[轉(zhuǎn)帖]新型節(jié)能保質(zhì)糧食干燥工藝與設(shè)備研究

鶯

由于我國(guó)地處北溫帶，東北玉米收獲期處于氣溫低、濕度大的秋季。收獲的玉米含水率普遍較高，高達(dá)28%~35%，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)的糧食含水率不能超過(guò)13.5％。維生素C超過(guò)40℃就分解，改變了原有性能；蛋白質(zhì)在高溫下變性，改變了物料的營(yíng)養(yǎng)成分等。為做好糧食“四散”流通的配套設(shè)施，本文對(duì)低溫真空干燥機(jī)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。該系統(tǒng)在溫度40℃以下對(duì)物料進(jìn)行干燥。真空干燥時(shí)物料內(nèi)外溫度梯度小，由逆滲透作用使得糧食中的水分獨(dú)自移動(dòng)，克服了溶質(zhì)散失現(xiàn)象。該干燥機(jī)使得物料在低溫真空干燥過(guò)程中，溫度、水分、時(shí)間等工藝參數(shù)能夠調(diào)整和控制，以防止物料烘干過(guò)度或不足，保證物料烘后原有色、香、味、營(yíng)養(yǎng)成份、品質(zhì)基本不變，便于儲(chǔ)藏、運(yùn)輸和銷售。該干燥裝置具有處理量大、降水幅度高、自動(dòng)顯示、報(bào)警、操作靈活、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
玉米低溫真空干燥試驗(yàn)與研究是“十五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目——糧油產(chǎn)品儲(chǔ)藏及品質(zhì)檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目的專題之一，是根據(jù)谷物水分沸騰蒸發(fā)溫度的高低隨環(huán)境壓力大小而變化的原理，利用蒸汽射流真空技術(shù)形成具有一定真空度的空間，在真空低溫狀態(tài)下連續(xù)對(duì)含水率高的谷物進(jìn)行脫水干燥。按照“高質(zhì)量、高營(yíng)養(yǎng)、高效益、低損耗、低污染、低成本”的綠色環(huán)保干燥理念，通過(guò)試驗(yàn)研究相關(guān)的干燥工藝技術(shù)及裝備。
玉米是我國(guó)主要的糧食作物之一。東北玉米原始水分較高、成熟度不均勻，極易遭受蟲霉侵害。由于玉米子粒胚部大，脂肪含量高，在相同條件下，較之其它谷物具有較強(qiáng)的生命活動(dòng)和較高的呼吸強(qiáng)度，易氧化酸敗。因此，玉米比其它谷物儲(chǔ)藏穩(wěn)定性較差，通常不適宜作長(zhǎng)期儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。在常規(guī)儲(chǔ)藏中，一般采用熱風(fēng)干燥等方式降低糧食含水率。
玉米是我國(guó)糧食干燥的主要品種之一。高水分玉米不利于安全儲(chǔ)藏，因此，一般都需在儲(chǔ)藏前進(jìn)行干燥處理，將水分降至儲(chǔ)藏安全水分以下。當(dāng)干燥溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)使糧粒喪失生活力，其發(fā)芽力也會(huì)大大降低。在40℃以下，采用何種方式來(lái)大批量干燥東北高水分玉米，保證玉米原有品質(zhì)基本不變，是科技工作者不斷追求的目標(biāo)。低溫真空干燥機(jī)系統(tǒng)是解決高水分玉米的最佳途徑之一。
玉米是難以干燥的糧食品種之一，主要原因是它的籽粒大，單位比表面積小，糧粒表皮結(jié)構(gòu)緊密、光滑，不利于水分從糧食內(nèi)部向外部轉(zhuǎn)移。特別是在高溫干燥介質(zhì)作用下，由于其表面水分急劇汽化，糧粒表皮之下的水分不能及時(shí)轉(zhuǎn)移出來(lái)時(shí)，造成壓力升高，致使表皮脹裂，或者糧粒發(fā)脹變形。再有，干燥介質(zhì)溫度過(guò)高，會(huì)造成糧粒焦糊，出機(jī)糧粒破碎嚴(yán)重等?？焖俳?jīng)濟(jì)地降低玉米水分保持良好品質(zhì)一直是糧食干燥研究的重要課題。
