%

焓值：98.9 kJ/kg干空氣

絕對(duì)含濕量：25.6 g/kg干空氣

b.冬季平均

干球溫度：-11 ℃

相對(duì)濕度：53%

焓值：-8.9 kJ/kg干空氣

絕對(duì)含濕量：0.9 g/kg干空氣

②顯熱負(fù)荷

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的顯熱負(fù)荷：20～23 W/m2

③人員負(fù)荷

熱負(fù)荷：138 W（站立中度工作量）

濕負(fù)荷：150 g/h

④新風(fēng)

滿足每人≥30 m3/h

經(jīng)計(jì)算得：

車間冷負(fù)荷：231.84 kW

車間濕負(fù)荷：51.878 kg/h

擬定機(jī)組送風(fēng)量：100 000 m3/h

2.4 方案及效果

2.4.1 實(shí)施方案。根據(jù)巧克力廠家的要求及條件，除濕機(jī)的送風(fēng)量為100 000 m3/h，因此為廠家提供的方案是2臺(tái)相同的50 000 m3/h風(fēng)量的轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組（新風(fēng)∶一次回風(fēng)∶二次回風(fēng)=1∶1∶8），同時(shí)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組配置了初、中效過濾器，滿足車間凈化等級(jí)，保證和提升產(chǎn)品品質(zhì)。巧克力廠家給出的濕度要求不是很高，因此采用二次回風(fēng)的方式，并且廠家可以提供蒸汽，轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組的再生加熱方式采用蒸汽加熱，同時(shí)，表冷器通7 ℃的冷水（轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)配相應(yīng)冷水機(jī)組）。給出的設(shè)計(jì)方案如圖4所示，其中前加熱的作用是防止冬季開啟轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)時(shí)空氣溫度過低流經(jīng)表冷器而凍裂水管，后表冷與后加熱是為了滿足對(duì)干燥室溫度的調(diào)節(jié)。相關(guān)換熱器及電氣參數(shù)如表2和表3所示。

2.4.2 實(shí)施效果及對(duì)比。從空氣參數(shù)上進(jìn)行比較，使用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)前，工廠普通車間的空氣參數(shù)為溫度22 ℃，相對(duì)濕度55%以上;夾心巧克力車間的空氣參數(shù)為溫度15 ℃，相對(duì)濕度50%以上，含水量6 g/kg左右，相對(duì)濕度降不下來。使用轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)組后對(duì)應(yīng)的參數(shù)分別是溫度22 ℃、相對(duì)濕度30%，夾心車間對(duì)應(yīng)參數(shù)是溫度15 ℃、相對(duì)濕度28%、含水量3 g/kg，其中相對(duì)濕度還能更低，并且機(jī)組可以穩(wěn)定且長期保證生產(chǎn)車間的空氣參數(shù)要求。

從產(chǎn)品的生產(chǎn)效率上進(jìn)行比較，巧克力的成型效率從之前的成型需5 h加快到了成型需2 h，成型效率大大提高，并且產(chǎn)品的干燥時(shí)長也大大縮短，產(chǎn)品“起霜”情況明顯減少，黏度變小，使產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與品質(zhì)都得到了極大的提高。

3 結(jié)語

以往，工作間只使用空調(diào)或者冷凍除濕機(jī)，只能保證巧克力生產(chǎn)的溫度要求，空調(diào)與冷凍除濕機(jī)的除濕效果難以達(dá)到生產(chǎn)巧克力制品的要求，這就使得在夏秋季節(jié)，工廠的空氣濕度比較大，導(dǎo)致在夏秋季節(jié)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品成型困難，黏度較大，物料可能會(huì)黏在一起，大大降低了產(chǎn)品的品質(zhì)。同時(shí)，產(chǎn)品的成型時(shí)間也相應(yīng)增加，干燥時(shí)長也會(huì)增加，因此只能在冬季或者春季進(jìn)行正常生產(chǎn)，這也嚴(yán)重限制了工廠的生產(chǎn)效率。

對(duì)轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)在相關(guān)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，總結(jié)為以下幾點(diǎn)。

①轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)能夠很好地滿足食品廠對(duì)濕度的要求，并且效果良好且持續(xù)穩(wěn)定。

②目前，轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)在食品行業(yè)的應(yīng)用并不是特別普及，不過從應(yīng)用趨勢(shì)來看，轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)對(duì)相關(guān)食品領(lǐng)域的應(yīng)用前景還是十分廣闊的。

③轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)因?yàn)槠漭^高的再生能耗以及相關(guān)費(fèi)用限制了其應(yīng)用，解決轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)能耗大問題尤為關(guān)鍵。

轉(zhuǎn)輪除濕可以達(dá)到普通的冷凍除濕機(jī)和空調(diào)難以達(dá)到的低濕要求，對(duì)于對(duì)空氣濕度有較高要求的工廠或者手術(shù)室、鋰電行業(yè)、精密電子廠等有著很好的應(yīng)用。目前，隨著發(fā)展水平的提高，相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)者對(duì)濕度的要求必然會(huì)更高且更精準(zhǔn)，轉(zhuǎn)輪除濕能夠達(dá)到人們生產(chǎn)所需的濕度要求，并且效果顯著，因此，轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)的應(yīng)用前景也將越來越廣泛，其市場競爭力也將越來越好。

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