一種薄層干燥實驗設備的研制

溫海江 李喜陸 王麗娟 侯艷芳 陳武東 孫鵬 車剛

摘 要：介紹了一種薄層干燥實驗設備的研制，這種設備可以測定介質溫度、風速、谷物層厚度三個參數對糧食干燥速率及干燥品質的影響，獲得最佳干燥參數，確定各參數之間的合理配比，為設計節能高效、干燥后糧食品質不變、性能優良的谷物干燥機提供準確的實驗數據。

關鍵詞：薄層干燥；溫度；風速；谷物層厚度；水分

中圖分類號：S226.6 文獻標識碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.004

隨著我國農業機械現代化的發展，糧食收獲后干燥加工技術也在不斷進步，但針對目前較為粗放的加工模式，特別是東北地區干燥時間通常為每年的11月至下一年度的3月，由于在這期間環境溫度低，糧食水分高，水分均勻度差等特點，糧食干燥普遍存在干燥能耗高、干燥后品質低、水分難以控制等問題，如何選擇合理的干燥參數（如介質溫度、風速、谷物層厚度等）事關緊要。

該薄層干燥實驗設備主要用于各類谷物薄層干燥試驗，通過模擬相應的環境，經空氣加熱對谷物進行干燥，改變加熱溫度和風機轉速，可以得到恒溫條件下不同風速對谷物干燥速率的影響程度，或者在恒定風速條件下不同風溫對谷物干燥速率的影響程度，還可以通過更換容料室來改變谷物層的厚度，經試驗得出干燥中谷物層厚度最佳數據，確定各參數之間的合理配比，為設計節能高效、干燥后糧食品質不變、性能優良的谷物干燥機提供準確的實驗數據，適用于各高等學校實驗室和科研單位、干燥機生產企業模擬實驗等。

1 基本參數

該薄層干燥實驗設備主要技術參數如下：熱風溫度范圍為15～150 ℃；模擬環境濕度范圍為35%～85% RH；溫控精度為±0.5 ℃；濕度精度為±0.3%；風速范圍為0～20 m/s；風速測量精度為±2% FS；稱重范圍為0～20 kg；稱重精度等級為0.1；總功率為65.85 kW。

2 結構原理

該薄層干燥實驗設備如圖所示。

（1）恒溫恒濕機：安裝在整個實驗設備的進風初始位置，能對空氣進行加熱和加濕，并保證溫度和濕度恒定，在一定條件和范圍內模擬實驗所需要的環境氣候條件。

（2）手動調風門：此調風門設在恒溫恒濕機1和風機3吸風口中間，通過手動調節風門的開度來控制實驗用的系統風量。

（3）風機：通過管道安裝在手動調風門2和加熱器5之間，主要為干燥實驗中所用的空氣，并通過控制風機轉速的變頻器調節實驗所需的空氣流量。

（4）加熱器支架：安裝在加熱器5下方，用于固定支撐加熱器5和風機3，由角鋼焊合而成。

（5）加熱器：通過管道安裝在風機3出口和熱風管道8之間，外殼及框架為不銹鋼鋼板焊合而成，內裝翅片式電熱管，用于加熱試驗所需要的空氣，并通過將電熱管分組分別受電控系統控制，得到試驗所要求的精準風溫。

（6）溫濕度傳感器（a）：安裝在加熱器5出風一側的熱風管道8上，主要采集檢測由加熱器5加熱后的空氣溫度和濕度。

（7）閥門（a）：此閥門為金屬硬密封手動閥門，聯接在熱風管道8上共4件，通過不同的閥門開關可以得到兩種不同熱風流向，從而使試驗谷物能夠換向干燥。

（8）熱風管道：用于連接加熱器5、四個閥門7、10、15、16、干燥室20，管道直徑200 mm，由雙層不銹鋼板焊合成彎頭、三通、直管等單件，兩層不銹鋼板間填充硅酸鋁板隔熱材料，減少熱量散失。

（9）管道固定支架：安裝在熱風管道8下方，用四個鋼管立柱分別支撐四件金屬氣密閥門7、10、15、16，立柱通過膨脹螺栓固定于地面，各立柱之間通過角鋼連接，使上面管道成為一體。

