5HHZ-12 型批次式谷物烘干機的關鍵技術研究與設計

韋 博 王東興 劉生梅 李生蘭 賀劉杰

（1 甘肅奧凱農產品干燥裝備工程研究院有限公司，蘭州 730030；2 青海省海東市平安區農業農村和科技局，平安 810600）

稻谷是世界上重要的糧食作物，其產量高、適應性強、經濟價值高，在世界上多數國家的國民經濟中占有極其重要的地位[1-2]。水稻是我國主要的谷物作物，其種植面積占我國糧食作物播種面積的1/4，產量居世界第1 位，但稻谷的水分含量過高，若不能進行安全儲藏，極易引起稻谷發熱霉變，降低其營養價值。同時稻谷作為一種熱敏性作物，加工和存儲過程中容易產生“爆腰”[3]。因此，亟待選擇一種適宜的加工技術，以改善稻谷的品質并增加其經濟效益。

近年來，谷物干燥技術越來越受到相關企業和科研院所的關注。我國的干燥技術可以分為傳統干燥技術和現代干燥技術，相對于晾曬和陰干等傳統干燥方式，氣流干燥、噴霧干燥和紅外干燥等現代干燥技術因效率高被廣泛應用于谷物加工產業[4-7]，但仍然存在破碎率高和均勻性差等問題，限制了糧食產業的發展。基于干燥機研究中的3 項目標：產品質量高、環境污染小、能耗低[8]，本文在原有5H 型烘干機的基礎上設計了一種5HHZ-12 型批次式谷物烘干機，并計算了關鍵技術參數，以期為谷物加工產業的發展提供基礎。

1 總體結構與工作原理

5HHZ-12 型批次式谷物烘干機采用較低的熱風溫度（50～60℃），加熱與緩蘇在同一機體內，加熱時間較短（6～11min），工作過程中主要采用循環干燥的方式，直至達到所要求的安全水分。并且其干燥工藝合理，干燥質量較高，能最大程度滿足水稻和谷物種子的干燥要求。

1.1 主要結構5HHZ-12 型批次式谷物烘干機由供熱裝置、谷溫自動控制裝置和主機體三大部分組成。如圖1 所示，主機體結構主要包括干燥箱（緩蘇段、干燥段）、定時排谷機構、輸送攪輪、斗式提升機、卸谷裝置、清谷裝置、熱風室和風機等。

圖1 5HHZ-12 型批次式谷物烘干機的結構示意圖

1.2 工藝流程谷物在烘干機內的工藝流程見圖2，可將谷物烘干機的工作過程分為干燥階段和緩蘇階段。結合圖1 可以看出，干燥段可分兩個熱風室、4 個谷物通道和3 個廢氣室，其中熱風室與廢氣室之間為谷物通道。并且谷物通道下方分別設有4 個定時排谷輪，熱風室與熱風爐相通，廢氣室與吸引風扇相通。

圖2 5HHZ-12 型批次式谷物烘干機的工藝流程

干燥階段：經熱風室加熱的空氣，在風機作用下被吸入干燥段，并透過谷層。由于熱氣流的流動方向與谷物的移動方向互相交叉，因此干燥段內熱氣流能夠較充分地與谷粒接觸，使谷粒吸收熱量并蒸發出水分，其中水分由熱氣流帶走，并經廢氣室從吸風扇排出機體。

緩蘇階段：受熱獲得干燥的谷粒由排谷輪定時排至干燥箱，經下攪輪、提升機運至干燥箱頂部的上攪輪，再均勻地從攪輪出口散布在緩蘇段內進行緩蘇。然后緩蘇段的谷粒在自重作用下，從上到下緩慢移至干燥段，不斷循環直至水分達到標準。

