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1、云南普洱茶太阳能干燥方案名 称： 云南普洱茶太阳能干燥 单 位： 二零一四年月第一章利用太阳能干燥茶叶可行性一、太阳能干燥的理论知识太阳能干燥就是使被干燥的物料通过太阳能集热器所加热的空气进行对流换热而获得热能，继而再经过以上描述的物料表面与物料内部之间的传热、传质过程，使物料中的水分逐步汽化并扩散到空气中去，最终达到干燥的目的。干燥过程是利用热能使固体物料中的水分汽化并扩散到空气中去的过程。物料表面获得热量后，将热量传入物料内部，使物料中所含的水分从物料内部以液态或气态方式进行扩散，逐渐到达物料表面，然后通过物料表面的气膜而扩散到空气中去，使物料中所含的水分逐步减少，最终成为干燥状态。因此，
2、干燥过程实际上是一个传热、传质的过程。它主要包括以下几个方面。l 太阳能直接或间接加热物料表面，热量由物料表面传至内部。l 物料表面的水分首先蒸发，并由流经物料表面的空气带走。此过程的速率取决于空气温度，相对湿度和空气流速及物料与空气接触的表面积等外部条件。此过程称外部条件的控制过程。l 物料内部的水分获得足够的能量后，在含水率梯度或蒸汽压力梯度的作用下，有内部迁移至物料表面。此过程的速率取决于物料性质，温度，含水率等内部条件。此过程称内部条件的控制过程。物料的干燥特性曲线如下：太阳能干燥需要了解的参数： 干燥需要的能量Q： 影响干燥的因素：（1）空气的温度 若空气的相对湿度不变，温度愈高，达
3、到饱和所需的水蒸汽愈多，水分蒸发就愈容易，干燥速度也就愈快；反之，温度愈低，干燥速度也就愈慢，产品容易发生氧化褐变，甚至生霉变质。但也不宜采取过度高温，因为果蔬含水量高，遇过高温度，使细胞质液迅速膨胀，细胞壁破裂，使可溶性物质流失。此外，原料中的糖因高温而焦化，有损外观和风味，高温、低湿还容易引起结壳现象。在干制过程中，一般采用4090，凡是富含糖分和挥发油的果蔬，宜用低温干制。（2）空气的相对湿度 如果温度不变，空气的相对湿度愈低，则空气湿度饱和差愈大，干燥速度愈快，空气相对湿度过高，原料会从空气中吸收水分。（3）空气的流速 通过原料的空气流速愈快、带走的湿气愈多，干燥也愈快。因此，人工干燥
4、设备中，可以用鼓风增加风速，以便缩短干燥时间。（4）原料的种类和状态 果蔬原料的种类不同，其化学组成和组织结构也不同，干燥速度也不一致，如原料肉质紧密，含糖量高，细胞液浓度大，渗透压高，干燥速度快，有些原料如葡萄、李子等果面有一层蜡质，阻碍水分的蒸发，可在干燥前用盐水处理，将蜡质溶解，以增加干燥速度，由于水分是从原料表面向外蒸发的，因此原料切分的大小和厚薄对干燥速度有直接的影响，原料切分的愈小，其比表面积愈大，水分蒸发愈快。原料铺在烘盘上或晒盘上的厚度愈薄，干燥愈快。（5）干燥设备的设计及使用 人工干燥设备是否适宜和使用是否得当，也是影响干燥速度的主要因素。二、普洱茶加工工艺特点1、生、熟普洱
5、茶的加工工艺（1） 生普洱茶的加工步骤云南大叶种茶鲜叶萎凋杀青揉捻晒干蒸压干燥： 采摘：手工采摘一芽两叶为上。 萎凋：摊凉于无直射阳光通风干燥处三十水分，置于竹编竹篾上方。时间视鲜叶含水量及当时气温湿度。 杀青：去除青草味，蒸发一部分水分，炒制后利于揉捻成形。 揉捻：有机器揉捻及手工揉捻。让茶叶细胞壁破碎，使茶汁在冲泡时易溶于茶汤，提高浸出率。使茶 叶成条。 晒干：把揉捻好的茶叶在太阳光下自然晒干，最大程度的保留了茶叶中的有机质和活性物质。晒青易于保留茶叶的本质原味。 蒸压：把晒干的茶叶用蒸汽蒸湿，放在不同模具里压成形。提取香味及使茶叶中果胶溢出表皮，利于压制成型和有别于散茶的独特香味。 干燥
6、：把含水量控制到能安全储藏的含水量以下，一般普洱茶要求在含水量在10%以下。（2） 熟普洱茶的制作工艺 熟普洱茶的加工步骤 生茶毛茶湿水反复翻堆出堆解块干燥分级蒸压(类似生茶蒸制过程）干燥摊凉。 渥堆发酵：将湿水后的茶叶按一定厚度堆积在一起，在微生物作用、湿热作用和氧化作用的共同作用下，形成普洱茶特有的风味、品质。 三、太阳能空气集热器干燥优势1、安全性：空气型PCM相变蓄能集热器作为一种以空气为介质的太阳能集热器，具有升温速度快，便于维护，成本较低，泄露不影响系统工作，无需防冻、防腐等优势；2、可靠性： PCM蓄热式太阳能空气集热器，传热介质采用循环空气。该系统从根本上解决了太阳能供热采暖系
