第頁云南普洱茶太陽能干燥方案名稱：云南普洱茶太陽能干燥單位：二零一四年×月第一章利用太陽能干燥茶葉可行性一、太陽能干燥的理論知識太陽能干燥就是使被干燥的物料通過太陽能集熱器所加熱的空氣進(jìn)行對流換熱而獲得熱能，繼而再經(jīng)過以上描述的物料表面與物料內(nèi)部之間的傳熱、傳質(zhì)過程，使物料中的水分逐步汽化并擴(kuò)散到空氣中去，最終達(dá)到干燥的目的。干燥過程是利用熱能使固體物料中的水分汽化并擴(kuò)散到空氣中去的過程。物料表面獲得熱量后，將熱量傳入物料內(nèi)部，使物料中所含的水分從物料內(nèi)部以液態(tài)或氣態(tài)方式進(jìn)行擴(kuò)散，逐漸到達(dá)物料表面，然后通過物料表面的氣膜而擴(kuò)散到空氣中去，使物料中所含的水分逐步減少，最終成為干燥狀態(tài)。因此，干燥過程實(shí)際上是一個傳熱、傳質(zhì)的過程。它主要包括以下幾個方面。太陽能直接或間接加熱物料表面，熱量由物料表面?zhèn)髦羶?nèi)部。物料表面的水分首先蒸發(fā)，并由流經(jīng)物料表面的空氣帶走。此過程的速率取決于空氣溫度，相對濕度和空氣流速及物料與空氣接觸的表面積等外部條件。此過程稱外部條件的控制過程。物料內(nèi)部的水分獲得足夠的能量后，在含水率梯度或蒸汽壓力梯度的作用下，有內(nèi)部遷移至物料表面。此過程的速率取決于物料性質(zhì)，溫度，含水率等內(nèi)部條件。此過程稱內(nèi)部條件的控制過程。物料的干燥特性曲線如下：太陽能干燥需要了解的參數(shù)：干燥需要的能量Q：影響干燥的因素：（1）空氣的溫度若空氣的相對濕度不變，溫度愈高，達(dá)到飽和所需的水蒸汽愈多，水分蒸發(fā)就愈容易，干燥速度也就愈快；反之，溫度愈低，干燥速度也就愈慢，產(chǎn)品容易發(fā)生氧化褐變，甚至生霉變質(zhì)。但也不宜采取過度高溫，因?yàn)楣吆扛?，遇過高溫度，使細(xì)胞質(zhì)液迅速膨脹，細(xì)胞壁破裂，使可溶性物質(zhì)流失。此外，原料中的糖因高溫而焦化，有損外觀和風(fēng)味，高溫、低濕還容易引起結(jié)殼現(xiàn)象。在干制過程中，一般采用40～90℃，凡是富含糖分和揮發(fā)油的果蔬，宜用低溫干制。（2）空氣的相對濕度如果溫度不變，空氣的相對濕度愈低，則空氣濕度飽和差愈大，干燥速度愈快，空氣相對濕度過高，原料會從空氣中吸收水分。（3）空氣的流速通過原料的空氣流速愈快、帶走的濕氣愈多，干燥也愈快。因此，人工干燥設(shè)備中，可以用鼓風(fēng)增加風(fēng)速，以便縮短干燥時間。（4）原料的種類和狀態(tài)果蔬原料的種類不同，其化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)也不同，干燥速度也不一致，如原料肉質(zhì)緊密，含糖量高，細(xì)胞液濃度大，滲透壓高，干燥速度快，有些原料如葡萄、李子等果面有一層蠟質(zhì)，阻礙水分的蒸發(fā)，可在干燥前用鹽水處理，將蠟質(zhì)溶解，以增加干燥速度，由于水分是從原料表面向外蒸發(fā)的，因此原料切分的大小和厚薄對干燥速度有直接的影響，原料切分的愈小，其比表面積愈大，水分蒸發(fā)愈快。原料鋪在烘盤上或曬盤上的厚度愈薄，干燥愈快。（5）干燥設(shè)備的設(shè)計(jì)及使用人工干燥設(shè)備是否適宜和使用是否得當(dāng)，也是影響干燥速度的主要因素。二、普洱茶加工工藝特點(diǎn)1、生、熟普洱茶的加工工藝（1）生普洱茶的加工步驟云南大葉種茶鮮葉—萎凋—?dú)⑶唷嗄怼獣窀伞魤骸稍铮翰烧菏止げ烧谎績扇~為上。萎凋：攤涼于無直射陽光通風(fēng)干燥處三十水分，置于竹編竹篾上方。時間視鮮葉含水量及當(dāng)時氣溫濕度。殺青：去除青草味，蒸發(fā)一部分水分，炒制后利于揉捻成形。揉捻：有機(jī)器揉捻及手工揉捻。讓茶葉細(xì)胞壁破碎，使茶汁在沖泡時易溶于茶湯，提高浸出率。使茶葉成條。曬干：把揉捻好的茶葉在太陽光下自然曬干，最大程度的保留了茶葉中的有機(jī)質(zhì)和活性物質(zhì)。曬青易于保留茶葉的本質(zhì)原味。蒸壓：把曬干的茶葉用蒸汽蒸濕，放在不同模具里壓成形。提取香味及使茶葉中果膠溢出表皮，利于壓制成型和有別于散茶的獨(dú)特香味。干燥：把含水量控制到能安全儲藏的含水量以下，一般普洱茶要求在含水量在10%以下。（2）熟普洱茶的制作工藝熟普洱茶的加工步驟生茶毛茶—濕水—反復(fù)翻堆—出堆—解塊—干燥—分級—蒸壓(類似生茶蒸制過程）——干燥攤涼。渥堆發(fā)酵：將濕水后的茶葉按一定厚度堆積在一起，在微生物作用、濕熱作用和氧化作用的共同作用下，形成普洱茶特有的風(fēng)味、品質(zhì)。