糧食烘干機(jī)械化技術(shù)與烘干技術(shù)原理研究

鄭雪寧，田宏建

（1.三原縣農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)中心，陜西 咸陽 713800；2.三原縣農(nóng)業(yè)機(jī)械管理總站，陜西 咸陽 713800）

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)糧食由于未達(dá)到安全儲(chǔ)存水分標(biāo)準(zhǔn)而出現(xiàn)霉變及發(fā)芽變質(zhì)等問題比較常見，總損失量可達(dá)糧食總收獲量的5%左右，每年因烘干問題造成的糧食損失達(dá)800 萬t 以上。傳統(tǒng)的人工自然晾曬往往需要花費(fèi)2~3 天的時(shí)間，但是機(jī)械烘干只需2 h~6 h 即可達(dá)到規(guī)定的脫水要求，有效地提高了糧食的保存質(zhì)量，避免了損失，這也有利于保障國(guó)家糧食安全。

1 糧食烘干機(jī)械化技術(shù)

糧食烘干是將收割的濕糧通過機(jī)械設(shè)備進(jìn)行加熱、通風(fēng)等處理，使其失去大部分水分，達(dá)到安全儲(chǔ)存和保質(zhì)保量的目的。糧食烘干機(jī)械化技術(shù)是指通過使用烘干機(jī)等先進(jìn)設(shè)備，對(duì)濕度高的糧食進(jìn)行快速烘干，提高烘干效率和質(zhì)量，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)糧食烘干的自動(dòng)化和智能化。在農(nóng)業(yè)機(jī)械的全面普及下，糧食收獲期愈發(fā)集中，由于水分控制不當(dāng)，糧食在收獲后的霉變比例在5%以上，按三原縣年產(chǎn)20 萬t 糧食計(jì)算，相當(dāng)于損失1 萬t 糧食，如果在收獲后遇到陰雨天還會(huì)造成更大損失。因此，采用糧食烘干機(jī)械，可以在短時(shí)間內(nèi)將大量濕度較高的糧食干燥至安全水分含量，提高對(duì)糧食的處理能力和糧食產(chǎn)量，還能有效減少霉變的發(fā)生，使其貯存時(shí)間增加2~3 年，從而保障國(guó)家糧食安全。另外，基層農(nóng)戶在人工晾曬糧食的時(shí)候一般選擇公路邊上，糧食會(huì)受到瀝青化學(xué)污染和汽車尾氣污染的威脅，尤其是在高溫環(huán)境下，有害物質(zhì)的析出含量也會(huì)更高，從而嚴(yán)重影響了糧食的品質(zhì)，所以必須加強(qiáng)對(duì)糧食烘干機(jī)械化技術(shù)的應(yīng)用，以便提高糧食耐貯性能，實(shí)現(xiàn)糧食安全儲(chǔ)備[1]。而且糧食烘干機(jī)械化技術(shù)在烘干過程中采用封閉式系統(tǒng)，減少了糧食干燥時(shí)對(duì)環(huán)境的污染和損害，在選擇熱源時(shí)，可以采用清潔能源和低碳燃料，減少排放物對(duì)環(huán)境的不良影響。

2 糧食烘干機(jī)常見類型及其原理分析

2.1 連續(xù)式烘干機(jī)及其原理分析

連續(xù)式烘干機(jī)實(shí)物圖如圖1 所示，它是一種常用的糧食烘干設(shè)備，適用于大批量、連續(xù)進(jìn)行的糧食烘干操作，該設(shè)備的原理是通過將濕度較高的物料不斷送入烘干機(jī)中，并經(jīng)過加熱和對(duì)流風(fēng)的作用，使其水分蒸發(fā)，從而達(dá)到所需的干燥度。首先，在具體操作中，濕度較高的糧食作物會(huì)通過進(jìn)料裝置，并在傳送帶、螺旋輸送機(jī)、振動(dòng)槽等的作用下被連續(xù)送入烘干機(jī)內(nèi)部；其次，熱源（電加熱、蒸汽、熱水、燃燒器等）通過加熱器提供熱能，使加熱器內(nèi)的熱媒加熱至一定溫度，同時(shí)熱量通過傳熱器傳遞給熱媒，產(chǎn)生高溫?zé)犸L(fēng)，熱風(fēng)在烘干機(jī)內(nèi)部形成氣流，與進(jìn)料裝置中的物料充分接觸，使物料表面的水分蒸發(fā)；最后，再由傳動(dòng)系統(tǒng)控制烘干機(jī)的轉(zhuǎn)速，使筒體持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，促使物料在烘干機(jī)中均勻受熱和干燥，干燥后的糧食通過輸送帶、螺旋輸送機(jī)等被連續(xù)排出。

