文摘
一般来说,太阳能干燥器柜是由金属板重,昂贵的,随着时间的推移会生锈,具有外层大气加热率高。为了克服这些缺点,本研究敦促开发天然纤维增强聚合物基内阁干燥机,专门设计和制造太阳能干燥的目的。尼龙材料,用作矩阵Prosopis juliflora以颗粒形式用作天然纤维强化。干燥柜设计在工业规模干姜的5公斤一个设置。这项工作也研究聚合物复合内阁的效率与平板太阳能集热器系统集成镀铜和黑色铬与波纹翅在吸收塔板之间和存储介质。玻璃钢室隔离在其内部与铝多孔床单和实验来确定执行的效率综合内阁从系统基于减少热损失。涂料的性能、存储介质材料、和整体存储效率也进行了研究。玻璃钢内阁导致在4 - 7天内湿度小于8.5%。(火用)的研究显示,75%的效率和能源研究了25.5焦每千克最高读数的干燥效率等一段11至12小时。这是一个能源效率增加75%。热降解的玻璃钢材料被发现是稳定的300°C。构造聚合物内阁的整体重量比传统的系统少25%。
1。介绍
姜是一种流行的香料和世界各地的经济作物。印度、中国、日本、尼日利亚、和印度尼西亚等国家的成长。印度是世界上最大的生产国和消费国的生姜,占全球产出的32.75% (1]。绿色消费模式表明,生姜用50%的时间,干姜用30%的时间,和种子材料只在20%的时间里使用。干姜有巨大的市场和出口由于它的药用特性,用于治疗胃痛,恶心,消化不良,哮喘,和其他疾病(2]。为了避免浪费,由于微生物和真菌的攻击,经济价值的香料必须干有效实现水分含量很低。对于保护农产品干燥历来是至关重要的,延长食品的保质期3]。干不同的食品可以以多种方式进行。传统的露天的干燥方法有许多缺点。限制产品的恶化和减少干燥时间,大量的能源烘干机是可用的。由于能源成本的增加,传统烘干机和干燥过程不符合成本效益4,5]。干燥已成为能源密集型和农民负担不起实践由于减少化石燃料供应和成本上升6]。
高分子基与金属相比,更大程度上避免传热。聚合物复合材料是可持续的,可回收的使用寿命期间(7]。他们也非常有助于减肥相比,太阳能烘干机使用现有的金属结构。他们的能力,以避免生锈与金属和他们不能发生化学反应的产品要干或开发的碎片和蒸发蒸汽干燥过程使他们提出的重要材料被认为是应用程序。天然纤维增强塑料高分子基[制造提供最便宜的方法8]。他们的强度重量比吸引研究人员利用通用的应用程序。各种天然纤维也被研究的传热分析(9]。Prosopis juliflora(PJ)是一个非常成功的天然木纤维,证明高的热稳定性和良好的机械性能。先前的研究描绘,PJ木材水分吸光度趋势很低,热稳定性高,也是一个非常便宜的钢筋(来源10,11]。不同大小的天然纤维长,短,粉,小型纤维有证明显示更好的热稳定性是一个关键因素的应用程序组合在这个研究工作正在开发。因此本研究认为PJ的钢筋材料颗粒的形式。表1描述化学的配置Prosopis juliflora天然木纤维。
不同聚合物在文献调查开发结合天然纤维thermal-based应用抵制传热。尼龙是本研究由于其复杂的聚合物结构中选择给它崎岖的建设。这是一个有前途的聚合物能够承受高温和提供了出色的磨损和良好的工作生活12]。这些属性的尼龙和PJ确保一个有希望的输出。这个项目工作的第一个尝试制造了FRP-based复合干燥柜为目的的农业食品干燥。本研究探讨了减少热损失的内阁干燥室,发达的经济可行性玻璃钢内阁,干姜和实验分析来评估性能目标是否适合中等规模的农民和男男同性恋者。可生物降解膜基聚合物的机械性能与天然纤维增援也证明了出色的性能以及热稳定性和热降解特征(13- - - - - -15]。
