粮食干燥机械化

粮食干燥机械化（精选八篇）

粮食干燥机械化 篇1

关键词：粮食,机械化干燥,发展模式,推广机制

0 引言

广东省是粮食生产和消费的大省。2011年, 全省水稻总播种面积为194万hm2, 稻谷总产量为1 096.9万t, 但全省的粮食干燥机械化装备程度总体还很低, 发展迟缓。在农村, 稻谷的干燥机械化程度还不足2%, 与日、美等发达国家在上世纪80年代就达到90%以上的水平相比相差甚远, 与广东省稻谷耕、种、收综合机械化水平已达60%以上的程度相比很不相适应。目前, 农村传统的晾坝、打谷场院等自然晾晒场所大多已挪作他用, 一般农户失去了晒粮场所, 以在马路边、屋顶等地方晾晒的方式, 不能适应发展的需要, 干燥成了农村经济发展急需解决的重大瓶颈问题之一。面对现实, 广东省设立了多项课题, 从基础理论、水分在线检测、干燥自适应控制、工艺装备关键技术及发展模式进行了较为系统深入的研究。在几十年研究积淀的基础上, 取得了深床干燥解析法国际领先的理论成果, 并从根本上解决了粮食水分在线检测问题, 开发出了粮食干燥自适应控制系统, 形成了拥有自主知识产权的粮食集中干燥成套技术设备, 使我国的粮食干燥研究走到了国际前沿。通过深入的理论研究, 发现粮食干燥系统存在巨大的能质内损耗;明确了长期被人们忽视的客观干燥火用的高效利用问题;意识到了系统节能、模式节能的潜力。基于新理论[1]和新技术, 成功地设计出了高效节能的高湿粮食集中干燥成套工艺技术设备以及面向单家独户、单独作业的全自动小型批处理干燥机。为进一步加快广东省粮食干燥机械化的步伐, 本文就粮食干燥机械化物质装备技术基础及产业化应用相关问题进行简要说明和研讨。

1 理论与装备关键技术研究进展

传统的粮食机械化干燥存在的普遍问题是设备投入大, 年作业期短、能耗高、效率及自动化程度低, 可靠性差。对应这些现实问题, 广东省在粮食干燥研究方面取得了以下重大研究进展。

1.1 颗粒农产品深床干燥解析法

首次从理论上阐明了均质体颗粒农产品降速干燥过程的二段性;给出了颗粒农产品在干燥过程中的粒内温度分布解析式[2];获得了单粒体降速干燥过程具有二段性的物料, 开发了干燥参数分析、应用解析软件。颗粒农产品深床干燥解析法成果鉴定结论:该成果在农产品干燥领域、深床干燥研究方面, 达到国际领先水平。

1.2 粮食水分在线检测技术

首次发现时序、峰高、峰面积关联特征测量属性, 研究出粮食电阻随含水率变化的实时波形特征及解析计算法, 界定了选择条件, 开发出适配电路, 获得对应粮食比容积电阻 (10-2~1015Ωcm) 非线性变化过程的含水率值, 研制出在线检测装置并实现了在-35~+40℃温度动态变化和10% (w.b.) ~40% (w.b.) 水分动态变化范围以及粮食颗粒之间水分差异很大的情况下, 检测每一粒粮食的含水率, 检测含水率偏差≤±0.5%。技术成果的鉴定结论:总体技术达到国际先进水平

1.3 粮食干燥自适应控制系统

首次把干燥介质条件变化、进粮水分不一和机器工况波动等因素作为系统的扰动量, 开发出了粮食干燥自适应控制系统[4]并实现了在线信息的无线传输。成果的鉴定结论:填补了国际粮食干燥领域空白, 总体水平达到国际先进水平。

1.4 高湿粮食集中干燥工艺系统

高湿粮食干燥具有明显的二段性。粮食的含水率在第一降速干燥段及以上时, 表面存在较多的自由水, 常温自然空气对其具有相当的干燥能力。针对这一特点和粮食干燥系统客观能势的有效利用, 设计出了图1所示的高湿粮食集中干燥工艺系统, 实现了高效节能, 获得了国家授权发明专利。

1.5 5HP系列小型粮食干燥工艺系统及设备

该工艺设计紧紧抓住干燥系统客观能势利用及烟气余热回收、维持粮食温度, 尽最大可能使粮的干燥过程沿等温或小幅降温过程线。解决了干燥机热惯性问题, 大幅度提高了干燥系统的干燥效率, 降低了能量消耗。通过引风混流及干燥室结构优化设计, 大幅度降低了干燥层的通风阻力并实现了无级自动排粮, 适应多品种, 通用性好, 已获国家授权发明专利。

其工艺系统及设备见图2。

1.6 粮食热风干燥系统火用评价理论

粮食热风干燥是热风与粮食接触自发交换水分的多组分、多相系统传递的不可逆热力过程。过程发生的机理复杂, 影响因素繁多, 干燥条件、环境条件、物料条件的变动及处理工艺上的差异, 使得系统中的能量在数量和质量上的损失都存在差异, 在极端情况下可能还相差很大[3]。由于迄今评价粮食干燥系统的用能效果, 评定的标准都是基于热能数量守恒关系, 来揭示能量转换、传递、利用和损失情况, 反映了热量的外部损失, 体现了热在数量上的利用程度, 但不能反映干燥系统内部损失的情况, 评价方法本身存在固有的局限性。也使粮食干燥装备技术及精准控制技术的发展受到了影响。为了揭示粮食干燥系统能量损耗的本质, 我们针对粮食热风干燥系统特征、火用基准点、干燥室焓火用结构及火用效率进行深入的理论分析, 明确了粮食的含水率是状态函数, 确立了干燥系统起算火用的基准点, 提出了火用基准函数, 并在湿空气焓-含湿量图上绘出其变化过程, 通过火用效率分析, 揭示了能的“量”与“质”的匹配关系, 但现有的新技术成果在广东省实现产业化、大面积推广应用的步伐相对比较缓慢, 需要基于全省面临的一些现实问题展开一些较深入的研讨。

2 广东发展粮食机械化干燥主要问题的研讨

2.1 发展规模与区域产业结构的协调性

广东省人均耕地面积仅为0.027 hm2, 不足全国人均耕地0.094 hm2的三分之一, 也低于人均0.053hm2的联合国粮农组织警戒线。农村的种植规模小, 品种多样、分散而数量大的特点, 预示广东省拥有巨大的小型分散经营的批处理干燥机市场, 同时, 广东省年产千万吨以上的粮食, 也预示全省拥有巨大的粮食集中干燥加工处理市场。面对现实, 广东省设立专项科研项目, 以华南亚热带气候环境中盛产的水稻为主要对象, 在研究本省的生产、经营特征, 自然环境等区域特征基础条件参数的基础上, 破解现有干燥设备生产能力小、生产成本大、能耗高, 发展模式与当地实际情况不符而使干燥设备年利用率极低的难题, 提出一套适合本地区粮食集中干燥的工艺技术路线, 开发高效节能的粮食集中干燥成套技术装备, 实现干燥过程自适应控制, 日处理能力达到300 t/d, 取得了良好的实施效果, 也使广东省的粮食干燥设备在技术层面上走到了国际前沿水平。面向分散种植的单家独户, 研制出了批次处理能力在10~30 t/批的小型干燥机, 成功地解决了干燥的热惯性问题, 大幅度提高了干燥质量, 技术水平达到了国际先进水平, 在干燥能效评价理论研究方面居国际领先水平。但研发出的这些高新技术产品在省内的普及应用发展迟缓的现实, 使我们意识到, 因地制宜的发展模式和政策机制对干燥机械化发展至关重要。随着农村劳动力大量转移到非农产业, 单一农户独立从事农业生产的经营模式正在改变, 农户联合、土地流转、农业产业化模式逐步兴起, 涌现了大批种粮大户和农业产业化组织。粮食生产的集约化、规模化, 要求广东省必需要发展粮食机械化集中干燥。但由于粮食集中干燥成套技术设备的一次性投入较高, 大型粮食集中干燥成套设备每套价格几百万元, 一般的农户及中小型粮食加工企业难以承受, 面向山区, 村镇和分散的单一农户, 中小型批次干燥机是广东省应该大力推广应用的主要机型。另外, 广东省已成功开发出先进的日处理能力过百吨的批次循环干燥机, 在粮食水分在线监测, 干燥过程自适应控制及新型干燥设备工艺技术诸多方面已处于国际前沿水平。由于一台小型干燥设备的价格在数万元以上, 对单一农户而言, 一次性设备投入也较难承受。目前社会资金与流动性过剩日益严重, 农村缺少投资渠道, 建议政府采取适度优惠、扶持措施, 鼓励社会资金投资于粮食集中干燥技术推广项目。

2.2 发展模式

广东省拥有巨大的粮食干燥市场, 农机购机补贴也在向干燥设备倾斜, 普及推广艰难的事实, 使我们意识到, 必须从本省发展农业的实际出发, 以稻谷干燥为核心, 以粮食安全和农民持续增收为任务, 以研究、示范高效节能干燥成套技术和产业发展模式创新为主要手段, 通过深化推广机制的改革, 不断提升全省粮食干燥技术持续创新应用能力, 建立健全技术服务体系, 形成生产、加工实体间的利益联结有效机制, 使经营者能够在干燥环节上获得满意的利益回报, 是解决农村粮食干燥问题的必由之路。

针对广东省高温高湿的气候特点和种植规模小、分散而数量巨大的区域特征, 研究示范高效节能装备技术;集现代粮食干燥理论、在线检测、自适应控制[3]、高效节能工艺关键技术, 示范利用客观势差、最大限度地减少人为提供热能的干燥新工艺, 按照地域特点, 实施用能“量”与“质”的合理匹配, 形成干燥产业发展新模式, 通过装备技术与发展模式有机结合实现高效节能, 促进干燥机械化发展。

以湛江、江门、茂名、梅州、韶关、惠州、河源、阳江、肇庆、云浮等粮食生产大市为主要示范区, 针对农业合作组织及种粮大户及粮食加工龙头企业, 示范大、中、小型高效节能干燥成套工艺及技术设备、针对山区及单一分散种植农户研制推广价格低廉的干燥储藏于一体的小型无尘粮食干燥机, 制订出一个有效降低干燥成本、强化干燥过程、保障质量, 大幅度提高设备年利用率, 普及推广可操作性强的工艺技术路线;制定科学公平的评价标准, 形成有效的推广机制;构建适合于全省不同地区的粮食干燥专家系统;集成粮情在线检测技术、自适应控制、新型技术装备。产业化应用适应农业合作组织, 农户共同利用的高效节能智能型干燥设备, 建立主要粮食干燥装备技术体系;培养直接为粮食产后加工业服务的高层次研发人才。建立一支稳定的粮食干燥研究队伍, 培养一批博士、硕士等高层次人才和基层技术人员。通过公益性示范、技术培训和推广展示等途径, 在全省粮食大范围应用, 促进农业增效、农民增收和农业发展, 达到保障粮食安全、农民持续增收的目的, 实现的技术途径如图3。

