[轉帖]新型節能保質糧食干燥工藝與設備研究

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28%~35%，而國家標準規定進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；蛋白質在高溫下變性，改變了物料的營養成分等。為做好糧食“四散”流通的配套設施，本文對低溫真空干燥機系統的研究與設計進行了論述。該系統在溫度40℃以下對物料進行干燥。真空干燥時物料內外溫度梯度小，由逆滲透作用使得糧食中的水分獨自移動，克服了溶質散失現象。該干燥機使得物料在低溫真空干燥過程中，溫度、水分、時間等工藝參數能夠調整和控制，以防止物料烘干過度或不足，保證物料烘后原有色、香、味、營養成份、品質基本不變，便于儲藏、運輸和銷售。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、使用方便等優點。
玉米低溫真空干燥試驗與研究是“十五”國家科技攻關項目——糧油產品儲藏及品質檢測關鍵技術研究項目的專題之一，是根據谷物水分沸騰蒸發溫度的高低隨環境壓力大小而變化的原理，利用蒸汽射流真空技術形成具有一定真空度的空間，在真空低溫狀態下連續對含水率高的谷物進行脫水干燥。按照“高質量、高營養、高效益、低損耗、低污染、低成本”的綠色環保干燥理念，通過試驗研究相關的干燥工藝技術及裝備。
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的生命活動和較高的呼吸強度，易氧化酸敗。因此，玉米比其它谷物儲藏穩定性較差，通常不適宜作長期儲藏和運輸。在常規儲藏中，一般采用熱風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行干燥處理，將水分降至儲藏安全水分以下。當干燥溫度過高時，會使糧粒喪失生活力，其發芽力也會大大降低。在40℃以下，采用何種方式來大批量干燥東北高水分玉米，保證玉米原有品質基本不變，是科技工作者不斷追求的目標。低溫真空干燥機系統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，糧粒表皮結構緊密、光滑，不利于水分從糧食內部向外部轉移。特別是在高溫干燥介質作用下，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移出來時，造成壓力升高，致使表皮脹裂，或者糧粒發脹變形。再有，干燥介質溫度過高，會造成糧粒焦糊，出機糧粒破碎嚴重等。快速經濟地降低玉米水分保持良好品質一直是糧食干燥研究的重要課題。
實驗表明，當干燥介質溫度超過150℃時，玉米溫度高于60℃時，就會產生大量驚紋，品質下降。對于常規的熱風式干燥設備，熱風的溫度一般在120~160℃，烘干季節的自然溫度一般在-10~-30℃，熱風與玉米籽粒之間的溫差高達130~190℃，在烘干的過程中，高溫熱風對玉米籽粒的內部結構有所損傷，造成烘干后糧粒的裂紋率較高，一般在18%左右，高的達到35%，造成烘后玉米的品質下降，在流通過程中很容易產生破碎，大批玉米由于干燥技術水平問題而嚴重降低了商品等級，影響了玉米的正常國內外貿易。采用低溫真空干燥技術，避免高溫給糧粒帶來的品質下降，是本課題研究的關鍵所在。
1、試驗目的、原則和內容
1.1 試驗目的考核低溫真空干燥機是否達到設計要求。采用真空干燥技術對我國東北玉米進行干燥，在低溫真空狀態下研究玉米的真空度、干燥速率、干燥時間及干燥特性。使干燥后產品符合糧食儲運標準，使之便于加工、運輸、貯存、保證產品質量。
1.2 試驗原則在維持預定的真空度和供熱溫度基本不變的前提下，測定干燥筒內玉米的連續干燥效果。測定設備的運行情況和氣密效果，對實驗中發生的各種問題及時分析，找出原因，對干燥機系統進行研究，確定下一步改進措施，為下一步試驗積累實踐經驗和數據。
1.3 研究內容重點研究內容是干燥筒、進出料裝置、動態氣密技術、物料防堵塞技術、耐磨技術等；研究確定真空度、蒸發溫度等主要技術參數。重點研究解決干燥倉加熱裝置的最佳加熱設計參數，以及干燥機系統的適應性、穩定性、連續性、可靠性，使之達到高效、節能、環保，并保證烘后產品質量的目的。解決實際生產中遇到的一系列問題，為生產性試驗成套裝備的設計與試驗提供依據。
1.4 測定內容干燥筒內的真空度和蒸發溫度；玉米入機含水率和溫度；玉米出機含水率和溫度；玉米破碎率增值；玉米裂紋率增值等。
2、現場試驗
2.1 現場試驗基本情況
2.1.1 試驗時間2004年4月13日至2004年5月9日。
2.1.2 試驗地點鄭州市鄭平公司。
2.1.3 天氣情況晴朗，東南風2~3級，氣溫20~23℃。
2.2 試驗材料
2.2.1 水、電、汽的供應利用鄭平公司的現有基礎設施。
2.2.2 供試玉米2003年自然收獲的高水分玉米25t，產地吉林。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%、半導體點溫度計0~100℃、SL-401型聲級計、FSF型粉碎機、TQ3288（分度值0.1mg）分析天平、溫度計0~100℃等。
2.2.4 主要試驗設備斗式提升機、皮帶輸送機、緩沖平衡倉、干燥筒、抽真空系統、循環供熱系統、電氣控制系統等。
2.3 試驗方法
