叶片干燥工艺理论研究

1博落回叶片烘干工艺试验研究摘 要：分别选取新鲜博落回叶片中带较粗的叶梗的部分，取叶片的中心部位；叶片中不带较粗的叶梗的部分，取叶片的边缘部位；将长 5 厘米，宽 5 厘米的叶片剪切成 25 份，每份取一平方厘米；通过试验测出博落回叶片不同部位的干燥速度曲线、干燥特性曲线，通过这些特性获得试制 MST 旋风式烘干机的参数；并通过反复多次的进行博落回叶片的烘干试验研究分析，获得最优的干燥风速，干燥温度。关键词：博落回叶片；烘干工艺；干燥速度曲线；干燥特性曲线2The Experimental Test Of Dry Process Theories For Macleaya Cordatas BladeAbstract：Selected the blade of fresh macleaya cordata with the part of coarser leaf-stem，Select the center of the blade which dont bring a relatively coarse leaf stalks，Takeing the edge of the blade pos -ition.Will be 5 cm long and 5 cm wide leaves cut into 25 portions, each take a square centimeter,Through the experiment to measure the different parts of macleaya corda -tacordatas blade to get the drying rate c -urve and the drying characteristic curve，Through these features have trialproduced the MST the parame -ters of the cyclone dryers，And through repe -ated many times to fall back into the drying experiment st -udy of the blade，To obtain the op -timal drying wind speed, drying temperature.Key word：Macleaya cordatas blade；Drying process; The drying rate curve；The drying characteristic curve31 前言1.1 博落回的物理形态博落回Macleaya cordata(Willd) R.B Bocconiacordata系罂粟科博落回属多植物，分布于我国陕西、贵州、云南等大部分省区,为我国广泛野生植物。博落回是我国传统的中草药,有很强的药理活性,因产地不同,异名也多 ,如勃勒回、号筒杆、三钱三等约 2 0多种。其同源植物有小果博落回 Macleayamicro 图 1 博落回叶片Fig.1 Macleaya cordatas blade-carpa(Maxim .) Fedde,也作博落回入药。使用博落回治疗疥癣、疔毒及杀虫灭蛆等在我国有悠久的历史。最早记载博落回的本草文献为本草拾遗:“博落回,生江南山谷,茎叶如蓖麻，茎中空,吹作声如博落回,折之有黄汁,药人立死,不可入口也”现辞书统一命名为博落回。博落回高1-4m。具乳黄色浆计，根茎粗大，橙红色。茎绿色或红紫色，中空，粗达1.5cm，上部多分枝，无毛。单叶互生；具叶柄，长1-12cm 。叶片宽卵形或近圆形，长5-27cm，宽5-25，上面绿色，无毛，下面具易落的细绒毛，多白粉，基出脉通常 5,边缘波状或波状牙齿。1.2 博落回生长环境大量研究表明,博落回具有较强的生态适应性,不仅能在高温、低温、干旱等恶劣的环境中生存,而且具有喜钙、旱生、岩生性、萌生小苗能力强等特点,能快速提高植4被覆盖度,保持水土,是喀斯特地貌石漠化治理的理想资源植物，种子适宜的发芽温度为1530 ，植株适宜的生长温度为2228 。博落回野生于山坡及草丛中,喜温暖、湿润的环境,喜肥、怕涝,有较强的耐旱力和抗寒力,对土壤要求不严,在多种质地类型土壤及pH在4. 868. 50 范围内的土壤上均能生长,其中在pH中性以上,通透性好,土层深厚,杂草稀少,光照充足的肥沃土壤为宜。 1.3 博落回叶的功能成分利用博落回叶片的主要化学成分为生物碱，从中分得血根碱(Sanguinarine)，白屈菜红碱(chelerythrine)，原阿片碱(protopine)，-别隐品碱 (-Allocryptopine)及 -别隐品碱 (-Allocrytopine) 1。现代研究表明，从博落回叶片中提取的生物碱具有较强的杀菌、抑菌活性，同时具有较好的消炎和抗心律失常作用；临床上的药用范围比较宽，可治疗滴虫性发炎、小儿肺炎、急性扁桃体炎、支气管肺炎、耳下腺炎、急性阑尾炎等病症；血根碱系为中华人民共和国农业部公告第 318 号中公布的饲料添加剂品种；博落回注射液系为农业部兽药质量标准二 00 三版收载的兽药品种，目前国内有数百家兽药厂在使用该品种；另外化学农药对人及环境的危害促使农药行业向新型的环境友好型农药开发方向转变，植物源农药的开发就是方向之一。