2.3 行业行为

由于农村拥有巨大的干燥设备需求市场, 近年出现了大量技术粗放、成本相对较低的干燥设备, 按照设备发展的规模和设计能力, 我国的干燥装备数量已有明显提升, 但大量低成本、高能耗干燥设备的投放, 带来的不仅仅是粮食产后加工能耗指数攀升和农民使用成本较大, 而且由于设备的故障多, 干燥均匀性极差, 产品中夹杂大量湿粒、焦糊粒, 使得质量严重降级的现象时有发生。在粮食产后干燥的高峰时节, 干燥机着火, 停机改造等机器的可靠性问题给农民造成的损失巨大, 也使农民对机械化干燥的信誉度产生质疑。这些现实问题都需要通过政府行为来规范市场行为, 制定科学、公平合理的干燥装备技术评价标准。通过示范带动, 大力推进优质、高效、节能、安全新技术产品的产业化应用。

3 传统的干燥工艺及装备的主要问题

3.1 能耗问题

粮食干燥供热的主导方式是燃煤 (占90%以上) 。国标规定的热风炉热效率是75%, 即使按100℃的干燥温度, 50℃的排气温度计算, 加上粮食吸热、机体散热等各项损失合计最低20%计算, 干燥效率最高也只有30%, 与热风炉效率相乘得到系统的热效率最高也只能达到22.5%。问题的主要原因有两点:其一, 干燥设计忽视了粮食携带的客观干燥火用;其二, 评价标准不科学, 没有考虑干燥系统不可逆过程造成的无谓的内部能质损失, 缺乏针对系统中能质传递的薄弱环节, 采取有效的技术措施和系统的综合设计。近年, 国内有众多学者呼吁, 要高度重视粮食干燥节能问题[5,6,7], 但都是基于传统的操作方法, 没有深入到干燥系统能量消耗本质的评价, 提出的一些改进技术和方法难以在节能方面有实质性的进展。问题的根源在于节能干燥理论指导跟不上。

火用概念的引入, 解决了利用一个单独的物理量来揭示干燥系统能量价值问题, 改变了人们对能的性质、损失、转换效率等传统的看法, 提供了干燥用能分析的科学基础, 能够全面深刻地揭示干燥系统内部损失、能量的价值以及在各环节上损耗的特征[2]。火用作为一种分析法在能源利用系统优化设计、评价得到了广泛的应用, 但由于起算火用基准点的选取, 对、系统内的火用结构与特征、转换与传递规律的把握存在很大差异, 使得不同学者的评价分析结果也有较大地差异[8,9]。

不同的能量以及相同数量的能量在不同的环境下, 会有不同的使用效果, 根源在于能量中所含的火用不同。就粮食干燥系统势场的来源和性质而言, 存在两类形式的火用传递:一类是存在于粒体内部的因生命活动产生的势场和自然界存在的势场引起的火用传递, 是客观的, 非人之所为;另一类是人为的干燥操作行为产生的势场引起的火用传递, 此类火用传递具有恒定性、规律性和可控性的特点, 受时间和空间的约束, 从干燥势场中各点物理量与时间的关系看, 存在着稳态火用传递和不稳定场中的火用传递。干燥系统存在客观火用传递的事实, 为我们指明了实现粮食干燥高效节能的途径。依照火用法制订干燥系统科学的设计与评价标准, 是加快粮食干燥产业对新理论、新技术产品的认知度, 加快产业化应用重要的有效手段之一。

3.2 装备技术问题

传统的粮食干燥方式都是基于顺流、逆流、混流、横流等几种传统的做法设计干燥机, 存在重大的理论误区, 使干燥设备存在许多鲜为人知的先天性问题。干燥中存在粮食单面受热严重问题, 一味地加大缓苏段来弥合粮食的干燥内应力, 使干燥机的处理能力和容积效率大大降低。基于传统的干燥操作, 无法使已有的稻谷干燥处理工艺和技术装备, 在效率、能耗及提高产品质量、设备投资成本等方面有突破性的进展。要解决这些问题, 必须突破传统的稻谷干燥发展观, 切实重视新技术应用, 针对南方高温高湿的气候特点, 走自己的路, 应用我们具有自主知识产权的技术产品[10,11], 以从根本上解决广东省稻谷机械化干燥问题, 实现粮食生产系统内部的协调发展。

4 发展途径与建议

随着广东省农村新型农业合作组织、专业农户、家庭农场和规模种植加工企业的兴起, 发展高湿粮食产地初加工集中干燥成套工艺技术应成为主流方向。其理由: (1) 规模生产加工, 必须解决粮食产地大量湿谷集中干燥问题。 (2) 能否实现全省粮食干燥机械化快速普及与发展、重要的因素之一, 在于新技术是否迎合农业经营实体的规模化发展需求, 若能使经营者在干燥环节能够获得相应的利润, 就必须解决现行设备能耗高、效率低、可靠性差、服务不到位问题。 (3) 保障粮食安全, 保护生态环境需要实施土地治理、水、肥、耕、种、收、集中干燥统一科学管理的模式。面向农民这一弱势群体, 防止土壤污染, 保障粮食生产安全, 我们有必要尝试农村土地大流转小承包的模式, 在保障农民种地权的基础上, 扶持规模发展的经营实体, 这样不仅解决了农民晒粮难、效益差问题, 也保障了规模经营者的粮源和效益, 减少了粮食产后损失和流通成本, 降低了风险。 (4) 提升全省的粮食干燥装备技术水平, 需要振兴广东省的干燥机制造企业, 需要利用已有的新技术加强干燥装备制造业加建设。 (5) 农业机械化发展, 需要整体协同发展, 不能忽视粮食干燥机械化装备技术与发展模式。 (6) 技术的产业化应用, 市场培育需要政府的引导与扶持, 需要研究示范、辐射带动。 (7) 广东省在干燥方面的产业化应用人才不足, 需要项目实施培养、带动。 (8) 粮食经营企业发展不可或缺干燥物质装备, 粮食贮备、生产加工企业应该发展为能够承担这一使命的实体。 (9) 广东省地区间的经济、生产模式差异性大, 需要针对地区特征, 研究客观能势的高效利用, 示范不同环境条件下的集中干成套工艺技术装备, 形成干燥系统客观公正的评价标准, 发展高效节能的干燥成套技术设备。

粮食质量和数量损失主要发生在收获后到干燥入仓阶段, 所以, 及时干燥对保障粮食安全至关重要。受广东省粮食干燥设备制造能力偏低、发展制造业一次性投入多等多种因素的影响, 建议政府从政策上给予扶持, 鼓励社会资金投资于粮食产后集中干燥, 设立重大专项开展高湿粮食产地初加工干燥模式与新技术装备示范推广。

4 结语

1) 广东省在干燥理论及装备关键技术研究方面居国内领先, 也使我国的粮食干燥研究走到了国际前沿水平, 形成了拥有自主知识产权的粮食干燥成套技术设备, 但受广东省干燥机制造企业技术创新能力偏低, 干燥设备一次性投入多, 农民购买能力有限等诸多因素的影响, 新技术产品的产业化应用仍存在很大困难, 需要政府从政策上给予扶持。

2) 传统的干燥工艺系统能耗高的主要原因是:其一, 干燥设计忽视了干燥系统及粮食携带的客观干燥火用;其二, 评价标准不科学, 没有考虑干燥系统不可逆过程造成的无谓的系统内部能质损失, 缺乏针对系统中能质传递的薄弱环节采取有效的技术措施和系统的综合设计。

3) 广东省农村的粮食种植规模小, 品种多样、分散而数量大的特点, 预示广东省拥有巨大的小型分散经营的批处理干燥机市场。同时, 广东省虽然是年产千万吨以上粮食的大省, 但我们的粮食自给率还不足40%, 巨大的粮食消费量, 预示全省拥有巨大的粮食集中干燥加工处理市场。

4) 鉴于粮食干燥设备一次性投入多, 单一农户、粮食种植大户甚至粮库也难以承受购置烘干设备的资金压力, 而目前社会资金与流动性过剩日益严重, 农村缺少投资渠道的实际情况, 建议政府取适度优惠、扶持措施, 鼓励社会资金投资于集中干燥技术推广项目。

5) 广东省农村的稻谷干燥机械化程度还不足2%, 与日、美等发达国家在上世纪80年代就达到90%以上的水平相比, 相差甚远, 与广东省稻谷耕、种、收综合机械化水平达60%以上的程度相比发展很不相适应。建议政府将粮食产地集中干燥成套新技术实施纳入农村的农业生产基础设施建设, 通过公益性示范、技术培训和推广展示等途径, 针对农业合作组织及种粮大户及粮食加工龙头企业, 示范大、中、小型高效节能干燥成套工艺及技术设备;针对山区及单一分散种植农户, 研制推广价格低廉的干燥储藏于一体的小型无尘粮食干燥机。不断深化推广机制的改革, 在全省粮食大范围应用, 以促进农业增效、农民增收和农业发展, 达到保障粮食安全、农民持续增收的目的。

6) 建议政府从政策上给予扶持, 设立重大专项开展高湿粮食产地初加工干燥模式与新技术装备示范推广。

参考文献

[1]李长友.粮食热风干燥系统火用评价理论研究[J].农业工程学报, 2012, 28 (12) :1-6.Li Changyou.Exergy evaluation theory of hot air drying system for grains.Transactions of the CSAE, 2012, 28 (12) :1-6 (in Chinese with English abstract) .

[2]Li Changyou.Analytic solution of mass conservation equation for drying process[J].International Journal of Food Engineering, 2010, 6 (1) :1-11.

[3]曹崇文.干燥机单位热耗和干燥能力折算的研究[J].干燥技术与设备, 2008, 6 (1) :9-12+23.Cao Chongwen.Study on conversion between unit heat consumption and drying capacity of a grain dryer[J], Drying technologe&quipment.2008, 6 (1) :9-12+2. (in Chinese with English abstract) .

[4]李长友, 班华.基于深层干燥解析理论的粮食干燥自适应控制系统设计[J].农业工程学报, 2008, 24 (4) :142-146.Li Changyou, Ban Hua.Self-adaptive control system of grain drying device based on deep-bed analytical ventilating drying Theory[J].Transactions of the CSAE, 2008, 24 (4) :142-146 (in Chinese with English abstract) .

[5]李杰.我国粮食干燥节能减排技术发展现状与展望[J].粮食储藏技术, 2011, 40 (4) :13-16+45.Li Jie.Present Situation and development of energy saving and emission reduction technology in grain drying[J].Grain Distribution Technology, 2011, 40 (4) , 13-16 (in Chinese with English abstract) .

[6]潘九君, 路少昆, 闫立衡, 等.粮食干燥机械节能减排现存问题及完善措施[J].粮食流通技术, 2011 (l) :13-15.Pan Jiujun, Lu Shaokun, Yan Liheng, et al Energy saving and pollution reduction problems with grain drying machinery and improvement measures[J].Grain Distribution Technology, 2011 (l) , 13-15 (in Chinese with English abstract) .

[7]李增凯.粮食机械干燥系统节能减排途径分析[J].粮食储藏, 2009 (3) :15-19.LI Zeng-kai.Research for way of energy saving and emission reduction on grain mechanical drying system[J].Grain Distribution Technology, 2009 (3) , 15-19 (in Chinese with English abstract) .

[8]R.D.Strohman, R.R.Yoerger.A new equilibrium moisture-content equation, trans[J].ASAE, 1967, 10, 675-677.

