5HP-25型粮食干燥机设计与试验

为了提高干燥系统的能量利用效率,增强干燥机的通用性、可靠性、作业效率和年利用率,该研究围绕增大干燥动力系数和工艺能力指数,基于粮食的物性特征,从干燥工艺方式、机械结构参数和运动参数间的内在关系入手,把几何因子和运动参数有机结合,揭示了粮食在干燥机内流动特性;按照引风降压,连续闪蒸降温,强化传热传质,自适应排粮的设计思想,研制了一款粮食通用的干燥机,实现了粮食在干燥机内连续流动过程中,自发地改变流态、连续回转换位,强化了传热传质,改善了干燥的均匀性。设计的升角为6°的变截面角状盒,与传统的横流方法相比,可使干燥动力系数增大2～4倍,干燥稻谷时的爆腰增率可控制在1%以内,发芽势提高76%以上,发芽率达到95%;设计往复式差速排粮机构,实现了自适应无损排粮,有效解决了粮食架桥、堵塞问题,避免了粮种的机械损伤。设计的5HP-25型粮食干燥机,实际应用效果显示,在粮食平均干燥强度为1.37～2.70%/h的条件下,干燥水分单位热耗为2 900～4 300kJ/kg,与国标7 400 kJ/kg相比,降低了单位热耗量。研究结果为实现优质、高效、节能干燥工艺及装备设计提供了参考。     

基于深层干燥解析理论的粮食干燥自适应控制系统设计

粮食干燥系统存在多种不确定因素,传统的靠检测出机粮水分,控制排粮速度或进风条件的做法,很难实现干燥过程的实时控制,为了能根据不同的进粮水分,自动调整干燥机的工作状况,从而提高干燥的效率和品质,在粮食深层干燥解析理论和高湿粮食水分在线测量技术的基础上,研究开发了一套粮食干燥设备自适应控制系统,能够使设备在工作过程中,按照实时的进粮水分自动变更工作制度,确保实时的操作条件最优.通过生产应用验证,系统能够在10%～35%wb的含水率变化范围、-30℃～ 40℃温度变化范围可靠地工作,控制的干燥机出粮含水率偏差≤±0.5%wb.形成了适宜于产业化推广应用的粮食集中干燥自适应控制系统.     

我国玉米干燥的裂纹率问题

对我国玉米干燥时的品质进行了研究并与自然晒干的玉米作了比较。测定了玉米由含水率26％-27％干燥到14％-25％时的裂纹率和裂纹指数。研究了四种粮食干燥机的干燥品质即顺一逆流、横流、混流和蒸汽式干燥机。太阳晒干和蒸汽干燥机干后的玉米裂纹率最少,裂纹指数最低,顺—逆流干燥和横流干燥裂纹率及裂纹指数最高。混流干燥的玉米品质居中,虽不及太阳晒干和蒸汽干燥的,但大大优于横流和顺—逆流干燥机的干燥品质。     

连续流动式粮食干燥机的仿人智能控制器

基于经验模型的经典控制方法和现代控制方法不适合应用于多变量、大滞后和非线性粮食干燥过程。为提高粮食干燥的产品品质，根据连续流动式粮食干燥机的工况特点，研制了一种用于连续流动式干燥机的仿人智能控制器。该控制器包括运行控制级和参数校正级，可对出粮水分进行控制。应用MATLAB对连续干燥机的仿真试验表明，该控制器在超调量、上升时间和调节时间等指标都比常规PID控制有明显改善，对纯滞后时间的变化适应能力强，为干燥机控制系统的设计与实现提供了理论依据。     