但是，植物源性产品，特别是植物提取物由于本身的特点所限，开发植物农药不是很成功，博落回叶片提取的生物碱是植物提取物开发成为植物农药的少数成功产品之一。在药品和口腔护理用品领域，博落回中的血根碱和白屈菜红碱的应用也在日益扩大。另外，博落回中的 -别隐品碱有很强的抗癌生理活性，目前处于研发阶段。博落回总生物碱及其衍生产品有着极为广阔的开发应用空间。新鲜博落回叶片的各个部分含水量不同，探究博落回叶片不同部位的含水率对于研制相关的烘干设备具有重要意义 2。 1.4 新鲜博落回叶的采收与处理据调研考察了解到目前博落回叶片的采集与处理现有方法是人工采收后利用太阳暴晒风干；一般处理过程为：采收分散干燥终端处理。而新鲜的博落回叶片含水率比较高，如遇天气等原因。无法降到安全的贮藏含水率，将会导致霉变、腐烂等，其叶片的药用价值流失严重，使博落回叶片的使用价值下降，使生产者的经济收入带来了很大的影响，严重制约博落回叶片制药产业的发展 3。但是当前国内外现有的烘干设备并没有专用的博落回叶片烘干设备；因此研究博落回叶片的烘干工艺，为下一步博落回烘干专用设备的研制与开发具有重要的指导参考作用意义。52 国内外烘干设备及干燥工艺的研究现状随着人类的不断进步，干燥技术才发展到了现在的理论技术研究阶段，对于中草药的干燥理论及工艺研究对于促进中草药事业的长远发展和农民收入的提高都有着重要的意义 3。随着我国农业的逐步发展，物料的干燥处理方法也越来越多。其中有自然干燥、喷雾干燥、强力粉粹干燥、微波加热干燥、滚筒式干燥、带式干燥、气流式干燥等新型干燥方法，这些方法已经在农产品加工领域得到广泛的使用。2.1 自然干燥自然干燥是一种最传统的干燥方法，它是经过自然界空气流动和太阳辐射的原理使水分从物料中气化而实现物料的非机械化干燥。它不需要人工加热、干燥介质的排出以及干燥专用设备，其干燥原理与热风干燥相同，但是它的干燥时间比较长，干燥程度难以控制，在干燥过程中需要消耗很多有机物质，同时物料的活性酶不能迅速的控制。但是由于自然干燥的温度一般比较低，所以对热敏物质的保存效果较好 4。2.2 喷雾干燥离心式喷雾干燥是液体成形工艺和干燥工业中最广泛应用的工艺。最适用从溶液、乳液、悬乳液和糊状液体原料中生产粉状、颗粒状固体产品。工作原理是空气经过过滤和加热，进入干燥器顶部热风分配器，而后呈螺旋状均匀地进入干燥室。料液经塔体顶部的高速离心雾化器， （旋转）喷雾成极细微的雾状液珠，与热空气并流接触，在极短的时间内干燥为成品，成品由干燥塔底部和旋风分离器连续输出，废气由风机排空。 其特点是干燥速度快，料液经雾化后，表面积大大增加，在与热风接触过程中，瞬间就可蒸发 95%-98%的水分，干燥时间 0.52 秒钟；产品具有良好的均匀度、流动性和溶解性，纯度高，质量好；生产过程简化，操作控制方便。可控制产品粒径、松密度、水分含量；设备的价格很高，除非很好的操作，否则热效率不高。产品在干燥室内沉积容易导致火灾。应用范围是食品、陶瓷、药品、化工，果蔬等 5。2.3 强力粉碎干燥强力粉粹干燥机包括 QGS 型强力粉碎干燥机、旋转闪蒸干燥机，超细粉干燥机。这一类干燥机主要是高速的旋转粉碎被干燥的物料，然后利用旋转气流与物料间产生很大的相对运动，具有很高的干燥效率。主要适用于滤饼状、膏黏状、滤饼状、团块状，热敏性粉粒状的物料。其优点主要是集干燥与粉碎与一体。占地面积小，对能源利用率较高。拿 QGS 强力粉碎烘干机来说，脱除 1kg 水所消耗的热能至少比一般设备节约 200kcal（1kcal=4.184kJ） ，但没有提及其对叶片状物料的干燥是否好用 6。62.4 微波加热干燥微波干燥亦称为高频（300300000 兆赫兹）介质（加热干燥，他利用在交变电场中物质分子定向排列的迅速变化，引起分子间的摩擦而产生热量的原理。这是深入到物料内部的加热方式，而不是一般的传导加热。主要用于食品、化工、品等的烘干。其特点是干燥速度快、干燥效率高（电能转化为热能的过程热效率为6070%） ，在减速干燥过程中，普通热空气很难干燥物料中的水分时，残留的水分用微波干燥的方法除去。但是微波设备成本较高，纯粹用微波干燥成本也很高，而且容易发生微波泄漏危害人体 7。2.5 滚筒式干燥机滚筒式干燥机是一种以传导传热方式使物料加热、水分汽化的干燥器。主要部件是一个外表面经过加工的金属空心圆筒，被传动装置带动，转速通常为 410r/min。其优点实热效率较高（70%80%）尾气不带走物料。其缺点是连续作业能力差。其应用范围是食品，药材，农产品等 8。2.6 带式干燥机带式干燥机包括单级带式干燥机，多级带式干燥机（单级带式串联） ，冲击式带式干燥机。带式干燥机是大批生产用的连续式干燥设备，具有干燥速率高、蒸发强度高、产品质量好等优点。带式干燥机在工业上的应用极广，主要用于干燥小块的物料及纤维质物料,其应用多用于透气性好、片状、条状、颗粒状物料的干燥、尤其适用于蔬菜、中药饮片等含水率高、热敏性的物料 9。总之，用带式干燥机干燥的物料必须有一定的形状，而且干燥后仍然保持一定的形状。