旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉高水分玉米降水實(shí)驗(yàn)研究

田 琳，曹 陽，楊思成，袁攀強(qiáng)，高 鵬，張洪清

旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉高水分玉米降水實(shí)驗(yàn)研究

田 琳1，曹 陽1，楊思成2，袁攀強(qiáng)2，高 鵬3，張洪清1

（1. 國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院，北京 100037；2. 武漢輕工大學(xué)，湖北 武漢 430023；3. 蘋樂集團(tuán)，河北 石家莊 050800）

采用自主研發(fā)的旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉，進(jìn)行高水分玉米降水工藝研究。實(shí)驗(yàn)期間，對(duì)倉內(nèi)糧堆不同位置的溫度和濕度，及環(huán)境溫濕度進(jìn)行定時(shí)監(jiān)測(cè)，并定時(shí)取樣檢測(cè)玉米水分和真菌孢子。結(jié)果表明：糧堆中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫濕度隨環(huán)境變化而變化，相同層或相同列的檢測(cè)點(diǎn)溫濕度基本一致；在有降雪的情況下（實(shí)驗(yàn)第6天，雨轉(zhuǎn)雪），18天內(nèi)玉米水分由27.12%降至14.60%；玉米攜帶真菌孢子數(shù)保持在真菌生長(zhǎng)的臨界范圍內(nèi)，達(dá)到短期安全儲(chǔ)存目標(biāo)。因此，采用旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉對(duì)高水分玉米進(jìn)行降水的工藝是可行的，降水效果均勻、高效，有效保證糧食不發(fā)熱霉變。同時(shí)，旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥的方法不使用燃煤、燃?xì)?，符合我?guó)當(dāng)前環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的新要求，有顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，可在大農(nóng)戶玉米干燥和短期安全儲(chǔ)存中推廣應(yīng)用。

旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉；高水分玉米；降水；經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

農(nóng)戶儲(chǔ)糧是我國(guó)糧食儲(chǔ)備中比較薄弱的環(huán)節(jié)之一，約有50%左右的糧食儲(chǔ)備在農(nóng)戶手中[1]。由于農(nóng)戶儲(chǔ)糧設(shè)施簡(jiǎn)陋，缺乏技術(shù)指導(dǎo)等原因，每年造成的糧食損失約有400億斤[2]。為實(shí)現(xiàn)農(nóng)戶儲(chǔ)糧的規(guī)模化，減少糧食損失，國(guó)家出臺(tái)了多項(xiàng)鼓勵(lì)和扶持農(nóng)村儲(chǔ)糧大戶發(fā)展的相關(guān)政策和措施。目前，農(nóng)戶儲(chǔ)糧現(xiàn)有倉型倉容大部分在0.8~5.0 t[3]，不能滿足大農(nóng)戶收獲后高水分糧的晾糧干燥和安全儲(chǔ)存的需求。由于經(jīng)濟(jì)和自然條件的限制，為農(nóng)戶配備相應(yīng)產(chǎn)量的烘干設(shè)備和足夠的晾曬場(chǎng)地也難以實(shí)現(xiàn)。因此，研發(fā)適合大農(nóng)戶的新型儲(chǔ)糧技術(shù)和裝備迫在眉睫。

課題組研發(fā)的組掛式糧食干燥倉，倉容20~ 100 t，經(jīng)多地示范實(shí)驗(yàn)證明能有效通過自然通風(fēng)、機(jī)械翻倒的干燥工藝，安全保質(zhì)儲(chǔ)藏高水分玉 米[4-5]。中儲(chǔ)糧成都糧食儲(chǔ)藏科學(xué)研究所等單位研制的鋼網(wǎng)折疊式方箱物流倉、金屬網(wǎng)鋼骨架玉米穗儲(chǔ)糧倉、JSWZ系列鋼骨架組合式矩形儲(chǔ)糧倉、裝配式全封閉鋼板立筒倉等多種倉型及配套的設(shè)備和技術(shù)工藝，可供不同區(qū)域的大農(nóng)戶儲(chǔ)藏安全水分的糧食，倉容在20~200 m3[6]。有力地支撐了大農(nóng)戶儲(chǔ)糧技術(shù)的發(fā)展，但是由于某些原因，這些倉型尚未大范圍推廣應(yīng)用。本研究將倉體旋轉(zhuǎn)和機(jī)械通風(fēng)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一種旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉[7]，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能夠快速干燥小麥，保持品質(zhì)良好[8]。