1.3 工作原理從圖3 可以看出，5HHZ-12 型批次式谷物烘干機工作時谷物是環流的，物料首先經提升機送入烘干機頂部的螺旋輸送器，然后均勻、連續喂入烘干室，當料層達到一定高度時，料位器啟動，物料逐漸充滿烘干室。進料工序完畢后，烘干室底部的4 個撥料滾將物料撥入烘干室下部的螺旋輸送器，再由螺旋輸送器送至提升機入口，隨后勻料機構將烘干機上部螺旋輸送器內部的物料送入烘干室，開始物料的烘干工序。當烘干室中的物料經過其下部的豎箱時，物料在側壁形成一層厚度很薄的糧層，在引風機的作用下，被加熱的空氣經風道橫穿料柱，進一步將熱氣從物料中排出的水分吸出，從而完成了物料的烘干工藝。

圖3 5HHZ-12 型批次式谷物烘干機工作流程圖

2 關鍵技術研究

2.1 關鍵技術參數選擇5HHZ-12 型批次式谷物烘干機的主要參數有：熱風溫度Tg、循環通風時間（谷粒通過干燥段的時間）t1、總循環時間（谷粒通過干燥段和緩蘇段的時間之和）t2、谷層厚度（干燥段的谷層厚度）B、風量比（干燥時每秒通過100kg谷物的風量）qf。據廣東省農業機械研究所對谷物干燥過程中較佳參數組合方案的研究，本次設計推薦使用以下技術參數：熱風溫度Tg=56℃、循環通風時間t1=10min，總循環時間t2=60min，風量比qf=0.7m3/（s·100kg）

2.2 結構參數設計

2.2.1 排谷量的計算按結構設計的要求，谷物烘干機的干燥段選用n2條干燥線，每h 循環1 次，則可按式（1）計算每條干燥段的排谷量。

式中：g2表示每條干燥段的排谷量，kg/h；G2表示裝谷容量，kg；n2表示干燥段的條數。如果裝谷容量為G2=12000kg，選用4 條干燥段，即n2=4，根據式（1）計算得到烘干機每條干燥段的排谷量為3000kg/h。

2.2.2 干燥段參數的計算通過式（2）計算每條干燥段的容谷量。

式中：g'2表示每條干燥段的容谷量，kg；t1表示循環通風時間，min。

已知干燥過程中的排谷量和通風時間分別為3000kg/h 和10min，計算可知這種工況條件下的容谷量為500kg。

同時可通過式（3）計算干燥段的高度。

式中：L表示干燥段的長度，m；B表示干燥段的谷層厚度，m；γl表示谷物的容重，kg/m3。

已知干燥段的長度為2m，谷層厚度為0.15m，谷物的容重為550kg/m3，計算可得干燥段的高度為3.03m。

2.2.3 緩蘇段參數的計算緩蘇段的容積Vs可按式（4）進行計算。

其中緩蘇層的高度為

式中：L'表示緩蘇段的長度，m；B'表示緩蘇段的寬度，m。

已知裝谷容量為12000kg，容谷量為500kg，谷物的容重為550kg/m3，有4 條干燥段，計算可得緩蘇區的容積為18.18m3。然而，自然狀態下濕谷籽粒之間的密實度較差，所占體積較大，并且谷物從機頂落下后容易形成自然錐面。因此，緩蘇段容積應按計算值增加20%，則此工況下緩蘇段的容積為21.82m3。

3 谷物烘干機的發展趨勢

混流式谷物干燥機具有通用性好、電耗低和干燥質量好等優點，其逐漸成為世界上應用最廣泛的谷物干燥設備，國內外相關企業對于該技術的研究取得了許多成果。但是混流式谷物干燥機的發展還存在不足，后期優化過程中建議從以下3 個方面進行探索：（1）在理論分析的基礎上開發三維干燥器模型，結合試驗和數值模擬的研究方法，優化干燥裝備，提高干燥器的工作效率，進一步推進干燥技術的發展；（2）針對傳統干燥器因中心部位糧食流速快和邊緣部位流速慢引起的干燥不均勻問題，將脈動式排糧機構應用于新型干燥機，從而提高谷物的干燥質量；（3）針對糧食干燥過程中存在的能耗高和品質低等不足，借鑒歐洲部分國家在混流干燥機中使用的變風溫干燥工藝，探究適用于谷物烘干機的變溫干燥工藝，從而提高糧食的品質，增加干燥器的經濟價值。