鮮濕糧食快速干燥機(jī)設(shè)計(jì)與研究

賴亦環(huán)　潘文鋒　吳煥松

摘要：針對鮮濕糧食傳統(tǒng)干燥方法的局限性，設(shè)計(jì)了一種真空預(yù)冷干燥設(shè)備，該設(shè)備的干燥筒抽去空氣在真空狀態(tài)下提供熱能促使糧食內(nèi)的水分汽化持續(xù)蒸發(fā)，蒸發(fā)時吸收熱能，帶走干燥筒內(nèi)的熱能，加快干燥筒制冷，從而加快鮮濕糧食干燥速度，避免糧食在高溫潮濕環(huán)境下發(fā)霉發(fā)芽，有效預(yù)防天氣或場所限制長時間堆積而腐爛，提高糧食的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鮮濕糧食;快速干燥;干燥機(jī)

1緒論

“民以食為天”，糧食是人們賴以生存的基本物質(zhì)保證。我國是農(nóng)業(yè)大國，糧食生產(chǎn)是廣大農(nóng)村的核心，現(xiàn)農(nóng)村、山區(qū)或無法工業(yè)化作業(yè)的區(qū)域仍然大量保留傳統(tǒng)自然晾干糧食干燥方法。存在干燥速度慢、受天氣影響大、勞動強(qiáng)度高且占地面積大等缺陷，糧食得不到及時的干燥導(dǎo)致每年糧食加工過程中損失超過500億斤。針對鮮濕糧食干燥問題，文獻(xiàn)研發(fā)一種利用蒸汽余熱原理的連續(xù)型谷物真空干燥機(jī)，該設(shè)備主要由內(nèi)筒、外筒、進(jìn)料裝置、出料裝置、傳動裝置、真空管及支架等組成，可以實(shí)現(xiàn)對玉米的連續(xù)真空干燥，這種設(shè)計(jì)不適用于產(chǎn)地不集中或者南方小產(chǎn)糧區(qū)。文獻(xiàn)針對蝦類產(chǎn)品干燥效率問題設(shè)計(jì)了真空干燥機(jī)使用該設(shè)備采用帶式結(jié)構(gòu)，物料進(jìn)入干燥倉后，在真空狀態(tài)下進(jìn)行熱交替，使蝦能短時間烘干。該設(shè)備設(shè)計(jì)思路給本文提供參考設(shè)計(jì)思路?；诖?，為了解決糧食干燥效率低的問題，本文在現(xiàn)有干燥工藝基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種鮮濕糧食真空預(yù)冷干燥設(shè)備來滿足糧食干燥存儲的需求。

2鮮濕糧食真空干燥機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鮮濕糧食真空干燥機(jī)選擇種類很多，傳統(tǒng)風(fēng)干設(shè)計(jì)一般是持續(xù)提供熱能，不斷翻轉(zhuǎn)糧食使其達(dá)到烘干目的，較為先進(jìn)的大規(guī)模糧食烘干設(shè)備一般采用真空低溫或帶式設(shè)備。由于南北方地區(qū)差異，糧食成熟季節(jié)不同并且干濕程度和氣候影響也有所區(qū)別，比如沿海地區(qū)或南方區(qū)域比較常見雷陣雨、暴雨、臺風(fēng)天等氣候現(xiàn)象，應(yīng)該盡量減少谷物在夏季高溫潮濕環(huán)境下堆積采取及時烘干。

因此，本文設(shè)計(jì)一種鮮濕糧食干燥設(shè)備示意圖，利用真空使谷物烘干過程中水分子蒸發(fā)吸收熱能帶走熱量，結(jié)合遠(yuǎn)紅外裝置加熱，加快糧食的烘干速度，比現(xiàn)有的帶式、圓筒攪拌、耙式等真空干燥機(jī)烘干效率高。

2.1鮮濕糧食真空干燥機(jī)結(jié)構(gòu)

一種真空預(yù)冷干燥設(shè)備整機(jī)為立式結(jié)構(gòu)，其特征包括支撐機(jī)構(gòu)、干燥筒、真空預(yù)冷機(jī)構(gòu)和干燥機(jī)構(gòu)四個部分組成。設(shè)備進(jìn)料部分由漏斗狀的進(jìn)料口和干燥筒組成，出料口由導(dǎo)料口和卸料口組成，位于干燥筒底部，進(jìn)料口、出料口和出氣口與干燥筒相連接的區(qū)域上均設(shè)有密封圈。