其工作原理是物料均与的铺在网带上，网带采用 1260 目不锈钢丝网，由传动装置拖动在带式干燥机内移动。带式干燥机有若干单元组成，每一单元有热风独立循环，部分尾气有专门的排湿风机排出，热气由上往下（或由下往上）穿过铺在网带上的物料，加热干燥并带走水分。其特点结构简单，能够连续运行，但被干燥物料处于相对静止状态。2.7 振动流化床干燥机振动流化床干燥机又称沸腾床干燥机：流化干燥介质使固体物料在流化状态下进行干燥的过程。其工作过程是在振动力和风力作用下，被干燥物料呈现流态化沿着床面向前运动，热风与物料充分接触完成传热传质过程。其特点是物料受热均匀，热交换充分，干燥强度高，可连续操作，投资费用较低。其缺点是对颗粒直径有要求，一般要求不小于 30 微米，不大于 4 厘米，物料停留时间不均匀，有可能未经干燥的物料随着产品一起排出 10。72.8 远红外线干燥用电能产生远红外线，会产生从表面向内部吸收渗透的效果，讲物料直接干燥的过程。一般物质分子运动的固有振动频率在远红外线的频率范围之内。当被加热物料分子的固有频率与射入该物料的远红外线的频率一致时，产生强烈的共振现象，使物料的分子运动加剧，因而物料内、外的温度均匀迅速地上升，也就是说；物料内部分子吸收了远红外线辐射能量直接转变为热量，从而实现节能、高效，干燥效果好，（因物料内、外升温均匀）的目的。其优点是干燥速率较高。干燥时间可调。其缺点是干燥设备体积大，能耗高。适用范围是食品、化工、冶金，制药，建材等 11。2.9 气流式干燥机气流式干燥机包括旋转气流式干燥机和脉冲气流干燥机（采用脉冲气流管作为强化换热设备） 。气流干燥也称“瞬间干燥” ，是固体流态化中稀相输送在干燥方面的应用。气流式干燥机包括旋转气流式干燥机和脉冲气流干燥机（采用脉冲气流管作为强化换热设备） 12。气流干燥也称“瞬间干燥” ，是固体流态化中稀相输送在干燥方面的应用。其特点气流干燥时间短，装置结构简单，干燥处理能力大，干燥温度均匀可调节，适合热敏性低熔点的物料，自动化程度高等特点。旋风式干燥机工作原理：高速飞旋的风机叶轮，能把湿的、甚至结块的物料解碎，直至分散，同时搅拌混合，然后物料和热气流平行地流动，如果处理量大或者成品要求干制 15%以下是，可采用MST 旋风二级干燥 13。根据全草类中药材的结构特点，采用这种干燥较为合理。2.10 物料干燥工艺研究现状目前自然绿色药物的浪潮正在席卷全球、植物类药材在消费者心目中的地位不断的提升；世界各国对中草药的使用法律法规限制上有所松动，甚至开放。从全球范围来看，中草药产品的年销售额已达到 400 亿美元而且以每年 10%以上的速度增长。我们有雄厚的中医药理论和丰富的临床用药经验，但我们的中药在国际天然药物市场中仅占 3%-5%的份额。每年还要耗资近亿美元进口洋中药；从产业政策上来讲，国家将大力扶持中药产业的发展，到 2020 年我国中药在国际中草药的市场的占有率要从目前的不到 10%提高到 25%。由此可见提高中药的质量是实现中药现代化的迫切需要。中药的质量涉及一系列的环节（土壤、种质、炮制、干燥、储存、制剂过程等）每个环节都是息息相关的。建立起中药材质量控制体系十分的重要。而中药材的干燥对药材类有用成分的保护十分的关键。同时可以在节约能源的前提下提高干燥效率。蔬菜、水果、鱼类、中草药和种子是我国干燥领域研究的比较多的几种农产品。获得线管的干燥工艺参数和可靠地特性曲线是进行物料干燥研究的主要目的 14。随8着经济的不断发展，我国各种类物料产品干燥事业从初期的零起步到逐步发展成熟的过程中经历了很多曲折的阶段。为了各种类物料的干燥事业的发展，我国的广大科研、教学推广、使用人员为此做出了伟大的贡献，并且也取得了较大的成功。3 博落回叶片干燥理论研究意义中国目前年病虫害防治面积达 31 亿亩每年需商品农药 200 多万吨，随着我国农业大力提倡生物质农药，这就为生物质农药留下了巨大的市场空间。从目前的技术数据看，博落回植物源农药是现有生物农药中的最理想品种，它不仅高效、无毒、无污染。博落回每年的鲜草使用量在十万吨以上，目前工厂的博落回鲜草干燥主要是阴干、晒干，但这种干燥方式效率十分低下。 当前国内外对于烟草，茶叶，棉籽 15等的烘干机构的研究趋于成熟，一系列的机型也已经广泛应用于生产实践当中；但是关于博落回叶片等一些流动性差的物料的烘干设备的研究还基本处于空白的状态，随着博落回叶片药用价值日益被人们所重视，对于博落回叶片烘干设备的设计成为生产的需要而日益受到重视，本研究的目的就是通过试验测出博落回叶片的干燥速度曲线、干燥特性曲线，通过这些特性获得试制MST 旋风式烘干机的参数；并通过反复多次的进行博落回的烘干试验，获得最优的干燥风速，干燥温度来为博落回叶片烘干设备的设计提供理论数据。4 博落回叶烘干工艺试验4.1 试验目的目前对于博落回叶片烘干设备设计急需解决的关键技术在于对博落回叶片的干燥速度曲线，干燥特性曲线，以及博落回叶片临界含水量三项技术指标的测定与分析。对于博落回叶片干燥工艺理论研究主要是通过对不同组别的新鲜博落回叶片做干燥试验来研究其干燥速度曲线和干燥特性曲线以及博落回叶片的干燥临界含水量三项技术指标来为博落回烘干设备的设计提供原始参数，从而确定设备的风机功率，热源功率，干燥时间；另外对烘干前博落回的形态尺寸进行不同的处理来寻求最佳的尺寸形态烘干效果以及最佳的烘干工艺流程。