天然纤维增强复合材料在许多不同的方法处理基于应用程序结束他们开发(16]。处理的各种方法中聚合物如hand-layup、注射成型、压缩成型、原位、大型板被发现是最好的压缩成型技术制作的特别是当天然纤维增援考虑(17]。麦克亨利和Stachurski18)曾与nylon-reinforced桉树木材纤维制造复合材料特别设计为搅拌流化床和湿度控制的应用程序。钢筋数量的木材纤维为2.5,5和7.5 wt %的被认为是在2.5 wt %最高的木粉增强尼龙复合材料进行了力学特性。形态特征显示优异的附着力的木纤维尼龙聚合物。热降解木材最初的120°C,大幅提高到230°C融化后混合成复合尼龙。热压机是用于制造复合材料板导致优秀的成键的矩阵和加固材料。Aydemir et al。19)与钢筋松木尼龙6纤维和枫木纤维分别形成复合材料汽车行业有关罩制造应用程序。60 #网格大小甚至被用来获取大小的木头粒子的重量比率强化进尼龙5,10,20,30%。热处理木材纤维和未经处理的木材颗粒进行分析研究。复合材料复合后的注塑技术之后制造的复合标本。TGA对复合材料进行了最低200°C的未经处理的纤维的热稳定性和较高的热处理纤维增强复合材料的值。尽管流变的研究表明,20 wt %的粘度增强复合材料非常高,机械性能被发现是最好的20 wt %木纤维增强尼龙复合材料为例松木和枫木纤维。
内阁干燥机是最实际使用空间的太阳能干燥系统干燥农产品。更高的热量保留和低传热的外层大气,反之亦然应当维持更高的效率的干衣机。这些因素使我们的实践思考FRP-based复合材料作为替代传统的金属墙壁干燥柜由于其广泛的属性之间的传热阻力媒介(6,7]。在本研究工作中,干燥的姜进行研究和调查的性能集成复合内阁太阳能平板集热器。
2。方法
2.1。实验设计
太阳能集热器是捏造的以下维度:750毫米长度,宽度450毫米,180毫米·高度;吸收塔板的尺寸是700×400平方·毫米和0.8毫米厚14]。太阳能平板集热器的示意图表示,黑铬涂层吸收板如图1。收集器的条目的不同部分给出允许一致透气吸收板,和一个收敛的管道大小45毫米125毫米的长度和宽度是用来连接收集器和干燥室复合内阁。完整的图解的模型设置连接太阳能板干燥机和复合内阁塔图表示2。
主要太阳能集热器(0.75×0.45)m是放置在干燥器,这是一个透明的玻璃罩保护。强制对流提供新鲜空气,它通过太阳能集热器加热干燥室。它允许太阳光进入干燥室,它能加速干燥过程由于温室效应。复合干燥室的尺寸450毫米750毫米高度和宽度。5个托盘的距离100 mm每个设计和放置在相等的时间间隔内综合室方便食品的加载。允许改善空气流通,干燥托盘由铝多孔床单表面积为380×380平方毫米。对样本网状托盘,生姜片(5公斤每一批)的含水率621.5% d.b. cooper是均匀分布的。电子天平秤,材料仔细测量的重量按预定时间间隔分析由于脱水质量的下降。pt - 100传感器热电偶精度为0.5°C是用来测量空气的温度在进口和出口的太阳能收集器以固定时间间隔。复合干燥内阁由纤维增强塑料(FRP) 10毫米的壁厚。 All direct experimental data that were noted manually and using sensors were tabulated and then provided as input to the Origin 8 version software to obtain precision graphical representations of the results.
