地热干燥用于蔬菜水果的脱水和加工

  地热能在工业领域应用的范围也很广，包括烘干、工艺加热、汽化蒸馏、洗涤、盐分析取以及化学萃取等。但是许多应用项目要求的地热流体温度较高，有的甚至超过中温（90-150℃）的上限，因而地热在工业上的应用和发展受到一定的制约，特别是大型地热工业应用项目。

 

  工业企业的能源消耗是产品成本中的重要组成部分。企业主对能源的费用、质量和供应可靠性是十分关注的。地热能对企业的能源选择是有吸引力的，因为它的费用低于常规能源，质量又不次于常规能源。我国地热资源中低温居多，将这种资源用于工业项目仍然有广阔的前景，特别是中温范围的地热资源。

 

  当地热流体的温度低于工业应用所要求的温度时，也可以通过锅炉、热泵或其他余热利用装置使地热流体温度进一步升高。这种方法是否值得采用要看地热流体的参数、升温的幅度以及采用的加热装置的投资等具体情况来比较确定。设计这类项目时，有两种可能的考虑方法：一种是按现有的地热流体去选择适合的工业应用项目；另一种是根据提出的工业应用项目改造地热流体(包括升温、防腐等)。

 

  地热干燥是利用中低温地热水中的高热焙部分，经过热交换器产生热风，用它对不同物料进行脱水，达到产品的深加工。地热干燥后的地热尾水仍可进行其他项目的综合利用，如采暖、种植、养殖、生活用热水等。因此，地热干燥可提高中低温地热综合梯级利用的热能利用率，同时也可提高地热利用的总体效益。

 

  此外，地热干燥属于产品加工业，只要有充足的原料和稳定的市场，就可全年生产，这样可使地热利用在一定程度上达到全年均衡利根据我国地热干燥的实践，只要地热水温度大于70℃，就可通过热交换器产生55℃以上的热风，用于农副产品的烘干。如果地热水温在70℃以下，则需和太阳能或其他能源互补进行干燥。当然，地热流体温度愈高，干燥项目的经济性也愈好。

 

  应该注意的是，地热干燥作为地热梯级综合利用的一个组成部分，它不宜单独使用一口地热井，而应与其他地热利用项目共用一口地热井，形成合理的梯级综合利用系统，同时要使地热水流量和不同利用项目的规模相匹配。地热干燥产品应根据当地的原料市场、市场需求和劳动力等情况来确定。为了能形成一定的生产规模和产生较好的经济效益，地热水温不应低于80℃，流量应在50t/h以上。

 

  虽然世界上大型地热工业应用项目较少(因为需要高温地热流体作热源)，但是仍然在蔬菜、水果脱水，粮食和木材于燥等许多方面有着应用前景。100℃以下地热水仍有很多适用的项目。

 

  下面介绍下用于蔬菜水果的脱水和加工的工业应用。

 

  【一】蔬菜水果的脱水⑴各种产品脱水的生产工艺流程

 

  各种蔬菜、水果和一些需要干藏的食品的脱水和各种物料（如粮食、混凝土、煤、高岭土等）的烘干都是地热干燥的应用范畴。它们的干澡原理是相同的，只是在工艺上、设备上各有各的要求和特点。

 

  脱水蔬菜作为方便食品的调味品或烹调原料，近年来获得较快的发展，市场开发前景看好。这是因为工农业生产的发展，人民生活节奏随之加快，方便食品越来越畅销。

 

  进行脱水蔬菜、果脯等食品的生产需要面积很大的原料供应基地，同时还要有配套的辅料。对原料的冲洗、去皮煮沸，也要有冷水水源和小型蒸气锅炉。

 

  各种产品的生产工艺流程举例如下。

 

  1.脱水胡萝卜粒

 

  清洗→烫漂→去皮→切粒→甩干→烘干→分选→包装。

 

  2.脱水葱段和脱水韭菜段

 

  清洗→切段→甩干→烘干→分选→包装。

 

  3.桃脯生产

 

  拣选→去皮→去核切分→护色处理→糖煮→烘干→成品包装。

 

  4.天鹰椒干生产

 

  拣选→分批烘干→包装。

 

  5.干枸杞生产

 

  清洗→软化表面→烘干→分选→包装。

 

  ⑵主要干燥设备选型

 

  由于农副产品烘干的品种较多，而且脱水蔬菜与果脯、枸杞的烘干要求相差很大，所以要选用的干燥设备应具有适应性广，烘干参数可调节，同时造价不能太高。根据这种情况建议选用推车式混流隧道干燥机，其结构简图如图1所示。这种干燥机可以根据不同的烘干物品采用不同的流程来达到各自所需的烘干要求，现举例如下。

 

  对于脱水蔬菜，可采用顺流一逆流的混流使用法。此时，关闭排风阀1和3，打开排风阀2，打开调风阀11, 12和13，打开新风阀9, 10。烘车从顺流段推入，同时启动顺流段风机一散热器7和逆流段风机一散热器8。顺流段的排风全部从排风阀2排出。当要进入逆流段时，将活动门4打开，使烘车进入逆流段，人从保温侧门5进入，操作活动门4。逆流段的排风全部作为循环风使用，通过调风阀13,  11和12将循环风分别送入顺流段和逆流段，并与从新风阀进入的新风混合。烘车从两端的保温端门6进入和拉出。对于果脯和枸杞，则采用逆流烘干。关闭排风阀2和3，打开排风阀1和活动门4，关闭调风阀11,  12和13，打开新风阀10，停止使用顺风段风机一散热器7，启动逆流段风机一散热器8。烘车从顺流段推入，热风从逆流段风机一散热器8进入隧道，排风全部从排风阀1排出。烘干后，烘车从逆流段推出。

