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。     

仓内稻谷干燥的多尺度多层结构热质传递模拟及试验

为研究仓内稻谷干燥的热质传递机理,确定稻谷颗粒内部不同组织结构特性对干燥过程的影响,以仓内稻谷堆为研究对象,针对谷粒的多层结构问题,运用多尺度理论、热质传递原理和孔道网络方法等知识,建立了仓内稻谷热风干燥的多尺度多层结构热质传递模型,并进行了稻谷堆热风干燥试验,模拟分析了仓内稻谷的干基含水率、温度分布以及孔隙汽相的温度分布等情况。结果表明:建立的热质传递模型可有效模拟仓内稻谷干燥过程,干燥器尺度下仓内稻谷的平均干基含水率的模拟值与试验值的最大相对误差为7.6%,颗粒尺度下单颗粒稻谷干基含水率的模拟值与试验值的最大相对误差约为6.8%;稻谷颗粒内部传热比传质速率快,颗粒内存在较大的水分梯度。稻谷胚扩散系数对干燥的影响较大,其次是稻谷壳扩散系数,稻谷衣扩散系数影响最小。研究结果为稻谷就仓干燥的品质及工艺分析提供了理论基础。     

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。     

声发射法无损检测稻谷籽粒应力裂纹

针对目前稻谷应力裂纹缺乏有效研究手段的难题,该文提出利用声发射法研究应力裂纹的设想。以天优3301籼型感温三系杂交稻谷为物料,建立稻谷干燥和机械压缩试验声发射检测装置,测量并分析了稻谷干燥、应力和声发射信号之间关联。结果表明:谷粒在干燥和受载过程产生的声发射信号能够被有效检测;干燥过程中声发射信号时序特征与稻谷干燥特性、典型干燥现象关联密切。湿基含水率为22%稻谷籽粒在60℃条件下,在干燥初始加热期0~7 min,稻谷因内部温度梯度形成的应力而释放少量声发射信号;在7~40 min声发射信号伴随温度梯度减弱而消失;在干燥40 min后,声发射信号受水分梯度影响而重新出现,并且信号密集区和水分梯度最大值时间重合,均出现稻谷湿基含水率干燥到14%附近;30~80℃自然冷却中稻谷声发射信号急剧增加,与高温干燥冷却段爆腰率快速上升现象相对应。湿基含水率为20%谷粒在30 N压载过程中声发射信号峰值与应力屈服8 MPa均出现在100 s。该文研究表明声发射法可为研究稻谷应力裂纹提供一种新的方法和途径。     

生物多孔介质热风干燥数学模型及数值模拟

为了研究生物多孔介质在热风干燥过程中的热质传递机理以及其内部应力应变分布规律,根据生物多孔介质中温度、水分及应力之间复杂的耦合关系,基于菲克扩散定律、傅立叶导热定律和热弹性力学理论,建立了对流干燥条件下,含湿多孔介质内部传热传质过程热-湿-力双向耦合的数学模型。采用有限差分法编制相应的计算程序,对其进行数值计算,数值结果与马铃薯和胡萝卜对流干燥试验结果之间的相对误差均小于5%;进一步分析了干燥特性曲线,以及温度、干基含水率和应力应变的时空分布;最后分析了风温、风速等干燥条件以及多孔介质厚度对干燥过程的影响,结果表明:在一定试验条件下,风温越高,风速越大,切片厚度越薄,干燥时间越短。研究为改善生物多孔介质热质传递现象物理机理的理解提供参考。     

粮食热风干燥热能结构与解析法

为了揭示粮食干燥系统客观作用效果,定量评价环境条件、粮食状态对干燥机效能的影响,分析了粮食热风干燥势场的来源与特征,建立了干燥特性函数、给出了粮食和介质状态参数解析图,分析了热量及效率,定量评价了热能结构,结果发现利用温度和相对湿度变化范围分别为26～35℃和40%～55%的自然空气直接干燥初期湿基含水率38.6%的高湿稻谷,平均小时降水率达1.2%,在5HP-3.5型循环干燥机上的热风干燥试验结果显示,稻谷的干基含水率由27.06%降至16.96%的过程中,单位气耗量由最初的113.0kg/kg增加到了546.4 kg/kg,单位热耗量由最初的2548.9 kJ/kg增加到了16352.7kJ/kg,排气热损失由最初的6.2%增加到了30.6%。解析出了造成干燥效率偏低的主要原因是热能匹配性较差。指出了评价粮食干燥工艺及干燥机能量利用效果不能忽视客观干燥的作用。研究结果为指导干燥设计,形成粮食干燥系统公平的评价标准,提供了科学的解析方法。     

