連續(xù)橫流稻谷干燥機(jī)干燥及緩蘇試驗(yàn)探究

趙志良，凌啟文，栗曉題，趙元東

(蘇州捷賽機(jī)械股份有限公司，江蘇 太倉(cāng) 215411)

連續(xù)橫流稻谷干燥機(jī)干燥及緩蘇試驗(yàn)探究

趙志良，凌啟文，栗曉題，趙元東

(蘇州捷賽機(jī)械股份有限公司，江蘇 太倉(cāng) 215411)

針對(duì)我國(guó)東北地區(qū)稻谷收獲季節(jié)干燥機(jī)的市場(chǎng)需求，結(jié)合連續(xù)橫流式干燥機(jī)干燥稻谷的生產(chǎn)過程，分析了橫流式烘干機(jī)內(nèi)部熱風(fēng)與谷物溫度分布情況、烘干過程對(duì)稻谷水分不均勻度以及緩蘇對(duì)稻谷爆腰及水分不均勻度的影響。結(jié)果表明：設(shè)計(jì)合理的橫流式干燥機(jī)不會(huì)因?yàn)樽陨斫Y(jié)構(gòu)原因造成干燥去水不均勻；干燥過程中的熱風(fēng)道內(nèi)熱風(fēng)溫度不均勻性小于1～2℃；15 h的緩蘇時(shí)間可以有效降低稻谷碎米率，并是平衡干燥后稻谷水分較經(jīng)濟(jì)的時(shí)間。

稻谷干燥；連續(xù)式干燥機(jī)；橫流；緩蘇；爆腰

我國(guó)是世界稻谷生產(chǎn)第一大國(guó)，近四年平均年產(chǎn)量約2億t，占世界稻谷總產(chǎn)量的四分之一以上。在稻谷收獲季節(jié)，需要及時(shí)應(yīng)用干燥設(shè)備對(duì)稻谷進(jìn)行干燥。不同的干燥設(shè)備及干燥工藝對(duì)稻谷干燥后的品質(zhì)有不同影響。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)連續(xù)式橫流干燥機(jī)的干燥技術(shù)與連續(xù)式干燥機(jī)的合理緩蘇時(shí)間所進(jìn)行的系統(tǒng)試驗(yàn)與研究并不多見，部分用戶存在誤區(qū)，認(rèn)為橫流式干燥機(jī)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)原理，在干燥過程中或因自身結(jié)構(gòu)原因?qū)е氯ニ痪绊懜稍锖蟮钠焚|(zhì)。本研究通過試驗(yàn)，分析了橫流連續(xù)式干燥機(jī)烘干過程對(duì)稻谷水分不均勻度、不同緩蘇對(duì)稻谷碎米率及水分不均勻度的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與內(nèi)容

選取初始水分為16%～20%的遼星1號(hào)與鹽豐47兩種水稻品種，將其干燥至14.8%左右，考察生產(chǎn)作業(yè)過程中干燥機(jī)內(nèi)部的溫度分布情況以及倉(cāng)內(nèi)緩蘇后的稻谷水分與爆腰情況，測(cè)定干燥前后稻谷的水分不均勻度及不同緩蘇時(shí)間對(duì)應(yīng)的稻谷碎米率、水分不均勻度。

1.2 試驗(yàn)方法(見圖1)

圖1 溫度傳感器在干燥機(jī)內(nèi)分布

在連續(xù)式干燥機(jī)的熱風(fēng)室內(nèi)部懸掛測(cè)溫電纜，通過溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)定干燥過程中熱風(fēng)道內(nèi)不同區(qū)域的溫度分布情況。

干燥機(jī)內(nèi)部熱風(fēng)道靠近糧道側(cè)，分別懸掛6根測(cè)溫電纜A1、A2、A3、B1、B2、B3，每個(gè)測(cè)溫電纜有11個(gè)溫度傳感器。