7、统在高寒地区可能出现的冻裂、泄漏、过热等安全隐患问题，且集热蓄热一体化，降低了太阳能供热系统成本，确保了太阳能采暖供热系统的长寿命。空气型太阳能集热器可在太阳升起后1小时内就可进行集热，可提供多种物料干燥温度需求； 3、无污染：集热器集热采用风作为干燥媒介，媒介和所干燥物料直接接触，可有效避免物料干燥的二次污染，同时，使用太阳能作为热源可防止因消耗燃料给环境造成的伤害；4、热性能：热起动快，与公共建筑用热匹配性好，太阳升起，即可供热。可提供多种热源温度选择，温度可从40120之间进行选择。四、传统干燥方式与太阳能干燥方式比较1、传统干燥烟味是我国炒青绿茶中普遍存在的问题，由于木材燃烧和煤炭燃烧
8、后产生的烟味引起的污染。木材燃烧产生的污染物在茶叶中主要是一氢茚、萘、愈创木酚、正壬酸等化合物。煤炭燃烧产生的污染物在茶叶中主要是萘、雪松醇和愈创木酚。采用燃烧木材的方式，对木材资源产生了较大损坏，同时对当地环境了造成了一定的破坏。造成了当地的水土流失，对生态环境早成了不可逆的破坏。同时燃煤干燥的方式，对空气存在严重的污染，造成空气中二氧化碳、二氧化硫及氮氧化物排放量的增多，对环境及民众的身体健康造成极大地危害。2、太阳能干燥优势 太阳能干燥与自然晾晒(大气干燥) 相比其主要优势是能较大幅度的缩短干燥时间和提高产品质量。 对于产品质量问题，在过去并不引起人们的关注，这主要是因为在过去不同质量的
9、产品其价位差很小，人们对健康问题不太注重。太阳能干燥系统采用专门的干燥室，可避免灰尘、忽然降雨等污染和危害，又由于干燥温度较自然干燥高，还具有杀虫灭菌的作用。 太阳能干燥系统与采用常规能源的干燥系统相比具有以下优势: 节省燃料 常压下蒸发一千克水，约需要2.5103 kJ/kg的热量。考虑到物料升温所需热量、炉子燃烧效率等各种因素，有资料估算，干燥一吨农副产品，大约要消耗1吨以上的原煤，能耗很大，若采用太阳能干燥则节能效果非常明显。 减少对环境的污染 我国大气污染严重，这主要源于煤，石油等燃烧后的废气和烟尘的排放，采用太阳能干燥工农业产品，在节约化石燃料的同时，又可以缓解环境压力。 运行费用低
10、 就初投资而言，太阳能与常规能源干燥二者相差不大。但是在系统运行时，采用常规能源干燥物料其燃料的费用是很高的，若采用太阳能干燥，设备投资(初投资)二者相差不大，但太阳能干燥除风机消耗少量电能外，太阳能是免费的。即使太阳能干燥不能完全取代采用常规能源的干燥手段，通过设计使二者有机结合，使太阳能提供的能量占到总能量消耗的较大比例，同样可节约大量运行费用。 此外，太阳能干燥装置各部分工作温度属中低温，操作简单、安全可靠。第二章 太阳能干燥系统设计第一节 太阳能干燥原理及解决方案太阳能干燥茶叶是利用太阳能热空气将茶叶内的结合水进行蒸发的一种工艺过程。根据对普洱生茶、熟茶加工工艺的了解，我们可以看到在每
11、一个加工工艺流程中都需要干燥环节，必须经干燥后将茶叶的含水量达到10%（安全含水量）以下，据此我们以空气集热器干燥5吨生茶叶为例进行设计（假设干燥初始含水量为78%，干燥后含水量为10%），据此对太阳能干燥茶叶做进一步分析、了解。一、太阳能干燥原理图二、太阳能干燥解决方案 根据不同的茶叶制品不同的工艺流程，将物料放置在干燥房（可以是太阳能温室）内，并放置在台架上，通过空气集热器集热，同时使用变频风机将热量输送至室内并对风量进行控制，排湿风机根据室内空气湿度和温度进行排湿。节能效果：可有效提高茶叶干燥质量，缩短干燥时间，节约能源大约45%以上。第二节 设计依据、标准和相关计算一、设计依据所在地：