實(shí)驗(yàn)利用旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉對(duì)高水分玉米進(jìn)行降水實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其降水工藝的可行性和降水效果。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用玉米

實(shí)驗(yàn)用玉米：2017年收獲，產(chǎn)地遼寧沈陽，初始水分為27.12%。

1.2 旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉

旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉由國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院和河北蘋樂集團(tuán)聯(lián)合設(shè)計(jì)研發(fā)和生產(chǎn)。全倉由倉體和底座兩部分組成。倉體用于裝載糧食，為正八邊形結(jié)構(gòu)，外圍鋪設(shè)通風(fēng)網(wǎng)。倉體外圓直徑2 m，長(zhǎng)6 m，總倉容15 m3，占地面積15 m2；倉體中心設(shè)置通風(fēng)管，內(nèi)徑0.6 m，開孔率30%，開孔直徑0.3 cm；通風(fēng)管一端內(nèi)置1.5 kW離心風(fēng)機(jī)1臺(tái)；底座用于支撐倉體，并安裝有鏈輪和齒輪機(jī)構(gòu)，使用1.5 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)倉體轉(zhuǎn)動(dòng)。詳細(xì)部件組成及實(shí)物圖見圖1。

圖1 旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉結(jié)構(gòu)示意圖和實(shí)物圖

1.3 檢測(cè)儀器及設(shè)備

溫濕水一體化檢測(cè)設(shè)備：寧夏東大恒豐科技有限公司；LDS-1H電腦水分測(cè)定儀：浙江托普儀器有限公司；SMART顯微鏡：重慶奧特公司。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 裝糧及旋轉(zhuǎn)通風(fēng)

實(shí)驗(yàn)在遼寧沈陽某庫糧庫進(jìn)行，旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉經(jīng)組裝調(diào)試，空倉旋轉(zhuǎn)試運(yùn)行合格后，用皮帶輸送機(jī)裝入實(shí)驗(yàn)用糧。共裝入玉米10.8 t，裝載率95%。

實(shí)驗(yàn)期間根據(jù)天氣情況，每天進(jìn)行4~9 h旋轉(zhuǎn)通風(fēng)。具體操作為同時(shí)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和離心風(fēng)機(jī)，在倉體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)對(duì)糧堆進(jìn)行通風(fēng)。倉體轉(zhuǎn)速10 r/min，風(fēng)機(jī)風(fēng)量4 000 m3/h。

1.4.2 糧堆溫、濕度檢測(cè)

倉內(nèi)溫、濕度檢測(cè)布點(diǎn)情況見圖2，共四層六列24點(diǎn)。其中，一、四層距外圍通風(fēng)網(wǎng)0.2 m，作為外層檢測(cè)點(diǎn)；二、三層距內(nèi)部通風(fēng)管0.2 m，作為內(nèi)層檢測(cè)點(diǎn)；每層沿長(zhǎng)度方向均勻布置6個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，距離進(jìn)風(fēng)口最近的1、7、13和19點(diǎn)為第一列，距離進(jìn)風(fēng)口最遠(yuǎn)的6、12、18和24點(diǎn)為第六列。各檢測(cè)點(diǎn)安裝溫、濕度傳感器，通過檢測(cè)主機(jī)將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X。實(shí)驗(yàn)期間每天下午17:00記錄糧堆各檢測(cè)點(diǎn)及環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)。

圖2 旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉內(nèi)溫、濕度檢測(cè)布點(diǎn)圖