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。     

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。     

智能低温远红外真空干燥机的设计与试验

针对现有干燥设备存在的干燥效率低、品质差、操作繁琐、智能化程度低,难以满足高水分物料快速干燥等问题,集成水汽捕集装置和智能化控制技术,改进设计出智能低温远红外真空干燥机。该干燥机由加热系统、真空系统、制冷系统、智能电控系统和辅助系统等组成,干燥过程中通过水汽捕集装置来快速凝结干燥过程中的大量水蒸气,通过智能化电控系统对物料质量、物料温度、加热板温度、仓内真空度、仓内湿度和单位能耗等工艺参数在一定范围内进行实时监控,实现了干燥全程自动化。该文详细阐述了智能低温远红外真空干燥机工作原理和总体结构的设计要点,确定了主要工作部件设计结构和相关参数。以高水分物料白萝卜为试验材料进行性能验证试验,结果表明:整机结构合理,性能稳定,安全可靠,与传统远红外真空干燥机相比,干燥时间缩短了22.14%,处理量增加了31.58%,干燥能力提高了31.52%,平均脱水速率达到21.7%/h,提高了28.4个百分点,单位能耗降低了13.33%,干燥均匀系数达0.97。干制品细胞破损率、变形率、收缩率等明显(P0.05)下降,色、香、味、形、口感等得到提升,感官品质得到保证。该研究解决了现有干燥设备存在的干燥效率低、品质差、智能化程度低以及难以满足高水分物料快速干燥等问题,为智能化远红外真空干燥技术应用于高水分物料快速干燥提供了技术依据。     

粮食干燥机水分在线检测系统研究

潮粮干燥是东北、华北地区秋粮入库前必不可少的加工环节，由于样品流动性、水分分散性等因素的影响，干燥过程中的粮食水分快速、在线、准确检测一直是影响干燥质量的亟待解决的关键技术。根据粮食干燥机的工况特点，提出并研制了一种基于多路水分传感器实时观测信息融合的粮食干燥机水分在线检测系统，介绍了系统的工作原理、硬件构成和软件设计，给出了信息融合算法。系统以单片机80C196KC为信息处理核心，采用大屏幕中文液晶显示。实际运行表明，系统具有信号传输距离远、测量准确、运行可靠、智能化程度高等特点，能够满足粮食干燥机水分在线检测的要求。     

降温缓苏多级顺流粮食干燥工艺的模拟研究

针对现实多级顺流粮食干燥机在结构及使用上的缺陷,依据粮粒在降温过程中内部水分扩散方程的相关理论,提出一种降温缓苏与顺流加热干燥相结合的降温缓苏多级顺流干燥工艺,并进行了该干燥工艺与理想型多级顺流干燥工艺的模拟对比试验,证明这种新干燥工艺具有更容易保证粮食品质,节能高效的优越性.     

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。     

谷物干燥节能技术

作者通过开发谷物干燥模拟研究实践和对国内外已有研究成果的分析,对谷物干燥中的节能技术按以下几方面作出了评述:1.数学模拟和优化技术在改进干燥机结构和工艺参数、降低能耗方面的应用,2.新型节能干燥工艺的开发,3.干燥机排气余热回收再利用,4.基于新机理上的干燥工艺。     

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。     

基于㶲分析法的粮食逆流干燥系统能效评价与试验

为客观、合理地评价粮食逆流干燥系统的能效,实现粮食高效节能干燥,该文基于?分析法,从气流状态变化考察逆流连续式干燥工艺系统的能量利用程度。结果表明:在试验条件下,干燥机内各干燥段能量利用效果较好。在高温和低温干燥段,排气和干燥室热损失率最高分别不超过6.68%、11.09%和21.26%、9.37%,热效率和?效率不低于83.02%、68.1%和69.37%、56.22%;在冷却段,由于粮温比风温高,风对稻谷有明显的降温去水作用。而系统的平均热效率和?效率为80.24%和64.52%,表明系统能量匹配效果较好,稻谷的平均单位热耗量为2 944.6 k J/kg,与国标≤7 400 k J/kg相比,节能达到60.2%,节能效果明显。研究结果为干燥工艺设计、探索节能的途径和制定粮食干燥系统能效评价标准提供参考。     