为了得到博落回叶片的烘干工艺的相关基础参数，为设计博落回叶片烘干机构的设计提供理论依据。目前尚须解决的关键技术问题：（1）为了计算博落回叶片的干燥量为设计烘干设备的结构提供理论数据，需要测定博落回叶片的干燥速率曲线。（2）为了探究得到博落回叶片烘干前的最佳处理方法，需要测定不同部位形态、9尺寸的博落回叶片干燥特性曲线。（3）为了探究博落回叶片的最佳烘干工艺，需要测定其临界含水率。4.2 试验原理4.2.1 干燥特性曲线干燥特性曲线即物料的自由含水量 X 与干燥时间 的关系曲线，它反映了物料在干燥过程中，自由含水量随干燥时间变化的关系 16。物料干燥曲线的具体形状因物料性质及干燥条件而有所不同，其基本变化趋势如图 2(a)所示。干燥曲线中 BC 段为直线，随后的一段 CD 为曲线，直线和曲线的交接点为临界点 C，临界点 C 时物料的含水量称为临界含水量，用 Ac表示。图 2 恒定空气条件下的干燥曲线Fig.2 Under the condition of constant air drying curve4.2.2 干燥速率曲线干燥速率曲线是干燥速率 XA与物料的自由含水量 Ac的关系曲线 17。如图 2(b)所示。因为干燥速率不仅取决于空气的性质和操作条件，而且还与物料的结构及所含水分的性质有关，所以干燥速率曲线只能通过试验测得。从图 2(b)的干燥速率曲线可以非常明显地看出，物料干燥基本可分为两个阶段 BC 段，即等速干燥阶段及降速干燥阶段 CE 段。干燥速率是指单位时间内从被干燥物料的单位汽化面积上所汽化的水分量，用微分式表示，即为：NA= dtW（1）式中： NA：干燥速率, kg/m 2 s；A：被干燥物料的汽化面积, m 2；10dt ：干燥进行时间, s；dW：在 dt 时间内从被干燥物料中汽化的水份量, kg。试验可按下式作近似计算NA= tW（2） 式中：t ：干燥进行时间, s；W：在t 时间内从被干燥物料中汽化的水份量, kg。从（2）式可以看出，干燥速率 NA为 t 区间内的平均干燥速率，故其所对应的物料含水量 X 为某一干燥速率下的物料平均含水量 X 平。X 平 = 121Ciiii G（3）式中： X 平 ：某一干燥速率下，湿物料的平均含水量，kg 水/kg 绝干物料；Gi, Gi+1：分别为 时间间隔内开始和终了时湿物料的量, kg；GC：湿物料中绝干物料的量, kg。由 X 平-t、 NA -X 平作图可分别得到干燥特性曲线和干燥速率曲线 18。4.2.3 临界含水率 Xc临界含水率 Xc不是物料的本身特性，但干燥速率曲线形状出现急剧转变时，物料达到临界含水率，物料的临界含水率 Xc与物料的组织或化学变化而导致的干燥机理变化有关，它取决于干燥速率，必须由试验确定。4.3 干燥特性曲线的测定4.3.1 试验目的测定博落回叶片的平衡含水率，博落回在一定的干燥条件下(干燥温度为 105，据资料 24知博落回鲜草常温下自然干燥需要数天，45干燥需要 24h。80100 干燥只需要 3045 分钟，而博落回的有效成分碱在 105 以下不会有碱的流失。)叶片中水分含量减少的规律，测定叶片在一定条件下的含水率、恒定干燥速度。并由试验数据画出干燥特性曲线和干燥速率曲线并加以分析。4.3.2 试验材料试验材料为湖南农业大学中草药基地当年种植的博落回，采集植株中部新鲜叶片密封于保鲜袋内备用。试验时，将采集的新鲜叶片，由于叶片的边缘，中间部分，由于厚度，结构不同，干燥需要的热量时间也会有差异。为了测得整个叶片的平均干燥11图 3 快速水分测定仪Fig.3 Rapid moisture tester速率，所以每次取长宽皆为五厘米的正方形面积为 25cm2 包括叶片的边缘和中间以及过渡的部分。取四组叶片做相应的处理并分别编号 1、2、3、4 待试验备用。4.3.3 试验设备尺子、剪刀、型快速水分测定仪、秒表等。其中快速水分测定仪，如图 7 所示，称量范围，010g；称量分度值，5mg；标尺读数范围，01g(020%)；准确度级别，一级；水份测定准确性，0.2%；主要用于测定原料、燃料、谷物、食品、茶叶等各种物质的游离水分。快速水份测定仪能够显示被烘干物料的初始重量、蒸发的水份百分比、干燥持续时间、干燥的温度变化等参数（干燥稳定运行温度 105） 。4.3.4 试验步骤（1）将 5g 左右博落回叶片放入快速水分测定仪内进行烘干运行，使得快速水分测定仪内部烘干温度提升到 105；（2）将试样分别放入快速水分测定仪中的容器内，分别记录各组试样的初始重量、蒸发的水分百分比、干燥持续时间、干燥的温度变化等数值记录于附表 1 中。重复试验四次，取其平均值作为该对应参数的试验值，该结果记录于表 1 中。（3）应用相关软件进行试验数据的分析处理，分别得到博落回叶片干燥特性曲线和干燥度曲线如图 4、图 5。