熱泵乾燥技術與裝備（簡體書）

本書系統地介紹了熱泵乾燥的基本原理，熱泵乾燥系統設計、控制與評價，MVR熱泵技術，太陽能熱泵乾燥技術以及熱泵乾燥技術在工農業生產中的應用。內容包括熱泵工質和乾燥介質、乾燥過程傳熱傳質、熱泵乾燥原理與裝置構成、 MVR熱泵乾燥技術、多源熱泵乾燥技術、熱泵乾燥系統的控制技術、典型農林水產熱泵乾燥、典型中藥材熱泵乾燥、污泥熱泵乾燥資源化與熱泵乾燥技術在工業領域中的應用等。
本書可供能源動力、建材、食品、冶金、汽車、農林牧漁產品加工、化工機械、工程熱物理、環保等專業人員參考，也可作為相關專業大學生、研究生、專業技能培訓人員等學習參考。

張振濤，中國科學院理化技術研究所，研究員，中國科學院關鍵技術人才。 主持國家重點研發計劃項目“農特產品綠色節能乾燥技術裝備研發”，主持並完成“特色蔬菜產地保質貯藏節能關鍵技術裝備研發與集成示範”等國家科技支撐計劃等課題近30項；獲得河南省科技進步3等獎1項（1/7），行業科技進步特等獎1項（2/20）；發表相關論文40多篇，申請及授權專利30多項。

熱泵乾燥是以消耗少量高品質能源獲得更多熱能輸出的乾燥技術，是一種接近自然的、溫和的乾燥，適用於大部分農牧林漁產品、化學品、藥材、污泥、禽畜糞便等含濕物料的乾燥。因此，在乾燥技術領域，應用熱泵乾燥技術可有效提升能源利用效率、保護環境、減少溫室效應和防止臭氧層破壞等。《熱泵乾燥技術與設備》是熱泵乾燥理論研究成果和工程應用進展的總結，採用理論與實踐相結合的方式，系統地介紹了熱泵乾燥的基本原理，熱泵乾燥系統設計、控制與評價，MVR熱泵技術，太陽能熱泵乾燥技術以及熱泵乾燥技術在工農業生產中的應用。

第1章熱泵乾燥技術概述/001 1.1能源與環境現狀001 1.1.1能源現狀001 1.1.2我國的環境現狀002 1.1.3我國的節能與環保目標003 1.2我國乾燥行業的現狀與發展趨勢003 1.2.1乾燥概述003 1.2.2我國乾燥行業的現狀005 1.3熱泵乾燥技術007 1.3.1熱泵乾燥技術的原理007 1.3.2熱泵乾燥技術的特點008 1.3.3熱泵乾燥技術的適用範圍008 1.3.4熱泵乾燥與其他乾燥技術的對比009 1.3.5熱泵乾燥技術的應用011 1.3.6熱泵乾燥技術的研究現狀與發展趨勢012 參考文獻016 第2章熱泵工質和乾燥介質/020 2.1熱泵工質020 2.1.1熱泵工質及其分類020 2.1.2對熱泵工質的要求020 2.1.3熱泵工質的性質024 2.2乾燥介質029 2.2.1乾燥介質概述029 2.2.2濕空氣029 2.2.3濕空氣的狀態參數029 2.2.4濕空氣的焓濕圖032 2.3過熱蒸汽034 參考文獻035 第3章乾燥過程的傳熱傳質/036 3.1多孔介質的基本特徵036 3.1.1多孔介質的水分存在狀態036 3.1.2多孔介質的乾燥特性參數038 3.2乾燥動力學理論與模型040 3.2.1多孔介質中的水分遷移與蒸發040 3.2.2基本理論與模型042 3.2.3薄層乾燥044 3.3乾燥器衡算048 3.3.1物料衡算049 3.3.2熱量衡算050 3.3.3乾燥過程中空氣狀態的確定與圖解法052 3.3.4計算算例053 參考文獻055 第4章熱泵乾燥技術/059 4.1熱泵乾燥的熱力學分析059 4.1.1熱泵乾燥的熱力學原理059 4.1.2熱泵乾燥系統的熱力學第一定律分析061 4.1.3熱泵乾燥系統的熱力學第二定律分析061 4.1.4熱泵乾燥系統的分類063 4.2熱泵乾燥系統的性能優化理論分析066 4.2.1熱泵乾燥系統的最佳蒸發溫度067 4.2.2熱泵乾燥系統的最大單位能耗除濕量068 4.3熱泵乾燥用壓縮機074 4.3.1壓縮機的分類074 4.3.2壓縮機的熱力學分析076 4.3.3熱泵乾燥用壓縮機與製冷壓縮機的區別079 4.3.4熱泵乾燥系統中壓縮機的選型080 4.4壓縮機的補氣增焓結構082 4.4.1補氣增焓系統082 4.4.2熱力學分析082 4.4.3最優補氣壓力的確定083 4.4.4壓縮機補氣孔口的設計研究084 