圖1 連續(xù)式糧食烘干機(jī)實(shí)物圖

實(shí)踐證明，連續(xù)式烘干機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：一是烘干效率比較高，連續(xù)式烘干機(jī)采用多級(jí)烘干裝置，通過不間斷地將濕糧沿烘干機(jī)內(nèi)部進(jìn)行輸送，有效利用熱能，提高了烘干效率；二是糧食質(zhì)量能夠得到保障，該設(shè)備采用精確的控溫、控濕等技術(shù)，能夠確保糧食在烘干過程中的質(zhì)量穩(wěn)定，通過合理的熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)和熱風(fēng)分布裝置，糧食在烘干過程中得以均勻加熱，避免了烘干不均和烘干溫度過高的問題；三是具有較高的自動(dòng)化程度，連續(xù)式烘干機(jī)配備了先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、料量等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單，用戶只需設(shè)置好烘干參數(shù)，設(shè)備即可按照設(shè)定要求自動(dòng)運(yùn)行[2]。

2.2 多層流化床烘干機(jī)及其原理分析

多層流化床烘干機(jī)是一種先進(jìn)的糧食烘干設(shè)備，其主要由烘干室、熱風(fēng)系統(tǒng)、料倉、排放系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。多層流化床烘干機(jī)通過使用高溫氣流將濕度較高的糧食送入烘干室進(jìn)行烘干，同時(shí)利用床層的流化性質(zhì)，使加熱空氣從下方通過床層，形成流化狀態(tài)，使糧食處于均勻的懸浮狀態(tài)并進(jìn)行烘干，保證了糧食烘干的均勻性。其中，床層是多層流化床烘干機(jī)的核心部分，由多個(gè)物料均勻分布的層組成，糧食在床層中受氣流的懸浮和沖擊作用，形成類似流化床的狀態(tài)。床層的厚度和密度可根據(jù)物料的特性和干燥要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

實(shí)踐證明，多層流化床烘干機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：一是烘干效率高，能耗低，其在烘干過程中采用的是先進(jìn)的熱風(fēng)系統(tǒng)，能夠快速將濕度高的糧食烘干；二是基于流化性質(zhì)的保證，糧食的烘干效果更加均勻，能耗相比傳統(tǒng)的烘干方式大大降低；三是采用現(xiàn)代化、智能化的控制系統(tǒng)，操作界面友好，運(yùn)行參數(shù)易于調(diào)節(jié)，可根據(jù)糧食種類、烘干程度等因素實(shí)現(xiàn)高度智能化，能夠烘干多種類型的糧食，比如水稻、小麥、玉米、豆類、油料等等[3]。

2.3 筒式烘干機(jī)及其原理分析

筒式烘干機(jī)由筒體、傳動(dòng)裝置、熱源裝置、熱風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，其主要是通過電、油、煤等不同的熱源，將熱量傳入內(nèi)部筒體中，使糧食或其他物體受熱變干，主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、烘干效果好、操作方便等。在操作中，需要將糧食由進(jìn)料裝置送入內(nèi)部筒體，筒體在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中用熱風(fēng)對(duì)物料進(jìn)行加熱和烘干，烘干完成后通過排風(fēng)系統(tǒng)將濕氣排出烘干機(jī)外。通過控制系統(tǒng)對(duì)烘干機(jī)的傳動(dòng)和熱風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以控制烘干溫度和濕度，從而達(dá)到精確定量、優(yōu)質(zhì)高效的烘干效果。在實(shí)際應(yīng)用中，為了保持物料質(zhì)量并提高烘干效率，烘干機(jī)的控制參數(shù)和烘干工藝均需要進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)。