4.3.5 结果分析（试验记录数据见附表 1）对原始试验数据的时间段间隔取 60s，得到表 1 数据，以平均含水量为纵坐标，12干燥时间为横坐标和以干燥速率为纵坐标干燥时间为横坐标，得到博落回叶片的干燥特性速率曲线图和干燥速度曲线图如下：表 1 干燥速率试验数值测试表Table1 The drying rate test numerical test table干燥时间/min叶片中蒸出水分/%脱水速率/%含水率 (kg 水/kg 干物质)%干燥速率N/kg/(h)0.5 0.87 0.87 607.57 0.3291.5 22.00 13.30 456.75 5.0372.5 41.39 5.97 318.34 2.2613.5 48.79 3.31 265.52 1.2544.5 53.37 1.78 232.83 0.6745.5 57.95 2.29 200.14 0.8676.5 61.39 2.01 175.59 0.7617.5 63.82 1.40 158.24 0.5308.5 66.25 1.28 140.90 0.4859.5 68.54 1.02 124.55 0.38610.5 70.96 1.15 107.28 0.43611.5 73.02 1.03 92.58 0.39012.5 74.92 0.89 79.01 0.33713.5 76.71 0.89 66.24 0.33714.5 78.11 0.63 56.25 0.23915.5 79.41 0.65 46.97 0.24616.5 80.43 0.52 39.69 0.19717.5 81.46 0.52 32.33 0.19718.5 82.23 0.43 26.84 0.16319.5 83.01 0.27 21.27 0.10220.5 83.91 0.52 14.85 0.19721.5 84.51 0.34 10.56 0.12922.5 85.20 0.26 5.64 0.09823.5 85.72 0.26 1.93 0.09824.5 85.98 0.25 0.07 0.09525.0 85.99 0.01 0.00 0.004130.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%60.00%70.00%80.00%90.00%0.1min1.5min2.9min4.3min5.7min7.1min8.5min9.9min11.3min12.7min14.1min15.5min16.9min18.3min19.7min21.1min22.5min23.9min时 间 /min含水量/%图 4 干燥特性曲线图Fig.4 Drying characteristic curve由图 4 以及原始试验数据分析可知：新鲜博落回叶片的平均含水量为 85.99%，从干燥开始阶段到 2.9min 时间段新鲜博落回叶片的品均含水量迅速下降，达到临界含水量之后开始缓慢下降，在试验温度 105下新鲜 博落回叶片干燥到安全储存含水量5%以下的干燥时间 t 约为 25.0min。012345630 9015021027033039045051057063069075081087093099010501110117012301290135014101470干 燥 时 间 /s干燥速率/N/kg/(h)图 5 速度含水率曲线Fig.5 Speed curve of the moisture content14由表 5 分析可知在干燥时间开始到干燥时间为 90s 时，干燥速率一直处于上升阶段，在这一阶段温度处于迅速上升阶段，干燥速率上升迅速，在 90s 左右达到最大值为 5.028N/kg/(h)；在干燥时间在 90s120s 段时干燥数率保持在最大值5.028N/kg/(h)左右，这一阶段物料表面的自由水迅速蒸发，干燥速率基本保持不变；在时间段 120s300s，物料表面的自由水干燥结束，结合水难以蒸发，故干燥速率迅速下降，下降到 0.502 N/kg/(h)左右；之后干燥阶段处于结合水的干燥阶段，干燥速率随时间的递增而缓慢减小。由以上数据分析可知博落回叶片的烘干最佳时间处于 90s120s 段。此时间段称之为为恒速干燥阶段；干燥速率为物料表面上的水分的汽化速率控制，故此阶段也称为表面汽化控制阶段。在此阶段，干燥介质传给物料的热量全用于水分的汽化，物料表面的温度也保持恒定，物料表面的水蒸气分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。第二阶段为降速干燥阶段：当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的汽化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段也称内部迁移控制阶段。随物料湿含量减少，物料内部的水分的迁移速率也逐渐减少，故干燥速率不断下降 19。4.4 叶片不同部分干燥速率曲线的测定试验4.4.1 试验目的测定博落回叶片的不同部位的干燥速率，检验博落回不同部位在一定的干燥条件下叶片中水分含量减少的规律是否一致，测定叶片中不同部分在一定条件下的含水率、恒定干燥速度。以探寻对博落回叶片进行干燥前处理的最佳工艺流程 20。4.4.2 试验材料的处理取采集的新鲜叶片，取三组组叶片做相应的处理并分别编号 1、2、3 待试验备用。