1.4.3 玉米水分檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)倉共設(shè)置6個(gè)取樣口，如圖2所示，實(shí)驗(yàn)期間每天13:30分別在圖中1~12點(diǎn)處進(jìn)行取樣，用水分測(cè)定儀檢測(cè)樣品水分，其中，1~6點(diǎn)作為外層水分檢測(cè)點(diǎn)，7~12點(diǎn)作為內(nèi)層水分檢測(cè)點(diǎn)。

1.4.4 玉米霉變情況檢測(cè)

采用LS/T 6132—2018《糧油檢驗(yàn)儲(chǔ)糧真菌的檢測(cè)孢子計(jì)數(shù)法》檢測(cè)樣品的真菌孢子數(shù)，評(píng)價(jià)玉米的霉變情況。樣品取樣點(diǎn)同水分檢測(cè)取樣點(diǎn)，每?jī)商鞕z測(cè)一次。

1.4.5 能耗計(jì)算

安裝獨(dú)立電表測(cè)量實(shí)驗(yàn)期間通風(fēng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)倉體旋轉(zhuǎn)的電機(jī)耗電量，詳細(xì)記錄通風(fēng)時(shí)長(zhǎng)，計(jì)算玉米的降水通風(fēng)單位能耗。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 糧堆溫濕度變化

玉米是谷類中胚部最大的作物，胚部占整個(gè)籽粒體積的三分之一，占總質(zhì)量的8%~15%，蛋白質(zhì)及可溶性糖的含量達(dá)30%以上，導(dǎo)致玉米的吸濕性強(qiáng)，呼吸作用旺盛，比其他糧種更易發(fā)熱。同時(shí)，玉米收獲時(shí)的水分含量較高，籽粒內(nèi)不同位置的水分差異大，最高可達(dá)40%，籽粒成熟度不一。因此，新收獲玉米糧堆內(nèi)易出現(xiàn)高溫、高濕點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)期間通過溫濕度傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)如圖3和圖4所示。糧堆內(nèi)溫度和濕度的變化與外部環(huán)境的溫濕度變化保持相同趨勢(shì)，糧堆內(nèi)變化幅度小于環(huán)境的變化幅度，并呈現(xiàn)輕微的遲滯性。當(dāng)環(huán)境溫濕度變化不大時(shí)，糧堆內(nèi)溫度與環(huán)境溫度的差距逐漸減小，溫差范圍基本在10 ℃以內(nèi)；糧堆內(nèi)濕度高于環(huán)境濕度，隨環(huán)境濕度的變化穩(wěn)步下降，濕度差在30%~50%之間；糧堆外層檢測(cè)點(diǎn)和內(nèi)層檢測(cè)點(diǎn)、靠近進(jìn)風(fēng)口的第一列檢測(cè)點(diǎn)、以及靠近出風(fēng)口的第六列檢測(cè)點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)基本一致，表明旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉在旋轉(zhuǎn)和通風(fēng)的雙重作用下，能夠及時(shí)將糧堆內(nèi)部的積熱散出，為倉內(nèi)糧食提供均衡的溫濕度環(huán)境，保證整倉內(nèi)玉米降水的均勻性，從而避免高溫或高濕異常糧情點(diǎn)的出現(xiàn)。

圖3 實(shí)驗(yàn)期間糧堆內(nèi)部和環(huán)境溫度變化圖

圖4 實(shí)驗(yàn)期間糧堆內(nèi)部和環(huán)境相對(duì)濕度變化圖

2.2 玉米降水效果評(píng)價(jià)

經(jīng)觀察，在倉體旋轉(zhuǎn)的過程中，倉內(nèi)糧粒處于連續(xù)流動(dòng)狀態(tài)。糧堆不僅隨倉體進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還有不同半徑層的糧粒相互置換。倉體轉(zhuǎn)動(dòng)將靜態(tài)糧堆轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)糧堆，從而避免了靜態(tài)糧堆進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)時(shí)，沿氣流方向降水不均勻的問題。旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉的工作原理和實(shí)倉實(shí)驗(yàn)均證明了降水工藝的可行性和均勻性。