三、太陽能空氣集熱器干燥優(yōu)勢1、安全性：空氣型PCM相變蓄能集熱器作為一種以空氣為介質(zhì)的太陽能集熱器，具有升溫速度快，便于維護(hù)，成本較低，泄露不影響系統(tǒng)工作，無需防凍、防腐等優(yōu)勢；2、可靠性：PCM蓄熱式太陽能空氣集熱器，傳熱介質(zhì)采用循環(huán)空氣。該系統(tǒng)從根本上解決了太陽能供熱采暖系統(tǒng)在高寒地區(qū)可能出現(xiàn)的凍裂、泄漏、過熱等安全隱患問題，且集熱\蓄熱一體化，降低了太陽能供熱系統(tǒng)成本，確保了太陽能采暖供熱系統(tǒng)的長壽命?？諝庑吞柲芗療崞骺稍谔柹鸷?小時內(nèi)就可進(jìn)行集熱，可提供多種物料干燥溫度需求；3、無污染：集熱器集熱采用風(fēng)作為干燥媒介，媒介和所干燥物料直接接觸，可有效避免物料干燥的二次污染，同時，使用太陽能作為熱源可防止因消耗燃料給環(huán)境造成的傷害；4、熱性能：熱起動快，與公共建筑用熱匹配性好，太陽升起，即可供熱?？商峁┒喾N熱源溫度選擇，溫度可從40℃―120℃之間進(jìn)行選擇。四、傳統(tǒng)干燥方式與太陽能干燥方式比較1、傳統(tǒng)干燥煙味是我國炒青綠茶中普遍存在的問題，由于木材燃燒和煤炭燃燒后產(chǎn)生的煙味引起的污染。木材燃燒產(chǎn)生的污染物在茶葉中主要是一氫茚、萘、愈創(chuàng)木酚、正壬酸等化合物。煤炭燃燒產(chǎn)生的污染物在茶葉中主要是萘、雪松醇和愈創(chuàng)木酚。采用燃燒木材的方式，對木材資源產(chǎn)生了較大損壞，同時對當(dāng)?shù)丨h(huán)境了造成了一定的破壞。造成了當(dāng)?shù)氐乃亮魇В瑢ι鷳B(tài)環(huán)境早成了不可逆的破壞。同時燃煤干燥的方式，對空氣存在嚴(yán)重的污染，造成空氣中二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物排放量的增多，對環(huán)境及民眾的身體健康造成極大地危害。2、太陽能干燥優(yōu)勢太陽能干燥與自然晾曬(大氣干燥)相比其主要優(yōu)勢是能較大幅度的縮短干燥時間和提高產(chǎn)品質(zhì)量。對于產(chǎn)品質(zhì)量問題，在過去并不引起人們的關(guān)注，這主要是因?yàn)樵谶^去不同質(zhì)量的產(chǎn)品其價位差很小，人們對健康問題不太注重。太陽能干燥系統(tǒng)采用專門的干燥室，可避免灰塵、忽然降雨等污染和危害，又由于干燥溫度較自然干燥高，還具有殺蟲滅菌的作用。太陽能干燥系統(tǒng)與采用常規(guī)能源的干燥系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)勢:①節(jié)省燃料常壓下蒸發(fā)一千克水，約需要2.5×103kJ/kg的熱量。考慮到物料升溫所需熱量、爐子燃燒效率等各種因素，有資料估算，干燥一噸農(nóng)副產(chǎn)品，大約要消耗1噸以上的原煤，能耗很大，若采用太陽能干燥則節(jié)能效果非常明顯。②減少對環(huán)境的污染我國大氣污染嚴(yán)重，這主要源于煤，石油等燃燒后的廢氣和煙塵的排放，采用太陽能干燥工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，在節(jié)約化石燃料的同時，又可以緩解環(huán)境壓力。③運(yùn)行費(fèi)用低就初投資而言，太陽能與常規(guī)能源干燥二者相差不大。但是在系統(tǒng)運(yùn)行時，采用常規(guī)能源干燥物料其燃料的費(fèi)用是很高的，若采用太陽能干燥，設(shè)備投資(初投資)二者相差不大，但太陽能干燥除風(fēng)機(jī)消耗少量電能外，太陽能是免費(fèi)的。即使太陽能干燥不能完全取代采用常規(guī)能源的干燥手段，通過設(shè)計(jì)使二者有機(jī)結(jié)合，使太陽能提供的能量占到總能量消耗的較大比例，同樣可節(jié)約大量運(yùn)行費(fèi)用。此外，太陽能干燥裝置各部分工作溫度屬中低溫，操作簡單、安全可靠。第二章太陽能干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié)太陽能干燥原理及解決方案太陽能干燥茶葉是利用太陽能熱空氣將茶葉內(nèi)的結(jié)合水進(jìn)行蒸發(fā)的一種工藝過程。根據(jù)對普洱生茶、熟茶加工工藝的了解，我們可以看到在每一個加工工藝流程中都需要干燥環(huán)節(jié)，必須經(jīng)干燥后將茶葉的含水量達(dá)到10%（安全含水量）以下，據(jù)此我們以空氣集熱器干燥5噸生茶葉為例進(jìn)行設(shè)計(jì)（假設(shè)干燥初始含水量為78%，干燥后含水量為10%），據(jù)此對太陽能干燥茶葉做進(jìn)一步分析、了解。