[9]加藤宏朗.榖物乾燥機のエネルギ評価法に関する研究 (第1報) —水分濃度差エネルギを考慮した籾のエンタルピと平衡含水率式—[J].農業機械学会誌, 1981, 43 (3) :443-450.Koro Kato.Energy evaluation method of grin drier (I) —Equilibrium moisture and enthalpy equations of rice in considerayion of moisture concetnration energy—.Journal of the Japanese Society of Agricultural Machinery, 1981, 43 (3) :443-450 (in Japanese with English Summary) .

[10]李长友, 张烨, 麦智炜.高湿粮食贮藏干燥机设计与试验[J/OL].农业机械学报, 2014 (4) .http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1964.S.20140115.1720.009.html Li Changyou, Zhang Ye, Mai zhiwei.Design and experimental study of dryer for high moisture grain storage[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, (4) http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1964.S.20140115.1720.009.html. (in Chinese with English abstract)

粮食干燥技术复习材料 篇2

河南工业大学 张来林（zhanglailin5@163.com）公共邮箱：kfxshiyan@126.com

第一章 绪论

一、课程要求

根据教学大纲要求：粮食干燥是粮油储藏专业的一门专业课，其教学目的和任务是：使学生通过课程学习，了解传热学基础知识，掌握湿空气性质和粮食干燥的基础理论、方法，以及重要的粮食干燥设备的结构、原理、性能等，从而具有合理使用、研究改进干燥设备以及干燥工艺设计的能力。

二、干燥的定义、目的与意义

狭义:指含水分较少固形物料的去水过程；广义:还包括溶液、悬浮液及浆状等物料的干燥。不论物料含水多少，凡使其所含水分由物料向气相转移，从而变物料为固体制品的单元操作(或过程)统称为干燥。干燥与浓缩的区别：干燥与浓缩为相近单元操作，相同点：同为去水过程；不同点：干燥的最终产物为固体制品，浓缩的最终产物仍为流体。

干燥目的：在自然或人工条件下，除去某些原料、半成品及成品中的水分或溶剂，使之成为适于加工、利用，便于储藏、运输的形态。

干燥意义：

1.通过干燥，降低物料水分，可以提高物料储藏的稳定性，延长其使用期限。

保管高水分物料的方法：干控、温控、气控和化控四种；但干燥方法是从物料水分含量着手，创造一个不利于虫霉生长的低水分环境，从根本上解决安全储存的问题；所以干燥技术是各种储藏技术中的一项最基本且最重要的技术。

2.通过干燥，物料使用方便，便于包装和运输，还可减轻运输压力。3.通过干燥，便于加工。

4.合理组织干燥条件，简化工艺，提高质量。

5.对粮食生产者来说，具备干燥设备，可以提早收获，减少粮食损失。⑴减轻气侯条件的影响。⑵有利于机械作业。⑶提前收获，可减少田间损失，同时还能合理安排人力、物力和提高土地利用率，安排下季农作物生产。⑷农民获利。

6.化废为宝

三、、被干燥物料的特性

1.物料的状态：⑴溶液及浆状物料，⑵冻结的物料，⑶膏糊状物料，⑷粉末、散粒状物料⑸块(片、条)状物料⑹连续薄片状物料⑺设备涂层。

2.物料的理化性质

⑴化学性质：组成，热敏性(软化点、熔点或分解点)，物料的毒性，可燃性，氧化性和酸碱性(度)，磨擦带电性，吸水性等。⑵(热)物理性质：含水率，真(假)比重，比热，导热系数，粒度和粒度分布等。对于原料液还应当了解原液的浓度、粘度及表面张力等。

⑶其它性质：如膏糊状物料的粘附性、触变性(•即膏糊状物料在振动场中或在搅动条件下，物料可从塑性状态，过渡到具有一定流动性的性质)。

3.物料与水分的结合形式

物体与水分的结合方式是多种多样的，可以是物料表面的吸附水分，也可以是多孔性物料孔隙中滞留的水分，也可以是物料所带的结晶水分，以及渗透到物料细胞内的渗透水分等。物料与水分结合方式不同，去除的方法也不尽相同。

四、干燥方法：1.物理干燥法：⑴压榨，⑵离心，⑶过滤。2.化学干燥法：利用吸湿剂除去气体、固体中的少(微)量水分，生石灰，二氯化钙等。3.热力干燥法：借助热能来加热物料，气化物料中的水分，可达到生产工艺的要求。

五、选择设备的原则

⑴干燥器对被干燥物料的适应能力。如能否达到生产要求的产量、干燥程度、干燥后产品的均匀程度、所需燃料。⑵对产品质量无损害。因为有些产品要求保持酶的活性、发芽率或不能变形或龟裂，保持结晶形状，色泽等。⑶干燥器的热效率的高低。这是干燥的主要技术经济指标。一般而言，干燥器的热能利用好，则热效率高，相反，则热效率就低。⑷设备的初投资、操作费用的多少。⑸干燥器的附属设备的多少。气流干燥、冷冻干燥的附属设备太多。⑹还要求干燥设备操作控制方便，劳动条件好。

六、干燥技术的发展方向

1.干燥设备研制向专业化方向发展。2.干燥设备的大型化、系列化和自动化。3.改进设备，强化干燥过程。4.采用新的干燥方法及组合干燥方法。5.降低干燥过程中的能耗：⑴对现有干燥加强管理，减少热损失；⑵改善设备的保温；⑶防止产品的过度干燥；⑷减少被干燥物料的初水分含量；⑸回收废气带走的热量。6.消除干燥操作造成的公害问题。

第二章 粮食的干燥特性

一、粮粒的结构与化学成分

⒈常见的粮食籽粒有两种结构：⑴由颖壳、皮层、胚和胚乳构成，如稻谷、大麦、燕麦等；⑵由种皮、胚和胚乳构成，如小麦、玉米等。

⒉结构不同，其储藏、干燥特性不同。

从储藏角度看：种皮是保护组织，可以抵御不利环境因素影响，原粮要比成品粮好保管，玉米胚大难保管。绿豆种皮(结构致密，并覆盖有蜡层)、稻谷的壳、玉米坚硬的种皮，对储藏、输送是有利的，但对干燥是不利的。

从干燥角度看：致密结构、坚硬的种皮都对水分的吸收或蒸发起着阻碍作用，而结构松散、表皮的多孔性则有利于水分蒸发。稻谷有壳、玉米表皮坚硬不容易干燥降水，小麦、荞麦结构松散易干燥。

⒊化学成分不同，表现的耐温性不同。谷物、薯干类：淀粉60～70％，蛋白质10％；豆类：蛋白为20～40％，还含有大量油脂；油料：以脂肪含量为主35～50％。谷类可以高温快速干燥，含脂肪、蛋白高的油料作物与豆类度夏时不耐高温，只能低温干燥，要比禾谷类难干燥。油料作物不能采用缓苏工艺。

二、粮食水分表示法

干基水分用于科研，湿基水分用于业务。

三、粮堆的流散特性

1.谷粒的大小：最大尺寸为长，最小尺寸为厚，第三个尺寸为宽；考虑物料的粒度与粒度分布，用于确定筛板孔径；

2.散落性、静止角、自流角、侧压力：⑴散落性：指粮食在自然撒落时，向四面流动形成一个圆锥形粮堆的性质，称为粮食的散落性。其好坏用静止角来衡量。⑵静止角：指粮食由高点自然下落到平面上所形成的圆锥体的斜面线与底面水平线所构成的夹角。散落性好的粮食其静止角就小；散落性差的其静止角就大。⑶自流角：是指粮粒在不同材料斜面上，开始移动的角度。⑷侧压力：指堆放的散粒体物料对仓壁所形成的一种推力。

散落性与储粮的关系：⑴确定设备角度的依据；⑵储粮稳定状况的反映；⑶计算侧压力，考虑仓墙强度，确定不同粮食的堆粮线或堆垛形式。

四、粮堆的热物理性质

1.比热（Ｃ）：使1 kg的粮食温度升高1℃所需的热量。2.粮食的导热性：指物体传递热量能力，用导热系数衡量。

粮堆保温性与储粮关系：⑴对储藏有利：利用粮堆保温性好，既不容易升温，也不容易降温特点进行储藏。⑵对储藏不利：积热难散，滋生虫霉，危害粮食品质。⑶采取加快湿热气体散发，缩小粮堆各层(点)温差的措施，以利粮食安全保管。⑷由于λ粒＞λ堆，减薄粮层有利加热、干燥，提高降水效果。

3.粮食的允许受热温度：指粮食在干燥过程中，在品质不变质的前提下，能承受最高受热温度。种子粮：≤40～45℃；商品粮：≤50～60℃；饲用粮：≤60～70℃；大颗粒豆类：35～45℃。注意：热风温度可以高于粮食允许受热温度；

五、粮食的空气动力学特性

⑴谷物的比表面积：单位重量的谷物具有的表面积与容积的比值。⑵孔隙度：孔隙所占的体积与谷堆的比值，约为35～50%左右。⑶谷物的悬浮速度：指物料在气流中处于悬浮状态时的气流速度。⑷粮层阻力：指气流穿过粮层所遇到的阻力，一般用气流的静压降表示。

第四章 湿空气的组成及其性质

一、干燥介质的定义与种类

在干燥过程中起着载湿载热作用的介质，称为干燥介质。湿空气、烟道气、炉气和加热的湿空气都可以作为干燥介质，都是干空气和水蒸汽的混合物，即为湿气体。

二、湿空气的状态参数

1.湿空气的压力：如果几种理想气体在一个容器内混合，则混合气体的总压力等于组成混合气体的各个气体的分压力之和。

2.湿空气的湿度

⑴绝对湿度：指单位体积的湿空气中含有水蒸气含量。

⑵相对湿度：指单位体积的湿空气中含有水蒸气含量，与同温、同压力下，单位体积的湿空气中所能容纳的最大水蒸汽含量的比值。

Psb=f(t)，当t=定值时，Psb=定值；当Ps=定值时，t上升，则Psb上升，而φ则下降。在干燥技术中，就是根据湿气体相对湿度的大小来讨论干燥介质的利用程度。湿气体加热，湿度下降，干燥能力加强。这就是干燥中在提高干燥温度的原因之一。

⑶湿空气的湿含量：湿气体中单位重量干气体所含水蒸汽的量。3.湿空气的比容υ0：指的干气体重量为一公斤的湿气体的容积。4.湿空气的焓：指的干气体重量为一公斤的湿气体所具有的热含量。5.温度：干球温度指用温度计测得反映物体冷热程度的物理量。

热力学的湿球温度：湿气体与液体的封闭系统中，即在绝热条件下，假定气体由始态到末态完成的等压绝热过程有以下特点：⑴液体不断气化使气体的湿含量增加，直至饱和；⑵液体气化所需热量只来自于气体；⑶在整个过程中，要求液体的温度始终不变，所以湿气体饱和时的温度就等于液体的温度；湿气体与液体在上述等压绝热条件下，达到饱和时的温度。

