[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%，而國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)入倉庫的糧食含水率不能超過13.5％。維生素C超過40℃就分解，改變了原有性能；蛋白質(zhì)在高溫下變性，改變了物料的營養(yǎng)成分等。為做好糧食“四散”流通的配套設(shè)施，本文對低溫真空干燥機(jī)系統(tǒng)的研究與設(shè)計進(jìn)行了論述。該系統(tǒng)在溫度40℃以下對物料進(jìn)行干燥。真空干燥時物料內(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，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程中，溫度、水分、時間等工藝參數(shù)能夠調(diào)整和控制，以防止物料烘干過度或不足，保證物料烘后原有色、香、味、營養(yǎng)成份、品質(zhì)基本不變，便于儲藏、運(yùn)輸和銷售。該干燥裝置具有處理量大、降水幅度高、自動顯示、報警、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”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目——糧油產(chǎn)品儲藏及品質(zhì)檢測關(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)對含水率高的谷物進(jìn)行脫水干燥。按照“高質(zhì)量、高營養(yǎng)、高效益、低損耗、低污染、低成本”的綠色環(huán)保干燥理念，通過試驗(yàn)研究相關(guān)的干燥工藝技術(shù)及裝備。
玉米是我國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)的生命活動和較高的呼吸強(qiáng)度，易氧化酸敗。因此，玉米比其它谷物儲藏穩(wěn)定性較差，通常不適宜作長期儲藏和運(yùn)輸。在常規(guī)儲藏中，一般采用熱風(fēng)干燥等方式降低糧食含水率。
玉米是我國糧食干燥的主要品種之一。高水分玉米不利于安全儲藏，因此，一般都需在儲藏前進(jìn)行干燥處理，將水分降至儲藏安全水分以下。當(dāng)干燥溫度過高時，會使糧粒喪失生活力，其發(fā)芽力也會大大降低。在40℃以下，采用何種方式來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轉(zhuǎn)移出來時，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)溫度過高，會造成糧粒焦糊，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150℃時，玉米溫度高于60℃時，就會產(chǎn)生大量驚紋，品質(zhì)下降。對于常規(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℃，在烘干的過程中，高溫?zé)犸L(fēng)對玉米籽粒的內(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，在流通過程中很容易產(chǎn)生破碎，大批玉米由于干燥技術(shù)水平問題而嚴(yán)重降低了商品等級，影響了玉米的正常國內(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)計要求。采用真空干燥技術(shù)對我國東北玉米進(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、干燥時間及干燥特性。使干燥后產(chǎn)品符合糧食儲運(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，測定干燥筒內(nèi)玉米的連續(xù)干燥效果。測定設(shè)備的運(yùn)行情況和氣密效果，對實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的各種問題及時分析，找出原因，對干燥機(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 研究內(nèi)容重點(diǎn)研究內(nèi)容是干燥筒、進(jìn)出料裝置、動態(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)研究解決干燥倉加熱裝置的最佳加熱設(shè)計參數(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)中遇到的一系列問題，為生產(chǎn)性試驗(yàn)成套裝備的設(shè)計與試驗(yàn)提供依據(jù)。
1.4 測定內(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)場試驗(yàn)
2.1 現(xiàn)場試驗(yàn)基本情況
2.1.1 試驗(yàn)時間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，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。等級為2級。平均含水率為24%，含水率不均勻度小于3%，雜質(zhì)為0.9%，無霉變。
2.2.3 主要檢測儀器蒸汽壓力表-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、電腦水分測定儀0%~40%、半導(dǎo)體點(diǎn)溫度計0~100℃、SL-401型聲級計、FSF型粉碎機(jī)、TQ3288（分度值0.1mg）分析天平、溫度計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、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)抽真空的同時對被干燥物料不斷加熱，使物料內(nèi)部的水分通過壓力差或濃度差擴(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、汽化過程加速。玉米中水分在汽化過程中，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，同時對干燥筒內(nèi)的玉米不斷加熱，使玉米內(nèi)部的水分通過壓力差擴(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，不會對玉米籽粒產(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，從而不利于干燥過程的進(jìn)行。為此，在烘干新收獲的高水分糧食時，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)定測定。
2.3.10 噪聲按GB16769測定。
3、結(jié)果與分析
3.1、結(jié)果
從現(xiàn)場試驗(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，無熱損傷粒、驚紋粒，玉米品質(zhì)良好；噪聲低于85dB（A）。在整個試驗(yàn)周期內(nèi)，物料進(jìn)出干燥機(jī)流暢，無堵料現(xiàn)象發(fā)生，各試驗(yàn)溫度和真空度壓力均無異常波動現(xiàn)象，說明低溫真空干燥機(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，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)時間緊迫，未對干燥筒、供熱管道采取保溫措施，熱能沒有得到充分的利用。
3.2.7由于供試玉米數(shù)量有限，整個試驗(yàn)周期短，對干燥筒內(nèi)加熱管的耐磨性檢測沒有進(jìn)行。
3.2.8從現(xiàn)場試驗(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、營養(yǎng)成份、形狀基本不變，在儲藏過程中有效地延緩了糧食品質(zhì)陳化，增強(qiáng)了國內(nèi)外貿(mào)易的競爭優(yōu)勢，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)出來的水分最快，干燥所需時間最短，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多年來國家糧食儲備局鄭州科學(xué)研究設(shè)計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，將積極探索綠色儲糧技術(shù)，為我國安全儲糧做出更大貢獻(xiàn)，努力使我國儲糧新技術(shù)新設(shè)備新材料再上一個新臺階。

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