氣吸式糧食干燥技術與裝備研究

梁凱王焱 楊志杰 梁普 吳軍峰

1、河北皓凱農業機械有限公司 2、河北省農機化技術推廣總站 3、河北省農業機械化研究所有限公司 4、河北省平山縣農業機械化辦公室

前言

我國是農業大國，三大主糧年產約6.5億噸，據不完全統計，2021年全國平均機械化烘干作業率不足20%，烘干缺口超4億噸，不經過烘干的糧食從收獲到入庫環節，霉變、腐爛、破損約占總產量的5%左右，年損失糧食達2000萬噸，是1.35億人口一年的口糧。現有機型不能滿足現代糧食烘干的需要，研究先進糧食烘干技術，推廣先進糧食烘干機械，是實現糧食（油料作物）綠色烘干，提高作業干燥效率，促進糧食減損提質、保障農業增產增收的主要手段。

1 烘干技術與烘干機械的國內外現狀

1.1 國外現狀

糧食烘干機在美國、日本等國家應用比較普遍。國外糧食烘干技術研究起步于20世紀40年代，到60年代基本實現谷物干燥機械化，70年代谷物干燥基本實現自動化，80年代向高效、優質、節能、降低成本、電腦控制方向發展，同時不斷開發新工藝、新機型、新能源，糧食烘干質量不斷提高。

在美國主要機型有大、中型高溫干燥機，中、小型低溫干燥機，以柴油和液化氣為熱源，采用直接加熱干燥。設備中一般具有料位控制，風溫控制及出糧水分控制系統。

日本烘干機的發展從20世紀60年代至今，經歷了平床靜置式烘干機、普通循環式烘干機和連續式烘干機幾個階段，以小型烘干機以1-8t循環式為主導；1998年研發成功的遠紅外循環式烘干機械開始逐年被大量使用，日本烘干機企業主要有金子、山本和佐竹等知名企業，此外靜岡、井關和大島等企業也生產烘干機。

1.2 國內現狀

我國糧食干燥機械從20世紀60年代仿制國外設備，并改造出一批順流化烘干機、滾筒烘干機、順（逆）流烘干機、錯流烘干機、混流烘干機、組合烘干機等大型烘干機和移動式小型烘干機，但僅在大型農場和糧庫有所應用。80年代后，糧食烘干機械向多用途、小型化方向發展。90年代以來，隨著農業規模經營的發展，開始使用成套的糧食干燥設備。2000年以后，涌現出大批糧食烘干機生產廠家，2016年鼎盛時期高達近400家制造企業，但普遍規模小、研發能力弱、缺乏核心技術，在高端市場缺乏競爭力，仍需在高效節能、自動控制、制造工藝等方面開展創新研究。

2 糧食干燥的主要核心技術和主攻方向

熱風利用效率低、破損率高，糧食品質降低和機械故障率高等問題，一直是糧食干燥機械中難以突破的核心技術。主要涵蓋了熱干燥工藝、物料和熱風的相互運動等核心技術。其中糧食與熱風運動方式決定了糧食的流轉原理，又決定了機械結構方式，是糧食干燥的主要核心技術之一，也是主攻方向。

從烘干效果方面看，最大的問題就是不能實現綠色烘干，幾十年來國內外傳統烘干機核心技術、原理、沒有質的改變。沒有創新核心技術實現綠色干燥幾乎是不可能的事。人民日益增長文化生活需要糧食的綠色、油料食材的綠色。這就給農機人提出了研發綠色烘干的機械和技術的必要性。

2.1 氣吸式糧食干燥技術與烘干改變了傳統糧食烘干機械攪龍提升機結構造成的機械糧食損傷

減少干燥過程中引起的破損率高，采用無附加介質干燥技術，熱風和干燥物料直接進行熱交換，提高干燥效率，采用中低溫干燥，保證糧食品質；實現糧食干燥全過程與熱風融合，保證糧食有足夠的氧氣吸納，保持糧食的活性，干燥后大米不變黃，玉米不會糊化；大風量高風速，加快熱風和糧食的交換速度；并且能夠對多種油料作物果實進行高品質干燥。

2.2 氣吸機械原理與烘干工藝

干燥機頂部裝有風機，通過提料管，在底部進風口產生負壓吸力，將熱風和糧食一起吸入提料管，熱風與糧食接觸后在提升過程中對糧食進行預加熱，在提料管頂端，進入頂部分離系統，糧食表面的水分迅速蒸發，提高了糧食干燥效率。在分離室糧食、熱風及雜質進行分離，糧食通過折射罩兩次折射換向后，靠自重經自動閉風下料口落入干燥室。帶有雜質的熱風在分離系統內，沿內壁弧形板切線方向前移，雜質在離心力作用下經排雜口排出機外，熱風經過熱風通道管進入干燥機熱風室，風機不斷輸入熱風形成正壓力，通過熱風室內筒壁上的孔眼進入糧食層，熱風將糧食全覆蓋進行熱交換，水汽經外筒壁的孔眼隨熱風排出機外。通過糧食循環流量控制系統，風機將糧食進行多次循環提升和熱交換，直至把糧食干燥到目標水分為止。