1 组取叶片中带较粗的叶梗的部分，长 5cm，宽 5cm 取叶片的中心部位，重量0.789g；2 组取叶片中不带较粗的叶梗的部分，长 5cm，宽 5cm，取叶片的边缘部位，重量 0.574g。3 组取叶片不带较粗的叶梗的边缘部位，长 5cm，宽 5cm 重量 0.574g；再将第三组的叶片剪切成均等的 25 份，每份为一平方厘米，待试验备用。4.4.3 试验设备尺子、剪刀、快速水分测定仪、秒表等。4.4.4 试验步骤（1）分别对三组处理的叶片进行标记处理。（2）测试开始前先用 5g 左右博落回叶片干燥，将快速水份测定仪内的温度升高。15（3）待温度升高到 105时开始第一组试验材料进行干燥处理，快速水份测定仪能够显示被烘干物料的初始重量、蒸发的水分百分比、干燥持续时间、干燥的温度变化等参数（干燥稳定运行温度 105） 。（4）分别按顺序将这些博落回叶片一组组干燥，并记录试验原始数据：水份蒸发百分比，干燥时间，干燥温度变化情况等。（5）分别对三组数据进行处理，取每组数据的平均值。（6）应用相关软件进行试验数据的分析处理，绘制出博落回叶片干燥速率特性曲线图并加以分析。4.4.5 试验结果分析（试验记录数据见附表 2）对于第一组试验所记录的原始数据进行平均处理得到如表 2 所示的数据，进行数据分析干燥速率为纵坐标，含水率为横坐标得到第一组材料的干燥的速率-含水率曲线如图 6。 表 2 第一组干燥速率表Table2 The first set of drying rate table干燥时间/min叶片中蒸出水分/%脱水速度/%含水率(kg 水/kg 干物质)/%干燥速率Nkg/(h)/%0.5 0.87 0.87 600 0.1360.6 1.80 550 0.6351.0 8.70 7.83 500 0.8141.3 16.90 450 1.1361.4 20.90 400 1.2631.5 22.00 13.30 350 0.7021.7 28.67 300 0.4342.0 35.42 13.42 250 0.2372.1 36.18 200 0.1802.7 43.06 150 0.1063.8 49.94 100 0.0873.9 51.21 50 0.0624.0 51.59 2.80 0 0.028160.1360.6350.8141.1361.2630.7020.4340.237 0.180.106 0.087 0.0620.02800.20.40.60.811.21.4600% 550% 500% 450% 400% 350% 300% 250% 200% 150% 100% 50% 0%含 水 率 /（ kg水 /kg干 物 质 ）干燥速度N/kg/(h)图 6 第一组干燥速率Fig.6 The first group of the drying rate对于第二组试验所记录的原始数据进行平均处理得到如表 3 所示的数据，进行数据分析以干燥速率为纵坐标，含水率为横坐标得到第二组材料的干燥的速率-含水率曲线如图 7。表 3 第二组干燥速率表Table3 The second set of drying rate table干燥时间（min）叶片中蒸出水分/%脱水速度(百分比）/%含水率/(kg 水/kg 干物质)/%干燥速率N/kg/(h)/%0.5 4.36 4.36 350 1.2021.1 15.97 300 2.0001.5 25.42 11.62 250 2.6682 33.42 8.00 200 2.4252.1 35.97 150 1.7832.2 36.87 100 1.2123 47.23 5.64 50 0.5814 57.06 4.40 0% 0.235171.2022.600 2.668 2.4251.7831.2120.5810.2350.0000.5001.0001.5002.0002.5003.000350% 300% 250% 200% 150% 100% 50% 0%含 水 率 /（ Kg水 /Kg干 物 质 ）干燥速率/N/kg/(h)图 7 第二组干燥速率Fig.7 The second group of the drying rate对于第三组试验所记录的原始数据进行平均处理得到如表 4 所示的数据，进行数据分析干燥速率为纵坐标，含水率为横坐标得到第三组材料的干燥的速率-含水率曲线图 8。表 4 第三组干燥速率表Table4 The third set of drying rate table干燥时间/min叶片中蒸出水分/%脱水速度(百分比）/%含水率/(kg 水/kg 干物质)/%干燥速率N/kg/(h)/%0.5 0.89 0.89 400 0.231.0 9.58 8.69 350 2.201.5 24.77 15.19 300 3.201.9 31.19 250 3.182.5 41.61 7.19 200 2.283.5 51.85 4.73 150 1.235.0 59.78 2.08 100 0.778.0 70.50 1.49 50 0.4514.2 80.26 0 0.19180.232.203.20 3.182.281.230.770.450.190.000.501.001.502.002.503.003.50400% 350% 300% 250% 200% 150% 100% 50% 0%含 水 率 /（ Kg水 /Kg干 物 质 ）干燥速率/N/kg/(h)图 8 第三组干燥速率Fig.8 The third group of the drying rate由图 6 分析知：叶片中带粗叶梗的部分，叶片较厚，其恒速干燥阶段的干燥速率为 1.2 左右，较慢，不明显。