（10）閥門（b）：功能同閥門（a）7。

（11）風速傳感器（a）：安裝在熱風管道8上，用于檢測干燥室20從右向左的風速。

（12）溫濕度傳感器（b）：安裝在熱風管道8上，用于檢測干燥室20從左向右風向時的空氣溫濕度。

（13）溫濕度傳感器（c）：安裝在熱風管道8上，用于檢測干燥室20從右向左風向時的空氣溫濕度。

（14）風速傳感器（b）：安裝在熱風管道8上，用于檢測干燥室20從左向右的風速。

（15）閥門（c）：功能同閥門（a）。

（16）閥門（d）：功能同閥門（a）。

（17）工作臺：安裝在干燥室20下方，用鋼板焊合而成，上面用于固定干燥室20和稱重傳感器18，臺內能放置備用的容料室19。

（18）稱重傳感器：安裝于干燥室20與工作臺18之間，用于采集容料室19內被干燥谷物的重量變化信號，并傳到微機進行統計分析。

（19）容料室：安裝在干燥室20內部，是用來放置干燥谷物的容器，由不銹鋼焊合而成，共6件，一件是谷物層厚度可以在1～5 cm間任意調節的容料器，其余5件為谷物層厚度分別固定為10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm的容料器。

（20）干燥室：固定在工作臺17上面，是用來放置容料室19的裝置，其上面是可以打開的蓋子，內部設一放置容料器的托盤，托盤下方為稱重傳感器18，干燥室兩端分別通過耐高溫的軟連接同熱風管道8連接，這樣可以減少由熱風管道8振動對稱重傳感器18的干擾。

（21）電控系統：在實驗設備旁邊，通過電纜線與實驗設備相連，包括溫度儀表、變頻器及各個電機的主回路、控制回路等。

（22）數據處理系統：設在實驗設備旁邊，由一臺微機和專門研發的處理軟件組成，將各點溫濕度傳感器6、12、13，風速傳感器11、14，稱重傳感器18的實時信號進行采集，分析處理后可繪制不同參數之間的變化曲線，顯示并生成數據文件記錄下來。

3 試驗操作過程

電控系統及相關傳感器安裝完畢后，確認恒溫恒濕機1內風機和外風機均為正轉后，可以按下面步驟進行試驗操作。

（1）調節4個密封閥門7、10、15、16的開關位置，共兩種狀態：①閥門（a）關閉，閥門（b）開啟，閥門（c）關閉，閥門（d）開啟，這時容料器19的風向是自右向左，風速值由風速傳感器（a）11檢測；②閥門（a）開啟，閥門（b）關閉，閥門（c）開啟，閥門（d）關閉，這時容料器19的風向是自左向右，風速值由風速傳感器（b）12檢測。

（2）啟動恒溫恒濕機1，調節出想要的原始空氣溫濕度，具體調節方法見恒溫恒濕機使用說明書。

（3）啟動風機3，并通過手動調風門2或風機3變頻器調節出大于試驗所需的風速。

（4）啟動加熱器5，并設定相應的實驗空氣溫度。

（5）溫度穩定后，關閉風機2，打開干燥室20蓋子，將裝有谷物的容料室19放進干燥室20中，蓋上蓋子，啟動風機2，這時由于風機2風量發生變化還需進一步調節熱風管道8內的風速和熱風溫度，同時微機對采集的各項數據進行整理分析，并繪制相應的變化曲線。

（6）干燥過程中可以停機改變風向，以提高干燥均勻性。

4 結論

通過模擬相應的環境條件就可進行谷物薄層干燥試驗了。通過分別改變加熱溫度和風機轉速，可以測得恒溫條件下不同風速對谷物干燥速率的影響程度，或者在恒定風速條件下不同風溫對谷物干燥速率的影響程度，還可以通過更換容料室19來改變谷物層的厚度，經試驗得出干燥中谷物層厚度最佳數據，確定各參數之間的合理配比，完成提高干燥效率，保證干燥品質，降低干燥能耗的目標。與現有的垂直上下送風薄層干燥實驗裝置相比，該薄層干燥實驗設備采用水平送風垂直稱重被實驗物料，可以有效消除風壓對稱重精度的影響，可直接測得被烘干物料的重量變化，確保數據精確。