吴泽球 陶中南

WU Ze－qiu 1 TAO Zhong－nan 2

（1.武夷学院实验室管理中心，福建 武夷山 354300；2.桂林电子科技大学，广西 桂林 541004）

（1.The Laboratory Management Center，Wuyi University，Wuyishan，Fujian 354300，China；2.The Guilin University of Electronic Tehcnology，Guilin，Guangxi 541004，China）

茶叶烘干的基本原理是，以热空气作为媒介，带走茶叶中多余的水分，使茶叶达到干燥的目的［1］。从1879年第一台自动式茶叶烘干机的发明，到1910年的杰克生设计的帝国 （empire）式烘干机，已经具备了近代茶叶烘干机的三大组成部分，即炉灶、鼓风机和干燥室［2］。自此以后，茶叶烘干机发展经历了130多年的历史，发展了多种类型，但茶叶烘干机基本结构变化不大，仅在充分利用热量，节省燃料，提高工效和烘干的均匀性方面作了改进。目前中国较广泛应用的是自动链式茶叶烘干机，与早期的手工式茶叶烘干机相比，有了很大的改进和优点，提高了茶叶的生产效率和品质，对于茶叶行业的发展起到了重要作用。但是该类机型从发明至今，改进的地方不多，但其基本结构还是20世纪80年代仿照国外样机制造的，性能和标准也还基本停留在20世纪80年代的水平上。随着现代生产的发展和技术水平的提高，对茶叶加工质量有了更高的要求，对工作环境、自动化程度等方面也有了更高的要求，这种机型不论在结构上还是在控制上、性能标准上都需要改进。文章根据资料及茶叶烘干机制造和应用的生产实际情况研究和调查分析，对茶叶烘干机的技术现状和进展作一综述和分析，旨在找出技术改进的研究方向。

1 茶叶烘干机的分类、原理

茶叶烘干作为影响茶叶品质最为重要的因素之一，其工艺和操作得到了不断的改进。从原始的手工操作到现在的自动操作，从传统的热风干燥到现在的辐射干燥，这些使茶叶的生产效率和品质得到了不断的提高。茶叶烘干机从原始的抽屉式烘干箱，发展到现在的自动链式烘干机，已有多种类型，按照自动化的程度可以分为手动、半自动和自动；按照干燥方式可以分为热风干燥、金属传导干燥和辐射干燥［3］等几种类型。

1.1 按自动化程度分

1.1.1 手拉百页式烘干机 如图1所示，该机由箱体、操作手柄、鼓风机接口、百页板、出茶斗等组成。其工作原理是在将热空气送入箱体内进行烘干的同时，用手工操作来使茶叶一层层地下落、烘干，最后从出茶斗得到干燥的茶叶。这种结构的茶叶烘干机，较抽屉式的烘干箱生产效率提高了很多，但是茶叶的品质与工人的操作熟练程度和操作经验有很大关联，茶叶烘干的均匀性、最终水分含量难以确保。

1.1.2 半自动百页式烘干机 半自动百页式烘干机的基本结构与手动百页式的烘干机的结构类似，但是可以自动出茶叶。在链上装有拔块，拔动连杆使百页板定时自动翻转，这样减少了人工控制不当对茶叶品质的影响。但这种烘干机对茶叶干燥的均匀性较差。

图1 手拉百页烘干机Figure 1 Hand move shutter dryer

1.1.3 自动链板式烘干机 该类机型传统产品是浙茶513型，但由于存在漏茶、生产效率低等缺点，20世纪70年代农机部牵头研制了6CH系列茶叶烘干机。该机由自动链板式，由输送装置、干燥箱、传动装置、送风装置和热风炉等部分组成（见图2）。其工作原理是：干燥介质（空气）在热风炉里加热到120℃左右，由送风装置送入干燥箱中，与湿物料（茶叶）接触，干燥介质中的热量以对流方式传递给湿物料。湿物料的水分被吸收的热量气化随气体排出干燥箱，这样往复循环，从而达到使湿物料干燥的目的［4］。该类机型提高了劳动生产率，使茶叶的品质受人工因素的影响大为减少，工人的工作环境也到了很好的改善。该机结构较复杂、成本较高。