湿度计的湿球温度：当气流传递给湿纱布的热量恰好等于液体气化所需要的潜热量时，湿纱布的温度就不再下降，从而达到动态平衡的温度。

露点温度：在总压和湿含量不变的条件下，湿气体冷却而达到饱和时的温度。

第五章 湿空气的焓湿图

目前表示湿空气状态参数的关系图有两大类，焓湿(I-d)图与温湿(t-x)图。焓湿图还分为夹角135°和150°两种，前者为俄国、德国和中国等国使用，后者为法国使用；温湿图分为高温和低温两种，为美国、英国、澳大利亚等国使用。

第一节 I—d 图的结构与绘制

一、采用夹角为135°的斜坐标系

为使t、d、φ、Ps、I等状态参数能在图上清淅表示出来，取焓为纵坐标，湿含量为斜坐标，两者夹角为135°。

二、等焓线与等湿含量线的绘制

绘制焓湿图时，按一定的比例尺标，画出许多相等的间隔、分别垂直于纵坐标轴和斜坐标轴的直线为等焓线和等湿量含线。

三、等温线的绘制

各等温线看似平行，实际是不平行的，但相互间差别甚少。

四、等相对湿度线的绘制

⑴φ=100%线将整个图面分成两部分，上半部为湿空气的不饱和区，下半部为饱和区，水蒸气有部分冷凝出来；空气状态变化最低线是沿100%线进行，不会进入下半部，故下半部无实际意义。

⑵等相对湿度线达到该压力下水的沸点温度时，发生一个剧烈转折，变成一条几乎垂直向上的直线，再想通过提高温度，增加湿空气的吸湿能力是不可能了。

⑶等焓线与φ=100%线交点处的温度，为湿球温度；等湿含量线与φ=100%线交点处的温度，为露点温度。

五、水蒸气分压线的绘制 第二节 I—d 图的应用

一、大气压与I—d 图的关系

二、湿空气状态参数的确定

三、湿空气变化过程的确定：⑴等湿（间接）加热过程：⑵冷却与冷凝过程：⑶理论（实际）干燥过程：⑷干燥介质在干燥系统内的状态变化》

单位气耗量l指去除1kg水所需要的干空气量，用于确定干燥所需的风量；单位热耗量q指去除1kg水所需要的热量，用于确定干燥所需的热量。

四、两种气体混合后状态参数的确定

在生产中，为节省能源，常进行烘干废气利用。

第六章 粮食干燥基本原理

一、水分与物料的结合形式

1.化学结合水：按一定的严格比例，参与到物体结构内部，与物体结合极其牢固；在粮食干燥过程中，不考虑去除这种水分。2.物化结合水：按一定比例与物体结合，但不严格，包括吸附水分、渗透水分和结构水分，其中以吸附水分与物料的结合力为最强；半透膜:允许溶剂通过，不允许溶质通过的物质；此部分水分只是部分去除，把粮食水分降至安全水分标准，能够安全储粮即可。3.机械结合水：水分与物料之间结合比较松弛，没有一定数量的比例关系；此 4 部分水分需全部去除。

二、湿物料的吸湿平衡

吸湿性：指粮食吸附或解吸水汽的特性，是粮食吸附性的一种具体表现；

平衡水分：粮粒具有吸湿与解吸能力，在一定条件下，粮食达到的最终水分值；是通风干燥的极限值，用于通风时机选择、仓房门窗的开启与密闭等。

吸湿（解吸）等温线：在恒定的温度下，改变气体的相对湿度，就可以得到物料的平衡水分与湿气体相对湿度之间的关系，称之为等温线。水分达到平衡的方式有两种，等温线也分为吸湿等温线和解吸等温线两类。

⑴物料不同，其等温线不同；胶体物质存在一个滞后环，水分差为1～2%；干湿粮混装难保管；⑵随湿度变化，曲线凹面朝向的变化说明水分增加是不均匀的；吸湿水分wx是气体饱和时的平衡水分，是自由水与结合水的分界点；⑶等温线将图面分成两部分，吸湿区与解吸区。

吸湿性与储藏过程的关系：⑴储粮期间采取措施要有利于粮食水分解吸，而不利于吸湿，使粮食处于较干燥的状态。⑵利用平衡水分原理，判断粮食水分的变化趋势或判断通风的可能性，是确定常规保管、通风与密闭的依据。⑶由于吸附滞后现象的存在，在同一粮仓或粮堆中干湿粮混装后，粮食水分很难达到均布，会给储藏带来麻烦。⑷干燥要符合降水规律，调整工艺条件，保持粮食原有品质。

三、粮食的干燥过程分析

⑴预热段（AB）：该段时间很短，干燥介质提供的热量主要用来提高物料的温度，只有少部分热量使水分汽化。预热段的长短取决于初始粮温、粮层厚度、介质温度、流速等因素。

⑵等速干燥段（BC）：水分均匀下降，粮温保持不变，干燥速度达到最大值并保持不变； ⑶降速干燥（CDE）：该段物料去水更难，干燥速度逐渐下降，而物料的温度则逐渐上升；当干燥速度等于零时，物料水分达到在该条件下的平衡水分，其温度可上升到与热空气相同的温度。

⑷冷却段：对物料的温度曲线来说还应有一个冷却段；烘后物料的温度很高，必须通过冷却，才能入仓安全存放；在降温的同时，也可去除水0.5～1％。

四、湿分(水分)传递机理

1.湿传导：在湿度梯度作用下，物料内部水分从含量高的部位向含量低的部位移动现象； 2.湿热传导（扩散）：指温差引起水分沿着热流方向而移动的现象；

五、干燥过程的热缓苏问题

合理的干燥工艺应该是：使粮食内部的扩散速度等于或接近于粮食表面的蒸发速度。对粮食干燥来说，当出现“内部控制”时，很难人为提高内部扩散速度，为使扩散速度与蒸发速度相协调，常采用如下两个措施；

⑴适当减小外部蒸发速度。可采用较缓和的干燥条件，如降低干燥介质的温度或减小通过粮层干燥介质的流速，高低温联合干燥法。

⑵进行缓苏。暂时停止干燥，并将处于热状态的谷物堆放起来，使谷物内部水分逐渐向外扩散。此时的扩散过程称为缓苏过程，简称“缓苏”。

六、粮食干燥特性曲线

1.薄层干燥指单粒粮或单层粮粒在相同条件下的干燥；

2.厚层干燥存在干燥时间长、上下层水分不均匀的问题，需注意处于最差状态粮食出现发霉现象；

3.干燥条件不同，可得到一系列特性曲线。通过对风温、风速、水分值、粮层厚度等干燥 5 参数的调整试验，结合品质变化，从而确定最佳的干燥工艺参数；

4.不同粮种在相同条件下干燥的特性曲线，比较各种粮食的难易干燥的程度；

玉米胶质致密、坚硬表皮，最难干燥；稻谷外壳阻碍加热与水分蒸发，是较难干燥粮种；小麦表皮由木质化的细胞壁构成，透气性较好，易干燥；荞麦结构疏松，表皮多孔性，水分容易蒸发，最易干燥。

第七章 粮食的干燥工艺与设备分类

一、干燥条件：就是指影响干燥过程的各种主要参数(风温、风湿、风速、粮层厚度、干燥时间等)的合理组合。

二、通风降水与干燥工艺

早期工艺：烘干→烘干→冷却 对粮食烘后品质影响较大，爆腰率高。

现在工艺：预热→n(干燥→缓苏)→冷却；特点：预热用于北方地区或南方冬季；增加缓苏工艺有助于提高烘后粮食的品质，反复次数n取决于粮食水分高低，烘后粮必须冷却才能安全储藏。注意缓苏不能用于油料。

对干燥工艺的要求：⑴能保证烘后粮食品质；⑵能有效而合理的降低粮食水分；⑶有烘干与冷却这两个基本环节；⑷使用的附属设备最少；⑸动力配备合理，经济效益指标良好；⑹生产环境符合环保卫生要求；⑺有相应的控制仪表和必要的控制、监测手段，保证干燥过程的连续、烘干机的机械化生产。

三、干燥的分类

粮食与干燥介质的流向：顺流（滚筒烘干机）、逆流（滚筒烘干机）、错流(筛网柱式烘干机）、混合流（角状管烘干机）；

干燥时粮食所处的状态：固定床（通风仓）、移动床（塔式烘干机）、疏松床（滚筒烘干机）、流化床(流化床烘干机)。

按热量传递方式：⑴对流干燥烘干机如筛网柱式和角状管式烘干机，滚筒烘干机和流化床烘干机等；⑵传导干燥烘干机如汽力烘干机和简易转筒烘干机等；⑶辐射干燥烘干机如远红外烘干机；⑷联合干燥烘干机如双热式转筒烘干机。

第八章 烘干机的热源

烘干机的热风系统主要负责供应粮食干燥时所需要的热能和输送干燥介质,主要由炉灶、除尘器（换热器）、风机及其输送管道所组成。

第一节 燃料的特性

一、燃料的种类、成分

燃料的来源：天然与人工燃料，固体、液体与气体燃料。

燃料的成分：碳C、氢H、硫S、氧O、氮N、灰分A、水分W七种组成。

二、燃料的燃烧方式

层燃：将燃料铺在炉排(又称炉篦)上，形成一定的燃料层进行燃烧，燃烧过程不容易控制，如小型手烧炉、中型的链条炉以及大糠灶等都属层燃炉；

悬燃：将磨成粉状或喷成雾状的燃料直接送入炉膛空间，在炉膛中呈悬浮状态燃烧的形式，燃烧过程容易控制，可精确控制风温，自动化程度高，如煤粉炉、气炉及油炉等。

三、燃料的发热量：单位重量燃料完全燃烧时放出的热量。

四、空气总过剩系数 理论空气量：使1㎏燃料完全燃烧所需要的空气量。空气过剩系 6 数：使1㎏燃料完全燃烧实际所需要的空气量与理论空气量的比值，一般为1.6～2。空气总过剩系数：把1㎏燃料完全燃烧产生的烟道气，并将风温降至适合于干燥时实际所需要的空气量与理论空气量的比值，一般为15～25。

第二节 固体燃料燃烧炉

一、燃烧室保证燃料充分燃烧的条件：⑴空气足够并均匀地穿过煤层，保证燃料及挥发物的充分燃烧；⑵足够高的炉温(＞800℃)，有利于可燃气体完全燃烧；⑶足够长的燃烧时间，并能使气流产生涡流，使挥发性可燃气体在炉膛内完全燃烧。

二、对固体燃料燃烧炉的要求：1.炉灶必须具有混合室：使冷热气体混合，把烟道气的温度降至适合干燥粮食的温度。2.炉灶必须具有净化装置：消除灰尘，扑灭火星，防止灰粒和火星被干燥介质带入干燥室内，造成粮食污染或着火。3.要求炉壁上具有补充空气通道(二次进风口)：补充足够数量的加热空气，使可燃性的挥发气体有可能继续燃尽。

三、稻壳燃烧炉

大糠灶与手烧炉不同点：⑴用大料斗代替炉门，靠大糠密封炉门；⑵两个沉降室除去灰分，防止污染粮食；⑶炉排安装角度为45°，保证糠壳自动、连续下流。

第九章 低温慢速通风干燥机

低温慢速通风干燥机又称为仓式通风干燥装置，它是一种比较简单的、分批干燥的固定床粮食烘干机，是在西方发达国家广泛使用的一种粮食干燥装置。适合于缺乏烘干机、晒场或干燥能力不足，又急需增加湿粮烘干能力的基层粮库和农村乡镇使用，具有广泛的发展前景。

