鮮濕糧食快速干燥機設計與研究

賴亦環　潘文鋒　吳煥松

摘要：針對鮮濕糧食傳統干燥方法的局限性，設計了一種真空預冷干燥設備，該設備的干燥筒抽去空氣在真空狀態下提供熱能促使糧食內的水分汽化持續蒸發，蒸發時吸收熱能，帶走干燥筒內的熱能，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境下發霉發芽，有效預防天氣或場所限制長時間堆積而腐爛，提高糧食的質量。

關鍵詞：鮮濕糧食;快速干燥;干燥機

1緒論

“民以食為天”，糧食是人們賴以生存的基本物質保證。我國是農業大國，糧食生產是廣大農村的核心，現農村、山區或無法工業化作業的區域仍然大量保留傳統自然晾干糧食干燥方法。存在干燥速度慢、受天氣影響大、勞動強度高且占地面積大等缺陷，糧食得不到及時的干燥導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，文獻研發一種利用蒸汽余熱原理的連續型谷物真空干燥機，該設備主要由內筒、外筒、進料裝置、出料裝置、傳動裝置、真空管及支架等組成，可以實現對玉米的連續真空干燥，這種設計不適用于產地不集中或者南方小產糧區。文獻針對蝦類產品干燥效率問題設計了真空干燥機使用該設備采用帶式結構，物料進入干燥倉后，在真空狀態下進行熱交替，使蝦能短時間烘干。該設備設計思路給本文提供參考設計思路。基于此，為了解決糧食干燥效率低的問題，本文在現有干燥工藝基礎上設計一種鮮濕糧食真空預冷干燥設備來滿足糧食干燥存儲的需求。

2鮮濕糧食真空干燥機系統設計

鮮濕糧食真空干燥機選擇種類很多，傳統風干設計一般是持續提供熱能，不斷翻轉糧食使其達到烘干目的，較為先進的大規模糧食烘干設備一般采用真空低溫或帶式設備。由于南北方地區差異，糧食成熟季節不同并且干濕程度和氣候影響也有所區別，比如沿海地區或南方區域比較常見雷陣雨、暴雨、臺風天等氣候現象，應該盡量減少谷物在夏季高溫潮濕環境下堆積采取及時烘干。

因此，本文設計一種鮮濕糧食干燥設備示意圖，利用真空使谷物烘干過程中水分子蒸發吸收熱能帶走熱量，結合遠紅外裝置加熱，加快糧食的烘干速度，比現有的帶式、圓筒攪拌、耙式等真空干燥機烘干效率高。

2.1鮮濕糧食真空干燥機結構

一種真空預冷干燥設備整機為立式結構，其特征包括支撐機構、干燥筒、真空預冷機構和干燥機構四個部分組成。設備進料部分由漏斗狀的進料口和干燥筒組成，出料口由導料口和卸料口組成，位于干燥筒底部，進料口、出料口和出氣口與干燥筒相連接的區域上均設有密封圈。

真空預冷干燥機構主要包括干燥筒和第一電機支撐機構、干燥筒、第一攪拌葉片，第一電機設置于干燥筒的頂部，攪拌棒豎直設置于干燥筒內并與第一電機連接，攪拌棒上設有第一攪拌葉片，第一攪拌葉片上圍繞攪拌棒的軸線螺旋設置于攪拌棒的外周;真空預冷機構包括真空泵和管道，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部連通;干燥機構主要是遠紅外裝置，干燥筒外壁上設有保溫層;傳料機構包括殼體和傳料裝置，傳料機構通過出料口與干燥筒內部連通，殼體上端設有與出料口相適配的導料口，殼體下端遠離導料口的一端設有卸料口;傳料裝置包括第二電機、輸送帶和兩個傳動輥傳料裝置設于殼體內并位于導料口下方，傳動輥分別連接輸送帶的兩端，第二電機通過連接軸與傳動輥傳動連接;支撐機構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。

本設備干燥筒1的外壁與設備所有支撐機構連接，內部與進料口2和出氣口3相連通，進料口2設置在設備的頂部，出料口設置在底部，內壁上環繞設有干燥機構。鮮濕糧食從進料口2倒入干燥筒1中，糧食在干燥筒內通過攪拌部件實現均勻干燥。

2.2鮮濕糧食真空干燥機工作原理

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

3關鍵部件設計

3.1倒菱形干燥筒

干燥筒是谷物糧食真空干燥的場所，是整個干燥機的核心部件，把真空罐做成倒菱形主要是抗壓強度高、用材厚度薄、體積小容積大，第一次是A3號鋼板制造，在樣機使用后發現罐內粘上小微雜碎和生銹，阻止濕谷順流而下，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，嚴格防漏檢查。