2.4 箱式烘干機(jī)及其原理分析

箱式烘干機(jī)是一種常用的烘干設(shè)備，采用密閉結(jié)構(gòu)的箱體作為干燥室，通過循環(huán)加熱空氣進(jìn)行物料干燥，它適用于各種顆粒狀物料的批量干燥，如稻谷、玉米、豆類、芝麻、小麥等。首先由加熱裝置產(chǎn)生熱能，經(jīng)過熱交換器供能給空氣，使空氣升溫；然后由送風(fēng)機(jī)將加熱后的空氣送入干燥室內(nèi)，通過風(fēng)道覆蓋物料表面，使其蒸發(fā)水分，同時(shí)，排風(fēng)機(jī)將濕熱空氣排出干燥室，保持干燥室內(nèi)的濕度適宜。其中，控制系統(tǒng)對(duì)干燥過程的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)干燥的控制和優(yōu)化。

實(shí)踐證明，箱式烘干機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：一是高效節(jié)能，箱式烘干機(jī)在干燥室內(nèi)采用強(qiáng)制對(duì)流干燥的方式，物料可充分暴露于熱風(fēng)之中，干燥迅速、均勻，可大幅度縮短干燥時(shí)間，而且箱式烘干機(jī)采用封閉式循環(huán)的熱風(fēng)系統(tǒng)，能夠最大限度地利用熱能，降低熱量損失和能源消耗，提高能源利用效率；二是多功能性，箱式烘干機(jī)可根據(jù)不同物料和干燥要求，調(diào)整干燥時(shí)間、溫度、濕度等參數(shù)，并可定制不同規(guī)格、型號(hào)和配件，以適應(yīng)各種干燥需求[4]；三是維護(hù)方便，箱式烘干機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，易于維護(hù)、清洗和保養(yǎng)，同時(shí)具有一定的抗腐蝕性和較長(zhǎng)的使用壽命。

3 糧食烘干機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 智能化

糧食烘干機(jī)械化技術(shù)的智能化發(fā)展是當(dāng)前的重要趨勢(shì)，智能化技術(shù)的應(yīng)用使得糧食烘干更加高效、精確、可控。一是傳感器技術(shù)的應(yīng)用，智能化糧食烘干機(jī)械采用各種傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、氣流傳感器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)烘干過程中的溫度、濕度、氣流速度等參數(shù)，使得糧食烘干過程更加精確可控。二是數(shù)據(jù)分析與決策支持，主要是基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，智能化糧食烘干機(jī)械能夠?qū)鞲衅魉杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，從而提供決策支持，比如可以根據(jù)糧食的種類、初始濕度、環(huán)境溫濕度等因素自動(dòng)調(diào)整烘干參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最佳的烘干效果。三是遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智能化糧食烘干機(jī)械可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制，用戶只需要通過手機(jī)、電腦等終端設(shè)備實(shí)時(shí)查看烘干機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整烘干參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和管理，提高工作效率和便利性。四是自動(dòng)化控制系統(tǒng)，智能化糧食烘干機(jī)械配備先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)烘干過程的全面控制和管理，比如其中的控制系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的烘干曲線，自動(dòng)調(diào)整熱風(fēng)溫度和流量，實(shí)現(xiàn)精確的溫濕度控制，以保證烘干精度和品質(zhì)[5]。五是故障診斷與預(yù)測(cè)維護(hù)，智能化糧食烘干機(jī)械具備故障診斷和預(yù)測(cè)維護(hù)能力，在作業(yè)期間，通過對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的分析，智能化系統(tǒng)可以及時(shí)識(shí)別設(shè)備故障，并提供修復(fù)建議或預(yù)測(cè)維護(hù)時(shí)間，降低故障率和維護(hù)成本?？梢?，智能化發(fā)展使得糧食烘干機(jī)械具備了更高的精確性、可控性和自動(dòng)化程度，進(jìn)一步提高了糧食烘干效率、烘干品質(zhì)和能源利用效率。