在稻谷干燥機(jī)的進(jìn)糧口與出糧口的截面處，隨機(jī)抽取原糧或烘干試樣，1次/min，每次500 g，然后混合均勻，試樣含水率、水分不均勻率、碎米率測(cè)定按國(guó)標(biāo)GB 6970方法進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備與地點(diǎn)

試驗(yàn)設(shè)備采用R604型稻谷干燥機(jī)、TD-6型米麥兩用水分測(cè)定儀、CTR-200E單粒水分計(jì)、DC-50爆腰檢查儀、外觀照像機(jī)，GGS-03 手持式溫度顯示儀、PT100溫度傳感器、中型可換芯測(cè)溫電纜(12個(gè)傳感器、1根測(cè)溫電纜)。

R604型稻谷干燥機(jī)為橫流連續(xù)式干燥機(jī)，一個(gè)干燥循環(huán)可去除0.8～2個(gè)百分點(diǎn)的水分，平均產(chǎn)量為85 t/h左右，該烘干機(jī)結(jié)構(gòu)自上而下依次是儲(chǔ)糧柜、干燥段、排糧段。干燥結(jié)束后，稻谷經(jīng)提升機(jī)及輸送設(shè)備提升進(jìn)筒倉(cāng)進(jìn)行緩蘇。

試驗(yàn)地點(diǎn)：東北某大米加工廠。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2、表3。

表1 干燥機(jī)熱風(fēng)道內(nèi)溫度分布 ℃

注：試驗(yàn)序號(hào)是指在不同的干燥批次情況下的測(cè)量數(shù)據(jù)。

表2 干燥前后稻谷水分不均勻度

注：干燥前后稻谷水分按從小到大的順序排列。

注：①烘前水分17.21%，糧溫23℃，環(huán)境溫度-8℃；②烘前稻谷碎米抽樣檢測(cè)分析得平均樣品碎米率為4%。

2.2 風(fēng)道內(nèi)部溫度分布

由表1可以看出，每組數(shù)據(jù)樣本的最低溫度與最高溫度與樣本的平均溫度差不超過±0.5℃，樣本的方差與標(biāo)準(zhǔn)差分別小于0.3與0.55，說明該烘干機(jī)熱風(fēng)供應(yīng)均勻性超過市場(chǎng)中常見的混流式干燥機(jī)(2℃)以及小型批次式干燥機(jī)(3℃)。

如圖2所示，該干燥機(jī)大風(fēng)量熱風(fēng)機(jī)6產(chǎn)生熱風(fēng)經(jīng)過熱風(fēng)道5送入兩層糧道之間的風(fēng)室中，由于風(fēng)室上部有儲(chǔ)糧柜密封，同時(shí)由于該風(fēng)機(jī)供應(yīng)的熱風(fēng)量較大，無法立即穿透兩側(cè)篩網(wǎng)及稻谷層，熱風(fēng)在風(fēng)室內(nèi)部密封并循環(huán)，正壓充滿整個(gè)風(fēng)室，并通過靜壓逐步將熱風(fēng)穿過兩側(cè)的稻谷層，整個(gè)熱風(fēng)室相當(dāng)于一個(gè)密封空間，熱風(fēng)在該空間內(nèi)不斷循環(huán)、混合，因此該烘干機(jī)內(nèi)熱風(fēng)供應(yīng)溫度十分均勻。而相較于其他形式干燥機(jī)，由于混流式干燥機(jī)沒有該密封氣室設(shè)計(jì)，小型批次式干燥機(jī)則采用負(fù)壓吸風(fēng)，熱風(fēng)在被風(fēng)機(jī)吸走時(shí)均按最小阻力路徑，在熱風(fēng)道的熱風(fēng)均勻性上明顯不及該形式干燥機(jī)。

圖2 橫流連續(xù)式烘干機(jī)結(jié)構(gòu) 1.熱鍍鋅外墻;2.排風(fēng)沉降室;3.谷物換向器;4.糧柱篩網(wǎng); 5.熱風(fēng)道;6.大風(fēng)量熱風(fēng)機(jī)；7.PLC控制器