2.2。制造玻璃钢内阁的材料
尼龙66得到从中央Plactic工程技术研究所在印度海德拉巴。尼龙在微小颗粒形式在其原始状态。它的比重为1.14克/ cc,熔点223°C的用供应商。PJ木最初来自Namakkal区在泰米尔纳德邦,印度和木材是干在80°C的炉48小时摆脱原纤维中的水分。然后,木头是大小使用机械作为表现在作者以前的实验工作的10,15)最后已筛使用400 #网格大小获取同样大小的细粉。PJ最初干拌粉尼龙颗粒的重量分数比率计算80:20。文献记录20 wt %天然纤维粒子的强化与最好的聚合物提供复合材料机械性能(8,11]。然后,干燥的混合材料混合使用双螺杆挤出机在240°C和100 rpm的旋转螺杆速度。这个过程确保了尼龙和PJ纤维完全相互混合,得到的复合颗粒。这些复合球团然后放在压缩成型机制成大尺寸750×450毫米板和统一的10毫米的厚度。压缩成型过程的压力进行了6条,温度为240°C的12小时。最终产品是当时建造的外层墙干燥箱使用机械设备。试样的制作复合材料被削减的大板,进行热稳定性测试使用热重分析(TGA) [15)和ASTM D570吸水率(20.]。
2.3。实验计算
2.3.1。水分含量的测定姜
湿度的公式用来计算姜使用太阳能干燥系统列在下表中2并通过方程(1 - 6)表示。物理错误,例如固定错误,制造错误,和随机误差被认为是当其他参数错误如相对湿度、水分损失,减肥,太阳能强度和气流速度的错误也被认为是在实验阶段。
2.3.2。经济分析
任何系统的经济可行性决定通过一个经济系统的研究。确定一个新技术的关键是经济可行的,才能成功和商业化。在这项研究中,利用各种经济变量来评估混合日晒法的经济系统。总资本成本(C0)设计系统的计算使用方程(7)27]。参数和各自的公式,被认为是经济分析的干燥系统列在下表中3和表示彻底方程(8)- (10)。有限公司=制造系统的材料成本+人工成本(7)
在表3,C0捏造烘干机在卢比的资本成本,t干燥器的寿命(年)P是每日的好处在卢比从干衣机里,n是操作每年的天数(天)R卢比的维修和保养成本,D是折现率(%)。
3所示。结果与讨论
烘干机在烘干效率的曲线如图3。干燥过程中干燥效率姜的范围在4.16 - -46.72%的范围,分别。干姜的平均干燥效率为28.96%,分别。可以看出,使用较高的干燥温度会提高干燥效率。这是因为较高的干燥温度使用将产生更多的热量,这将增加干燥空气的水分吸收,加速干燥过程。这将提高干燥效率(28]。本研究结果表明,与以往的研究很少。太阳能液化石油气混合干燥机适用于干燥虾的干燥效率变化从24.21到37.09%,29.93%的平均值29日]。第二项研究使用木薯干的产品。发现干燥效率从16%增加30%。干燥温度增加到40°C到60°C (28,29日]。另一项研究报道平均干燥效率的价值27.1%海藻干燥过程中使用太阳能托盘干燥机(30.]。
3.1。干姜的质量
四干姜的质量参数进行了测试在这个实验中基于以下标准:香气测试、脂肪含量、灰分含量、模具和昆虫在存储。在质量检验,没有干姜的香味的变化。也没有看到开发模具形成或昆虫和真菌的nil痕迹形成期间经历了干姜的存储。干姜的脂肪和灰分含量满足各自的标准的范围值。脂肪含量随温度较高(4.46%至2.73%,40 - 60度,分别)。这是因为较高的温度会停用酶,因此停止生产挥发性脂肪酸化合物,降低脂肪含量(31日]。然而,干燥有助于保护生物活性化合物和不饱和脂肪酸更适合消费(32]。姜的干燥行为实现最大12点到下午2点之间的热空气被设定为60°C。记录的最高温度为61°C。姜的含水率下降大大增加干燥时间和适当的时候后达到一个恒定值。
3.2。能量和火用分析
从热力学第一定律的产生,获得能源和能源利用太阳能集热器系统的估计,而火用相关的数据解释热力学第二定律来管理(火用)损失的类型,大小和位置在干燥过程中。(火用)损失被认为是主导在最后托盘由于可用能源的利用率较低。尽管干姜的能源利用率和(火用)效率变化从15.3到25.4 kJ /公斤和57.5至78.95%,姜是足够温度范围之间的干40°C-60°C和36°C - 63°C 1.243 m / s的相对湿度和空气流的时间6小时(33]。减少太阳辐射在晚上时间没有考虑自文献指出,干燥机的效率内阁以来使用粗骨料预热帮助减少热损失。因此,能量损失的(火用)性能量化的太阳能系统仍然是基于热力学第二定律。能量和火用表演中以图形方式描述的是数据4和5,分别。
3.3。发达的经济分析系统