干燥时间为 25min，其平衡含水率为 85%高于叶片其他部分。由图 7 分析知：叶片中边缘部分，叶片较薄，其恒速干燥阶段的干燥速率为 2.6左右，较快，恒速干燥阶段明显。干燥时间为 12.9min，其平衡含水率为 78.87%。由图 8 分析知：叶片中边缘部分被切碎后，其恒速干燥阶段的干燥速率为 3.2 左右，较前两种情况更快，恒速干燥阶段明显。干燥时间为 14.5min，其平衡含水率为80.26%。三组数据对比分析如下表所示：表 5 三个不同部位干燥参数对比Table6 Three different parts of the drying parameters干燥时间 恒定干燥速度 自由水分 临界含水量叶片中部叶片边缘边缘碎片25.0min12.9min14.5min1.1992.6343.20085.99%78.87%80.26%56%42%41%19博落回叶片不同部位的干燥速率曲线不同是因为：博落回叶片中部尺寸较图 9 博落回叶片细胞结构Fig.9 The macleaya cordata with the leaf cell structure厚，并且含有粗的叶脉，叶片的结构分为上表皮、下表皮、栅栏组织、叶脉、保卫细胞。其中叶脉是疏导组织。叶脉就是生长在叶片上的维管束，它们是茎中维管束的分枝。这些维管束经过叶柄分布到叶片的各个部份。位于叶片中央大而明显的脉，称为中脉或主脉，由中脉两侧第一次分出的许多较细的脉，称为侧脉。自侧脉发出的、比侧脉更细小的脉，称为小脉或细脉。细脉全体交错分布，将叶片分为无数小块。每一小块都有细脉脉梢伸入，形成叶片内的运输通道。叶脉分为导管和筛管，导管用来输送水和无机盐，筛管用于输送有机物。所以在包含叶脉部分，叶片的含水率达到 85%左右，叶脉是维管束，维管束由初生木质部和初生韧皮部共同组成的束状结构。维管束彼此交织连接，构成初生植物体输导水分，无机盐及有机物质的一种输导系统维管系统，并兼有支持植物体的作用。所以在干燥过程中，叶脉中的水分难以从维管束中渗透出来，这必然导致了带有叶脉的叶片部分的恒定干燥速度只能达到 1.2 左右，远远低于叶片边缘部分的 2.6 和 3.2 的干燥速度。又由于叶片中心部分的栅栏组织和海绵组织比较厚，所以在恒速干燥阶段，干燥介质要将热量传递给湿物料，物料表面汽化。并通过表面气莫向气流主体扩散；由于表面湿分汽化，使物料内部与表面间产生湿分差，湿分以气态或液态由固体内部向表面扩散叶片内部的水份要不断的往叶片表面移动，所以干燥过程中，水分这个由内往外的移动过程距离变长 21。20通过试验数据的分析可知博落回叶片不同部位的干燥速率以及含水量不同可以应用到干燥前的处理工艺，对不同部位的叶片分别处理干燥以得到最佳的干燥工艺流程。4.5 叶片临界含水率的测定4.5.1 试验目的对于博落回叶片临界含水率的测定主要是为了确定物料在干燥时每小时蒸发水分量 ，需要供给的空气量及所需热量另外还可以确定产量，热效率等参数。W4.5.2 试验材料的处理取采集的新鲜叶片，由于叶片的边缘，中间部分，由于厚度，结构不同，干燥需要的热量时间也会有差异。为了测得整个叶片的平均干燥速率，所以每次取长宽皆为五厘米的正方形面积为 25cm2 包括叶片的边缘和中间以及过渡的部分。取四组叶片做相应的处理并分别编号 1、2、3、4 待试验备用。4.5.3 试验设备尺子、剪刀、型快速水分测定仪、秒表等。4.5.4 试验步骤（1）测试开始前先用 5g 左右博落回叶片干燥，将快速水份测定仪内的温度升高到 105。（2）待温度达到稳定运行温度后，第 1 组试验材料开始进行干燥处理，快速水份测定仪能够显示被烘干物料的初始重量、蒸发的水分百分比、干燥持续时间、干燥的温度变化等参数（干燥稳定运行温度 105） 。（3）分别按顺序将 4 组试验材料进行干燥处理，并记录其相关试验原始数据：水份蒸发百分比，干燥时间，干燥温度变化情况等。（4）分别对四组数据进行处理，取四组数据的平均值。（5）应用相关软件进行试验数据的分析处理，绘制出博落回叶片干燥速率特性曲线图并加以分析。4.5.5 试验结果分析对于试验所记录的原始数据进行平均处理得到如表 4 所示的数据，进行数据分析干燥速率为纵坐标，含水率为横坐标得到第三组材料的干燥的速度-含水率曲线 22。