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。     

稻谷种子安全干燥温度模型研究

以稻谷干燥时的活力退化动力学方程为基础，结合稻谷玻璃化转变理论建立了稻谷种子安全干燥温度模型。并通过稻谷种子的发芽率试验确定了种子安全干燥温度模型方程的系数。数学模拟结果表明，稻谷干燥过程中随着水分的降低，种子安全干燥温度曲线存在一个最低点；依据稻谷初始含水率由高到低，其最低安全干燥温度由低到高，而且种子通过最低安全干燥温度曲线最低点以后所能承受的温度则有所提高；当稻谷初始含水率低于13%(w.b.)时，种子安全干燥温度曲线后半段近似为一直线，不再有拐点（最低点）。论文最后提出了稻谷种子安全干燥温度和操作工艺，以及选择种子安全干燥温度时应注意的问题。     

苹果切片干燥收缩变形的孔道网络模拟及试验

为揭示果蔬干燥收缩变形的传热传质与应力应变的机理，确定果蔬微孔结构特性及内部毛细力等因素对其干燥过程的影响，该研究运用孔道网络方法、热质传递原理和细观力学理论等交叉学科知识，构建了孔隙尺度下果蔬切片干燥收缩变形的孔道网络模型，采用VC++开发孔道网络求解程序，模拟分析了果蔬切片的湿分场、温度场以及应力应变场等情况，并以苹果切片作为果蔬典型代表进行了热风干燥试验及模型验证。结果表明：湿含量、温度和收缩变形率的模拟值与试验值的相对误差小于10%，模型可有效模拟果蔬干燥热质传递与应力应变的收缩变形真实过程，再现了干燥过程中的"非规则收缩变形"现象；孔道网络模拟的湿分场、温度场及应力应变场均呈现为不规则非对称变化规律，产生了明显的干斑、湿斑、非规则干燥前沿等；毛细应力和湿应力对果蔬干燥收缩变形影响较大，其中毛细应力是引起非规则收缩变形的主导因素；孔隙结构参数对果蔬干燥过程影响显著；孔隙率越大，干燥时间越长，毛细应力越小；配位数越大，毛细应力越大，干燥时间越长；孔隙直径分布呈现均一直径分布规律的物料产生的毛细应力大，其次为孔隙直径分布呈现正态分布规律的物料和试验物料分布。研究结果为果蔬干燥品质及工艺优化分析提供了一定的理论基础。     

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。     

Evaluation of Air Oven Moisture Content Determination Methods for Rough Rice

The effects of air oven drying temperature and drying duration on moisture content determination of medium grain rough rice were studied for moisture content levels from 10·2 to 32·5% (w.b.). Six different methods were compared in this study. A moisture content determination model for an air oven was developed to describe the effect of drying temperature, drying time, and sample grinding on moisture content determination. Drying whole kernels for 72 h at 105°C had the smallest standard deviation. Regression equations obtained from the measured data were used to validate the model developed in this study. This model could be employed to evaluate the moisture determination methods for other varieties of rough rice and other crops obtained from previous literature.     