2.3 干燥前后稻谷水分均勻度

由表2可以看出，在干燥過程中,稻谷的水分不均勻度并未增加，干燥后稻谷的水分不均勻度與干燥前的數(shù)據(jù)趨于一致，橫流連續(xù)式干燥機(jī)的干燥過程對(duì)干燥前的水分不均有減緩作用，平均可均衡水分0.5%～1%。

通常情況下，很多用戶可能對(duì)橫流式干燥機(jī)干燥過程的水分不均衡性有一定誤解，即認(rèn)為橫流式干燥機(jī)由于熱風(fēng)從一側(cè)穿過糧層，如圖2所示，可能會(huì)導(dǎo)致靠近烘干機(jī)熱風(fēng)道一側(cè)稻谷受熱過多，另一側(cè)出風(fēng)側(cè)受熱較少，導(dǎo)致兩側(cè)的糧層脫水不同，因此產(chǎn)生誤解，錯(cuò)認(rèn)為橫流式干燥機(jī)的干燥過程會(huì)加劇水分不均性，影響干燥品質(zhì)。

實(shí)際上，產(chǎn)生水分不均的原因有多種，其一為熱風(fēng)溫度分布不均導(dǎo)致的水分不均，上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)證實(shí)該形式干燥機(jī)熱風(fēng)溫度分布十分均勻；其二為來糧水分不均所致的水分不均性，由于干燥過程中干燥機(jī)相當(dāng)于對(duì)該批谷物統(tǒng)一均勻去水，因此干燥后的水分不均產(chǎn)生的根緣是由于來糧不均所致；其三可能由于干燥機(jī)設(shè)計(jì)不合理所致，由于該形式的干燥機(jī)在市場(chǎng)中非常成熟，市場(chǎng)應(yīng)用也十分廣泛，專業(yè)廠家通過在合理位置設(shè)計(jì)換料性良好的谷物換向器，可以將內(nèi)外側(cè)受熱不均的谷物進(jìn)行互換，根據(jù)干燥段的長(zhǎng)度，合理設(shè)計(jì)1～2個(gè)換向器，完全可以消除由于受熱不均所造成的影響。

2.4 緩蘇時(shí)間對(duì)稻谷碎米率及水分均勻度的影響

在稻谷干燥過程中，作為保證烘干品質(zhì)的一道流程，緩蘇工藝極為重要，在稻谷干燥理論中，Sun[1]的玻璃體轉(zhuǎn)變理論對(duì)于緩蘇的解釋比較容易理解。該理論認(rèn)為，物料由兩部分組成，一部分是被分子占據(jù)的體積，另一部分是未被占據(jù)的自由體積。正是由于自由體積的存在，分子鏈才能轉(zhuǎn)動(dòng)或自由移動(dòng)，從而發(fā)生結(jié)構(gòu)變化(如體積縮小、裂紋產(chǎn)生與擴(kuò)散)和化學(xué)變化。當(dāng)谷物在干燥過程中受熱時(shí)，由橡膠態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化，自由體積減少，內(nèi)應(yīng)力不斷增加，當(dāng)達(dá)到玻璃態(tài)時(shí)，自由體積達(dá)到最低值。超過此極限之后，在內(nèi)應(yīng)力集中的地方，將產(chǎn)生微細(xì)裂紋，若繼續(xù)干燥，隨水分不斷蒸發(fā)，則微小裂紋會(huì)不斷擴(kuò)散[2]，產(chǎn)生爆腰，在加工過程中會(huì)形成碎米。所以在稻谷干燥工藝中，必須有一段靜置時(shí)間，使稻谷內(nèi)部形態(tài)由玻璃態(tài)向橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變，該過程被稱為緩蘇。