3.2攪拌部件設計

干燥筒內糧食是否能均勻受熱干燥，最關鍵的設計是攪拌部件，攪拌的快慢和頻率直接影響鮮濕糧食是否能均勻干燥，真空預冷干燥設備還包括第一電機、攪拌棒;第一電機設置于干燥筒的頂部，攪拌棒豎直設置于干燥筒內并與第一電機連接，攪拌棒上設有第一攪拌葉片。第一攪拌葉片圍繞攪拌棒的軸線螺旋設置于攪拌棒的外周，第一電機通過連接桿與攪拌棒固定連接。

啟動第一電機時，攪拌棒在第一電機的驅動下轉動并帶動第一攪拌葉片旋轉，旋轉時干燥筒內的糧食不斷翻動，攪拌棒的轉速為7轉/分鐘，干燥筒上設有真空表和濕度計，可監測干燥筒內真空度及濕度，使干燥受熱均勻，有利于干燥效率的提高。

3.3攪動棒“L”設計

本設備的攪動棒外壁上周向固定連接有若干呈“L”形設置的攪動支桿，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。通過增設攪動支桿，將提高干燥筒內糧食的攪動率，進一步提高干燥筒內各區域糧食的受熱均勻程度，提高干燥效率。

3.4加熱和保溫的設計

本設備設計遠紅外線發射裝置（如圖2），是干燥機主要部件，紅外波長9～12um，效果好，電能轉換為紅外線效率高≥75%。

使用時，遠紅外裝置通過發熱使干燥筒內溫度提升（如圖3）;當紅外線照射到糧食時將被糧食內的水分子吸收，使水分子發生極性轉變，摩擦產熱，從而使糧食獲得熱量促進內部水分汽化及蒸發。水對不同波長紅外線吸收率是不同的，據測定波長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，又因人工遠紅外線和陽光中遠紅外線波長一樣，因此干燥的糧食品質和自然晾曬是一樣的，保證了糧食質量安全，此外紅外線還有直接干燥作用。

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

3.5傳料機構的設計

本設計中的傳料機構包括殼體和傳料裝置，傳料機構通過出料口與干燥筒內部連通。殼體上端設有與出料口相適配的導料口，殼體下端遠離導料口的一端設有卸料口。傳料裝置設于殼體內并位于導料口下方，包括第二電機、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，通過導料口進入傳料裝置中，輸送帶在第二電機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使用需求合理調整，整個進料和出料簡單方便，便于操作。

3.6密封技術

本設計關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的旋轉密封、還有電線的特殊密封等，本干燥機分別采用大口徑橡膠墊圈密封，斜面采用O形圈密封，旋轉軸采用圓形圈密封等方法設計。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+發泡硅膠”辦法，以簡單、實用、安全、穩定地解決。如圖4。

4實驗方法

鮮濕糧食干燥測量指標主要是干燥溫度、糧食的水分含量及干燥筒內旋轉的速度等影響糧食干燥的品質。采用實驗的方法第一步主要是真空預冷、遠紅外線發射和加熱技術技術使糧內水分汽化成水蒸氣。第二步主要是糧食裸露在真空中抽出水蒸氣技術，使蒸氣通過糧內維管排出糧外。第三步主要是采用水蒸氣真空排放技術將糧外水蒸氣排放出去。

實驗條件：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，室溫28℃，真空干燥12分鐘，停機，測得含水量21%，糧食溫度15℃。

（1）啟動遠紅外線發射裝置4分鐘，停止。

（2）啟動真空預冷干燥5分鐘，停機。

（3）啟動遠紅外線發射裝置4分鐘，停止。

（4）啟動真空預冷干燥5分鐘，停機卸料。測得含水量13.5%。

實驗結果數據：

干燥時間：40%水分濕谷干燥到14%安全水分，用時30分鐘，超快。

干燥質量：質量上乘。與陽光晾曬一樣，色澤形狀外觀都好，測得爆腰率2.1%（標準3%）。

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

5結論

設計立式真空+紅外加熱糧食快速干燥設備，并以鮮濕糧食為對象進行干燥機性能測試，得出以下結論。

（1）鮮濕糧食快速干燥機，運行穩定且密封性能良好。

（2）通過試驗，該干燥機可使鮮濕糧食在30分鐘左右實現快速干燥，且干燥品質好。

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

作者簡介：賴亦環，男，本科，高級講師，高級技師，主要從事制冷、節能技術教學和研究工作;潘文鋒，男，本科，高級講師，高級技師，主要從事機械設計教學和研究工作;吳煥松，男，本科，高級工程師，主要從事干燥技術研究工作。