3.2 能源節(jié)約化

隨著人們對(duì)節(jié)能減排、低碳環(huán)保理念的重視，糧食烘干機(jī)械化技術(shù)也逐漸向能源節(jié)約化的方向發(fā)展。一是烘干系統(tǒng)的熱源優(yōu)化，傳統(tǒng)的糧食烘干方式大多使用燃煤或燃油作為熱源，而環(huán)保型新能源在降低能源消耗和環(huán)境污染方面具有很大優(yōu)勢(shì)，例如太陽能、天然氣等清潔能源，可以將其逐漸應(yīng)用于糧食烘干機(jī)械化技術(shù)中。二是運(yùn)用熱泵技術(shù)，熱泵空氣能烘干技術(shù)是一種新型、高效、節(jié)能的糧食烘干技術(shù)，其在實(shí)際的工作中采用空氣熱泵作為熱源，熱能利用率高，能節(jié)省大量能源。實(shí)踐證明，低溫?zé)嵩锤兄跍p少濕基性物料脫水過程中的水汽損耗，提高作物品質(zhì)[6]。三是采用烘干室節(jié)能措施，主要就是以改變烘干室結(jié)構(gòu)、增加節(jié)能材料、減少熱量損失等方式來起到節(jié)約能源的效果，尤其是高效保溫材料的使用，可以在最大范圍內(nèi)將熱量保留在干燥室內(nèi)，避免能量的過分損耗。四是控制系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化，即控制系統(tǒng)可以根據(jù)糧食烘干的需要自動(dòng)調(diào)整烘干參數(shù)、控制設(shè)備啟停，同時(shí)最大限度地發(fā)揮設(shè)備潛能，達(dá)到節(jié)約能源的目的。五是廢熱回收利用技術(shù)，即將糧食烘干過程中產(chǎn)生的廢熱進(jìn)行回收利用，可以將其用于加熱飲用水等[7-8]。

3.3 個(gè)性化

不同的糧食品種其烘干特性也有所不同，比如粳稻和玉米等糧食作物需要較長(zhǎng)時(shí)間的烘干過程，而小麥和大米則需要短時(shí)間的快速烘干。因此，在機(jī)械技術(shù)的發(fā)展下，糧食烘干機(jī)械越來越注重個(gè)性化設(shè)計(jì)和優(yōu)化，針對(duì)不同糧食品種和品質(zhì)，選擇不同的烘干方式、設(shè)備和參數(shù)，尤其是對(duì)于初始濕度較高的糧食，可通過提高通風(fēng)量和降低溫度來提高烘干效率。另外，在烘干室的設(shè)計(jì)方面也要結(jié)合不同糧食品種和烘干條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如對(duì)于難以烘干的糧食，應(yīng)采用推拉式烘干室結(jié)構(gòu)，可以更好地控制烘干時(shí)間和溫濕度[9]。

3.4 大型化

隨著國(guó)內(nèi)糧食產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，糧食加工量不斷增加，要求糧食烘干設(shè)備的規(guī)模增大，能夠處理更多的糧食，因此糧食烘干機(jī)也逐漸趨向大型化發(fā)展[10]。烘干機(jī)的烘干室容量增加、熱風(fēng)系統(tǒng)的供應(yīng)能力增強(qiáng)，使得單臺(tái)設(shè)備能夠同時(shí)進(jìn)行更多糧食的烘干作業(yè)；或者可以采用更具規(guī)模效應(yīng)的半自動(dòng)、全自動(dòng)生產(chǎn)線，以提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力。

4 結(jié)語

綜上所述，糧食烘干機(jī)械化技術(shù)的應(yīng)用，可以較好地解決傳統(tǒng)人工晾曬中存在的場(chǎng)地不足、易受天氣影響等現(xiàn)實(shí)問題，只需要較短時(shí)間就可以完成糧食脫水，大大提高了糧食的品質(zhì)以及耐貯性，降低了損失，真正保障了糧食生產(chǎn)的增產(chǎn)增效。但與此同時(shí)，還需要相關(guān)技術(shù)人員能夠樹立創(chuàng)新意識(shí)，加強(qiáng)對(duì)糧食烘干技術(shù)理論的研究，并立足于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，加強(qiáng)對(duì)糧食烘干機(jī)械化技術(shù)的宣傳推廣，從而促進(jìn)糧食烘干技術(shù)的大規(guī)模運(yùn)用。