PDF《鸡粪中低温干燥动力学特性与参数优化》

第34 卷第10 期农业工程学报Vol.

34 No.10

194 2018 年5月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering May.

2018 鸡粪中低温干燥动力学特性与参数优化 李绚阳 1,2 ,李保明 1,2,3 ,郑炜超 1,2,3 ,魏永祥 1,2 ,张智1,2 (1. 中国农业大学水利与土木工程学院,北京 100083;

2. 农业农村部设施农业工程重点实验室,北京 100083;

3. 北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心,北京 100083) 摘要:为了研究鸡粪的中低温干燥特性,利用恒温鼓风干燥箱,以干燥温度、粪层厚度、风速为因素研究了鸡粪含水 率和干燥速率随时间变化的规律,用常见的薄层干燥模型对鸡粪的干燥曲线进行了拟合分析,并用正交试验优化了鸡粪 干燥工艺参数.结果表明:鸡粪的中低温干燥过程由

2 个降速阶段组成,第2降速阶段的干燥速率相对于第

1 降速阶段 下降更快.干燥温度越高,粪层厚度越小,风速越大,干燥速率曲线出现拐点的时间越早,达到干燥平衡所用时间越短;

Exponential 模型能较好的模拟鸡粪的干燥过程;

在中低温条件下,根据 Fick 定律得到 2~6 cm 粪层厚度鸡粪的有效扩散 系数在 2.25*10C7 ~2.35*10C6 m2 /h 间;

用正交试验得到鸡粪中低温干燥时效率最高的工艺为:干燥温度

55 ℃,粪层厚度

6 cm,风速 1.2 m/s,该工艺下鸡粪的干燥效率为 0.47 h/g. 关键词:干燥;

粪;

模型;

中低温;

Exponential 模型;

有效扩散系数 doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.10.024 中图分类号:S210.3 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2018)-10-0194-06 李绚阳,李保明,郑炜超,魏永祥,张智. 鸡粪中低温干燥动力学特性与参数优化[J]. 农业工程学报,2018,34(10): 194-199. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.10.024 http://www.tcsae.org Li Xuanyang, Li Baoming, Zheng Weichao, Wei Yongxiang, Zhang Zhi. Middle-low temperature drying dynamic characteristics for poultry manure and its parameter optimization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(10):

194 - 199. (in Chinese with English abstract) doi : 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.10.024 http://www.tcsae.org

0 引言?

2017 年中国蛋鸡存栏约为

14 亿只, 年产鸡粪约 0.56 亿t,大量的鸡粪给环保造成了巨大的压力,鸡粪的处理 直接关系到蛋鸡产业的健康、稳定和持续发展[1-2] .鸡粪 干燥可以阻断新鲜粪便在发酵过程中产生的异味,当新 鲜鸡粪的含水率从 70%降到 20%,臭气浓度可以降低

1 000 倍[3] .同时鸡粪干燥可杀灭部分细菌,减少病虫害 滋生, 以及其他对环境和人员带来的损害, 还能减少 60% 以上的细小粉尘,降低畜禽和工作人员肺病的发生[4] .干 燥后的鸡粪含有大量的氮元素且适合长期储存,并可大 幅度降低运输和储存成本,是加工有机颗粒肥最好的基 础材料[5] . 鸡粪属于高湿多孔物料.高湿多孔物料含自由水较 多,具有很好的热敏性,很容易达到干燥的目的[6-8] .从20 世纪

70 年代开始国外就有较多鸡粪干燥的研究, 达尔 豪斯大学的 Ghaly 和MacDonald[9] 研究了温度、 粪层厚度 对鸡粪干燥特性的影响及温度和粪层厚度对氮素损失和 杀菌的影响,并计算出了鸡粪干燥过程中的扩散系数, 最终得出了鸡粪的干燥模型. 收稿日期:2017-11-14 修订日期:2018-02-26 基金项目:国家蛋鸡产业技术体系(CARS-40) 作者简介:李绚阳,博士生,主要从事畜禽养殖废弃物资源化利用方面的研 究.Email:[email protected] 通信作者:李保明,教授,博士生导师,主要从事畜禽设施养殖工艺与环 境研究.Email:[email protected] 拉脱维亚大学的 Aboltins1 和Kic[10] 研究了穿流干燥 过程中温度和风速对干燥过程的影响. 捷克大学 Kic 等[11] 研究了不同风速对鸡粪对流干燥过程影响并结合费克定 理推导出了鸡粪的扩散系数,Liska 与Kic [12] 研究了鸡粪 在不同温度下(70~110 ℃)的脱水特性.目前在国内鸡 粪的干燥研究中,大多研究的是中高温干燥,如赵广播 等[13] 研究了鸡粪在不同风速(0.5,0.85,1.2 m/s)和不 同温度(60,90,120 ℃)条件下的干燥特性,韩捷等[14] 利用鸡粪快速烘干成套设备研究了鸡粪在高温下的快速 烘干特性. 综上,鸡粪干燥特性已有较多研究,但国内外对于 鸡粪中低温干燥特性的研究较少.中低温干燥,例如太 阳能干燥技术、鸡舍余热利用技术等都可应用于鸡粪干 燥,且太阳能干燥技术已被广泛应用于烟草、水果、谷物、木材、鲜花、蔬菜等农副产品及污泥、橡胶、陶瓷 等高湿物料的干燥[15-21] .选择中低温干燥可以减少能耗, 因此,有必要对鸡粪进行中低温干燥特性的研究,为太 阳能干燥技术、鸡舍余热利用技术等中低温干燥技术在 鸡粪干燥中的应用提供理论支撑,为后续的利用鸡舍余 热干燥鸡粪提供参考.