實(shí)驗(yàn)期間玉米的水分變化如圖5所示，內(nèi)外層水分均勻，變化一致，極差為0.78%（3月14日，有降雪），遠(yuǎn)小于玉米干燥技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的數(shù)值[9]。在環(huán)境均溫8.54 ℃，環(huán)境均濕44.2%，且有降雪的情況下，玉米水分由27.12%降到14.60%，僅用時(shí)18天，充分說明了旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉降水的高效性。

圖5 實(shí)驗(yàn)期間玉米水分變化圖

2.3 玉米霉變情況

采用真菌孢子計(jì)數(shù)法[10]檢測(cè)實(shí)驗(yàn)期間玉米的霉變情況，結(jié)果如圖6。實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)，玉米的真菌孢子數(shù)保持在105個(gè)/g水平，根據(jù)糧油檢驗(yàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)判定，處于真菌生長(zhǎng)的臨界狀態(tài)[11]。由此可見，采用旋轉(zhuǎn)通風(fēng)降低玉米水分，可有效保證玉米不發(fā)生霉變，保障短期儲(chǔ)存安全。

圖6 實(shí)驗(yàn)期間玉米攜帶真菌孢子數(shù)變化圖

2.4 經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益分析

根據(jù)電表數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)期間共耗電198 kW·h。10.8 t玉米水分由27.12%下降至14.60%。計(jì)算出降水單位能耗為1.46 kW·h/1%水分t，低于玉米降水通風(fēng)的單位能耗要求（Ew≤2.0 kW?h/1%水分·t）[12]。按當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)0.8元/kW?h計(jì)算，每噸玉米降水1%花費(fèi)約1.2元，遠(yuǎn)低于東北冷濕儲(chǔ)糧區(qū)高水分玉米干燥成本2.1元[5,13]。另外，與玉米烘干技術(shù)相比，旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉在干燥高水分糧食過程中，不使用燃煤、燃?xì)馓峁└稍餆嵩?，在降低成本的同時(shí)，符合我國(guó)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的新要求。

新收獲高水分糧食直接入倉，可有效降低土壤細(xì)菌和霉菌等的污染風(fēng)險(xiǎn)；機(jī)械化進(jìn)出倉作業(yè)，使裝卸糧食省時(shí)省力，實(shí)現(xiàn)糧食的高效流通；在儲(chǔ)存的同時(shí)進(jìn)行降水，保證了糧食質(zhì)量安全。農(nóng)戶保存糧食的時(shí)間得到有效延長(zhǎng)，提高了農(nóng)戶售糧的靈活性。與自然晾曬相比，15 m3倉容僅需占地15 m2，而同等數(shù)量的糧食按攤晾厚度5 cm計(jì)算，需占地300 m2，是前者的20倍。因此，旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉可有效減少占地面積，解決大農(nóng)戶晾曬場(chǎng)地不足的問題。

3 結(jié)論

在倉容15 m3的旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉內(nèi)裝載10.8 t水分含量為27.12%的高水分玉米進(jìn)行降水實(shí)驗(yàn)，在環(huán)境均溫8.54 ℃、均濕44.2%，且有降雪的情況下，倉內(nèi)玉米水分在18天內(nèi)均勻降至14.60%；期間檢測(cè)的糧堆溫濕度均勻、無高溫或高濕等異常糧情點(diǎn)出現(xiàn)；通過真菌孢子計(jì)數(shù)法檢測(cè)，玉米攜帶孢子數(shù)處于真菌危害的臨界狀態(tài)，未發(fā)生霉變；實(shí)驗(yàn)期間用電花費(fèi)遠(yuǎn)小于玉米烘干成本，且不使用燃煤、燃?xì)?，?jié)能環(huán)保。

實(shí)驗(yàn)證明，旋轉(zhuǎn)通風(fēng)干燥倉對(duì)玉米進(jìn)行降水的工藝可行，且降水效果均勻、高效，能有效保證糧食質(zhì)量安全，同時(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著，適用于大農(nóng)戶短期儲(chǔ)存和干燥高水分玉米，可在大農(nóng)戶玉米干燥和短期安全儲(chǔ)存中推廣應(yīng)用。

[1] 張瑞娟, 武拉平. 我國(guó)農(nóng)戶糧食儲(chǔ)備問題研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 17(1): 176-181.