表 6 干燥速率表Table6 The drying rate table干燥时间 叶片中蒸出水 脱水速度(百分 含水率/(kg 水/kg 干 干燥速率21/min 分/% 比）/% 物质)/% N/kg/(h)/%0.5 0.87 0.87 607.57 0.329续表 10.6 1.80 600.931.0 8.70 7.83 551.68 2.9651.3 16.90 493.151.4 20.90 464.601.5 22.00 13.30 456.75 5.0371.7 28.67 409.142.0 35.42 13.42 360.96 5.0822.1 36.18 355.532.7 43.06 306.42 1.5493.8 49.94 257.323.9 51.21 248.254.0 51.59 2.80 245.54 1.0605.5 57.95 2.29 200.14 0.8678.0 64.97 1.15 150.04 0.43610.9 71.86 100.8611.0 71.99 1.03 99.93 0.39015.0 78.76 0.65 51.61 0.24625.0 85.99 0.01 0.00 0.004220.1360.6350.8141.1361.2630.7020.4340.2370.180.1060.0870.0620.02800.20.40.60.811.21.4600% 550% 500% 450% 400% 350% 300% 250% 200% 150% 100% 50% 0%含 水 率 /（ kg水 /kg干 物 质 ）干燥速度N/kg/(h)图 10 速度含水率曲线Fig.10 Speed curve of the moisture content由试验数据所得到的干燥速率曲线分析可知：当含水率为 400%时，干燥速率开始出现下降趋势，此时自由水干燥处于完成阶段，在此阶段，干燥介质传给物料的热量全用于水分的汽化，物料表面的温度也保持恒定，物料表面的水蒸气分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变。第二阶段为降速干燥阶段：当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的汽化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。此阶段的含水量即为临界含水率。由试验数据分析知：新鲜博落回叶片的临界含水量为 400%。5 总结由博落回叶片的干燥特性曲线测定试验分析得到如下结论：新鲜博落回叶片的平均含水量为 85.99%，从干燥开始阶段到 2.9min 时间段新鲜博落回叶片的品均含水量迅速下降，达到临界含水量之后开始缓慢下降，在试验温度 105下新鲜 博落回叶片干燥到安全储存含水量 5%以下的干燥时间 t 约为 25.0min。由不同部分博落回叶片的干燥速率曲线测定试验分析得到如下结论：叶片中带粗叶梗的部分，叶片较厚，其恒速干燥阶段的干燥速率为 1.2 左右，较慢，不明显；干燥时间为 25min，其平衡含水率为 85%高于叶片其他部分。叶片中边缘部分，叶片较薄，其恒速干燥阶段的干燥速率为 2.6 左右，较快，恒速干燥阶段明显；干燥时间为12.9min，其平衡含水率为 78.87%。叶片中边缘部分被切碎后，其恒速干燥阶段的干燥速率为 3.2 左右，较前两种情况更快，恒速干燥阶段明显；干燥时间为 14.5min，23其平衡含水率为 80.26%。由叶片临界含水率饰演的测定试验分析得到如下结论：当含水率为 400%时，干燥速率开始出现下降趋势，此时自由水干燥处于完成阶段，在此阶段，干燥介质传给物料的热量全用于水分的汽化，物料表面的温度也保持恒定，物料表面的水蒸气分压也维持恒定，故干燥速率恒定不变 23。第二阶段为降速干燥阶段：当物料被干燥达到临界湿含量后，便进入降速干燥阶段。此时，物料中所含水分较少，水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的汽化速率，干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。此阶段的含水量 400%即为临界含水率。通过三组试验的数据分析，初步得到了新鲜博落回叶片的干燥速率-含水量的曲线图；这为下一步为设计专门的博落回叶片烘干机构提供了理论计算依据。对比分析了不同部位新鲜博落回叶片的含水量与干燥速率的差异，这位下一步博落回叶片的干燥前阶段物料的处理有着重要的参考价值。对于新鲜博落回叶片临界含水率的测定，这为下一步的烘干设备的风机和热源选择具有重要的指导价值。本试验的不足之处在于试验是在理想单因子状态下的试验分析，另外对试验材料的量处理也相对偏少，本试验所得到的数据和结论仍需进一步的修正与验证。参考文献1 赵德春,庞爱国,蔡晓华,刘洪义.5HTB-15 型混流式谷物干燥机的设计J.农机化研2 张进疆，刘清化，吴耀森，等。稻谷热泵干燥技术与装备J.广东省农业机械研究所，2012,7,24（2）:2-43 梁卫.葛粉气流干燥设备的设计J.学术研究,2011,1:45-464 郭小锋,陈建,谢守勇,郭顺.滚筒式油菜籽烘干机的研究D.重庆:西南大学工程技术学院,2011:26-295 李汴生,申晓曦,刘伟涛,阮征.小型全天候太阳能干燥机的设计及应用D.广州:华南理工大学轻工与食品学院,2011:336-3386 田春雷,马浏轩,张学刚.垦区亟待开发研制油菜籽专用烘干机J.农业机械7 许哲华,宋锋.RVF700 远红外线谷物烘干机烘干油菜籽试验报告J.粮油仓储科技通8 孙乃强,张建农.潮油菜籽机械烘干降水技术的研究J