真空預(yù)冷干燥機(jī)構(gòu)主要包括干燥筒和第一電機(jī)支撐機(jī)構(gòu)、干燥筒、第一攪拌葉片，第一電機(jī)設(shè)置于干燥筒的頂部，攪拌棒豎直設(shè)置于干燥筒內(nèi)并與第一電機(jī)連接，攪拌棒上設(shè)有第一攪拌葉片，第一攪拌葉片上圍繞攪拌棒的軸線螺旋設(shè)置于攪拌棒的外周;真空預(yù)冷機(jī)構(gòu)包括真空泵和管道，管道的一端與真空泵連通，管道的另一端通過出氣口與干燥筒內(nèi)部連通;干燥機(jī)構(gòu)主要是遠(yuǎn)紅外裝置，干燥筒外壁上設(shè)有保溫層;傳料機(jī)構(gòu)包括殼體和傳料裝置，傳料機(jī)構(gòu)通過出料口與干燥筒內(nèi)部連通，殼體上端設(shè)有與出料口相適配的導(dǎo)料口，殼體下端遠(yuǎn)離導(dǎo)料口的一端設(shè)有卸料口;傳料裝置包括第二電機(jī)、輸送帶和兩個傳動輥傳料裝置設(shè)于殼體內(nèi)并位于導(dǎo)料口下方，傳動輥分別連接輸送帶的兩端，第二電機(jī)通過連接軸與傳動輥傳動連接;支撐機(jī)構(gòu)包括支撐框和若干條支撐柱，支撐框連接所述干燥筒外壁，支撐柱的頂端均與支撐框連接。

本設(shè)備干燥筒1的外壁與設(shè)備所有支撐機(jī)構(gòu)連接，內(nèi)部與進(jìn)料口2和出氣口3相連通，進(jìn)料口2設(shè)置在設(shè)備的頂部，出料口設(shè)置在底部，內(nèi)壁上環(huán)繞設(shè)有干燥機(jī)構(gòu)。鮮濕糧食從進(jìn)料口2倒入干燥筒1中，糧食在干燥筒內(nèi)通過攪拌部件實(shí)現(xiàn)均勻干燥。

2.2鮮濕糧食真空干燥機(jī)工作原理

鮮濕糧食干燥機(jī)使用時，糧食進(jìn)料口倒入干燥筒中，干燥筒上的真空預(yù)冷機(jī)構(gòu)將干燥筒內(nèi)空氣抽出;由于真空度越高水的沸點(diǎn)越低，當(dāng)干燥筒中真空度接近0Pa時，水的沸點(diǎn)在1℃～5℃，此時糧食內(nèi)的水分在低溫下迅速沸騰、汽化及蒸發(fā)，并通過真空預(yù)冷機(jī)構(gòu)將蒸發(fā)出的水分抽出，使糧食干燥。由于蒸發(fā)過程屬于吸熱過程，當(dāng)糧食內(nèi)的熱量不足以維持蒸發(fā)所需的熱量時，將中斷汽化及蒸發(fā)過程，不再干燥;此時干燥機(jī)構(gòu)將為糧食持續(xù)提供熱量，使汽化及蒸發(fā)過程持續(xù)發(fā)生，提高糧食的干燥效率。同時，開啟出料口的傳動裝置，干燥的糧食直接運(yùn)送到出料口進(jìn)行打包，完成鮮濕糧食真空預(yù)冷干燥。該設(shè)備不受天氣及場所的限制，隨時可對顆粒類糧食進(jìn)行干燥，降低人體體力勞動、自動化及干燥效率高，可實(shí)現(xiàn)對糧食的快速干燥。另外真空干燥機(jī)在工作時屬低溫干燥，干燥后糧食的品質(zhì)好，爆腰率低，還可用于種子等品質(zhì)要求高的干燥。