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[8] 袁攀強(qiáng), 舒在習(xí), 張洪清, 等. 圓形臥式通風(fēng)儲(chǔ)存?zhèn)}小麥干燥實(shí)驗(yàn)研究[J]. 糧食儲(chǔ)藏, 2018, 47(3): 7-11+16.

[9] 玉米干燥技術(shù)規(guī)范：GB/T 21017—2007 [S].

[10] 糧油檢驗(yàn)儲(chǔ)糧真菌的檢測(cè)孢子計(jì)數(shù)法：LS/T 6132—2018 [S].

[11] 程樹峰, 唐芳, 伍松陵. 儲(chǔ)糧真菌危害早期檢測(cè)方法的研 究[J]. 中國(guó)糧油學(xué)報(bào), 2011(4): 85-88.

[12] 儲(chǔ)糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)規(guī)程: LS/T 1202-2002 [S].

備注：本文的彩色圖表可從本刊官網(wǎng)(http://lyspkj.ijournal.cn/ch/ index.axpx)、中國(guó)知網(wǎng)、萬方、維普、超星等數(shù)據(jù)庫下載獲取。

Experimental study of high moisture corn dewatering in rotating air drying barn

TIAN Lin1, CAO Yang1, YANG Si-cheng2, YUAN Pan-qiang2, GAO Peng3, ZHANG Hong-qing1

(1. Academy of National Food and Strategic Reserves Administration, Beijing 100037, China; 2. Wuhan Polytechnic University, Wuhan, Hubei 430023, China; 3. Pingle Group, Shijiazhuang, Hebei 050800, China)

Academy of national food and strategic reserves administration designed a rotating air drying barn. The research on dewatering technology of high-moisture corn was carried out in this paper by using the self-developed rotating air drying barn. High moisture corn was stored in this kind of dry storage, and the precipitation process was studied. During the experiment, the temperature and humidity at different positions of the grain stack in the barn as well as the ambient temperature and humidity were monitored regularly, and the moisture content of corn and fungal spores were detected by regular sampling. The results showed that the temperature and humidity of the monitoring points in the grain heap changed with the environment, and the temperature and humidity data of the detection points in the same layer or column were basically the same. Under the condition of snow (rain turned to snow on the 6th day of the experiment), the moisture content of corn decreased from 27.12% to 14.60% within 18 days. The number of fungal spores carried by corn was kept within the critical range of fungal growth which achieved the goal of short-term safe storage. Therefore, it is feasible to dehydrate high moisture corn by adopting rotating air drying barn. The dewatering effect is uniform and efficient, which effectively ensures the grain free from heat and mildew. Moreover, the method of rotary ventilation drying does not use coal or gas burning which meets the new requirements of environmental protection and sustainable development in China. With significant economic and social benefits. The self-developed rotating air drying barn can be popularized and applied in big farmers' corn drying and short-term safe storage.

rotating air drying barn; high moisture corn; dewatering; economic and social benefits

TS205.9；S379.5

A

1007-7561(2020)02-0120-05

2019-07-31

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2017YFD0401402-02）

田琳，1988年出生，女，助理研究員，研究方向?yàn)榧Z食儲(chǔ)藏.

10.16210/j.cnki.1007-7561.2020.02.020

張洪清，1966年出生，男，助理研究員，研究方向?yàn)榧Z食儲(chǔ)藏.