稻谷热风干燥缓苏工艺参数优化与试验

为提高稻谷干燥特性与营养品质,该研究探究了缓苏温度、缓苏起始时刻、缓苏时长、缓苏循环次数等缓苏工艺参数对稻谷爆腰增率、整精米率、蛋白质质量分数与脂肪酸值等干燥品质指标的影响。首先,通过单因素试验分析了稻谷干燥品质随缓苏工艺参数的变化趋势,得出爆腰增率、整精米率、蛋白质质量分数与脂肪酸值的权重均大于20%,为稻谷缓苏干燥的关键性指标;其次,通过隶属函数模型确定影响稻谷干燥品质的主要因素为：缓苏温度、缓苏起始含水率与缓苏时长;最后,以缓苏温度、缓苏起始含水率、缓苏时长为试验因子,采用Central-Composite试验,通过建立回归模型分析了各试验因素与品质指标之间的相互关系并阐释结果产生的原因。结果表明：优化参数组合为缓苏温度45 ℃、缓苏起始含水率21%、缓苏时长1.61 h,此参数组合下稻谷干燥后的爆腰增率6.63%、蛋白质质量分数5.39%、脂肪酸值11.68%,验证试验结果与优化结果间相对误差为2.97%。研究表明,优化后的缓苏干燥工艺明显改善了稻谷干燥品质,该结果可为生产实践及深入探究稻谷品质变化机理提供理论基础。     

稻谷烘干过程中的水分扩散特性与品质特性

为深入研究稻谷高效均匀化烘干过程中的水分扩散与质量转变耦合特性,该文测定了玉香油粘稻谷经50、65、80℃分别烘干时的水分有效扩散系数;检测了以上3种温度分别烘干稻谷的色差、籽粒颖壳断面孔隙率与分形维数及玻璃化转变温度,考察了已烘干稻谷的含水率、硬度、爆腰率、发芽率等过程品质差异。结果表明:玉香油粘稻谷烘干过程的有效水分扩散系数为3.576×10-8e15 684/Tm2/s;随烘干温度增加,籽粒颖壳断面的孔隙率由鲜谷的0.39±0.06依次降为0.22±0.09、0.17±0.04、0.13±0.05,但烘干稻谷的分形维数、色差、玻璃化转变温度则较其鲜谷波动增加;已烘干稻谷的含水率、硬度、爆腰率、发芽率组间差异显著(P0.05)。50℃烘干稻谷的爆腰率、发芽率性能优,宜选为稻谷烘干常用工艺温度,研究结果为稻谷高效均化烘干提供了理论与基础数据参考。     

高水分稻谷干燥工艺试验研究

针对中国南方地区稻谷收获季节需及时干燥高水分稻谷的市场要求,采用试验方法,在分批循环式稻谷干燥机上试验了低恒温干燥、变温干燥和变温干燥过程中增加缓苏时间的三种干燥工艺。依据试验结果,分析稻谷含水率、干燥介质温度、稻谷温度、缓苏烘干时间比等参数之间的联系与相互作用。试验表明：稻谷含水率高于21%时,降水速率可大于每小时1%,可采用60～70℃的介质。当稻谷含水率小于18%时,介质温度应小于60℃,降水速率小于每小时1%。当高水分稻谷进行了3～4次烘干缓苏后,利用中间缓苏仓增加缓苏时间,使稻谷内部与表层的温度、水分趋于平衡,有利于改善烘后品质和后续工艺的干燥降水。该结论对高水分稻谷干燥工艺设计和设备研制具有实用参考价值。     

水稻混流干燥工艺的试验研究

混流式粮食干燥机是当前中国应用最广泛的粮食干燥机机型，但由于水稻干燥的特殊性，横流循环干燥机基本上是水稻干燥的唯一机型，这造成国内粮食干燥机的利用率普遍不高。为了充分提高现有混流式干燥机的利用率，利用移动式混流粮食干燥机进行了稻谷的干燥试验，研究了不同的风温、不同的干燥缓苏比对稻谷爆腰率及降水速率的影响规律。研究结果表明：稻谷混流干燥过程中应有必要的缓苏。当干燥缓苏比一定时，烘干温度与爆腰率增值存在线性关系；当烘干温度一定时，干燥缓苏比与爆腰率增值存在线性关系；采用混流干燥机干燥稻谷时热风温度可以高于横流干燥机5～10℃，降水速率最高可达1.3%/h。     