3 氣吸式烘干機機械技術要點

3.1 熱風提升、分離、排雜烘干糧食

熱風提升烘干物是采用的負壓提升。烘干物在風機啟動后進入熱風通道靠負壓旋轉將烘干物提升到分離系統進行分離。

分離系統中風機啟動后熱風和糧食通過熱風糧食提升管提升到分離系統，采用對等折射原理兩次折射將提升到分離系統的糧食從糧食出口排出分離系統，進入干燥系統干燥腔中。

采用離心力原理來實現熱風雜質分離，利用切線原理將熱風和糧食分離后熱風中的雜質沿切線方向靠離心力從排雜口排出機外，熱風從回風管中返到干燥系統內筒中。

3.2 糧食有氧干燥全覆蓋技術

該技術重點改變了傳統烘干機烘干段和緩蘇段雙段烘干技術。只有一個烘干段并且是熱風全覆蓋烘干，沒任何死角，保證每一粒糧食都可以受熱吸納到足夠的新氧氣，完全保證了糧食的活性，糧食的生命。保證烘干后糧食的品質不變，實現真正的綠色烘干。干燥系統由內外筒網眼板組焊，內筒存儲熱風，內外筒之間的空間為儲存糧食的干燥腔，熱風在壓力作用下，從內向外經過糧層，覆蓋糧食顆粒，維持糧食的有氧呼吸，熱交換后的水汽經由外筒壁網眼板排出機外。

3.3 漏斗分料結構系統

漏斗式分料機構技術的發明是建立在立式桶裝型烘干機結構基礎之上的一種專用結構，在烘干過程中具備特殊功效。為保證糧食在循環過程中的均勻度，烘干流動中自動翻滾調整位置更換角度，使干燥后糧食含水率均勻。采用多層垂直漏斗立柱的百葉板，來控制糧食厚度。通過控制糧層厚度加速熱風和糧食熱能交換，加快糧食干燥速度和糧食干燥的均勻度。

3.4 自動撥板排糧控制設備技術

自動撥板排糧控制設備技術屬原創性技術，在國內外機械加工業中尚未發現相似技術。它最大的特點就是既可以作為獨立設備使用，同時又可以作為配套機械使用。該技術發明有平臺、撥板、定子、轉子、軸承、可調排糧口、上糧筒多個連接口等部分組成。主要功效是，在平臺上靠撥板攪動糧食，使糧食旋轉移動。糧食的流轉方向從外向內到達可調排糧口位置，在排糧口排出后進入上糧筒。糧食有兩個方向可移動，向上是靠熱風負壓向上提升。向下是靠糧食自重向下滑落，在上糧筒中向下排出機外。本項技術作用與用途，發明的目的在于為烘干機配套使用，當然今后也可以擴大其他用途。糧食烘干機配套主要目的有二，一是攪拌糧食提高均勻度加快烘干速度。二是加大可調排糧口的口徑，根據烘干物料的不同，顆粒大小、有無外皮、流動性強弱、光滑度大小、流量大小，速度快慢等因素均可調整。最大的用途是解決了我國油料作物果實的烘干問題。我國糧食作物主要是烘干玉米、水稻、小麥，油菜籽等，沒有大顆粒，而油料作物則不同，大小差距之大，比重容重幅度倍差，針對上述問題，自動撥板排糧控制設備技術都可以得到解決，我國急需的油料作物烘干，包括大花生果及種子均可烘干。針對在節糧減損中可起到很大的作用，糧食及油料作物在烘干過程中是沒有任何壓力的狀態下進行移動，沒有任何壓力就不會形成破損。

4 氣吸式烘干機械技術前景

傳統糧食干燥，糧食和熱風是在干燥室內接觸熱交換，交換時間短，而氣吸干燥技術是從熱風提升開始預熱干燥，再在內外筒結構的干燥腔中，熱風對糧食全覆蓋進行二次干燥，二次干燥使干燥速率提升3倍以上（烘干玉米），水稻1.5倍。傳統的糧食干燥使用提升機、攪輪裝卸，破損難以避免，氣吸干燥機采用了熱風提升糧食，提升過程中破損更小，而且還會將玉米、小麥表面的輔酶磨掉，干燥后糧食外觀特別漂亮，呈現糧食的本色。另外，對于間接式高溫干燥，熱風對鐵板加熱，導致玉米焦糊變味、糊化、膨化，氣吸循環式糧食干燥機為熱風直接和烘干物實現熱交換，采用中低溫干燥糧食，保證干燥后原汁原味品質不變。近幾年新興起的油茶籽和油莎豆種植面積逐年增大，發展十分迅猛，產量也較高，深得國內外消費者的青睞，這些油料作物最怕霉變，霉變就會降低出油率和油的品質，氣吸干燥機械已經涉足了這兩個產品的干燥，并且效果非常好。總之氣吸式干燥機械為糧油作物的烘干技術探索，展示了更加廣闊的技術前景。氣吸干燥技術在全國的推廣應用實現綠色干燥指日可待！