 

  河北省科学院能源研究所设计制造的混流隧道干燥机，长度为23m，箱体为钢结构，每台功率为11.3kW。

 

  ①厂址选择需满足以下要求：

 

  1.地热烘干厂应离地热井最近；

 

  2.地热烘干厂与其他地热利用项目的距离应尽可能短；

 

  3.在地热烘干厂内应有冷水水源，并有稳定供给水量10m3/h（或有冷水井，或有冷水水塔）；

 

  4.有通畅的生产废水排水渠道。

 

  ②根据农副产品烘干的特点，烘干厂应包括：预处理车间、烘干车间、分选包装车间、原料棚、成品库、办公室、门卫室、宿舍和公共设施等。

 

  蔬菜水果的脱水除使用隧道式干燥器外，也可以使用连续输送式干燥器，采用的热空气温度从40-100℃。隧道式干燥器实际上是一个密闭的绝热室，要干燥的产品放在室内一层层的托架上，大的物体则堆于其内。热交换过程可以通过循环大量的气体直接从气体向被干燥产品传热，也可以间接地采用加热托架的方法或采用盘管式散热器来实现。

 

  但是隧道式干燥器的物料装卸都需要繁重的体力劳动，所以只适用于下列情况：1.处理对象尺寸大，需要较长的加热周期，或为了使内部热量和水分扩散均匀，需要长期保持允许的加热温度；2.处理对象的量较少，不宜建造投资高的连续处理设备。

 

  下面介绍一些利用这类干燥机烘干农作物的国外地热蔬菜脱水项目。

 

  坐落在美国内华达州Fernley附近地热区的一座地热食品加工厂(Gilroy食品公司的子公司)，主要经营洋葱脱水，生产各种等级的干洋葱，从粉状到各种大小的粒状都有。最终产品的含湿量为3.5%-5%。用地热流体为工厂供热。该厂从5月到11月收获季，每年经营6个月。工厂从1978年开始运行，至今还没有发生过重大设备事故(Lund，1994)。

 

  地热井的井口流体温度为154℃，压力为1.31MPa，泵出的流量为170.3m3/h。在此条件下的蒸气压力为0.44MPa。系统压力几乎达到蒸气压力的3倍，从而保证地热流体始终处于液态。系统的高压运行也防止了热水盘管和管道的严重结垢。地热流体的排放温度为42.2℃，压力为0.28MPa。

 

  洋葱的水分最初为50%，经三级处理和一个干燥器，最终产品的水分约为5%。产品通过一条长58m的连续输运式食品脱水器被干燥。该脱水器是利用被地热流体加热的热空气吹过一个带孔的不锈钢带来烘干洋葱的。地热流体与干燥空气的传热过程是通过钢制热水加热盘管来实现。

 

  第二条新建的洋葱和大蒜加工厂已于1994年开工，它是Burns Philp食品有限公司的一个分部。工厂位于美国内华达州Reno北约160km处的San Emido沙漠，正好在Gerlach的南面。工厂采用一台单线连续传送干燥器，每年生产干燥产品6350t，其中60%为洋葱，4%为大蒜。流量为204m3/h的130℃地热流体为工厂提供4102kW的热量 （Lund and Lienau，1994）。

 

  在菲律宾南部Negros的Philippines 1号地热田，建成了一座采用160℃地热水的1MWt食物干燥试验工厂，用于干燥可可肉、果实、根生庄稼、香料和水产品。工厂面积650㎡，设计的干可可肉产量为每天7t（Chua and Abito，1994）。

 

  【二】土豆加工

 

  土豆是许多国家(特别是欧美国家)的重要食品，经加工可以生产出各种各样的产品，如土豆片、油炸土豆、去水土豆泥、土豆粒、去水土豆丁、土豆淀粉、土豆粉、土豆罐头及其他土豆杂品等。1970年以来，以美国为例，冷冻土豆产品占土豆加工量的45%-48%，或者说，占美国食用土豆的1/4。

 

  许多土豆加工工艺都可以用150℃或更低温度的地热流体作热源来提供能量。但是其中有凡道工序如油炸过程需要很高的温度，大多数地热流体都不能满足。

 

  待加工的土豆先送入一组洗净器，再送入预热器。在预热器里，土豆被加热并使土豆皮软化易于除去，然后用15%的碱液保持在60-80℃的温度范围使土豆化学去皮。

 

  土豆离开化学去皮器被送入擦洗器将皮擦去，经冲洗后送到切桌上。擦下的土豆皮泵入一个容器，并将残留碱液中和后作为牛饲料出售。

 

  土豆经修整后送至切割机房。摇筛将产品分类，小块被分离出来后加工成其他产品，经修整后的合适大小产品由重力送入烫漂系统。

 

  烫漂后的土豆去水并经表面上糖，使油炸后呈金黄色。在两级油炸之前，土豆先经干燥器去除表面的潮湿水分。第一级油炸将土豆炸透、炸熟，第二级油炸只为给土豆表面着上金黄色。油炸器所用的油通过换热器用1.9MPa的高压蒸气加热至190℃。

 

  产品的冷冻由压缩式连续冷冻系统完成，冷冻温度维持-35℃不变。

 

  为了避免地热水对产品的污染，地热利用采用间接供热系统，即地热流体通过换热器将热量传递给洁净的循环水，循环水再将热量传送至工艺用热的地方，然后返回换热器重新被加热，完成一个密闭的循环。