磁场对稻谷干燥特性的影响

针对稻谷的传统干燥过程存在能量消耗大，发芽率低和爆腰率高等缺点，把磁场引入稻谷干燥过程中，能快速而经济地降低稻谷的水分并保持其良好品质。采用永磁场强化稻谷的干燥过程，比较干燥时间、发芽率和爆腰率的变化。结果表明：在相同功率下稻谷在磁场中干燥时间比无磁场时缩短5％，平均失水速率加大，稻谷的发芽率有所升高、爆腰率下降；随着干燥功率的增加，磁场对稻谷的发芽率和爆腰率的影响加大。在试验基础上探讨了磁场对稻谷干燥过程的影响机理。     

基于ANFIS的稻谷深床干燥爆腰率增值预测模型的研究

为提高稻谷干燥爆腰率增值预测的精度,采用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)建立了稻谷深床干燥爆腰率增值预测模型.经试验数据检验,爆腰率增值预测值的最大误差为14.57%,最小误差为1.68%,平均误差为5.68%,预测精度达到了94.32%.结果分析表明,该模型泛化能力强,预测精度高且可简便预测干燥参数对稻谷干燥爆腰率增值的影响,有助于准确认识爆腰率增值随干燥参数的变化规律,为干燥参数的优选和稻谷干燥品质的控制提供了依据.     

稻谷颗粒内部水分迁移过程的有限元分析

研究稻谷颗粒内部水分的迁移规律,以求达到较好的烘干效果,是一个重要的问题。该文研制了可用于空间轴对称湿扩散问题的有限元计算软件,并用其对描述圆粒、长粒稻谷的３层圆球和椭球两种模型进行计算,得到了两种模型在干燥、缓苏状态下的湿度及其梯度场随时间变化规律。经分析发现,烘干温度较低时,椭球脱湿速度低于圆球,烘干温度较高时,两者差异变小。两模型的含水率（干基）及其梯度分布有明显差别。     

稻谷四向通风混流干燥段数值模拟与试验

针对稻谷竖箱式干燥段内粮层气流分布不均匀等问题,基于稻谷四向通风混流干燥工艺,设计了一种适用于四向通风混流干燥段的双侧进气变径角状管,用于提高粮层气流分布均匀性和保持稻谷品质。基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）和多孔介质传热传质基本理论,建立稻谷层内热湿耦合传递的数学模型,通过运用Fluent软件对干燥段内稻谷静态流场和温湿度分布情况进行数值模拟。研究表明：采用双侧进气变径角状管的干燥段,有效解决了粮层流场和温湿度沿进气角状管纵向分布不均问题。采用自主研制的四向通风混流干燥试验台,应用二次回归正交旋转组合试验方法进行了参数优化试验,优化参数组合：热风温度43 ℃,角状管进口风速为4.1 m/s,初始含水率值为18.2%时,干燥速率为1.116 %/h,爆腰率增值为1.7%,食味值为80.33,试验结果与优化结果相符合,稻谷干燥不均匀度为0.7%,干燥效果较优,采用双侧进气变径角状管的干燥段和优化干燥参数具有实际应用价值。     

稻谷深床干燥发芽率模型建立及影响因素

为了提高稻谷种子干燥品质,并解决已有稻谷干燥发芽率预测模型应用的局限性,利用深床干燥试验台进行水稻干燥二次回归正交旋转组合试验,构建并验证了稻谷固定深床干燥发芽率一阶动力预测模型,确定并优化模型参数为待定常数Z1=0.06011,待定常数Z2=0.02558,胚蛋白变性活化能E=194.18333,经检验模型预测误差平方和为0.48358,具有较高的预测精度。建立了试验因子与发芽率间关系的回归数学模型,分析了各因素对发芽率的影响规律, 利用贡献率法确定了各因素对发芽率影响的主次关系。比较两类模型并利用频数分析法进行了干燥工艺参数优化,给出了发芽率具有95%概率高于90%的参数范围,为种稻干燥生产和干燥设备的参数设计提供参考。     

连续单粒式谷物在线水分测定仪的设计与试验

为了提高谷物干燥设备自动化水平和干燥后谷物品质,提出一种基于电阻法检测原理,测量稻谷、小麦和大麦的连续单粒式谷物在线水分测定仪。其主要由谷物取样机构、谷物采样机构和信号采集电路等部分组成。通过测量谷物单粒外形尺寸统计出谷物等效粒径。运用谷物等效粒径和谷物与金属表面的静滑动摩擦角,计算确定谷物取样机构中不锈钢制异向正弦螺旋杆的中径和螺距分别为16和9 mm。由螺旋杆与分粒拨刀组成的谷物取样机构,在剔除杂物和多余谷物的同时,使谷物以连续单粒的形式进入进料口。选定模数为0.4 mm斜纹表面滚花形式碾压辊作为碾压电极,测量10%~35%含水率范围内稻谷、小麦和大麦单粒电阻值。构建稻谷、小麦和大麦的单粒阻值-含水率对应关系曲线并回归出水分计算函数(稻谷R~2=0.998;小麦R~2=0.999;大麦R2=0.999)。设计多路复用比例检测电路、二阶压控有源低通滤波器和50Hz陷波等信号处理电路。采用基于ARM Cortex TM-M3核的低功耗32位微处理器硬件和软件平台完成谷物水分数据的采样、处理和计算。现场水分在线检测与烘干法对比试验表明,在循环式谷物烘干机烘干过程-5~55℃的谷物温度和10%~35%含水率范围内,单粒式在线水分测定仪的在线水分测量绝对误差≤±0.4%,一次100粒谷物测量平均时间≤55s,水分测量重复误差≤±0.3%,研究结果为实现谷物烘干过程水分在线检测提供参考。     