通风干燥的优缺点：1．节约能源，干燥热效率高，主要是利用空气中的潜在热量；2．简便易行，初投资与干燥费用低，配套设备少，工作环境干净，可以一仓多用，与高温干燥相结合，可以提高烘干机的产量；3．干燥后的粮食品质好(裂纹少，容重大)；4．干燥时间长，产量低，不能迅速用来处理高水分粮；5．受气候条件影响，湿度高时，需要辅助加热；耗电量高，与太阳能利用相结合，可降低电耗。

通风干燥的原理：1．平衡水分理论：根据物料吸湿平衡原理可知，任何粮食放置在空气中，不是解吸就是吸湿，最后其水分含量达到该空气条件下相对应的平衡水分值。2．粮食安全储藏时间(AST值)：指高水分粮在变质前能够安全储存的天数。3．粮食干燥过程：在低温干燥系统中，干燥是分层进行的。定期检测仓内最差状态的粮食是低温干燥获得成功的关键，湿粮必须在AST值内完成干燥。4．通风降温与降水的物理条件：在粮堆孔隙度、导热性和吸湿特性的基础上，利用风机产生的压力，强制将选定或调节的外界空气通入粮堆，与粮粒进行湿热交换，降低粮堆的温度与粮食水分，达到安全储粮的目的。

通风干燥设备的基本结构：堆放式通风干燥机：结构简单，造价低廉，可以一机多用，烘干其它农副产品，较适合于个体农户使用。

垂直通风仓：由仓体、通风孔板和风机组成，它是一种厚粮层慢速干燥设备，一般还兼作储备仓使用。结构简单，储存量大，能耗省，干燥成本低，通风比较均匀，降水效率高，干燥后粮食品质优良，可以就仓储藏，适用于大批粮食干燥。缺点：上下层粮食干燥不均匀。原因：粮层较厚，携带的风量与热量有限。解决措施：⑴加搅拌绞龙法，通过绞龙使上下层干湿粮食混合，消除干燥不均匀的现象；⑵循环干燥法，通过通风孔板上搅龙不断把下层已干燥的粮食取出，再加到上层粮面上，靠此循环方法消除干燥中上下层水分不均匀的现象；⑶双向通风法，通过压入式、吸出式通风方式的转换，达到改善物料干燥的均匀度。

径向通风：适用于径向通风干燥仓以及我国东北地区大量使用的钢筋作骨架露天通风垛，7 其效果较好。

KCT型径向通风仓特点：⑴内风筒内可调节的活塞，根据粮堆高度，调节内风筒高度，用于半仓粮通风或作储备仓用；⑵采用流化出仓形式，解决了平底仓出仓难的问题；⑶在仓内设置排粮梯，一是在偏心卸粮时减小对仓壁形成的冲击载荷，解决钢板干燥仓在卸粮时易发生的座屈现象；二是卸粮时混合不同水分的粮食，提高烘后粮的水分均匀性；在对称卸粮的筒仓内设减载管，在此基础上研制成多功能通风、熏蒸、减压管，较好解决了筒仓储粮难的问题。

低温循环干燥机：属分批式烘干机，产量5-40吨/批，适用于小批量湿粮干燥；风温低(≤65℃)，缓苏与干燥的比例5∶1，干燥时间短、缓苏时间长，湿粮在循环过程中缓慢降水，烘后粮食的品质好；烘干机燃料为天然气或柴油，能精控风温，自动化程度较高，尤其适用于稻谷、种子等热敏性物料干燥。

通风道干燥系统：我国南方用于水分稍高的晚粳稻通风降水方法；

低温干燥仓的管理要点：1.清杂过筛，清除杂质，降低气流阻力；2.防止分级，改善气体流动状态；3.扒平粮面，使各处的通风阻力一致；4.打开所有出风孔，防止仓内结露；5.定期检测粮情，特别注意最差状态的粮食发热和变质情况。

第十章 高温快速粮食干燥机

第一节、移动床烘干机

移动床烘干机的主体部分一般由储粮柜、烘干室、冷却室和进、排粮机构等组成；按烘干室结构不同，可分为筛网柱式、角状管式，顺流式和汽力烘干机等几种形式。

一、角状管式烘干机（混流式烘干塔）

热风从与热风室相通的进气角状管进入干燥室，加热粮食，汽化水分，并以废气的形式将汽化的水分从上一排或下一排相邻的排气角状管经废气室排出机外；塔内粮食靠自重缓慢朝下移动，在经过干燥室或冷却室的同时，与干燥介质或冷空气进行湿热交换，逐渐得到干燥或冷却。最后经排粮机构排出，由输送机将干燥粮食送至储藏库或加工车间。

二、筛网柱式烘干机

一种古老而又普通的机型，属于错流式，在原理上与径向通风装置一样，只是粮层较薄，只有100～300mm厚。具有结构简单，工作可靠，热效率高，较易实现自动化控制等特点，但干燥程度不均匀，烘后水分差可达4%，如烘干机内装有粮食转向器，烘后水分差可降至1%。

矩形截面烘干机的结构特点：1.粮柱做成上窄下宽的形式，利用粮层阻力不同，进行风量合理分配。2.通过废气温度控制排粮叶轮的转速，延长或缩短粮食在干燥室内的停留时间，达到控制粮食烘后水分的目的。3.在烘干机的中部安装粮食转向器，通过内外两侧粮食的交换，达到改善烘后粮水分不均匀性的目的，使烘后水分的不均匀性可从4％下降到1％。4.回收的废气量占总气量的三分之二，可有效地提高烘干机的热效率，降低干燥能耗。

三、鱼鳞孔板式烘干机

该设备国外多，国内较少，目前已很难见到。

四、汽力烘干机

与角状管烘干机不同之处：⑴用蒸汽排管代替部分角状管；⑵载热介质是蒸汽，载湿介质是空气；⑶粮食在加热段被加热升温，在排潮段蒸发水分。

五、顺逆流式烘干机

与角状管烘干机主要区别：用漏斗形通风结构代替角状管，热风均匀分布到粮层上，粮粒受热均匀；粮层较其它设备厚，约为0.7～1.0m。

六、进粮与排粮装置

1．进粮机构：自流式、绞龙式（光杆）、刮板式（东北使用不理想）。2．排粮机构：栅板式、四叶轮等。第二节、疏松床烘干机

分为传导式、对流式和双热式三种，对流式是通过粮食与干燥介质在筒内的直接接触，以对流换热方式传热；传导式是粮食与加热的筒壁直接接触，以传导方式传热；双热式烘干机则以传导和对流的两种方式加热粮食。现我国常用双热式滚筒烘干机，用于南方稻谷的烘干。

抄板有不同结构形式，是筒体主要构件之一，作用是不断搅动粮食，使粮食均匀撒落，增大与热风的接触面，强化热风与粮食间的湿热交换过程。

降低能耗的措施：⑴在烘干中采用余热回收预热潮粮的工艺，预热时间约为20分钟，把粮温从20.2℃提高到47.8℃，有利于干燥去水过程；⑵对烘干机炉灶采用双层夹套保温技术措施，由双层红砖砌筑的夹套留有50mm宽的夹缝，内外层砖壁上均留有4个导气孔；⑶改进缓苏冷却塔的结构，把烘后粮的缓苏冷却的时间延长到5小时，提高冷却降水效果。使滚筒烘干机单位热耗量从 1300 ～ 1700降至1080kcal /kgH2O，达到国际先进水平，节约能源20～30％；

第三节、流化烘干机

特点：结构简单，制作、维修方便，造价低廉，容易推广；但粮食受烘时间基本不变，单层孔板流程单一，烘干过程降水幅度较小。

一、流态化的基本原理：“固体颗粒流态化”简单说就是用一定方法使固体颗粒具有流体的一些性质，这个过程称作流化态。

二、烘干机的工作过程：烘干机内有一斜放孔板，倾角为3～5°；以孔板为界上部为干燥室，下部为热风室；干燥室一端与进粮斗相通，另一端与出粮口相连，废气出口在干燥室上方。风机将热风吹入流化床底部的空气分配室里，以较高的风速穿过孔板和粮层，粮食在气流作用下呈现腾起、翻动而形成流化状态。

三、烘干机的基本结构：由槽体、燃烧炉、沉降室、风机等部分组成，为使干燥过程实现机械化，还应设置提升机、清理筛等配套设备。

孔板是烘干机干燥室的关键构件，结构是否合理影响到粮食的流化状态和烘干效果。我国孔板是采用非均布的开孔率，上面设有流化区和沸腾区；流化区孔眼较疏，主要作用是移动粮食，加热粮食，开孔率为10％；沸腾区孔眼较密，也称为“喷带”，主要作用是混合粮食，使粮食均匀加热，开孔率为22.4％。

第四节、冷却设备

一、从理论上讲，所有烘干机都能作冷却设备，实际中并非是这样，还要考虑设备的冷却效果与经济效益。

二、通风冷却仓：为间歇式工作形式，需3～4个小仓与1台烘干机配套。

粮食干燥机械化 篇3

一、进一步加强粮食干燥机械研发生产

粮食干燥机研发生产是发展粮食干燥机械化的重要前提。目前, 我省粮食干燥机械生产企业约10家, 其中已有3家企业生产的5种型号的粮食干燥机械投入批量生产, 并通过推广鉴定, 纳入了今年农机购置补贴范围。这5种粮食干燥机械分别是福田雷沃国际重工股份有限公司生产的5HXW-15型低温循环式谷物干燥机、山东润银商贸有限公司生产的5HPX-12.5A和5HPX-15A型批式循环谷物干燥机、山东德农农业机械制造有限责任公司生产的5GH-50和5GH-150连续式粮食干燥机。此外, 临沂金铭机械有限公司、山东瑞良烘干机械科技有限公司等一批粮食干燥机生产企业如雨后春笋般地涌现出来。今年以来, 截至5月底, 我省农机企业已生产粮食干燥机约1000台, 销售约730台。为了进一步调动农机生产企业、科研机构、高等院校研发生产粮食干燥机械的积极性, 自今年起, 省农机局和省财政厅在全省启动实施了农机装备研发创新计划, 省财政2015年投入4000万元, 将高效节能粮食干燥机械研发列为优先支持重点。经过专家评审, 今年共有14种粮食烘干机械列入项目范围, 涉及农机科研院所、高等院校5家和农机生产企业14家;用于支持高效节能粮食干燥机械研发的资金达1000万元, 占今年省级财政补助资金的四分之一。按照项目计划, 有5种粮食干燥机械的研发将于年内完成, 有9种机械的研发将于明年完成。同时, 省农机局将进一步加大粮食干燥机械设备的推广鉴定力度, 对适应性、安全性、可靠性较强的机械, 给予优先鉴定、优先推广、优先补贴, 为粮食干燥机械研发生产开辟“绿色通道”, 使科研早开花、生产早结果。