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，用真空系統抽真空的同時對被干燥物料不斷加熱，使物料內部的水分通過壓力差或濃度差擴散到表面，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，而且能做到密封性良好。從環境保護的意義上講，有人稱真空干燥為“綠色干燥”。
在真空狀態下,物料濕氣的沸點降低、汽化過程加速。玉米中水分在汽化過程中，其沸騰蒸發溫度與環境壓力成正比，把高水分玉米放置在密閉的干燥筒內，利用蒸汽射流真空技術使干燥筒形成并維持一定的真空度，同時對干燥筒內的玉米不斷加熱，使玉米內部的水分通過壓力差擴散到表面，汽化后被真空泵抽走，實現真空低溫狀態下連續對高水分玉米進行脫水干燥。真空干燥使水分的沸騰蒸發溫度從100℃降低到40℃以下，由于蒸發溫度低于淀粉的糊化溫度，不會對玉米籽粒產生損傷。避免了玉米籽粒的膨脹和爆腰，能夠保證玉米干燥后的產品質量。是真正意義上的低溫干燥，與一般的熱風低溫干燥完全不同。
2.3.2 干燥條件根據糧食的原始含水率、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，使糧粒表面的毛細管遭到大量破壞，從而不利于干燥過程的進行。為此，在烘干新收獲的高水分糧食時，必需考慮到它的熱穩定性及表面的特點，采取緩和的干燥條件。
2.3.3 試驗準備根據試驗要求將干燥機系統調試到正常工作狀態，蒸汽壓力穩定在正常狀態。在干燥筒內裝入一部分墊機糧，為連續干燥做好準備。開啟抽真空系統，使干燥筒內的真空度和熱水溫度達到預定的范圍。按照預定的入機程序和出機程序進行正常的連續干燥作業。
2.3.4 蒸汽壓力由壓力表讀出，每30min記錄一次。
2.3.5 真空度根據真空壓力表讀出干燥筒內的壓力，每30min記錄一次。
2.3.6 溫度檢測采用1線上、中、下3點，由數顯溫度傳感器讀出，每30min記錄一次。
2.3.7 蒸汽耗量根據蒸汽流量計顯示數據，每60min記錄一次。
2.3.8 糧食水分按GB5497-85，130℃定溫定時烘干法執行，出機玉米與進機玉米的含水率差值即為降水率。
2.3.9 破碎率按GB6970-86規定測定。
2.3.10 噪聲按GB16769測定。
3、結果與分析
3.1、結果
從現場試驗情況看，低溫真空干燥機處理量為40t/d；降水幅度超過8%；出機玉米破碎增值率小于0.3%；干燥后玉米裂紋增加率小于5%；出機玉米色澤氣味正常，無熱損傷粒、驚紋粒，玉米品質良好；噪聲低于85dB（A）。在整個試驗周期內，物料進出干燥機流暢，無堵料現象發生，各試驗溫度和真空度壓力均無異常波動現象，說明低溫真空干燥機裝置氣密性良好，抽真空系統、供熱系統、物料輸送系統及電氣控制系統均工作正常。
3.2、分析
3.2.1在系統安裝過程中，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，造成局部少量的泄漏，達不到物料干燥所需的真空度要求。
3.2.2從物料輸送看，雖滿足整體試驗要求，但若提高輸送量，便可以節約工時，增加干燥機系統的利用效率。
3.2.3從抽真空系統看，雖達到預先設計要求，若增大抽氣量，有利于提高效率和產量。
3.2.4從供熱系統看，若采用回收利用有利于節約能源，提高熱水的利用率。
3.2.5從控制系統看，應增加控制點，以便于檢測系統內局部的蒸發溫度及料位情況等。
3.2.6由于試驗時間緊迫，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由于供試玉米數量有限，整個試驗周期短，對干燥筒內加熱管的耐磨性檢測沒有進行。
3.2.8從現場試驗條件看，室外溫度在20~23℃，與東北實際情況-10~-30℃存在有很大差距，有待于在東北進一步的試驗和研究。
3.2.9由于檢測手段和儀器設備的不足，未作發芽率、糧食品質、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，品質良好。
4、結論
4.1實踐表明低溫真空干燥機系統用于干燥高水分玉米是可行的，采用該干燥機能夠保證物料烘后原有色、香、味、營養成份、形狀基本不變，在儲藏過程中有效地延緩了糧食品質陳化，增強了國內外貿易的競爭優勢，為企業增加了可觀的經濟效益，為“四散”流通和“綠色”保糧奠定了良好的基礎。
4.2采用低溫真空干燥機干燥東北高水分玉米，其干燥速率有待進一步探索。干燥機系統的連續性、適應性和穩定性有待于在東北進行進一步的試驗研究。在此基礎上研究150t/d、300t/d處理量使之滿足生產性試驗的需要，提供了技術支持和條件。
4.3采用低溫真空干燥的關鍵在于干燥筒內部環境真空度及蒸發溫度。研究最佳真空干燥工藝，使供給物料的熱量最少，蒸發出來的水分最快，干燥所需時間最短，脫出單位質量的水消耗的能量最低，干燥后的產品質量最佳。
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，都應嚴格把關，在工作期間加強氣密性檢查，確保干燥筒內真空度尤為重要。
4.5多年來國家糧食儲備局鄭州科學研究設計院在谷物干燥中總結積累了豐富的經驗，如何將低溫真空干燥技術科學、合理、有效地運用在糧食干燥當中，我們將繼續廣泛深入地開展相關的各項試驗和研究，將積極探索綠色儲糧技術，為我國安全儲糧做出更大貢獻，努力使我國儲糧新技術新設備新材料再上一個新臺階。

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