實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)干燥介質(zhì)溫度超過(guò)150℃時(shí)，玉米溫度高于60℃時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生大量驚紋，品質(zhì)下降。對(duì)于常規(guī)的熱風(fēng)式干燥設(shè)備，熱風(fēng)的溫度一般在120~160℃，烘干季節(jié)的自然溫度一般在-10~-30℃，熱風(fēng)與玉米籽粒之間的溫差高達(dá)130~190℃，在烘干的過(guò)程中，高溫?zé)犸L(fēng)對(duì)玉米籽粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所損傷，造成烘干后糧粒的裂紋率較高，一般在18%左右，高的達(dá)到35%，造成烘后玉米的品質(zhì)下降，在流通過(guò)程中很容易產(chǎn)生破碎，大批玉米由于干燥技術(shù)水平問(wèn)題而嚴(yán)重降低了商品等級(jí)，影響了玉米的正常國(guó)內(nèi)外貿(mào)易。采用低溫真空干燥技術(shù)，避免高溫給糧粒帶來(lái)的品質(zhì)下降，是本課題研究的關(guān)鍵所在。
1、試驗(yàn)?zāi)康?、原則和內(nèi)容
1.1 試驗(yàn)?zāi)康目己说蜏卣婵崭稍餀C(jī)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用真空干燥技術(shù)對(duì)我國(guó)東北玉米進(jìn)行干燥，在低溫真空狀態(tài)下研究玉米的真空度、干燥速率、干燥時(shí)間及干燥特性。使干燥后產(chǎn)品符合糧食儲(chǔ)運(yùn)標(biāo)準(zhǔn)，使之便于加工、運(yùn)輸、貯存、保證產(chǎn)品質(zhì)量。
1.2 試驗(yàn)原則在維持預(yù)定的真空度和供熱溫度基本不變的前提下，測(cè)定干燥筒內(nèi)玉米的連續(xù)干燥效果。測(cè)定設(shè)備的運(yùn)行情況和氣密效果，對(duì)實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的各種問(wèn)題及時(shí)分析，找出原因，對(duì)干燥機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行研究，確定下一步改進(jìn)措施，為下一步試驗(yàn)積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。
1.3 研究?jī)?nèi)容重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容是干燥筒、進(jìn)出料裝置、動(dòng)態(tài)氣密技術(shù)、物料防堵塞技術(shù)、耐磨技術(shù)等；研究確定真空度、蒸發(fā)溫度等主要技術(shù)參數(shù)。重點(diǎn)研究解決干燥倉(cāng)加熱裝置的最佳加熱設(shè)計(jì)參數(shù)，以及干燥機(jī)系統(tǒng)的適應(yīng)性、穩(wěn)定性、連續(xù)性、可靠性，使之達(dá)到高效、節(jié)能、環(huán)保，并保證烘后產(chǎn)品質(zhì)量的目的。解決實(shí)際生產(chǎn)中遇到的一系列問(wèn)題，為生產(chǎn)性試驗(yàn)成套裝備的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)提供依據(jù)。
1.4 測(cè)定內(nèi)容干燥筒內(nèi)的真空度和蒸發(fā)溫度；玉米入機(jī)含水率和溫度；玉米出機(jī)含水率和溫度；玉米破碎率增值；玉米裂紋率增值等。
2、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
2.1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)基本情況
2.1.1 試驗(yàn)時(shí)間2004年4月13日至2004年5月9日。
2.1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)鄭州市鄭平公司。
2.1.3 天氣情況晴朗，東南風(fēng)2~3級(jí)，氣溫20~23℃。
2.2 試驗(yàn)材料
2.2.1 水、電、汽的供應(yīng)利用鄭平公司的現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施。
2.2.2 供試玉米2003年自然收獲的高水分玉米25t，產(chǎn)地吉林。等級(jí)為2級(jí)。平均含水率為24%，含水率不均勻度小于3%，雜質(zhì)為0.9%，無(wú)霉變。
2.2.3 主要檢測(cè)儀器蒸汽壓力表-0~1.6MPa、YSG-3型真空壓力表、XMT-102型數(shù)顯溫度傳感器、LFX80-2型蒸汽流量計(jì)、電腦水分測(cè)定儀0%~40%、半導(dǎo)體點(diǎn)溫度計(jì)0~100℃、SL-401型聲級(jí)計(jì)、FSF型粉碎機(jī)、TQ3288（分度值0.1mg）分析天平、溫度計(jì)0~100℃等。