二、进一步加大粮食干燥机械技术推广力度

去年, 全省新增粮食干燥机械设备445台套, 同比增长61%。截至5月底, 全省录入农机购置补贴系统的购机申请已达120台套, 使用补贴资金900万元。粮食干燥机械化成为全省农机化发展的新亮点。但是, 这与全省农业生产的广泛需要和农民的大量需求相比, 还有相当大的差距。按照省发展改革委等六部门《关于加快推进粮食干燥机械设备研发与推广工作的意见》要求, 到2017年底, 全省要建立粮食干燥机械化示范基地130个, 粮食干燥机械设备保有量要达到3000台套, 年实现粮食机械化干燥400万吨;到2020年底, 粮食干燥机械设备保有量翻一番, 每个粮食种植县 (市、区) 要建立粮食干燥机械化示范基地3-4个, 基本解决规模化种植主体的粮食干燥问题。为了把《意见》落到实处, 让农民买得起、用得好、有收益, 全省农机部门还要重点从三个方面下真功求实效:一是进一步加大对粮食干燥机械设备的购置补贴力度。省农机局把粮食干燥机械设备作为今年农机购置补贴重点, 敞开补贴。各地在农机购置补贴实施工作中, 要按照省农机局要求, 对购买粮食干燥机械设备的农民和组织, 要优先保证, 实现应补尽补。二是加一步加大粮食干燥机械化创新示范力度。省农机局和省财政厅将粮食干燥机械化纳入全省农机创新示范工程, 今年新增14个粮食干燥机械化项目, 省财政对每个项目县补助30万元。三是进一步加大粮食干燥机操作人员培训力度。把粮食干燥机械技术列入新型职业农民培训的重点内容, 通过课堂讲、实地看、手把手教等多种有效方式, 理论与实践相结合, 努力提高粮食干燥机手操作水平和粮食干燥质量。

三、进一步汇聚粮食干燥机械化发展合力

粮食干燥技术与装备发展浅析 篇4

据统计, 我国粮食收获后在脱粒、晾晒、贮存、运输等过程中每年损失高达15%, 远远超过联合国粮农组织5%的标准。在这些损失中, 每年因气候潮湿、湿谷来不及晒干或未达到安全水分造成霉变、发芽的高达5%。若按年产5亿t粮食计算, 相当于损失2 500万t粮食, 这一数字是惊人的。

同时我国农村普遍存在自然晾晒、公路晾晒, 不仅占用土地而且造成交通安全隐患, 增加粮食污染。其实收获后的粮食在1 h之内立即干燥与放置5、10、20 h甚至数日再进行干燥, 其品质大不一样。在日本, 含水率24%的稻谷放置10 h以后再进行干燥, 就只能作饲料粮。优质才有优价, 日本“不落地大米”的价格高出于我们的米价10多倍, 台湾的米价高出我们5、6倍。我们现在的粮食收购标准, 含水率每超过0.5%, 扣粮0.75%, 并减价0.75%, 即水分每超0.5%, 实际减价1.5%, 农民交粮因水分超标而减级减价的十分普遍。机械化干燥通过清选、装料、干燥、缓苏、冷却、装袋等工序, 可以克服自然干燥的诸多弊端。自然晾晒时间长, 干燥不均匀, 不能保证安全水分率, 破碎率高于3%。机械干燥确保粮食及时达到国库收购标准, 提高收购等级, 做到谷物不落地, 减少土石混入, 提高品质, 价格可提高5%～20%, 优质品牌价格更高, 有效增加农民收入, 具有显著的经济效益;机械干燥占用场地少, 无需投资修建永久性硬化晒场, 节省大量宝贵的土地资源;可减轻劳动强度, 节省劳动力;可根治较普遍的公路晒粮陋习, 减少交通安全隐患, 减少粮食污染。

专家们普遍认为发展粮食干燥机械化技术与设备, 是降低粮食损失的重要方法。国外粮食干燥机械的研究起步于20世纪40年代, 到五六十年代基本实现了谷物干燥机械化, 六七十年代谷物干燥实现了自动化, 七八十年代向高效、优质、节能、降低成本、电脑控制方向发展, 同时不断开发出新工艺、新机型, 在干燥质量上也不断提高。

我国粮食干燥机械生产从新中国成立初期仿制日本、苏联等产品开始, 但这类产品结构复杂, 耗用钢材多, 造价高, 不很适合实际应用, 仅在大型农场和粮库有所使用。20世纪80年代后, 粮食干燥机械向多用化、小型化方向发展。90年代以来, 农业生产向专业化、集约化、规模化方向发展, 大型粮库、国有农垦系统的种子和粮食生产基地逐步装备起成套的谷物干燥设备, 并与仓储、加工等设施配套, 成为粮食烘干机械的主要应用代表, 同时也出现了一批专业机械生产厂家和研究成果。

1996年起, 来自台湾、日本的种子专用干燥机和通用型干燥机等进入大陆市场, 并带动了南方水稻产区干燥机械化技术的发展。尽管这些干燥机价格偏高, 但它们具有使用性能良好, 可靠性、自动化程度高, 售后服务周到等特点, 受到农户的欢迎, 市场前景看好。目前, 江苏、浙江、广东等地这类干燥机保有量已达1 000台左右。

目前粮食干燥机械正面临着难得的发展机遇, 主要原因, 一是入世后各地十分重视农业现代化和粮食生产全程机械化, 一些地方的干燥机械生产也得到了财政补助;二是当前联合收割机正快速推广, 跨区作业模式迅速展开, 使大量谷物需要及时、快速干燥, 相当数量的种粮大户对干燥机有需求;三是农民对粮食烘干机械的认识普遍提高。

“十五”期间, 我国在高水分玉米的主要产区———东北三省及内蒙古东部地区建设了187套配套齐全、功能较为完善的粮食干燥设施, 新增干燥能力530万t/年, 使国有粮库的干燥能力大幅度提高, 总量约3 000万t/年。同时还开发了改善粮食干燥品质的多项技术措施, 提高了粮食品质。

目前我国粮食干燥技术还存在一些问题, 例如:粮食干燥设施布局不平衡, 在南方稻谷和油菜籽主产区, 粮食干燥设施还相对缺乏, 粮食干燥设施科学的建设模式尚未明确, 粮食干燥品质仍有待于进一步提高, 粮食干燥供热技术发展缓慢, 能源利用效率有待提高, 适用于干燥系统的除尘技术缺乏, 干燥机粉尘污染尚未得到治理等。上述问题在困扰我国粮食储存和加工行业的技术进步的同时, 也为干燥设备制造业提供了研发空间。

自适应粮食干燥控制系统 篇5

关键词：粮食,干燥,自适应

1 引言

我国南方粮食的收获期,天气正值高温、高湿、多雨季节,日间的温湿度变化很大,因而常导致收获的粮食,水分差异很大。相应的粮食集中干燥设备的进机粮含水率变化很大,干燥设备工况频繁变动无法避免,也就造成了粮食干燥系统的不确定性。为了最大限度地保障粮食的干燥效果、提高干燥设备的工作效率、尽可能降低能量消耗,所以提出了本系统的研究。针对粮食干燥系统不确定性的特点,在粮食深层干燥解析理论[1]和高湿粮食水分精确在线测量技术[2]的基础上,开发了一套基于自适应控制的粮食干燥控制系统。该设系统工作过程中,能根据实时的进粮水分,机器排粮工况自动变更工作状态,保证实时调节干燥方式,从根本上,改变了传统的靠检测出机粮水分控制进风条件的干燥开环控制做法。

2 粮食干燥系统特性及选用的解析模型

2.1 粮食干燥控制系统

粮食干燥系统大体工作流程为输入能量、干燥介质(热风)、湿粮,排出废气,最终得到干粮。干燥系统的各环节,决定着干燥系统的动态特性。因而试图采用分析方法得到它的动态解析式,是一大难题。本文在采用同行提供的解析式和计算方法的基础上,研究了物料去水与介质增湿,物系平衡,解析了粮食深层热风干燥过程,开发出了粮食干燥控制系统,实现干燥过程精确控制。

2.2 控制系统动态特性解析模型

粮食在深层下的热风干燥,从气流与谷物的流动方式分为:顺流干燥、逆流干燥、横流干燥、静置层干燥等多种形式。

2.2.1 顺流式解析式

热风和谷物同向运动。高温热风首先与最湿、最冷的粮食相遇,干燥过程不同于横流干燥方式,可以大幅度地提高送风温度。粮食深层顺流干燥过程的含水比率分布解析式采用解析式[1]:

2.2.2 逆流干燥解析式

热风和谷物的流向相反。高温热风首先与温度最高的粮食相遇,热风在排气侧,离开干燥室时与温度最低、湿含量最大的粮食接触。粮食深层逆流干燥过程的含水比率分布解析式采用解析式[2]:

2.2.3 横流式解析式

谷物靠重力连续向下流动,热风受迫横向穿过谷物层。谷物在干燥机内的滞留时间即谷物流速可利用排料轮的转速进行控制。在对于同一物料,在相同的送风条件下,横流干燥可以看作是稳态过程,但干燥层中的物料含水率是干燥层和流动位置的函数。干燥不均匀,进风侧的谷物降水幅度大,而排气侧干燥不足。粮食深层横流干燥过程的含水比率分布解析式采用解析式[3]

2.2.4 静置层干燥解析式

干燥中热风流动而物料处于静止状态,热风的状态是干燥时间和干燥层位置的函数。物料的堆积层厚度及风量显著影响干燥速度和干燥的不均匀性。(加大风量可提高干燥速度减小上下层物料水分偏差,但风压损失会明显加大,动力消耗急剧上升。因此,在风量谷物比一定的条件下,通过增大干燥床面积,减小谷物层厚度,可使送风动力消耗降低。粮食静置层干燥过程的含水比率分布解析式采用解析式[4]:

注:10TT、为入口、出口处热风的温度,10HH、为入口、出口处热风的湿含量。恒速蒸发速度)(0HHa Rwcµγ-=;µ为传质系数(kg/h·m2),γ为有效蒸发面积系数;a为谷物比表面积(m2/m3);bρ为绝干物谷物积密度(k g/m 3);气流的湿含量势差-=HHwχ;H为干燥空气的湿含量(k g/k g-D A);wH为湿球温度下气流的饱和含湿量(kg/kg-DA);1H为废气的湿含量(kg/kg-DA);M为干基含水率(%db);z为干燥床深度变量(m);v为谷物的流动速度(m/h);θ为干燥时间(h);f)(φ为干燥速率比;e0MMMMe--φ=为自由含水比;0M为初期含水率(%db);eM为平衡含水率(%db);s为物料落入干燥层后下落的距离;1Z为床层厚度(m),即从热风进入干燥层到排出干燥层时的层间距离;zH为对应与处气流的湿含量(kg/kg-DA),HHHHZGa w--⋅=110µγ。

3 自适应干燥控制系统

粮食自适应干燥控制系统,由以下几部分组成:干燥专家系统、物料水分在线检测装置、温度检测装置、热风配额调节装置,控制器等。系统的输入量及其变化规律都是由专家系统根据在线检测实时给定的,并不是预先确定的。进风温度和环境温度湿度变化、进料水分和干燥设备工况波动是该系统的扰动量,出机料水分是反馈量;控制量是变频器输出。该控制系统的控制器本身是一套完整的独立控制单元,同时它又是一个基本数据采集器,为计算机上运行的专家系统提供参数信息。能确保干燥产品的目标含水率、干燥效率以及品质指标保持在规定的范围内。

