高水分稻谷分程干燥工艺及效果.pdf
《高水分稻谷分程干燥工艺及效果.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高水分稻谷分程干燥工艺及效果.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 28 卷第 12 期农 业 工 程 学 报Vol.28No.122012 年6 月Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringJun.2012245高水分稻谷分程干燥工艺及效果王继焕1,刘启觉2(1.武汉工业学院机械学院,武汉 430023;2.武汉工业学院食品学院,武汉 430023)摘要:针对中国南方地区稻谷收获季节需及时干燥高水分稻谷的市场需求较大和粮食干燥机的保有量较少、干燥机的使用效率受气候条件影响的技术现状,将收获的稻谷分为较高水分干燥过程和较低水分干燥过程。当稻谷含水率高于 18%时,采用 56
2、85的干燥介质,降水速率为 0.902.94%/h;当稻谷含水率小于等于 18%时,采用 5058的干燥介质,降水速率为 0.490.93%/h。在 2 次干燥过程之间,采用通风仓暂存。现场试验表明,与恒温干燥工艺相比较,分程干燥工艺在保证稻谷烘后品质的条件下,可缩短干燥时间约 12.8 h,平均降水速率提高 0.7%/h,一个收获期内可使干燥机处理量增加 225%,提高干燥机的使用效率 152%,且总干燥成本降低 5%,有助于又好又快地进行高水分稻谷的干燥。关键词:干燥,技术,通风,分程干燥,暂存doi:10.3969/j.issn.1002-6819.2012.12.039中图分类号:S5
3、11;S226.6文献标志码:A文章编号:1002-6819(2012)-12-0245-06王继焕,刘启觉.高水分稻谷分程干燥工艺及效果J.农业工程学报,2012,28(12):245250.Wang Jihuan,Liu Qijue.Separating-process drying technology and efficiency for paddy with high moisture contentJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2
4、012,28(12):245250.(inChinese with English abstract)0引言中国是世界稻谷生产第一大国,近年来的年产量约1.9 亿 t。在南方地区稻谷的收获季节,由于收获期短和时间集中,大量高水分稻谷干燥需求和干燥设备不足的矛盾非常突出。另一方面,稻谷干燥机械季节使用而且使用效率较低,考虑到稻谷干燥机的投资效益,其保有量不可能无限制的增加。因此,提高稻谷干燥机的生产能力和使用效率具有重要的社会和经济意义。对此,世界各国学者和粮食科技工作者进行了大量的研究工作。在日本,含水率高于 24%的稻谷若放置 10 h 以后再进行机械干燥,鉴于品质变化只能作为饲料粮1。稻谷
5、是一种较难干燥的谷物,干燥介质温度和降水速率对稻米品质具有直接的影响,干燥参数选择不当很容易产生爆腰2-3。大量研究与实践表明,缓苏在稻谷干燥工艺中具有重要的作用,因而需合理制定稻谷烘干和缓苏工艺4-6。但是,在目前干燥机的设计中还存在一些比较模糊的问题,比如把影响干燥产品的质量单纯归结为热风温度过高或干燥速度过快,降水速率被控制在 0.81.0%/h 以内,这与很多试验观察到的稻谷降水特性以及稻谷爆腰规律还存在着一些出入7-8。同时,目前的干燥机大多是以恒定的干燥参数如风温、风量等作为设计基础,实际上整个干燥过程保持恒定的干燥参数对于稻谷的降水并不是最合理的。一些学者利用计算机模拟技术对高湿
6、稻谷采收稿日期:2011-07-25修订日期:2012-05-10基金项目:国家科技支撑计划项目(2006DADU2A19-02)作者简介:王继焕(1956),女,武汉市人,教授,从事农产品加工机械设计及理论的教学与科研工作。武汉武汉工业学院机械工程学院,430023。Email:用变风温干燥试验后认为:在生产能力、干燥机结构尺寸和总供热量不变的前提下,变风温干燥不仅可以明显地降低单位能耗,而且可以提高干燥强度及产品质量9-11。Weerachet Jittanit 等12采用 4080的热空气,在流化床干燥机和喷动床干燥机上,将含水率 20%25%的稻谷干燥至 18%以下,然后采用温度 18
