一、课题背景

随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源的需求量持续增大，能源资源的争夺日趋激烈，如何节能已经成为当今世界的一大主题。干燥是一项耗能较大的工艺过程，大约生产过程中总能耗的6%用于干燥过程，所以干燥过程具有很大的节能潜力。[1-3]热泵是利用一定量的低温热能来获得较高温度、可供利用热能的热力系统，它可以有效的回收湿空气中的热量，减少循环空气的直接排放。[4]

二、热泵干燥机原理简介

热泵干燥一种利用热能降低物料水分的机械设备，用于对物体进行干燥操作。热泵干燥机通过加热使物料中的湿分(一般指水分或其他可挥发性液体成分)汽化逸出，以获得规定湿含量的固体物料。干燥的目的是为了物料使用或进一步加工的需要。[5]

干燥技术有很宽的应用领域。面对众多的产业、理化性质各不相同的物料、产品质量及其他方面千差万别的要求，干燥技术是一门跨行业、跨学科、具有实验科学性质的技术。通常，在干燥技术的开发及应用中需要具备三个方面的知识和技术。[6]第一是需要了解被干燥物料的理化性质和产品的使用特点。[7]第二是要熟悉传递工程的原理，即传质、传热、流体力学和空气动力学等能量传递的原理。第三要有实施的手段，即能够进行干燥流程、主要设备、电气仪表控制等方面的工程设计。显然，这三方面的知识和技术不属于一个学科领域。[8-11]

三、热泵干燥机的工作原理

热泵干燥机利用外界空气能做热源，原理如同空调反装，3kw压缩机动力=10kw电力热量。干燥空气在干燥室与热泵干燥机间进行闭式循环，它利用热泵干燥机的制冷系统使来自干燥室的湿空气降温脱湿，当湿空气流经热泵蒸发器时，内部的低压制冷剂吸收空气的热量由液态变为气态，空气因降温而排出其中的大部分凝结水。来自蒸发器的低压制冷蒸汽由压缩机升压后送至冷凝器，当脱湿后的干冷空气流经冷凝器时，内部的高压制冷剂因冷凝而放出热量，外部的空气则被加热为热风又回到干燥室继续干燥，从冷凝器流出的高压制冷液经膨胀阀降压后流入蒸发器继续下一个循环。[12-13]机器内传动电机，余热全部利用，并在热泵除湿干燥机内增加回热器，使进入蒸发器的空气温度下降而进去冷凝器的空气温度上升，回热循环使蒸发器冷量用于空气降温减少，而用于降温除湿过程冷量增加，使热泵干燥的最佳蒸发温度及最佳除湿量上升，增加回热循环的热泵除湿干燥比普通热泵干燥节能30%以上，外加保温层，热效率高，物料搅拌干燥，传热均匀汽化温度低，成品成小颗粒物料状出。[14]此机适应超湿散状物料，如糊状，湿粉，膏状物料。可以将80%水分降到5%，特别用于生物菌种常温保鲜低成本干燥，生物活性在干燥过程中几乎不丧失。[15]

热泵干燥机是利用逆卡诺原理，吸收空气的热量并将其转移到房内，实现烘干房的温度提高，配合相应的设备实现物料的烘干。高温热泵烘干机由压缩机#8212;#8212;换热器(内机)#8212;#8212;节流器#8212;#8212;吸热器(外机)#8212;#8212;压缩机等装置构成了一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动。[16-17]它在压缩机内完成气态的升压升温过程(温度高达100℃)，它进入内机释放出高温热量加热烘干房内空气，同时自己被冷却并转化为流液态，当它运行到外机后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，同时温度下降至零下20℃#8212;#8212;30℃，这时吸热器周边的空气就会源源不断地将热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现将空气中的热量搬运到烘干房内加热房内空气温度。[18]

热泵的自然干燥是指湿物料在阳光下空气进行的干燥，温度较低。封闭式热泵自然干燥过程原理图如图3.1.1

图3.1.1热泵干燥机系统简图