稻谷收获期粒间水分分布的研究

利用计算机和单粒水分测定装置,测定了稻谷成熟、收获、堆放过程中粒体之间的水分分布,研究了粒体之间的水分交换机理。发现在收获期稻粒的含水率受外界环境条件的影响很大,高温高湿的气候特点造成稻粒表层吸附大量自由水分是形成稻谷高湿的主要原因。比较新收稻谷和糙米粒间水分分布发现,稻谷的含水率始终比糙米的含水率高出很多,由此推测稻壳中的含水率比较高,这为安排工艺快速去除新收稻谷表面水分提供了依据。     

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。     

Physicochemical Properties of Rice Dried in a Single Pass Using High Temperatures

This study evaluated the physicochemical properties of high‐temperature, single‐pass dried rough rice. Pureline cultivars Wells (long grain) and Jupiter (medium grain) and hybrid cultivar CL XL729 (long grain), at initial moisture contents of 17.9–18.1% were dried in a single pass to approximately 12.5% moisture content with drying air temperatures of 60, 70, and 80°C and relative humidities of 13–83%. Immediately after drying, the samples were tempered for 1 h at the drying air temperatures in sealed plastic bags. Color, degree of milling, pasting viscosity, and thermal properties of the milled rice were evaluated. Results showed that color, degree of milling, and thermal properties were not affected by drying treatments. However, peak and final viscosities increased with increasing drying air temperatures in all three cultivars.     

Thin-Layer Models for Intermittent Drying of Rough Rice

Thin-layer drying data was collected for rough rice from 108 treatments. Four thin-layer equations were derived by regression analysis to predict the drying behavior for deep-bed drying of rough rice. The proposed equations consider the effects of drying air temperature, drying air absolute humidity, drying time interval, and tempering time interval. Drying air temperature range was 35–65°C, drying air absolute humidity range was 10–26 g/kg of dry air, drying time interval was 5–15 min, and tempering time interval was 40–120 min. In addition, the variations of moisture content with tempering time intervals and drying time intervals were considered. Within the tempering time interval range of 40–120 min and drying time interval of 5–15 min, a shorter drying time interval and a longer tempering time interval are preferable in a recirculating type rice dryer.     

Effect of Infrared and Conventional Drying Methods on Physicochemical Characteristics of Stored White Rice

The objective of this study was to investigate the effect of infrared (IR) drying followed by tempering and natural cooling on the change of physicochemical characteristics of white rice during up to 10 months of storage. The physicochemical characteristics of IR‐dried rice were also compared with those of conventionally dried rice. It took only 58 s to heat the rough rice from room temperature to 60°C with IR, and 2.17 percentage points of moisture was removed. After four months of storage, the increases in yellowness index, water uptake ratio, and volume expansion ratio of the rice dried with IR were 73.8, 63.9, and 55.3% those of rice dried with an ambient air drying method, respectively. IR drying slightly decreased the gelatinization temperature, enthalpy, and viscosities, reduced the changes in microstructure, and maintained cooking characteristics during storage. Therefore, the IR drying process is recommended to maintain the quality of white rice during storage.     

发酵柑桔皮渣流化干燥传热传质分析

为了开发高效合理的柑桔皮渣发酵—干燥成套设备,需要进行发酵柑桔皮渣的干燥机理分析、传热传质的研究。该文采用流化干燥方法对发酵柑桔皮渣的干燥进行试验研究,建立了小型的流化床干燥试验台,分析了风速、颗粒粒径、初始含水率等对发酵柑桔皮渣流化干燥过程中传热传质的影响。试验表明：流化床的传热传质性能与流体的物理性质、操作参数、颗粒本身的物理性质以及流化床的特性密切相关。试验结果表明,传热系数沿流化床床高增加而减小,在床高4～6 cm之间,传热系数减小的幅度较大;在风速、颗粒粒径、初始含水率3个影响因素中,风速对传热系数的影响最大,当风速从2.06 m/s增大到2.75 m/s时,床高2～4 cm区域的平均局部传热系数增大了近92%。根据试验结果建立了传热传质数学模型并获得了传热无因次准则方程式,为强化传热传质以提高干燥效果提供了理论依据。     

Modelling and Validation of Heat Transfer in Stored Rough Rice without Aeration

Temperature and moisture content are the two main factors that affect grain storage without aeration. A two-dimensional, finite difference model was developed to predict temperature and moisture content of rough rice stored in a cylindrical bin subjected to variations in ambient air temperature variation. Mass transfer is considered to affect heat transfer model and also mass and heat transfer are linked by the moisture content dependent thermo-physical properties of rough rice. Model validation was made by comparing predicted with experimental measured temperature data at different points of a pilot silo. The proposed model can be used to optimise the design and operation of rough rice storage systems.