高水分稻谷分程干燥工艺及效果

针对中国南方地区稻谷收获季节需及时干燥高水分稻谷的市场需求较大和粮食干燥机的保有量较少、干燥机的使用效率受气候条件影响的技术现状,将收获的稻谷分为较高水分干燥过程和较低水分干燥过程。当稻谷含水率高于18%时,采用56～85℃的干燥介质,降水速率为0.90～2.94%/h;当稻谷含水率小于等于18%时,采用50～58℃的干燥介质,降水速率为0.49～0.93%/h。在2次干燥过程之间,采用通风仓暂存。现场试验表明,与恒温干燥工艺相比较,分程干燥工艺在保证稻谷烘后品质的条件下,可缩短干燥时间约12.8h,平均降水速率提高0.7%/h,一个收获期内可使干燥机处理量增加225%,提高干燥机的使用效率152%,且总干燥成本降低5%,有助于又好又快地进行高水分稻谷的干燥。     

高湿稻谷节能干燥工艺系统设计与试验

为了降低高湿稻谷干燥耗能、提高干燥系统作业效率,基于高湿稻谷干燥特性和干燥传递理论,绘制出了高湿稻谷贮存干燥仓内通风去湿降温过程状态参数变化图,设计出了高湿稻谷贮存干燥仓,能够利用常温自然空气实现高湿稻谷干燥和有效回收干燥系统的烟气余热。应用结果显示,在风量谷物比为149 m3/(h·t)时,每间隔1 h,通风2 h,累计贮藏干燥18 h,可使初始含水率31.3%的稻谷平均含水率降低11.36%,回收烟气废热55.3%。针对南方高温高湿的气候特点,设计出了5HNH-15型稻谷逆流热风干燥机和节能干燥工艺系统。试验结果表明,系统的单位耗热量为2 939 kJ/kg,与国标≤7 400 kJ/kg相比,最高节能可达60%。该文指出了实现高湿稻谷优质、高效节能干燥,合理的工艺系统设计应以客观能势的利用为主,人为提供主观热能消耗为辅。研究结果为粮食干燥设计指明了高效节能途径,为大型粮食集中干燥工艺系统设计提供了参考。     

粮食热风干燥含水率在线模型解析

为了揭示粮食在深床动态干燥过程中的含水率变化规律,指导干燥工艺设计,实现干燥过程实时跟踪与调控,提高干燥品质,降低能耗。基于薄层干燥水分扩散模型、深层干燥质量守恒原理、态函数和不可逆热力学分析方法,建立并求解了粮食深床干燥基础方程,获得了顺流、逆流、横流和静置层干燥方式下粮食含水率和干燥速率分布解析式,解析出了粮食在顺流层内经历持续降速干燥的过程,逆流层内存在干燥速率的极值点,在通风温度、湿度、送风量相同的干燥条件下,逆流干燥速率明显高于顺流,表明了逆流干燥能量利用效果优于顺流;粮食在横流和静置层内的干燥特性相同,进风侧和出风侧的干燥速率相差很大,在层厚度0.5 m、粮食含水率20%以上时,出风侧的干燥速率几乎为0,干燥的均匀性较差。在5HP-3.5型循环式缓苏干燥机上的试验结果显示,深层干燥解析值与实测值间的最大偏差为0.69%,极差范围为-0.27%~0.69%,从粮食干燥的惯性特征推断,产生偏差的原因主要是仪器检测误差。解析方法对实现粮食深床干燥过程动态跟踪和调控,指导干燥设计,降低干燥能耗、提高干燥效率和干燥机产能等具有重要意义。     

粮食水分结合能与热风干燥动力解析法

为揭示粮食中水分蒸发耗能特征,基于不可逆热力学分析方法,把水分迁移的现象看作是一定数量的能量迁移,建立水分结合能解析模型,给出了水分结合能随温度、含水率变化规律,清晰地呈现了粮食在高水分段水分蒸发受物料的限制作用很小,而在低水分段水分结合能随温度升高显著降低的特征,研究结果为解析粮食二段降速干燥过程、合理匹配干燥温度提供了依据和分析方法,为揭示干燥质驱动机理,制订科学的能效评价标准,合理的干燥装备系统设计补充了技术基础理论。     