图2 自动链板式烘干机Figure 2 Automatic chain plate dryer

1.2 按干燥方式分类、原理

茶叶烘干机按照干燥方式可以分为热风干燥、金属传导干燥和辐射干燥。不同的干燥方式由于传热、着热形式、叶温变化、蒸发速率等不同，从而形成不同品质的茶叶。

热风干燥是最为常见的一种干燥方法，其主要过程是以空气导热为主，传热较快，叶温上升平稳。干燥过程中，热风是主要的媒介，使被干燥的物料能以适宜的温度、湿度和流速与之接触，达到均匀干燥的目的。其中自动链板式烘干机，最具代表性。

金属传导干燥的热量主要由铁锅传导，传热较快，但是要不断翻炒茶叶，使得叶温变化不稳定，造成局部受热不均，影响茶叶的品质，这种方法以瓶式炒干机为代表。

辐射干燥则是以红外线或者微波作为传热介质，来达到烘干茶叶的目的，但是红外线的穿透能力较差，而微波的处理能力较低，相关的研究还有待深入。

1.3 其他新型茶叶烘干机

近年来，出现了一些新结构茶叶烘干机，如圆筒型结构［5］，在箱体结构上对传统的茶叶烘干机进行了改进。采用圆形筒体代替长方形箱体，使热空气在筒体内回旋，分布均匀，烘茶效果好。同时该种结构的烘干机结构紧凑，占地面积小，适用于小型茶叶厂的茶叶烘干，但它的生产量较小。

2 6CH型链板式茶叶烘干机的现状

1979年，在中国农机部安排下，有关单位联合开发出中国第一个茶机系列产品6CH系列茶叶烘干机，作为主要参数的有效摊叶面积分别为10，16，25，50 m2，形成了一个产品标准系列，茶机产品的质量检验、性能比较以及新产品的开发有了定量标准［6］。

6 CH系列茶叶烘干机较早期的烘干机作了一些改进［7］，具体如下：① 输送带直接加热，使湿茶直接接受高温加热，有利于抑制发酵叶多酚类酶的氧化，改变了传统的烘干机边烘干边发酵的缺点；② 箱体分层合理进风，使茶叶烘干时能够按照先高温后低温的原则进行，传统的烘干机则使在上层先干燥的茶叶温度低、湿度大，干燥慢，不符合制茶工艺；③ 扩大了箱体摊叶面积，采用放长箱体的方法，改变了传统的加长百页板或增加链板层次带来的热风利用率不高的缺点；④ 采用新型少齿差无级变速器，使烘茶调速方便，烘干机运行平稳可靠。

这种茶叶烘干机定型后，在中国得到了逐步的推广使用，现在已经成为有一定生产量的茶加工企业的主要设备。但是在定型后30年来，虽然对它不断进行改进，但总的看来技术方面改进不大，基本还是停留在原来的结构上。

3 6CH型链板式茶叶烘干机的改进研究进展

近年来，人们从机械结构上和自动控制上提出了多项改进型链板式茶叶烘干机的措施，优化了茶叶烘干机的结构，能耗进一步降低，自动化的程度也得到了提高。下面简介一种主要改进和技术进展情况。

3.1 机械结构方面

一种主要改进如图3所示［8］：① 烘干房的改造，内设有自上而下的左右回转式链传动机构，该结构有利于茶叶进一步烘干，使茶叶受热均匀。并节省热能；② 图3中的清扫茶末传动链轮装置可以更好地回收利用茶末，并保持烘干房的清洁；③电动机的动力通过1个可调的磨擦传动装置再驱动回转式链传动机构，这可以使得负荷太大时，磨擦传动装置打滑而防止机器受损坏造成更大损失。这样提高了茶叶烘干机的性能、可靠性和能效。

3.2 控制部分

茶叶烘干机的控制方法，有关研究尚少。从实际在用设备及文献［9～11］调查看，从开始的人工操纵开关控制，经过不断发展，到现在出现了使用计算机现代技术的控制。由于温度是影响茶叶烘干的重要因素，温度的控制使用了工业上成熟的温度控制仪表，另外用调速电机调节烘干机输送带的速度，这也是工业上成熟的技术。但在实际生产中，茶叶烘干机的操作控制主要还是使用比较简单的电器开关，主要由人工操作。近年来随着单片机技术的推广，出现了使用单片机技术的茶叶烘干机控制器，但目前是初步的控制，离提高烘干机自动化智能化还有较远的路要走。