3關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1倒菱形干燥筒

干燥筒是谷物糧食真空干燥的場所，是整個干燥機(jī)的核心部件，把真空罐做成倒菱形主要是抗壓強(qiáng)度高、用材厚度薄、體積小容積大，第一次是A3號鋼板制造，在樣機(jī)使用后發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)粘上小微雜碎和生銹，阻止?jié)窆软樍鞫?，甚至積聚濕谷，因此不能用鋼板制造，改用不銹鋼304，其加工性能好、強(qiáng)度高，更主要是表面光滑不生銹，能保證糧食流動惕順不遲留，焊接用雙面焊，嚴(yán)格防漏檢查。

3.2攪拌部件設(shè)計(jì)

干燥筒內(nèi)糧食是否能均勻受熱干燥，最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)是攪拌部件，攪拌的快慢和頻率直接影響鮮濕糧食是否能均勻干燥，真空預(yù)冷干燥設(shè)備還包括第一電機(jī)、攪拌棒;第一電機(jī)設(shè)置于干燥筒的頂部，攪拌棒豎直設(shè)置于干燥筒內(nèi)并與第一電機(jī)連接，攪拌棒上設(shè)有第一攪拌葉片。第一攪拌葉片圍繞攪拌棒的軸線螺旋設(shè)置于攪拌棒的外周，第一電機(jī)通過連接桿與攪拌棒固定連接。

啟動第一電機(jī)時，攪拌棒在第一電機(jī)的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動并帶動第一攪拌葉片旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時干燥筒內(nèi)的糧食不斷翻動，攪拌棒的轉(zhuǎn)速為7轉(zhuǎn)/分鐘，干燥筒上設(shè)有真空表和濕度計(jì)，可監(jiān)測干燥筒內(nèi)真空度及濕度，使干燥受熱均勻，有利于干燥效率的提高。

3.3攪動棒“L”設(shè)計(jì)

本設(shè)備的攪動棒外壁上周向固定連接有若干呈“L”形設(shè)置的攪動支桿，攪動支桿包括連接支桿和豎直支桿。連接支桿的一端與攪動棒固定連接，連接支桿的另一端與豎直支桿連接，豎直支桿上連接第二攪拌葉片。通過增設(shè)攪動支桿，將提高干燥筒內(nèi)糧食的攪動率，進(jìn)一步提高干燥筒內(nèi)各區(qū)域糧食的受熱均勻程度，提高干燥效率。

3.4加熱和保溫的設(shè)計(jì)

本設(shè)備設(shè)計(jì)遠(yuǎn)紅外線發(fā)射裝置（如圖2），是干燥機(jī)主要部件，紅外波長9～12um，效果好，電能轉(zhuǎn)換為紅外線效率高≥75%。

使用時，遠(yuǎn)紅外裝置通過發(fā)熱使干燥筒內(nèi)溫度提升（如圖3）;當(dāng)紅外線照射到糧食時將被糧食內(nèi)的水分子吸收，使水分子發(fā)生極性轉(zhuǎn)變，摩擦產(chǎn)熱，從而使糧食獲得熱量促進(jìn)內(nèi)部水分汽化及蒸發(fā)。水對不同波長紅外線吸收率是不同的，據(jù)測定波長2.5～25um紅外線對水的吸收率最高，我們就選用波長9～12um快速加熱，又因人工遠(yuǎn)紅外線和陽光中遠(yuǎn)紅外線波長一樣，因此干燥的糧食品質(zhì)和自然晾曬是一樣的，保證了糧食質(zhì)量安全，此外紅外線還有直接干燥作用。

干燥筒外壁上設(shè)有保溫層，保溫層包括復(fù)合多層隔熱保溫材料，通過設(shè)置保溫層，使干燥筒較少的受到外界空氣熱交換的影響。進(jìn)料口、出料口和出氣口與干燥筒相連接的區(qū)域上均設(shè)有密封圈。由于密封效果嚴(yán)重影響真空預(yù)冷干燥設(shè)備的干燥效果，所以干燥筒采用雙面焊接、柴油滲透檢驗(yàn)的工藝制造;同時，對進(jìn)料口、出料口和進(jìn)氣口與干燥筒連接的區(qū)域上均設(shè)有密封圈，密封圈采用發(fā)泡硅膠條從而減少熱量流失，提高糧食干燥效率。