创造了干燥机的经济分析和相关因素是基于印度的经济环境。姜干燥,使用成本折合成年率技术进行了成本效益分析。5公斤的姜花了6个小时在一个太阳能干燥器干燥。在晴朗的阳光灿烂的日子,5小时的干燥时间平均是可用的。一年,200天算为清晰的晴天。太阳能干燥器的资本成本估计为Rs 30000。太阳能干燥器的年度维修和维护成本计算年度资本成本的5%。干燥成本5公斤的姜太阳能干燥器每天估计有61。的季节,生姜汁成本Rs。每公斤20。所需的电力,干姜的5公斤是1.5个单位。 Dried ginger is worth Rs. 160 on the market, and the daily benefit from drying is Rs.77. The annual cost of a specially developed drying system for ginger is Rs. 21,700. The benefit-to-cost ratio of the solar dryer that was designed was found to be 2.41. The cost-benefit ratio was computed. The developed FRP cabinet dryer had a payback period of only 6 months. When compared with the conventional solar-drying hybrid system, the payback period is short. As a result, FRP solar drying systems are cost effective. The usage of a solar dryer cut the drying time in half. It can be seen from Figure6环境温度变化从26岁到28.96°C,而太阳强度721.54和1027.72 W / m之间的不同2,平均为780.13 W / m2。
姜干燥热性能和干燥品质测试。姜的水分含量从83.3%下降到10.41%,湿的基础上分别,如图7。类似的平衡含水率结果报告的几个研究工作在土豆34)、西红柿(35[],香蕉36),和黄瓜37]。净收益,这种比率,和回报时间计算使用经济分析,证明了设备的经济可行性。
3.4。玻璃钢的热性能
组成的一个小金额50毫克样本来自发达复合材料进行热研究。样品被放置在坩埚热重量分析仪仪器的模型:S11TG 6300 / DTA分析热稳定性、热降解起始和进展,与postresidue完全退化。所有样本的属性进行了分析,同时保持内部设备与氮气环境。温度的变化是一个增量的速度每分钟5°C。之间的执行测试温度范围内启动从20°C到500°C的最大限度[38]。复合材料的热稳定性检查相比,纯尼龙聚合物以及普通PJF木粉。尼龙的热降解和最高的PJ木粉作为热障强化像类似于陶瓷羊毛钢筋在排气系统(39]。大量的热稳定性增加是注意到描述应用程序的足够充分的计算。复合材料的热稳定性的最大温度为200°C超出边际降解显示减少的质量综合高达80%。进一步增加温度显示突然退化将综合从80%到10%的质量在400°C。除了这一点最小剩余组合被发现。TGA曲线描绘在图8。
热性能的玻璃钢列在下表中4进行分析。热性能被发现适合举行的最大的内部温度在太阳能内阁在实验阶段相比其他传统材料使用。因此在使用玻璃钢围墙内阁干燥,没有必要提供一个额外的玻璃棉层,这是一个常见的做法是同时使用基于金属板材的干燥柜。水吸收进行了ASTM D570一段24小时显示0.06%的吸收率可以忽略不计。这是由于纤维吸收水分的自然倾向。
4所示。结论
(我)玻璃钢内阁烘干机的热效率被发现超过12%的效率比传统的基于金属板的内阁模型和有一个整体设备的减重25%。聚合物内阁烘干机是一种最卫生和环保的过程。(2)金属烘干机可以危害出现的食物来源,由于毒性反应的化学物质和金属之间的姜汁;它使材料更少的开胃食物。这是防止聚合物内阁时作为替代。它也是一个经济和可持续的干燥方法。(3)它可以得出结论,介绍了太阳能干燥方法研究适用于姜以及其他食品材料和更快的与其他常规方法相比,同时仍然能够保持产品的质量。发达玻璃钢内阁烘干机更适合干农产品和环境友好的避免有害气体反应可能发出的食品或传统的金属板玻璃棉的方法。也发现更经济和更轻的重量与传统太阳能干燥器柜相比。(iv)发现姜的最终水分干40到60°C提供了最好的结果。然而,最大的干燥达到11至12小时,这是远远超过其他ginger-drying研究使用其他类型的烘干机。假设姜干燥发生主要利率下降期间,可以在降低干燥速率随时间的价值。(v)看到了太阳能干燥系统由尼龙和PJ结合复合减少热损失,不影响姜的香味。干燥机的(火用)效率从19.1%变化到78.8%。干燥机的整体能源效率是73.6%通过观测表明,1000克的姜已经有效地减少干燥后质量重量369.77克。这是相当有效的和昂贵的金属烘干机。(vi)能源值显示峰值在26°C 12小时时间和(火用)达到80%的峰值,各自的时间。经济分析显示这种比率为2.41。事实证明增加节能计算一段6个月。(七)nylon-PJ复合材料的热稳定性是稳定到310°C之外退化声明和完成退化发生在400°C留下5%的残留在500°C。这证明材料最佳适合的应用程序开发。数据可用性
所有的数据用于支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。