图3 一种改进型链板式茶叶烘干机结构Figure 3 Structure of an improved chain plate dryer

在提高茶叶烘干机自动化方面，殷鸿范等［11］为了得到一种稳定、实时的控制烘干机，通过建立控制模型、风温反馈系统和叶温反馈系统，实现了对6CH－20A型茶叶烘干机的计算机实时控制。该控制系统由主控制板、电源、接口、变送器、转速检测和调节、叶层厚度、热风温度和出口叶温检测等装置组成。试验研究证明了茶叶烘干机计算机控制是可能的、且具有使用价值，可以在大、中型茶厂应用，有利于提高茶叶的品质。但是该控制系统未采用抗干扰措施，工作时主机箱的温度存在一定的偏差，长期运行会影响控制精度。这种控制系统在实际生产中还未见到推广使用。在自动化控制方面，茶叶加工过程还有其它一些值得借鉴的研究［12，13］。

3.3 热能利用方面

链板式茶叶烘干机利用热风进行烘干，热风吹过茶叶最后从烘干机的上方排入大气（从图3的右侧热风进风处进入烘干机，最后从烘干机的上方排入大气）。据实测，烘干机废气的温度还相当高，一般在90℃左右。如直接排入大气显然是一种相当大的浪费。在回收利用这部分热量方面也有一些研究改进，如用管壳式热管交换器进行热量回收，将烘干机排出的废气加热准备送入热风炉的冷空气，可以将冷空气温度提高20℃左右，效果较好［14］。热回收方面也有一些其它研究［15，16］。

还有人在研究用热管原理进行茶叶烘干机废气的热回收，以及其它一些原理的回收，如：烘焙机余热回收［17］等，但是都还是处于研究阶段，还没有在生产实践中看到能有效地回收废气热量的茶叶烘干机。研发出实用技术并能在生产中推广应用还有一段路要走。从JB／T 6674－1993《茶叶烘干机 技术条件》与JB／T 6674－2007《茶叶烘干机》中的耗热量指标对比可以看出，20多年来链板式茶叶烘干机的耗热量性能指标没有明显变化。

其它节能及干燥方法利用如微波干燥［18－20］、低温真空干燥［21］、太阳 能 干 燥 方 法［22］、流 化 床 干 燥［23，24］、隧 道 式 干燥［25］、热风与微波联合干燥［26］等的研究，还有干燥过程对茶叶品质的影响［27，28］等研究，对茶叶烘干机节能方面的研究也很有价值。

4 结论与展望

茶叶烘干机的主要种类按自动化程度分，有手拉百页式、半自动百页式、自动链板式等。目前自动链板式生产率较高，茶叶质量受人工因素影响较少，用得较多。按照干燥方式可以分为热风干燥、金属传导干燥和辐射干燥等，还有微波干燥、低温真空干燥、太阳能干燥、流化床干燥、隧道式干燥、热风与微波联合干燥等方法。热风干燥传热较快，叶温上升平稳，干燥比较均匀，用得最多。其中自动链板式烘干机最具代表性。目前中国茶叶烘干机的主要应用产品是自动链板式烘干机，其主要产品6CH系列茶叶烘干机自20世纪70年代末定型以来，较以往的茶叶烘干机的性能有了很大改善，虽经过30多年的不断改进，但基本结构变化不大，而在提高性能、可靠性和节能方面有一些进展；控制技术的应用和改进也有限，微机控制技术的使用已有研究试验，但未见推广应用。较成熟的控制技术应用主要在于温控仪表技术的使用。茶叶烘干机的废气带走的热量的能源浪费不少，已有人［14］对回收利用这部分能量进行研究改进。从茶叶生产设备实际情况调研和文献［29］、［30］，以及部颁标准的耗热量指标均可见到，总的看来多年来茶叶烘干机技术进步不多，产品性能标准仍属陈旧。这种烘干机主要问题是能源（包括热能）消耗大、自动化程度不高等。这类茶叶烘干机的改进方向应该主要是在提高节能（主要是热能利用、耗热量标准）性能和自动化水平方向上。另外，茶叶烘干机的加工质量、对茶叶品质的影响、操作方便性等方面也还有不少值得一步研究解决、提高的问题。中国是茶叶生产大国，茶叶烘干机的使用很广泛，它的节能、自动化、性能标准的提高，对中国茶产业的设备技术水平、茶产品质量的提高和经济效益的提高有积极的意义，值得研究。

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