3.5傳料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的傳料機(jī)構(gòu)包括殼體和傳料裝置，傳料機(jī)構(gòu)通過出料口與干燥筒內(nèi)部連通。殼體上端設(shè)有與出料口相適配的導(dǎo)料口，殼體下端遠(yuǎn)離導(dǎo)料口的一端設(shè)有卸料口。傳料裝置設(shè)于殼體內(nèi)并位于導(dǎo)料口下方，包括第二電機(jī)、輸送帶和兩個傳動輥。兩個傳動輥分別連接輸送帶的兩端;第二電機(jī)通過連接軸與傳動輥傳動連接。

鮮濕糧食從出料口倒出后，通過導(dǎo)料口進(jìn)入傳料裝置中，輸送帶在第二電機(jī)的帶動下將糧食傳送至所述卸料口。干燥筒下端的圓外徑從上往下不斷減小，有利于糧食倒出，干燥筒的容積可根據(jù)使用需求合理調(diào)整，整個進(jìn)料和出料簡單方便，便于操作。

3.6密封技術(shù)

本設(shè)計(jì)關(guān)鍵在大小口徑的密封上，最大Φ1000的平面密封、最小Φ6的特殊密封，大軸Φ50的旋轉(zhuǎn)密封、還有電線的特殊密封等，本干燥機(jī)分別采用大口徑橡膠墊圈密封，斜面采用O形圈密封，旋轉(zhuǎn)軸采用圓形圈密封等方法設(shè)計(jì)。由于小孔（Φ20以下）和電線密封難度大，口徑小，一般密封方法容易泄漏，用“水管直通+堵頭+發(fā)泡硅膠”辦法，以簡單、實(shí)用、安全、穩(wěn)定地解決。如圖4。

4實(shí)驗(yàn)方法

鮮濕糧食干燥測量指標(biāo)主要是干燥溫度、糧食的水分含量及干燥筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)的速度等影響糧食干燥的品質(zhì)。采用實(shí)驗(yàn)的方法第一步主要是真空預(yù)冷、遠(yuǎn)紅外線發(fā)射和加熱技術(shù)技術(shù)使糧內(nèi)水分汽化成水蒸氣。第二步主要是糧食裸露在真空中抽出水蒸氣技術(shù)，使蒸氣通過糧內(nèi)維管排出糧外。第三步主要是采用水蒸氣真空排放技術(shù)將糧外水蒸氣排放出去。

實(shí)驗(yàn)條件：濕糧制備3袋，重量共300斤稻谷，清水浸泡12小時，撈出攤干滴水，測得40%水分，備用。

操作流程：將40%水分濕谷裝機(jī)，室溫28℃，真空干燥12分鐘，停機(jī)，測得含水量21%，糧食溫度15℃。

（1）啟動遠(yuǎn)紅外線發(fā)射裝置4分鐘，停止。

（2）啟動真空預(yù)冷干燥5分鐘，停機(jī)。

（3）啟動遠(yuǎn)紅外線發(fā)射裝置4分鐘，停止。

（4）啟動真空預(yù)冷干燥5分鐘，停機(jī)卸料。測得含水量13.5%。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)：

干燥時間：40%水分濕谷干燥到14%安全水分，用時30分鐘，超快。

干燥質(zhì)量：質(zhì)量上乘。與陽光晾曬一樣，色澤形狀外觀都好，測得爆腰率2.1%（標(biāo)準(zhǔn)3%）。

有無污染：物料無污染，這是物理方法的干燥，沒有化學(xué)污染源。但螺桿真空泵噪音較大，仍有70分貝。

5結(jié)論

設(shè)計(jì)立式真空+紅外加熱糧食快速干燥設(shè)備，并以鮮濕糧食為對象進(jìn)行干燥機(jī)性能測試，得出以下結(jié)論。

（1）鮮濕糧食快速干燥機(jī)，運(yùn)行穩(wěn)定且密封性能良好。

（2）通過試驗(yàn)，該干燥機(jī)可使鮮濕糧食在30分鐘左右實(shí)現(xiàn)快速干燥，且干燥品質(zhì)好。

（3）鮮濕糧食快速干燥機(jī)的研制，為糧食清潔節(jié)能和快速干燥提供了新的技術(shù)支持。

作者簡介：賴亦環(huán)，男，本科，高級講師，高級技師，主要從事制冷、節(jié)能技術(shù)教學(xué)和研究工作;潘文鋒，男，本科，高級講師，高級技師，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)和研究工作;吳煥松，男，本科，高級工程師，主要從事干燥技術(shù)研究工作。