7、30、相对湿度 60%70%的热空气进行就仓干燥,使稻谷的含水率降至 14%以下。结果表明,采用这种分段干燥方式干燥高水分稻谷可以获得较高的烘后品质。本文则针对高水分稻谷降水幅度大、干燥时间长的特点,将收获的高水分稻谷进行分程干燥,即较高水分稻谷干燥过程;通风仓暂存缓苏降水过程;较低水分稻谷干燥过程。先将稻谷的含水率较快速地降至 18%18.5%(即水分降低到暂存不易霉变的程度),送入通风仓暂存。在稻谷收获季节后,将暂存仓内的稻谷再送入干燥机将其水分干燥至 14%14.5%的安全储存水分。该干燥技术旨在防止高湿霉变且保证稻谷烘后品质的前提下,提高稻谷干燥机的降水速率、使用效率及干燥的时限,提高
8、稻谷干燥机的经济和社会效益。1高水分稻谷分程干燥技术特点1.1恒温干燥曲线目前,稻谷干燥机大多仍采用恒温干燥工艺,其干燥曲线如图 1 所示13。在图 1 所示的恒温干燥曲线中,AB 段为稻谷预热升温段,在此段时间内,主要是提高粮温,增加籽粒内部水分的压力。BC 段是近似向下倾斜的直线,为等速干燥阶段,说明稻谷干燥在均匀进行,干燥速率是一个恒定值。而 CD 段是降速干燥阶段,降水速率随稻谷含水率的下降而降低。恒温干燥工艺单位能耗较高,干燥强度及干燥机的使用效率较低9,11。农业工程学报2012 年246注:AB 段为稻谷预热升温段;BC 段为等速干燥阶段;CD 段是降速干燥阶段。图 1恒温干燥曲
9、线Fig.1Drying curve at constant temperature1.2较高水分稻谷干燥过程的技术特点刚收获的稻谷含水率均较高,一般大于 18%,简称较高水分稻谷。由稻谷干燥理论知:较高水分稻谷颗粒中的机械结合水分较多,且在机械结合水分中,以润湿水分为主。从图 2 知:在气相 1、液相 2 和固相 3 的边界上,由于表面张力作用的结果,有的固体表面很容易被水分润湿,这时接触角为 0 90。如果接触角为 90 180,则不能使固体表面润湿;当 =0 时,水滴全面润湿固体表面。当水分与稻谷颗粒表面的接触角 90,且有1 32 31 2(cos)(1)式中,1-3为气固边界上的表面
10、张力,Pa;2-3为液固边界上的表面张力,Pa;1-2为气液边界上的表面张力,Pa;为水分与稻谷颗粒表面的接触角,()。a.接触角为 0 90b.接触角 90 180注:1.气相2.液相3.固相;为水分与稻谷颗粒表面的接触角,()。图 2气相、液相、固相示意图Fig.2Schematic drawing of gas,liquid and solid phase当 0 90 时,0cos 1,水分可湿润稻谷颗粒表面。稻谷的含水率越高,则水分湿润稻谷颗粒表面的面积越大13。当含水率大于 18%的较高水分稻谷受干燥介质作用时,颗粒表面的润湿水分将与干燥介质发生传热、传质反应,不断被汽化,并不断被干
11、燥介质带走。当温度低于 300时,水蒸气的比热可按下式(2)计算14,其中液态水转化为水蒸气的汽化潜热为2491 kJ/kg。2491 1.97VIt(2)式中,IV为水蒸气的比热,kJ/(kg);t 为水蒸气的温度,0t300。而稻谷的比热可按下式计算141.550.0263Cw(3)式中,C为稻谷的比热,kJ/(kg);w为稻谷的含水率,%。在对较高水分稻谷进行干燥作业时,稻谷表层的润湿水分与稻谷颗粒的结合力最弱,最容易被汽化,并被干燥介质带走。从式(2)和式(3)可知,当粘附在稻谷颗粒表层润湿水分转化为气态的水蒸气时,比稻谷颗粒温度升高所需获取的热量大 1 000 多倍。所以,对于含水率
12、大于 18%的较高水分稻谷,可以采用较高温度的干燥介质。稻谷的含水率越高,稻谷颗粒表层的润湿水分也越多,进行干燥作业时,采用干燥介质的温度亦可适当增加,有利于提高降水速度,增加干燥设备的工效,且不会导致稻谷的粮温超过安全粮温。1.3较低水分稻谷干燥过程的技术特点当稻谷水分降低至 18%以下时,稻谷颗粒表层的润湿水分已基本被蒸发,存在于稻谷颗粒中的机械结合水分主要是粗毛细管水分和微毛细管水分。由稻谷的结构知,稻谷籽粒属于毛细管多孔胶体物料,通常将直径大于 10-5cm 的毛细管称为粗毛细管,并将直径小于 10-5cm的毛细管称为微毛细管。粗毛细管只存在于籽粒的果皮中,而微毛细管存在于胚乳中15。
13、正是由于谷粒内存在着粗毛细管、微毛细管,稻谷颗粒的失水和吸湿过程深受其影响。当干燥作业继续进行时,需要提高粮粒的温度,增加粮粒内部水分的压力,才能使粮粒内部的水分经微毛细管和粗毛细管,由内向外扩散到籽粒的表层,然后被干燥介质带走。若籽粒内外的温度梯度过大、或籽粒内外的水分压力梯度过大、或籽粒表层失水速度过快,都将使稻谷裂纹率增加,影响稻谷的加工与食用品质。因此,对于含水率低于 18%的较低水分稻谷,应将热风温度控制在 5060之间,降水速率控制在 0.41.0%/h 之间,并将烘干缓苏比控制在 1/41/7 之间;并且随着稻谷水分的不断降低,需相应地降低热风温度和降水速率。1.4稻谷通风仓暂存