一、太陽能干燥原理圖二、太陽能干燥解決方案根據(jù)不同的茶葉制品不同的工藝流程，將物料放置在干燥房（可以是太陽能溫室）內(nèi)，并放置在臺架上，通過空氣集熱器集熱，同時使用變頻風(fēng)機(jī)將熱量輸送至室內(nèi)并對風(fēng)量進(jìn)行控制，排濕風(fēng)機(jī)根據(jù)室內(nèi)空氣濕度和溫度進(jìn)行排濕。節(jié)能效果：可有效提高茶葉干燥質(zhì)量，縮短干燥時間，節(jié)約能源大約45%以上。第二節(jié)設(shè)計(jì)依據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)計(jì)算一、設(shè)計(jì)依據(jù)所在地：云南普洱市概況：干燥地點(diǎn)位于云南普洱市，干燥量為每天5噸普洱生茶葉。二、設(shè)計(jì)指標(biāo)：物料初始干燥溫度85℃，干燥工作溫度120℃；初始含水量為78%，干燥完成后含水量確定為10%。輔助能源及陰雨天的熱量保證：雙方商定。三、當(dāng)?shù)貧庀筚Y料本方案參照昆明地區(qū)天氣情況為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)：昆明年日均輻照量為15.73MJ/m2.四、太陽熱水器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)1、GB/T18713-2002《太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》2、GB50015-2003《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》3、GB/T17581-2007《真空管太陽集熱器》4、GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》5、GB5009-2001《建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》6、GB50207-2002《屋面工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》7、GB50205-2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》8、GB50242-2002《建筑給水排水及采暖工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》9、GB50303-2002《建筑電氣安裝工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》10、GB50300《建筑工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》11、GB/T17049-2005《全玻璃真空太陽集熱管》12、GB50364-2005《民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》13、GB50345-2004《屋面工程技術(shù)規(guī)范》14、GB/T20095-2006《太陽能熱水系統(tǒng)性能評定規(guī)范》五、重要計(jì)算及說明1、茶葉干燥工藝參數(shù)序號參數(shù)數(shù)據(jù)1干燥前含水量78%2干燥后含水量10%3處理量5T/d4干燥前后溫度85℃/120℃5日干燥時間16h(太陽能干燥8h,輔助能源干燥8h)2、按照要求進(jìn)行每天5噸茶葉干燥進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算一天太陽能干燥5噸茶葉所需要的集熱器的面積Ac。2.1計(jì)算5噸茶葉干燥的排水量：WP=3400Kg2.2干燥房內(nèi)每天的干燥量為5000kg，取120℃作為典型溫度。經(jīng)查水在120℃時汽化潛熱為2202KJ/Kg。在干燥的過程中的熱量共需要三個部分，如下：Q=Q1+Q2+Q3Q1-為濕物料溫度升溫需要的熱量，MJ；Q2-為物料中水分揮發(fā)需要的熱量，MJ；Q3-干燥裝置的散熱損失，MJ；Q1=C物m△t[120℃作為干燥時茶葉的溫度]=4154.52MJQ2=msr=7486.8MJms-物料每天的水分的蒸發(fā)量3400kgr-水的汽化潛熱,2202KJ/KgQ3=（Q1+Q2）×5%=582.07MJ經(jīng)計(jì)算：Q=12223.4MJ3、計(jì)算集熱面積——直接系統(tǒng)太陽集熱器采光面積，㎡；Q總——總熱量,12223.4MJ；——當(dāng)?shù)丶療崞魇軣崦嫔掀骄蛰椪樟浚?5.73MJ/㎡；——太陽能保證率，無量綱，選30%；——太陽集熱器全日集熱效率，根據(jù)工況情況取0.55；——熱損失率，無量綱，此處取0.2；計(jì)算結(jié)果：