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。     

污泥低温干燥动力学特性及干燥参数优化

为了研究污泥的低温干燥动力学特性,以薄层污泥为研究对象进行了低温干燥试验,探讨了温度、薄层厚度以及风速对污泥水分比和干燥速率的影响,并对低温干燥参数进行了优化.结果表明:污泥低温干燥过程主要由升速和降速段组成,其中降速阶段存在第一、第二降速阶段;不同低温干燥条件下的第二临界含水率变化不大,大致在0.5g/g(干基)附近.使用决定系数R2、卡方χ2及均方根误差RMSE对6种常用干燥模型进行评价,结果表明Midilli模型的平均R2最大、平均χ2及RMSE最小,分别为0.9998、2.46×10-5、0.0042,是描述污泥低温热风干燥的最优模型.根据Fick第二定律和Arrhenius方程,得到5、10和15mm厚度污泥在50~90℃热风干燥的水分有效扩散系数和活化能.正交试验得到相对单位能耗最优干燥工艺为:温度90℃、风速0.8m/s、厚度10mm,平均干燥强度最优工艺为干燥温度90℃、风速0.8m/s、厚度5mm.试验结果可为后续研究污泥热泵干燥及太阳能-热泵联合干燥提供参考.     

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。     

通风改善发芽糙米微波连续干燥均匀性

为了提高发芽糙米微波干燥的均匀性,采用台架试验、计算模拟和理论分析相结合的研究方法,分析微波干燥机内料层上微波能分布规律,研究微波干燥时风速对发芽糙米干燥均匀性影响。结果表明:在波导馈口平行的微波干燥机上,馈口间存在耗损和反射,微波能利用率降低;在微波干燥过程中,通入室温空气带走发芽糙米蒸发出的水蒸气:风速低携带水蒸气能力弱,而风速高会导致气流分布不均匀,合适风速在0.5~1.0 m/s。在微波干燥时引入通风方式,可提高微波干燥均匀性,从干燥工艺方面解决因电场分布引起干燥均匀性差的问题。研究结果为微波干燥机的干燥腔结构设计和干燥工艺优化提供依据。     

恒温下相对湿度对果蔬热风干燥特性和品质的影响及调控

相对湿度作为干燥介质的重要参数，对干燥热质传质过程和干燥品质具有显著影响。但由于相对湿度对干燥过程的影响机理及优化调控机制尚不明确，导致相对湿度的调控方式多依靠经验，造成干燥效率低、品质差、能耗高等问题。对于传质过程，降低相对湿度能够增大对流传质系数，加快物料表面水分蒸发；而对于传热过程，升高相对湿度能够增大对流传热系数，加快物料升温速率。相对湿度较高时，物料升温速率快，内部水分迁移量增大，但表面水分蒸发量较小；而当相对湿度较低时，物料升温速率较慢，内部水分迁移量较小，但表面水分蒸发量较大。相对传热和传质过程的影响此消彼长，互相耦合。高相对湿度主要体现为对传热过程的影响，低相对湿度主要体现为对传质过程的影响。高相对湿度能够抑制物料表面的结壳，并能够提高复水性，降低收缩率。阶段降湿及多阶段降湿干燥方式下物料表面形成和保持了蜂窝状多孔结构，能够提高干燥效率和品质。基于监测物料温度的相对湿度调控方式被验证为较忧的相对湿度控制方式。阶段降湿干燥方式适用性的实质为：干燥过程中所体现出的对流传热热阻和内部导热热阻的相对大小，及对流传质阻力和内部传质阻力的相对大小，不同干燥条件和物料种类、厚度会影响以上传热传质阻力的大小，从而呈现出不同适应性的结果。当阶段降湿干燥过程中传热毕渥数>1且传热毕渥数>0.1时，说明阶段降湿干燥过程适用于此物料的干燥。该文综合论述了相对湿度对果蔬热风干燥过程中热质传递及干燥品质的影响，优化调控策略及适用性范围4个方面内容，明确了果蔬热风干燥过程中相对湿度的影响机理，为相对湿度的优化调控提供理论依据和技术支持。