12、云南普洱市概 况：干燥地点位于云南普洱市，干燥量为每天5吨普洱生茶叶。二、设计指标：物料初始干燥温度85，干燥工作温度120；初始含水量为78%，干燥完成后含水量确定为10%。辅助能源及阴雨天的热量保证：双方商定。 三、当地气象资料本方案参照昆明地区天气情况为设计基准：昆明年日均辐照量为15.73MJ/m2.四、太阳热水器相关标准1、GB/T18713-2002太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范2、GB50015-2003建筑给水排水设计规范3、GB/T17581-2007真空管太阳集热器4、GB50017-2003 钢结构设计规范5、GB5009-2001建筑结构载荷规范6、GB50
13、207-2002屋面工程质量验收规范 7、GB50205-2001钢结构工程施工质量验收规范 8、GB50242-2002建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范9、GB50303-2002建筑电气安装工程施工质量验收规范10、GB50300建筑工程施工质量验收统一标准11、GB/T17049 -2005全玻璃真空太阳集热管 12、GB50364-2005民用建筑太阳能热水系统应用技术规范13、GB50345-2004屋面工程技术规范14、GB/T20095-2006太阳能热水系统性能评定规范五、重要计算及说明1、茶叶干燥工艺参数序号参数数据1干燥前含水量78%2干燥后含水量10%3处理量5T/
14、d4干燥前后温度85/1205日干燥时间16h(太阳能干燥8h,辅助能源干燥8h)2、按照要求进行每天5吨茶叶干燥进行设计，计算一天太阳能干燥5吨茶叶所需要的集热器的面积Ac。2.1计算5吨茶叶干燥的排水量： WP = 3400Kg2.2干燥房内每天的干燥量为5000kg，取120 作为典型温度。经查水在120时汽化潜热为2202KJ/Kg。 在干燥的过程中的热量共需要三个部分，如下：Q=Q1+Q2+Q3Q1-为湿物料温度升温需要的热量，MJ；Q2-为物料中水分挥发需要的热量，MJ；Q3-干燥装置的散热损失，MJ； Q1=C物mt 120作为干燥时茶叶的温度 =4154.52MJ Q2=msr
15、=7486.8MJ ms -物料每天的水分的蒸发量3400kg r -水的汽化潜热,2202KJ/KgQ3=（Q1+ Q2）5%=582.07MJ经计算：Q= 12223.4MJ3、 计算集热面积 直接系统太阳集热器采光面积，；Q总总热量, 12223.4MJ；当地集热器受热面上平均日辐照量15.73MJ/；太阳能保证率，无量纲，选30%；太阳集热器全日集热效率，根据工况情况取0.55；热损失率，无量纲，此处取0.2；计算结果：集热面积529.8按照每天干燥5吨茶叶的需求，则需要集热面积为：529.8。单台“炫风”空气集热器ZN-30D58-1800A型为4，则空气集热器数量为：N=529.8
16、/4=132台。根据实际情况，配置132台空气集热器可满足要求。太阳能保证率为30%，可保证每天1.5吨茶叶干燥至安全含水量以下，其余部分采用辅助能源进行干燥。 第三章 太阳能干燥经济、社会效益分析一、经济性效益分析（干燥周期3-10月）1公斤标准煤的含热值为7000大卡，折合29306千焦，1吨普通煤折合0.7吨标准煤，折合20514兆焦，而燃煤锅炉的效率约为0.6，另使用时损失的热量按20%计算，则每吨煤的有效利用的热值约为9846兆焦，太阳能系统全年有效得热量：Q1=15.735280.55（1-0.2）830MJ=877056 MJ每吨煤按现在市场均价800元计算,则采用燃煤锅炉每兆焦热量价格为0.08125元，采用太阳能系统一年可节约直接燃料费约为71260.8万元。二、社会环境效益及节能减排若按以上每日茶叶干燥量需求进行核算，需安装太阳能集热器528m2，每天可以产生3654.4MJ热量，相当于每年可以减少燃烧标准煤111.7吨，减少二氧化碳排放291.34吨，二氧化硫949.45千克，氮氧化物826.58千克。当前常规能源日趋紧张，国家大力提倡节能减排、保护环境，太阳能作为一种清洁环保、廉价的新能源，其良好的社会效益和经济效益越来越为政府和企业所重视。本项目必将成为太阳能在茶叶干燥领域的应用起到良好的推广示范作用。