3.1 控制系统硬件组成

控制系统框图如图1所示。主要由传感器,水分在线测量装置,传感器变送器,小信号放大装置,触摸显示屏,中央控制器,动电机测驱电路,报警系统,变频器,排料装置,热风调节装置,热风导流装置,计算机,能量供给装置等构成。进风温度和环境温度湿度变化、进粮含水率和干燥设备工况波动是该系统的扰动量进行前馈调节。这样可以大幅度提高调节速度和干燥能量利用率,大幅度降低干燥控制成本。出粮含水率是反馈量依此进行干燥设备工况调节。在该系统中所有的在线检测量,全部送到计算机,由运行在计算机上的干燥专家系统计算出控制器的给定值,通过双向通讯,传送给控制器。在这样一种由前馈、反馈有机组合构成的复合控制系统中,控制器的设定值及其变化规律,是通过计算实时给定的,而不是预先确定的。这使得控制系统能够自动的迎合进风条件和环境温度湿度变化、进料水分和干燥设备工况波动,实时调整控制策略,构成了高质量的热风干燥自适应控制系统。

3.2 控制器算法执行流程

控制器的任务是根据实时给定的干燥时间控制变频器的输出频率,实现对排粮流量的控制;调整干燥温度、风量谷物比,按照控制规则调整冷风搀合量。控制手段采用常见的PID控制。在传统的PID控制方法和典型结构的基础上,扩充控制器参数调整知识,使系统在运行过程中,能够按照实时的系统输入值、输出偏差变化范围,以调整规则的形式存于知识库,即针对稻谷干燥特性和气流状态的变化特性,推理产生调整规则,确定控制模式和调整PID参数,实现控制器在线、实时地调整控制。控制系统算法执行流程如图2所示。专家系统知识库包含知识库和模型库。系统的设定值如稻谷种类、干燥最高和最低安全温度范围、用户要求,专家系统给出的各调节规律的输入值,干燥过程中的各种特征参数全部存储到专家知识库。按照干燥设备工艺特性,将其表达为合理地控制规则。为按照干燥的进程实时利用知识库中的知识,专家系统必须具有搜索事实与规则,并根据搜索结果得出干燥设备最优工作制度,和调整方案的功能单元,即推理机。风量、风温调整控制器由开关控制与常规的PID控制构成。

3.3 系统的特点

在传统的PID控制方法和典型结构的基础上,扩充了控制器参数调整知识,系统在运行过程中,能够按照实时的系统输入值、输出偏差变化范围,及时调整规则的形式并存于知识库,即针对粮食干燥和气流状态变化特性,推理产生调整规则,确定控制模式和调整PID参数,实现控制器在线实时控制。

4 结束语

本文研究的控制系统够使设备在工作过程中,根据进粮水分,机器排粮工况,自动变更工作参数,保证实时的干燥操作条件最优。从根本上,改变了传统的,靠检测出机粮水分,控制进风条件的干燥开环控制做法,大幅度提升了粮食干燥技术水平。同时在传统的PID控制方法和典型结构的基础上,扩充了控制器参数调整知识,系统在运行过程中,能够按照实时的系统输入值、输出偏差变化范围,及时调整规则的形式并存于知识库,即针对粮食干燥和气流状态变化特性,推理产生调整规则,确定控制模式和调整P I D参数,实现控制器在线实时控制。

参考文献

[1]Li Changyou,Shao Yaojian,Kamide Junichi.An Ana-lytical Solution of the Granular Product in Deep-Bed FallingRate Drying Process[J].Drying Technology,1999,17(9):1959￣1969.

[2]班华,李长友,胡万里.水稻干燥中心在线检测与变位控制机理研究.中国农业工程学会,2005.

四川粮食干燥机现状和发展对策 篇6

1.1 发展的制约因素

粮食干燥机在四川的使用大多局限于粮库建设的需要, 究其原因, 一是因为以公有制为基础的家庭联产承包责任制导致的土地细碎, 不利于粮食干燥机等农机产品发挥规模效应;二是长期以来, 单家独户的耕作使每个家庭粮食产量有限, 农民形成了在自家晾晒粮食的习惯;三是粮食干燥机一次性投资较大, 投资回收期较长, 产品使用也有一定的成本, 而且干燥前后的粮食在品质上的差异不明显, 投入与产出不平衡。

1.2 面临的发展机遇

2013年, 四川省粮食总产量达到了3 387.1万t, 居全国第6位。在谷物收获季节, 四川往往阴雨频繁, 若按我国粮食因霉变、发芽年损失5%的平均水平计算, 四川每年将损失粮食170万t, 按每人每天食用500 g粮食计算, 可供9 000万人食用1个多月。如何提高四川农户科学储粮水平, 将储粮损失降到最低点, 已成为当务之急。同时, 规模经营和农业机械化收获技术的快速发展, 使大量粮食在短期内找不到场地进行自然晾晒, 各地出现了“晒粮难、储粮难”的现象, 因此粮食干燥设备的配置迫在眉睫。

2 四川粮食干燥机的生产、销售、购机补贴和使用情况

2.1 生产、销售及购机补贴情况

根据中国农机化信息网上信息, 目前进入农业部《2012-2014年国家支持推广的农业机械产品目录》的粮食干燥机生产企业全国共有32家, 四川省进入该目录的粮食干燥机生产企业仅有2家。四川省企业年产干燥机近万台, 但大多数干燥机主要用于烤烟、茶叶、药材等经济类作物的烘干, 用于粮食干燥的机型产销量并不大, 四川省企业生产的粮食干燥机产品类型主要有批式循环干燥机、转筒干燥机、固定床干燥机、流化床干燥机。

2013年四川省内补贴销售粮食干燥机323台, 中央财政按产品型号和生产效率予以资金补贴, 四川省省级财政没有对该产品追加补贴资金。

2.2 使用情况

目前, 在四川省内使用最普遍的粮食干燥机为批式循环干燥机, 它也是当前国内粮食干燥行业中使用最广的机型, 它适用于水稻、小麦、玉米或种子等颗粒状物料的干燥, 干燥热源可根据用户需要, 选择柴油燃烧器、天燃气燃烧器或电加热, 也可采用稻壳、秸秆等生物质燃烧炉加热。常见机型有5H-10、5H-12, 按入机物料含水率20%计算, 干燥至安全储存水分约需10 h, 按设定温度的不同, 每小时降低水分0.6%~1.2%。使用柴油干燥的能耗成本每千克约0.12元, 使用天然气、煤干燥的能耗成本每千克约0.08元, 使用稻壳、秸秆等生物质燃料干燥成本更低。有些农业经营组织由于流转土地较多, 收获季节需干燥的粮食量较大, 一两台批式循环干燥机已不能满足需求, 于是根据需要建立了粮食烘干中心, 通过将几台循环式干燥机连成机组, 并结合其他辅助设备来完成, 粮食干燥日处理量更大, 烘干使用成本进一步降低。

3 四川粮食干燥机的发展趋势

3.1 批式循环干燥机仍是四川省未来需求的主要机型

随着国家改革和一些政策激励措施的出台, 四川省农村专业合作社等新型农业经营组织的规模和数量还会不断发展壮大, 未来使用批式循环干燥机的量会随着形势的发展需求不断扩大。

3.2 中小型、多功能、多种热源的机型在四川将会有很好的发展前景

1) 四川省广大农村地区, 农户分散、粮食产量较小, 小型干燥机结构简单、价格低廉、使用方便, 具有更强的适应性, 针对这些农村地区的用户可发展小型干燥机;针对专业合作社、种粮大户等可发展大中型循环式干燥机。

2) 农业机械的典型特点是一年中的闲置时间较长, 发展一机多用的干燥机型将更适合用户的需要。干燥机除了能干燥稻谷、小麦、玉米等粮食外, 也能干燥油菜籽、中药材、食用菌、淀粉等多种农产品, 甚至还应具备杀菌、消毒等功能, 多功能的干燥机能提高使用效率, 减少闲置率。

3) 根据各地能源条件, 发展多种热源机型的干燥机。如在四川省攀西地区, 光照时间长, 太阳能充足, 可发展温室太阳能干燥系统, 它更接近自然干燥, 干燥后的粮食品质好, 不污染粮食和环境, 成本低。在贫穷落后的地区, 为减少使用成本, 可发展使用柴、秸秆等生物质燃料的干燥机。根据各地使用电、煤、天然气等能源条件, 发展多种热源的干燥机, 让用户有更多的选择余地。

3.3 自动化的干燥设备和先进的干燥工艺将是未来的发展方向

粮食干燥机将会向自动化方向发展, 包括自动控制、自动调节、自动分析及自动报警等。干燥工艺也会向快速处理大批量高水分谷物方向发展, 一次将高水分谷物降到安全水分、降水幅度在10%以上的粮食干燥机更适合农村和农户的需求。比如采用联合干燥法, 先用高温快速流化去湿预热后, 再以较低温度进行烘干;再比如将干燥机中物料与热风的流向由平流式改为穿流式, 可显著缩短干燥时间, 提高产品的质量和干燥效率。

4 四川粮食干燥机发展的对策及建议

4.1 认真落实政策, 积极稳妥地推进四川省粮食干燥机械化进程

各级政府有关部门要认真落实中央的政策措施, 加大机械化干燥示范推广工作力度;要在粮食产量较大的地区、种粮大户较多的地区、农民机械烘干要求迫切的地区建立一批粮食干燥机械化示范基地、干燥中心, 尽可能地与联合收割机等农机产品相结合、相配套;通过媒体、现场会等多种形式进行广泛宣传, 把质优价廉的烘干设备推荐给农民;抓好技术培训, 让购机户掌握烘干设备使用、维修技巧, 促进农民自觉接受和主动应用干燥机。

4.2 加大政府扶持力度

目前四川省用户购买粮食干燥机只能拿到中央财政补贴, 而浙江、黑龙江等不少地区除国家补贴外, 当地政府还追加地方补贴资金。建议四川省各级人民政府依据地方财政情况, 投入部分资金对干燥机之类价格较高的农机产品实施地方补贴政策, 减少用户一次性投入。此外, 还可根据用户干燥谷物数量的多少实施能源消耗补贴政策, 降低用户使用成本, 鼓励用户积极购机和使用机器。

4.3 鼓励企业产、学、研协同创新, 开发适合四川需求的干燥机产品

国外是如何计算粮食干燥经济成本的 篇7

干燥是粮食生产过程中的关键环节, 也是实现粮食生产全程机械化的重要组成部分。粮食烘干机械化技术是应用谷物烘干机械在不损害粮食品质的前提下, 在较短时间内使粮食含水率达到国家安全储存标准。随着我国烘干技术进一步走向成熟, 基本达到了国外谷物干燥技术水平, 在农业生产中得到了较好推广, 但在计算谷物干燥经济成本时, 国内相关企业在计算烘干成本时, 主要从以下3个方面来分析计算的, 其一是煤、油、电耗成本, 约占总成本的56%~60%, 包括能源价格、能源质量、电价、烘干机耗能及谷物含水率等;其二是人工成本, 约占总成本的11%~16%, 包括用人工资及工作人员的熟练程度;其三是机器的折旧成本约占总成本的11%~16%, 包括烘干机价格、生产规模及维护保养等。考虑的影响因素不全面, 计算也不够细致。而国外的做法有许多值得我们学习借鉴的地方。