4.5乾燥器087 4.5.1廂式乾燥器087 4.5.2帶式乾燥器089 4.5.3氣流乾燥器090 4.5.4流化床乾燥器091 4.5.5噴霧乾燥器092 4.5.6回轉圓筒乾燥器093 4.5.7轉鼓乾燥器094 4.5.8塔式乾燥器095 4.5.9槳葉式乾燥器095 4.6熱泵換熱器與節流膨脹裝置096 4.6.1熱泵換熱器096 4.6.2節流膨脹裝置099 4.7熱泵乾燥技術標準101 4.7.1空氣源熱泵密集烤房標準101 4.7.2穀物乾燥機標準103 4.7.3水稻種子烘乾脫水技術規程103 4.7.4太陽能果蔬乾燥設施設計規範103 參考文獻104 第5章機械蒸汽再壓縮（MVR）熱泵乾燥技術/110 5.1MVR熱泵乾燥技術110 5.1.1MVR熱泵乾燥技術的原理110 5.1.2MVR熱泵乾燥系統的熱力學分析110 5.1.3MVR熱泵乾燥系統的性能評價指標111 5.2MVR熱泵乾燥系統的構成113 5.2.1MVR熱泵乾燥系統的工藝113 5.2.2MVR熱泵乾燥系統用壓縮機113 5.2.3MVR熱泵乾燥系統的性能影響因素116 5.3MVR熱泵系統的性能和經濟性分析117 參考文獻118 第6章多源熱泵乾燥技術/121 6.1空氣源熱泵乾燥技術121 6.1.1空氣源熱泵乾燥的工作原理121 6.1.2空氣源熱泵乾燥的分類121 6.1.3空氣源熱泵乾燥的應用和展望123 6.2太陽能熱泵技術124 6.2.1太陽能熱泵乾燥的工作原理125 6.2.2直接膨脹式太陽能熱泵聯合乾燥系統125 6.2.3間接膨脹式太陽能熱泵乾燥系統129 6.2.4太陽能熱泵乾燥技術的應用及展望131 6.3其他及多源耦合乾燥技術133 6.3.1地源熱泵乾燥技術133 6.3.2太陽能輔助乾燥化學熱泵系統134 6.3.3二次回熱式空氣源熱泵與太陽能聯合乾燥系統134 6.3.4太陽能水源熱泵組合乾燥136 6.3.5遠紅外輔助熱泵乾燥137 6.3.6化學能熱泵乾燥技術138 參考文獻141 第7章熱泵乾燥系統的控制技術/143 7.1熱泵乾燥的控制系統及其組成143 7.1.1熱泵乾燥過程的控制系統簡介143 7.1.2熱泵乾燥過程的控制系統組成144 7.1.3典型的熱泵乾燥PLC控制邏輯145 7.2熱泵乾燥系統控制技術的背景技術介紹147 7.2.1數據採集與監控系統147 7.2.2可編程邏輯控制器技術147 7.2.3單片機148 7.2.4虛擬儀器技術149 7.2.5工業組態技術149 7.2.6區塊鏈技術149 7.3熱泵乾燥的控制策略與理論151 7.3.1熱泵乾燥過程的控制要求151 7.3.2熱泵乾燥的控制策略151 7.3.3熱泵乾燥控制理論154 7.3.4熱泵乾燥控制系統的硬件電路設計156 7.3.5熱泵乾燥控制系統的軟件設計156 7.3.6基於虛擬儀器技術的熱泵乾燥系統設計157 7.4通信及網絡技術158 7.4.1物聯網、大數據和雲計算簡介158 7.4.2農業物聯網160 7.4.3雲計算在農業上的實際應用161 7.4.4農業大數據162 7.4.5建立農業大數據標準體系163 7.5烤煙自動控制系統164 7.5.1半開式熱泵烤煙控制系統164 7.5.2基於視頻模式及專家系統的適應性烤房工藝控制技術169 7.5.3基於雲計算的自動烤煙控制服務體系及其延伸應用179 參考文獻179 第8章典型的農林產品熱泵乾燥/182 8.1烤煙熱泵乾燥工藝及裝備182 8.1.1設計原則184 8.1.2煙葉烘烤過程中的失水規律184 8.1.3半開式熱泵烤煙系統的工作原理185 8.1.4熱泵烤煙系統主要設備的選型計算186 8.1.5熱泵乾燥系統的性能測試結果190 8.1.6乾燥產品品質分析194 8.1.7能耗分析195 8.1.8污染物排放分析197 8.1.9技術應用200 8.2木材熱泵乾燥工藝及裝備202 8.2.1兩級壓縮高溫熱泵乾燥裝置及試驗分析203 8.2.2空氣級間耦合的低溫與乾燥複合的熱泵乾燥裝置207 8.2.3刺蝟紫檀材熱泵乾燥特性及工藝研究220 