14、缓苏降水过程的技术特点由文献16-17知:当稻谷水分低于 18%时,可以利用带通风设施的储粮仓暂存 3080 d。所以,在稻谷收获季节,将较高水分稻谷干燥至含水率 18%18.5%,入通风仓暂存,可以达到缓解稻谷干燥量大与干燥设备的干燥能力不足的矛盾。将干燥至含水率 18%18.5%的稻谷送入通风仓暂存时,稻谷的粮温为 3037。在暂存仓内,稻谷具有足够长的缓苏时间,可以使稻谷籽粒内外的水分和温度实现彻底的平衡。同时,在平衡过程中,由于暂存仓内的通风作用,可使稻谷水分降低 1%3%16-17。在稻谷收获季节后,将暂存仓内的稻谷导出,再送入干燥机内完成较低水分稻谷干燥过程,达到 14%14.5%
15、的安全储藏水分后,入库储藏,完成稻谷分程干燥工艺流程。在较低水分稻谷干燥过程中,因稻谷籽粒中的水分和温度已彻底达到平衡,在相同含水率条件下,热风温度和降水速率均高于恒温干燥工艺,故干燥设备的处理量增加。第 12 期王继焕等:高水分稻谷分程干燥工艺及效果2472高水分稻谷分程干燥工艺试验2.1试验材料试验所用原粮为金优 38 晚稻品种,平均含水率25.54%。2.2试验设备和地点采用台湾三久机械有限公司制造的 NEW PRO-60H型稻谷烘干机、TD-6 米麦两用水分计、CTR-500ET 单粒水分计、DC-50 爆腰检查器、RGQI10B 米质判定仪、RGQI20A 谷粒判别器、RM-150
16、米粒外观照相机以及武汉仪表公司生产的温度计、湿度计、流量计等仪器作为试验检测设备。该干燥机为分批式机型,上部是缓苏段,下部是横流干燥段,稻谷从顶部降至底部后,经提升机提升到顶部为一个烘干缓苏循环。试验地点在湖北省沙洋农场。2.3试验方法将刚收割的高水分稻谷(平均含水率 25.54%)进行分程干燥试验。即高水分稻谷经清理后,采用 NEWPRO-60H 型 6 000 kg/批的分批式稻谷烘干机,在高风温高速率的工况条件下进行较高水分稻谷干燥试验,经过5 次循环后,稻谷的含水率降至 18%18.5%。然后,送入稻谷暂存仓通风暂存。在稻谷收获季节后,将暂存仓的稻谷导出,在低风温低降水速率的工况条件下
17、,完成较低水分稻谷干燥试验,将其含水率降至 14.5%以下,入库储藏,其工艺流程参见图 3。在分程干燥试验过程中,在稻谷烘干机排粮口的全断面随机抽取干燥过程中的试样,15 min 一次,每次 1 kg,试样的含水率、水分不均匀度、爆腰增加率等的测定按国标 GB6970-2007 方法进行18。注:含水率W1=18%18.5%;含水率W2=14%14.5%。图 3高水分稻谷分程干燥工艺流程图Fig.3Technical flow diagram of separating-process drying forpaddy with high moisture content1)较高水分稻谷干燥过程
18、试验设计参考前期的试验结果19,较高水分稻谷干燥过程试验设计参见表 1,其干燥试验过程中的热风温度及降水速率等均采用在线检测与控制调节方式20。表 1较高水分稻谷干燥过程试验设计Table 1Experiment design of drying process for paddy withhigher moisture content循环次数热风温度/循环时间/min最高粮温/降水速率/(%h-1)第 1 次循环855131.62.94第 2 次循环625133.21.71第 3 次循环605134.91.38第 4 次循环585135.21.12第 5 次循环566936.10.902)通
19、风仓暂存缓苏降水过程当较高水分稻谷干燥过程完成后,将稻谷送入通风暂存仓中。稻谷在暂存仓中缓苏 3 h,再进行通风冷却,通风时间 10 h,每吨稻谷的通风量为 5.5 m3/h。静置 23 h,再通风 1 h,每吨稻谷的通风量为 12.8 m3/h;再静置23 h,如此循环。28 d 后,将通风暂存仓中缓苏充分的稻谷再送入分批式稻谷干燥机内,进行较低水分稻谷干燥过程。3)较低水分稻谷干燥过程试验设计参考前期的试验结果19,较低水分稻谷干燥过程试验设计参见表 2。表 2较低水分稻谷干燥过程试验设计Table 2Experiment design of drying process for padd