2.2.4 主要試驗(yàn)設(shè)備斗式提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)、緩沖平衡倉(cāng)、干燥筒、抽真空系統(tǒng)、循環(huán)供熱系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等。
2.3 試驗(yàn)方法
2.3.1 真空干燥原理真空干燥過(guò)程就是將被干燥物料置放在密閉的干燥室內(nèi)，用真空系統(tǒng)抽真空的同時(shí)對(duì)被干燥物料不斷加熱，使物料內(nèi)部的水分通過(guò)壓力差或濃度差擴(kuò)散到表面，水分子在物料表面獲得足夠的動(dòng)能，在克服分子間的相互吸引力后，逃逸到真空室的低壓空間，從而被真空泵抽走的過(guò)程。真空干燥能夠方便地回收有用和有害的物質(zhì)，而且能做到密封性良好。從環(huán)境保護(hù)的意義上講，有人稱真空干燥為“綠色干燥”。
在真空狀態(tài)下,物料濕氣的沸點(diǎn)降低、汽化過(guò)程加速。玉米中水分在汽化過(guò)程中，其沸騰蒸發(fā)溫度與環(huán)境壓力成正比，把高水分玉米放置在密閉的干燥筒內(nèi)，利用蒸汽射流真空技術(shù)使干燥筒形成并維持一定的真空度，同時(shí)對(duì)干燥筒內(nèi)的玉米不斷加熱，使玉米內(nèi)部的水分通過(guò)壓力差擴(kuò)散到表面，汽化后被真空泵抽走，實(shí)現(xiàn)真空低溫狀態(tài)下連續(xù)對(duì)高水分玉米進(jìn)行脫水干燥。真空干燥使水分的沸騰蒸發(fā)溫度從100℃降低到40℃以下，由于蒸發(fā)溫度低于淀粉的糊化溫度，不會(huì)對(duì)玉米籽粒產(chǎn)生損傷。避免了玉米籽粒的膨脹和爆腰，能夠保證玉米干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量。是真正意義上的低溫干燥，與一般的熱風(fēng)低溫干燥完全不同。
2.3.2 干燥條件根據(jù)糧食的原始含水率、收獲方式、成熟度以及糧食的用途。糧食的原始含水率越大，它的熱穩(wěn)定性即耐溫性越差。不完全成熟的糧食，它的耐溫性成熟的糧粒差。新收獲的高水分的糧食，由于糧粒的成熟度及含水率都不均勻，糧粒表層還未充分硬化，因此，要采用較低溫度的干燥條件；如果采用高溫干燥條件，反而損傷糧粒，造成糧粒表面硬結(jié)，使糧粒表面的毛細(xì)管遭到大量破壞，從而不利于干燥過(guò)程的進(jìn)行。為此，在烘干新收獲的高水分糧食時(shí)，必需考慮到它的熱穩(wěn)定性及表面的特點(diǎn)，采取緩和的干燥條件。
2.3.3 試驗(yàn)準(zhǔn)備根據(jù)試驗(yàn)要求將干燥機(jī)系統(tǒng)調(diào)試到正常工作狀態(tài)，蒸汽壓力穩(wěn)定在正常狀態(tài)。在干燥筒內(nèi)裝入一部分墊機(jī)糧，為連續(xù)干燥做好準(zhǔn)備。開啟抽真空系統(tǒng)，使干燥筒內(nèi)的真空度和熱水溫度達(dá)到預(yù)定的范圍。按照預(yù)定的入機(jī)程序和出機(jī)程序進(jìn)行正常的連續(xù)干燥作業(yè)。
2.3.4 蒸汽壓力由壓力表讀出，每30min記錄一次。
2.3.5 真空度根據(jù)真空壓力表讀出干燥筒內(nèi)的壓力，每30min記錄一次。
2.3.6 溫度檢測(cè)采用1線上、中、下3點(diǎn)，由數(shù)顯溫度傳感器讀出，每30min記錄一次。
2.3.7 蒸汽耗量根據(jù)蒸汽流量計(jì)顯示數(shù)據(jù)，每60min記錄一次。
2.3.8 糧食水分按GB5497-85，130℃定溫定時(shí)烘干法執(zhí)行，出機(jī)玉米與進(jìn)機(jī)玉米的含水率差值即為降水率。
2.3.9 破碎率按GB6970-86規(guī)定測(cè)定。
2.3.10 噪聲按GB16769測(cè)定。
3、結(jié)果與分析
3.1、結(jié)果
從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況看，低溫真空干燥機(jī)處理量為40t/d；降水幅度超過(guò)8%；出機(jī)玉米破碎增值率小于0.3%；干燥后玉米裂紋增加率小于5%；出機(jī)玉米色澤氣味正常，無(wú)熱損傷粒、驚紋粒，玉米品質(zhì)良好；噪聲低于85dB（A）。在整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)，物料進(jìn)出干燥機(jī)流暢，無(wú)堵料現(xiàn)象發(fā)生，各試驗(yàn)溫度和真空度壓力均無(wú)異常波動(dòng)現(xiàn)象，說(shuō)明低溫真空干燥機(jī)裝置氣密性良好，抽真空系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)均工作正常。