8.3玉米熱泵乾燥工藝及裝備226 8.3.1熱管聯合多級串聯熱泵玉米乾燥系統設計227 8.3.2熱管聯合多級串聯熱泵玉米乾燥系統運行測試232 8.3.3熱管系統運行工況233 8.3.4各級熱泵機組運行工況233 8.3.5玉米熱泵乾燥經濟性分析234 8.4香菇熱泵乾燥工藝及裝備236 8.4.1小型半開式香菇熱泵乾燥系統及實驗研究236 8.4.2大型熱泵-電加熱聯合互補香菇乾燥工藝及設備241 8.4.3熱泵技術在食用菌乾燥中的應用前景與發展趨勢246 8.5掛麵熱泵乾燥工藝及實例247 8.5.1熱泵系統設計248 8.5.2烘房內的溫濕度分佈248 8.5.3熱泵機組的蒸發冷凝溫度變化250 8.5.4熱泵系統的制熱COP變化250 8.5.5熱泵機組的出回水溫度變化250 8.5.6熱泵設備的性能分析252 8.6駿棗熱泵乾燥工藝及實例253 8.6.1熱泵乾燥系統253 8.6.2乾燥室的溫度分佈和精確性254 8.6.3主機室的溫度255 8.6.4系統的能耗256 8.6.5經濟性分析256 8.6.6系統的性能分析257 8.7枸杞熱泵乾燥工藝及裝備259 8.7.1熱泵乾燥系統設計260 8.7.2乾燥室乾燥工況261 8.7.3系統耗電情況263 8.7.4壓縮機運行工況263 8.7.5枸杞乾燥動力學及品質分析264 8.7.6熱泵烘房能耗分析265 參考文獻266 第9章污泥熱泵乾燥資源化技術/268 9.1污泥268 9.1.1污泥的分類269 9.1.2污泥的特性270 9.1.3污泥處理的一般原則273 9.2污泥幹化技術274 9.2.1污泥幹化技術的分類274 9.2.2污泥乾燥的機理276 9.2.3污泥乾燥過程的形貌變化276 9.2.4污泥乾燥動力學278 9.3污泥熱泵乾燥技術281 9.3.1污泥熱泵幹化技術281 9.3.2帶回熱的污泥熱泵幹化技術283 9.3.3污泥太陽能幹化技術284 9.3.4污泥太陽能熱泵幹化技術286 9.3.5MVR熱泵污泥幹化技術289 9.3.6污泥微波乾燥技術290 9.3.7污泥低溫真空脫水幹化技術291 9.3.8污泥低溫射流幹化技術291 9.4污泥太陽能熱泵幹化技術與應用291 9.4.1溫室太陽能熱泵污泥幹化系統291 9.4.2溫室太陽能熱泵污泥幹化實驗探究294 9.4.3溫室太陽能熱泵污泥幹化系統案例300 9.5熱泵低溫帶式污泥幹化技術與應用301 9.5.1用於污泥熱泵幹化的帶式乾燥機熱力分析301 9.5.2湖南長沙某汙水處理廠污泥熱泵低溫帶式污泥幹化305 9.5.3佛山某污泥處置中心污泥熱泵低溫帶式污泥幹化305 參考文獻307 第10章熱泵乾燥技術在工農業生產中的應用/310 10.1熱泵乾燥技術在造紙行業的應用310 10.1.1紙機乾燥部的工作原理310 10.1.2紙機乾燥部熱泵供汽系統分類311 10.1.3紙機乾燥部熱泵供汽系統應用裝備313 10.2熱泵乾燥在褐煤發電系統中的應用314 10.2.1吸收式熱泵的褐煤預乾燥發電供熱水回收系統314 10.2.2集成熱泵乾燥的褐煤發電系統316 10.2.3熱泵乾燥技術在褐煤發電系統中的展望317 10.3熱泵乾燥技術在紡織行業的應用317 10.3.1紡織熱泵乾燥技術317 10.3.2熱泵乾衣機318 10.3.3熱泵乾燥技術在腈綸生產中的應用319 10.3.4熱泵乾燥技術在紡織行業的展望320 10.4熱泵系統在制堿、制鹽行業的應用321 10.4.1熱泵在制堿行業的應用321 10.4.2熱泵在制鹽行業的應用322 10.5熱泵乾燥技術在食品工業中的應用324 10.5.1帶魚熱泵乾燥及裝備324 10.5.2熱泵-熱風聯合的魷魚乾燥工藝及裝備328 10.5.3熱泵乾燥技術在食品工業中的展望331 10.6二氧化碳熱泵乾燥系統及應用332 10.6.1CO2熱泵乾燥系統原理333 10.6.2CO2熱泵乾燥系統性能分析333 10.6.3多級旁通與多級除濕的CO2跨臨界聯合熱泵乾燥系統335 參考文獻339