由表3可知，稻谷干燥緩蘇時(shí)間宜控制在15 h左右。緩蘇結(jié)束后，稻谷水分不均勻度和碎米率趨于穩(wěn)定；另外該緩蘇時(shí)間不會(huì)過度占用倉(cāng)儲(chǔ)空間，不會(huì)影響企業(yè)生產(chǎn)。較高水分的稻谷經(jīng)多次干燥后，若稻谷長(zhǎng)時(shí)間處于高溫度、高濕度的緩蘇環(huán)境，易產(chǎn)生黃粒米。

緩蘇是指稻谷烘干后貯存進(jìn)一個(gè)相對(duì)密閉的空間，使顆粒間以及稻谷內(nèi)部進(jìn)行濕熱交換，使其溫度、濕度均化，消除應(yīng)力的過程。經(jīng)過合理時(shí)間緩蘇，稻谷內(nèi)部的水分梯度減小，消除了應(yīng)力，使得稻谷爆腰的可能性降低，從而減少后續(xù)加工環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碎米率。同時(shí)由于稻谷之間的呼吸作用，使得顆粒之間水分均化，益于后續(xù)干燥或進(jìn)一步加工處理。緩蘇時(shí)間對(duì)稻谷干燥后的品質(zhì)和干燥機(jī)生產(chǎn)效率有較大的影響。

3 結(jié)論

通過試驗(yàn)測(cè)試與分析，可以獲得如下結(jié)論：

(1)該形式的干燥機(jī)采用正壓氣箱式結(jié)構(gòu)，干燥過程中的熱風(fēng)道內(nèi)熱風(fēng)溫度不均勻性小于1～2℃，供熱與供風(fēng)的穩(wěn)定性好，適宜于大產(chǎn)量干燥。

(2)試驗(yàn)證實(shí)，合理設(shè)計(jì)的橫流式干燥機(jī)不會(huì)因?yàn)樽陨斫Y(jié)構(gòu)原因造成干燥去水不均勻，該試驗(yàn)中干燥后的水分不均是由于來糧水分不均所致，干燥機(jī)的干燥作用會(huì)消除0.5%～1%水分不均。

(3)在稻谷干燥技術(shù)中，緩蘇工藝十分重要，采用多次循環(huán)及烘干機(jī)外緩蘇對(duì)于提高干燥品質(zhì)，具有十分重要的意義。該次試驗(yàn)得出，在試驗(yàn)給定的條件下烘干稻谷，15 h的緩蘇時(shí)間可以有效降低稻谷碎米率，并是平衡干燥后水分的經(jīng)濟(jì)時(shí)間。

[1] Sun W Q，Leopold A C.Glass state and seed storage stability：a viability equation analysis [J].Annuals of Botany,1994,74:601-604.

[2] 劉啟覺.高水分稻谷干燥工藝試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21(2)；135-139.

(責(zé)任編輯：俞蘭苓)

Drying and temping analysis for cross flow continuous grain dryer

ZHAO Zhi-liang,LING Qi-wen，LI Xiao-ti，ZHAO Yuan-dong

(GSS Systems(Suzhou) Co.,Ltd，Taicang 215411,China)

According to the market requirement of rice drying after harvest in the northeast of China, we analyzed the drying process of cross flow continuous rice dryer to find out the temperature distribution in hot air chamber, moisture deviation and grain crack rate by drying and temping. The result indicated that: by properly designed cross flow continuous process dryer, moisture deviation could not increase by the structure of dryer; the warm air plenum temperature deviation was less than 1-2℃; temping time of 15 h was the economic time both for reducing the grain crack rate and balancing moisture after drying.

rice drying;continuous grain dryer; cross flow; temping; crack

2016-09-27；

2017-03-28

趙志良(1992-)，男，工程師，主要從事谷物烘干系統(tǒng)、倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)備及工藝設(shè)計(jì)工作。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.04.005

TS210.1;S375

A

1003-6202(2017)04-0018-04