3.2、分析
3.2.1在系統(tǒng)安裝過(guò)程中，必須一絲不茍，不能馬虎，否則盡管安裝順利，也有可能存在密封不嚴(yán)，造成局部少量的泄漏，達(dá)不到物料干燥所需的真空度要求。
3.2.2從物料輸送看，雖滿足整體試驗(yàn)要求，但若提高輸送量，便可以節(jié)約工時(shí)，增加干燥機(jī)系統(tǒng)的利用效率。
3.2.3從抽真空系統(tǒng)看，雖達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)要求，若增大抽氣量，有利于提高效率和產(chǎn)量。
3.2.4從供熱系統(tǒng)看，若采用回收利用有利于節(jié)約能源，提高熱水的利用率。
3.2.5從控制系統(tǒng)看，應(yīng)增加控制點(diǎn)，以便于檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)局部的蒸發(fā)溫度及料位情況等。
3.2.6由于試驗(yàn)時(shí)間緊迫，未對(duì)干燥筒、供熱管道采取保溫措施，熱能沒(méi)有得到充分的利用。
3.2.7由于供試玉米數(shù)量有限，整個(gè)試驗(yàn)周期短，對(duì)干燥筒內(nèi)加熱管的耐磨性檢測(cè)沒(méi)有進(jìn)行。
3.2.8從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件看，室外溫度在20~23℃，與東北實(shí)際情況-10~-30℃存在有很大差距，有待于在東北進(jìn)一步的試驗(yàn)和研究。
3.2.9由于檢測(cè)手段和儀器設(shè)備的不足，未作發(fā)芽率、糧食品質(zhì)、粉塵濃度等的檢測(cè)和分析，僅從含水率、破碎增加率及感官等鑒定干燥效果良好，玉米色澤氣味正常，無(wú)焦糊粒，品質(zhì)良好。
4、結(jié)論
4.1實(shí)踐表明低溫真空干燥機(jī)系統(tǒng)用于干燥高水分玉米是可行的，采用該干燥機(jī)能夠保證物料烘后原有色、香、味、營(yíng)養(yǎng)成份、形狀基本不變，在儲(chǔ)藏過(guò)程中有效地延緩了糧食品質(zhì)陳化，增強(qiáng)了國(guó)內(nèi)外貿(mào)易的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，為企業(yè)增加了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，為“四散”流通和“綠色”保糧奠定了良好的基礎(chǔ)。
4.2采用低溫真空干燥機(jī)干燥東北高水分玉米，其干燥速率有待進(jìn)一步探索。干燥機(jī)系統(tǒng)的連續(xù)性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性有待于在東北進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。在此基礎(chǔ)上研究150t/d、300t/d處理量使之滿足生產(chǎn)性試驗(yàn)的需要，提供了技術(shù)支持和條件。
4.3采用低溫真空干燥的關(guān)鍵在于干燥筒內(nèi)部環(huán)境真空度及蒸發(fā)溫度。研究最佳真空干燥工藝，使供給物料的熱量最少，蒸發(fā)出來(lái)的水分最快，干燥所需時(shí)間最短，脫出單位質(zhì)量的水消耗的能量最低，干燥后的產(chǎn)品質(zhì)量最佳。
4.4采用低溫真空干燥，其前提是密封性能良好，對(duì)干燥筒的制作、安裝，都應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，在工作期間加強(qiáng)氣密性檢查，確保干燥筒內(nèi)真空度尤為重要。
4.5多年來(lái)國(guó)家糧食儲(chǔ)備局鄭州科學(xué)研究設(shè)計(jì)院在谷物干燥中總結(jié)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，如何將低溫真空干燥技術(shù)科學(xué)、合理、有效地運(yùn)用在糧食干燥當(dāng)中，我們將繼續(xù)廣泛深入地開展相關(guān)的各項(xiàng)試驗(yàn)和研究，將積極探索綠色儲(chǔ)糧技術(shù)，為我國(guó)安全儲(chǔ)糧做出更大貢獻(xiàn)，努力使我國(guó)儲(chǔ)糧新技術(shù)新設(shè)備新材料再上一個(gè)新臺(tái)階。

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