澳大利亚和加拿大等国家在进行农作物干燥时, 计算经济成本主要从以下两个方面进行考虑: (1) 固定成本与可变成本; (2) 风险成本。下面将介绍如何计算这两种成本。

1 固定与可变成本

这些成本与干燥设备有关, 具体包括:主要成本、劳工成本、能量消耗成本和过度干燥成本。

(1) 主要成本。年度固定成本

式中C0—干燥系统初始成本;

Rm—保养成本与初始成本之比 (如0.01) 。

初始成本一般包括筒仓壁和仓底板700美元、风机1000 (GU) 0.6美元、加热器1200美元、控制部分 (恒温恒湿调节) 175美元。

Rf为年主要成本与初始成本之比, 由下式表示 (Audsley和Boyce, 1974) :

式中i—年利率;

r—折旧值与初始值之比 (一般为0.10) ;

n1—干燥系统使用期限, 对于冲孔仓底, n1=20年。

加热器、风机以及其他控制部件n1为

式中5040—按小时算的期望寿命;

no—每年工作的小时数。

(2) 劳工成本。在不考虑干燥时间外, 所有干燥设备所需劳工费用约25美元, 即:

(3) 能量消耗费用。干燥中消耗电能 (Ee) 和燃料能 (Ef) , 总能量消耗成本C3为:

式中Ce和Cf—电与燃料的单位成本。

(4) 过度干燥成本尽管过度干燥不会造成明显的品质下降, 但在谷物出售时会带来经济损失。加拿大1号小麦可以以最大水分含量为14.5%出售, 且无任何障碍。因此, 过度干燥引起成本C4由下式计算:

式中w—谷物质量;

Xwi和Xwo—湿谷物和干谷物平均水分含量百分数;

Cg—谷物价格。

2 风险成本

此项成本不属于主要成本和运行成本, 然而必须计入农作物干燥成本利益分析中。此项计算如下:

(1) 储存成本。储存成本C5来源于谷物未售出之前的损失 (tu, h) , 设w为谷物质量, Cg为CWRS1号小麦价格 (目前127美元/t) , 则储存成本为:

式中8760—1年的小时数。

(2) 品质损失成本。品质损失造成的成本与谷物在高温高湿存放时间呈正比, 如果谷物发芽率下降5%, 其售价将从1号食用谷物降到饲用谷物, 谷物品质损失造成的潜在成本C6由下式计算:

式中△C—1号食用谷物与饲用谷物售价差 (目前37美元/t) 。

(3) 延迟收获成本。谷物在田间延迟收获, 雨或霜将造成谷物品质下降, 这种风险成本C7由下式计算:

式中Xws—谷物在未遇到坏天气下应该收获时的水分含量, 设Xws=22%;

Xwi—谷物收获时的水分含量;

fp—不可预测因素, 如因坏天气造成的影响, 基于个人田间经验, 设8月份fp=0.20, 9月份fp=0.25, 10月份fp=0.33。

3 总成本

总成本包括主要成本C1、劳工成本C2、能量消耗成本C3、过度干燥引起重量损失成本C4、风险成本中谷物未销售积压引起的成本C6、和延迟收获引起的成本C7。

图1是在澳大利亚的加拿大牧场实验结果。图中表示对于水分含量19%谷物, 增加空气流量对干燥成本的影响。从图中可见, 增加空气流量对增加干燥成本作用较小, 空气流量0.5 m3/ (min·t) 增加到2 m3/ (min·t) , 成本相应从6.2美元/t增加到7.5美元/t, 而另一方面, 增加空气流量使谷物变质引起的成本下降, 总风险成本也随之下降, 从15美元/t下降到8美元/t, 两种成本之和是随着空气流量增加而下降。

参考文献

[1]Arinze, E.A., Sokhansanj, S., Schoenau, G.J.And Sumner, A.K. (1994) Control strategies for low temperature in-bin drying of barley for feed and malt.J.Agric.Eng.Res., 58, 73-88.

[2]ASAE Standards 1995.American Society of Agricultural Engineers, St Joseph, MI, USA.

[3]Bamforth, C.W.And Barclay, A.H. (1993) Malting technology and uses of malt.In:Barley:Chemistry and Technology, American Association of Cereal Chemists, Inc., St Paul, Minnesota.USA.

[4]Lang, W., Sokhansanj, S.and Rohani, S. (1994) Dynmic shrinkage and variable parameters in Bakker-Arkemas mathematical simulation of whcat and canola drying.Drying Technol., 12 (7) , 1687-708.

基于DSP的粮食干燥智能控制系统 篇8

粮食干燥是粮食产后加工中的一个重要环节。由于粮食的干燥过程是非线性、多参数、大滞后、强耦合和非稳态过程,很难建立精确的数学模型[1],所以在粮食加工过程中,不仅要考虑粮食湿度、温度及外界气候条件等多个物理参数的影响, 而且还需要兼顾粮食的营养成分与食用口味等一些生化指标。采用一般的控制方法,很难准确控制烘干后粮食的质量,造成粮食品质陈化劣变、食味差、爆腰率高和裂纹多等损失。为此,本文研究开发了一种基于DSP嵌入式控制器的粮食干燥智能控制系统,对粮食的干燥过程进行智能控制,确保出机粮水分稳定,并提高烘干后的粮食品质,进而获得最佳的干燥效果。

1 系统总体方案设计

一般粮食干燥塔的4个干燥段分别由2个干燥风机供热风,热风来自于热风炉。2个风机分别向第1、第2干燥段和第3、第4干燥段供热风,并通过入口处冷风阀加入冷风控制第3和第4段的热风温度,从而控制被干燥粮食通过第3和第4段时的降水量,使被干燥粮在进入冷却层时的含水率达到设定值。系统控制目标:一是通过电机变频调速控制塔内的排粮速度来控制粮食的干燥时间;二是通过控制第3和第4干燥段的热风温度,控制粮食进入缓苏段的含水量;三是根据粮食含水率的动态变化,引入各烘干段干燥系数,从而预测出机粮含水率,建立各干燥段的智能控制模型,实现对烘干过程工艺参数的实时控制。

2 控制参数选择和模型建立

不同品质的粮食干燥速度不同,且在干燥过程中,干燥塔内各段粮食的含水率是变化的,因此粮食烘干过程中各段粮食的含水率在线检测和粮食品质的在线识别,对实现烘干过程工艺参数的实时控制和调节非常重要[2]。系统控制过程的原理如图1所示。

2.1 粮食含水率的检测与控制

建立各烘干段粮食含水率的在线检测(通过检测各烘干段的排气湿度)和分段监控。通过分段监测和控制烘干机的运行,适时调整各烘干段的干燥参数,减少滞后性,能够有效保证设备的连续稳定工作及出机粮食水分的稳定[3]。

2.2 干燥时间的控制

粮食干燥过程中一般保持稳定风温,从而湿粮烘干时间的控制成了保证粮食最终品质的关键。因此,可以把原不同含水率的粮食在各段塔内的停留时间作为主要的控制指标。

2.3 智能控制模型

1) 首先,确定一批干燥粮食入机水分的范围。

干燥前将粮食进行分批处理,为保证粮食品质的一致性,同一批粮食水分差应保证在3%以内。然后,对粮食进行抽查化验,统计出粮食水分的分布情况。

2) 估计粮食干燥系数。

对于刚投入生产的一批粮食烘干,先根据经验设定排粮频率和风温值,系统投入运行。待第一批成品粮出机后,每小时对各烘干段的粮食水分进行检测化验,每次取两个值,并取其平均值作为各烘干段粮食当前的含水率。根据普齐金提出的粮食受热允许温度、粮食含水率和粮食受热时间的计算关系[4],计算各烘干段的粮食受热时间,估计各烘干段粮食干燥系数。排粮电机频率可以按各段干燥系数加权平均计算获得。

3) 进一步优化干燥系数。

在初步确定各烘干段干燥系数后,继续检测化验出机粮含水率,并结合人工经验优化干燥系数,预测出机粮水分,获得不同入机粮含水率在不同的高温层风温的最佳排粮速度值,以及不同均匀度下入机粮含水率的低层风温值,建立智能控制模型。

2.4 热风风量补偿控制

由于粮食加热和控制过程是一个动态过程,随着新粮源的给入,干燥塔内各段粮食含水率是动态变化的,所以优化过程也是一个动态过程。一方面,系统要根据新粮源含水率的不同调节系统的优化结果;另一方面,系统中不能满足要求的部分则由第3和第4段集中进行补偿[5],补偿控制如图2所示。

3 系统的硬件和软件设计

3.1 硬件设计

硬件部分主要由嵌入式数字信号处理器DSP、干燥风机、比例阀、排粮电机、变频器以及传感器等组成。传感器部分包括含水率检测仪、废气温湿度传感器、压力传感器和高低风温度传感器等。DSP控制系统的硬件采用美国德州仪器公司的TMS320f2812芯片,是专门针对工业控制新推出的低功耗、高性能32位定点数字信号处理器,特别适合工业自动化、嵌入式系统和智能式仪表等需要高速数据处理的系统。

3.2 软件设计

系统软件结构组成如图3所示。

3.2.1 系统操作界面

系统操作界面分为菜单栏、主界面、运行/停止控制按钮、仪表化验/检测录入和状态参数显示等5部分。主界面的功能是显示系统运行过程中干燥塔各部分实时检测所得到的测试数据和系统状态,所显示的项目包括入机粮和出机粮含水率、排粮电机频率、高低温干燥段热风温度以及排气湿度等。

3.2.2 系统参数设置

系统参数设置是根据干燥塔的结构设定系统的参数,分为干燥塔结构参数设置和传感器高度设置。干燥塔结构参数设置包括总体参数设置和塔层参数设定(如干燥塔总层数、截面积和料位计的高度差、层号以及每层的层数与高度等);传感器高度设置主要设定每个传感器的位置和高度。系统根据设定的参数,可以得到干燥塔的当前高度和相对高度。

3.2.3 数据处理

数据处理用于对各传感器采集的数据(如入机粮含水率、高低温热风温度值、各干燥段的排气湿度检测值等)进行分析,计算干燥系数、排粮电机频率和含水率控制等运行参数。

4 结论

1) 系统对干燥过程实行全方位立体控制,抗干扰能力强。当某些因素(如粮食品质或环境温度等)发生变化时,系统能在干燥参数方面及时做出修正,使整个系统不因局部问题而受到太大的影响。

2) 基于DSP设计的智能控制系统与采用单片机和PLC等设计的控制系统相比,具有低成本、可靠性高、抗干扰能力强和重构性好等特点,适用于非线性、时变、严重不确定、大纯滞后和多变量的粮食干燥过程控制。

3) 本控制系统是科技含量较高的人机互动系统。使用本系统可节省大量的人力物力,降低生产成本,利于提高生产效率和粮食品质,增加企业经济效益。

参考文献

[1]潘永康.现代干燥技术[M].北京:化学工业出版社,1998.

[2]顾冰.稻谷干燥智能控制系统的研究[J].电气控制,2007(3):31-35.

[3]滕召胜.粮食干燥机水分在线检测系统研究[J].农业工程学报,2004,20(5):130-132.

[4]李云克.顺(逆)流粮食烘干机中粮温测定的意义及应用[J].粮食流通技术,2007(7):28.