换向通风横流式干燥机的研究及计算机辅助设计

横流式谷物干燥机有许多优点,是世界上设计较早、使用时间较长的干燥机型之一,但同时也存在着较大的不足。为了克服其不足,该文介绍了新研究发明的换向通风横流式干燥工艺及其机型的结构原理,并运用ＣＧＤＳＰ谷物干燥综合模拟程序进行了优化设计。     

大型5HFS-10负压自控粮食干燥机的设计与试验

为了降低一次能源的消耗和提高玉米等粮食干燥产能,结合寒区高水分玉米干燥特性,以负压干燥原理为基础,设计了一种负压自控粮食干燥机.该机采用负压多级顺流缓苏结合的干燥方式,将并联式扩张口型风机和变径角状管相结合,协调冷风配额调控机构,应用多传感器实时采集在线工作参数,配合自适应调控系统,实现大宗粮食的智能保质干燥生产.该文详细进行了干燥参数和技术经济指标的计算,可为负压干燥机的设计和综合评价提供.生产试验表明,该机工作性能优良,节能显著,烘干品质好,单位质量成本低,自动化程度高.有效控制干燥机出粮水分偏差小于等于±0.5％w.b,与传统正压送风式干燥机相比,节省能耗20％以上,降低生产成本12％以上.该干燥机各项作业性能指标完全符合农场集约化和规模化干燥作业要求,可为开发节能粮食智能化干燥机型提供参考.     

苜蓿气体射流冲击联合常温通风干燥装备设计及试验

针对苜蓿干燥存在的处理量小、耗能高、叶片损失率高的问题,该文将紫花苜蓿的干燥过程分为高温和常温两个干燥段,设计了气体射流冲击联合常温通风干燥装备,包括基于狭缝型气体射流冲击管的气体射流冲带式干燥机和基于环境条件自动控制的常温通风箱式干燥机。利用计算流体动力学软件Fluent对狭缝型气流冲击管内部的流场进行数值模拟。结果显示增设扰流板可以改善狭缝型气体射流冲击管喷嘴出口气流速度分布的均匀性,速度变异系数由不设扰流板情况下的51.1%降为7.7%;利用单片机控制系统进行信息采集并控制通风的进行,解决夜间物料吸湿回潮、发热的问题。以紫花苜蓿作为原料对干燥装备的性能进行试验验证,结果表明:气体射流冲击联合常温通风干燥的苜蓿具有批次处理量大(150 kg/h)、叶片损失率小(干草的叶片损失率为1.5%)、能耗低(单位去水能耗3 408 k J/kg)的优点。研究结果为低能耗、低叶片损失率的苜蓿干燥技术与装备提供参考。     

蕨菜微波真空干燥特性和品质试验研究

为了快速干燥蕨菜这种营养价值高但难于鲜藏的特色山野菜,利用微波真空干燥技术,对蕨菜进行正交干燥试验,研究蕨菜干燥特性;并与冷冻干燥、热风干燥方法相比较,分析不同干燥方法对蕨菜干品品质的影响.在蕨菜的微波真空干燥过程中,微波功率对干燥速度的影响要高于真空度,并且提出了蕨菜含水率与微波功率、干燥时间和真空度之间的回归模型;对3种方法干燥后的蕨菜在颜色、维生素C含量和复水性方面进行对比,结果表明:微波真空干燥的蕨菜的复水性优于热风干燥和冷冻干燥;微波真空干燥后的蕨菜品质与冷冻干燥几乎相同,明显高于传统的热风干燥品质.微波真空干燥技术是适合蕨菜脱水的有潜力的干燥技术.     

循环式粮食干燥机的智能控制系统

为了有效地控制干燥机的温度、水分等因素，提高干燥效率，针对国内干燥机控制系统存在的不足，设计出基于单片机和复杂可编程逻辑器件CPLD技术的一体化控制系统，采用了温度、水分、仓位等多个传感器来检测有关信息，进行干燥机的智能控制。该系统可完成温度传感器的设定，水分传感器的校准和修正，干燥机15项运行参数的设置，能进行水分、温度和故障的自动检测与报警，燃烧机的自动控制等。也可实时将测量的谷物水分值传送给计算机，便于多台干燥机的集中监控，及进行统计分析。该系统经实践检验，实现了干燥机正常可靠的各项操作和多种干燥作业，达到了高效干燥的智能化控制，且系统易于扩展，谷物品质好。