20、y withlower moisture content循环次数热风温度/循环时间/min最高粮温/降水速率/(%h-1)第 1 次循环586230.50.93第 2 次循环545132.30.68第 3 次循环504834.20.494)干燥总成本及使用效率增率的计算稻谷干燥过程中的总成本按照式(4)计算。C=C1+C2(4)式中,C 为干燥总成本,元/t;C1为燃料成本,元/t;C2为人工及动力成本,元/t。采用分程干燥工艺,干燥机使用效率增率按照式(5)计算。1211()tttt(5)式中,为干燥机使用效率增率,%;t1为收割期间干燥机使用时间,d;t2为收割期后干燥机使用时间,d。3结
21、果与分析3.1高水分稻谷分程干燥过程的结果3.1.1较高水分干燥过程的结果根据表 1 的试验设计,高水分稻谷较高水分干燥的试验结果参见表 3。由表 3 可知,在较高水分稻谷干燥过程中,入机前原始含水率为 25.54%的高水分稻谷,经过5 次循环后,含水率降为 18.43%,总的降水幅度为 7.11%。当稻谷含水率高于 18%时,且采用 5685的干燥介质,降水速率为 0.90%2.94%/h 干燥措施后,稻谷烘后爆腰增加率小于 3%的国家标准,水分不均匀度小于 2%的国家标准。表 3较高水分稻谷干燥过程试验结果Table 3Experiment results of drying proces
22、s for paddy withhigher moisture content循环次数降水幅度/%含水率/%爆腰增加率/%水分不均匀度/%第 1 次循环2.5023.040.13第 2 次循环1.4521.590.12第 3 次循环1.1720.420.12第 4 次循环0.9519.470.11第 5 次循环1.0418.430.11农业工程学报2012 年2483.1.2通风仓暂存缓苏过程的结果含水率为 18.43%、粮温为 36.1的稻谷在通风暂存仓中,通风缓苏降水。28 d 后,稻谷含水率降为 16.31%、粮温为 18.4(当天大气温度为 18.4,相对湿度为75%)。3.1.3较低
23、水分干燥过程的结果根据表 2 的试验设计,高水分稻谷较低水分干燥的试验结果参见表 4。由表 4 可知,在较低水分稻谷干燥过程中,经过通风仓暂存缓苏后含水率为 16.31%稻谷,经过 3 次循环后,含水率降为 14.38%,总降水幅度为 1.93%,达到安全储藏水分要求。当稻谷含水率小于等于 18%时,采用 5058的干燥介质,降水速率为 0.490.93%/h。干燥措施后,稻谷烘后爆腰增加率小于 3%的国家标准,水分不均匀度小于 2%的国家标准。表 4较低水分稻谷干燥过程试验结果Table4Experiment results of drying process for paddy with
24、lowermoisture content循环次数降水幅度/%含水率/%爆腰增加率/%水分不均匀度/%第 1 次循环0.9615.350.11第 2 次循环0.5814.770.21第 3 次循环0.3914.380.213.2高水分稻谷分程干燥的干燥曲线特性试验结果经整理得高水分稻谷变温变速分程干燥曲线,如图 4 所示,它由较高水分稻谷干燥曲线 ab 段和较低水分稻谷干燥曲线 cd 段组成。注:ab 段表示较高水分稻谷干燥阶段;cd 段表示较低水分稻谷干燥阶段。图 4变温变速分程干燥曲线Fig.4Drying curve at variable temperature and speed3.
25、2.1较高水分稻谷干燥曲线的特征与图 1 所示的恒温干燥工艺的干燥曲线13相比较,可以看出:图 1 中 AB 段和 BC 段的工艺效果被图 4 中曲线 ab 段的工艺效果所取代。在图 4 所示的分程干燥曲线中,没有预热升温段。曲线从一开始就进入快速干燥降水阶段,从而提高干燥机的产量。曲线 ab 段向下倾斜,随着稻谷水分降低和干燥时间的增加,曲线逐渐由陡峭变平坦,这说明稻谷的降水速率随着稻谷含水率的降低和干燥时间的增加而降低。由表 1、3 知:在较高水分稻谷干燥段 ab 中,干燥介质的温度随着籽粒含水率的降低和干燥时间的增加而降低。所以,曲线 ab具有变温变速的特征。3.2.2通风仓暂存缓苏与降
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水分 稻谷 干燥 工艺 效果
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【二***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【二***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。