稻谷機械化烘干技術(shù)簡述

邱錦輝，周士琳，林肖楠，鄧少強

（1.肇慶市農(nóng)業(yè)機械化研究所，廣東 肇慶 526040；2.肇慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，廣東 肇慶 526070）

0 引言

我國是水稻種植大國，2019 年我國水稻種植面積超過44 000 萬畝（1 畝=0.067 hm2），總產(chǎn)量超過20 000萬t。2019年廣東省水稻種植面積超過2 600萬畝，超過農(nóng)作物種植面積的4 0%，總產(chǎn)量達到1 075.05萬t[1]。

稻谷烘干，確保糧食入倉安全存儲，是實現(xiàn)水稻生產(chǎn)全程機械化的最后一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著我省土地流轉(zhuǎn)的推進、生產(chǎn)經(jīng)營模式向集中化規(guī)模化轉(zhuǎn)變、農(nóng)機合作社迅速發(fā)展壯大，水稻機械化收獲水平提高、收獲期集中，自然晾曬已經(jīng)不能滿足稻谷安全貯存的干燥需求[2]，收獲的稻谷更容易受到降雨等天氣因素影響。據(jù)統(tǒng)計，目前我國收獲后的谷物超過15%是由于運輸或者儲存不當(dāng)而損失，遠超過聯(lián)合國糧農(nóng)組織規(guī)定的5%的標準（美國、加拿大等發(fā)達國家僅為3%），其中每年因為天氣原因，谷物因未能及時晾干或者是未能達到安全存儲含水率要求而產(chǎn)生霉變、發(fā)芽等所造成的損失達到5%[3]。

稻谷干燥是保證稻谷貯藏品質(zhì)的必要技術(shù)手段，水分含量高的稻谷直接儲藏容易發(fā)熱霉變。對稻谷采用集中烘干可以有效解決因陰雨等惡劣天氣所導(dǎo)致的無法晾曬或者稻谷受潮等問題，減少稻谷收獲后損失，避免稻谷受到自然晾曬的污染，具有高效率、操作簡單、節(jié)省勞動力、降低人工成本等優(yōu)點。

本文通過闡述稻谷機械化烘干技術(shù)以及市場上常見的幾種谷物烘干機的工作原理，為水稻生產(chǎn)經(jīng)營者根據(jù)自身需要選擇谷物烘干機型提供參考。

1 稻谷機械化烘干技術(shù)

在氣候條件較好情況下剛收獲的稻谷含水率一般為20%～25%，為了保證稻谷能夠安全存儲，含水率應(yīng)當(dāng)保持在14.5%以下。廣東地處南方，溫度較高，稻谷的安全存儲含水率應(yīng)該控制在13%以下[4]。但即使在天氣較好的條件下，自然晾曬的稻谷含水率僅能達到16%～17%[5]。干燥程度不足會導(dǎo)致稻谷發(fā)霉，造成糧食損失、口感下降等問題，機械化烘干是解決以上問題的有效手段。

稻谷機械化烘干與其他谷物（玉米、小麥、大豆）機械化烘干技術(shù)存在一定差異。稻谷有堅硬的外殼，在干燥過程中，稻谷外殼會阻礙水分由稻谷內(nèi)部向外部表層轉(zhuǎn)移[6]，因此稻谷較其他糧食作物具有一定的干燥難度。由于稻谷熱敏性較強，干燥過程中容易出現(xiàn)爆腰現(xiàn)象，也就是稻谷本身出現(xiàn)輕微裂紋。爆腰現(xiàn)象影響稻谷出米率、降低稻谷的市場價值并對大米食用口感造成影響，是稻谷機械化干燥技術(shù)推廣應(yīng)用的重要制約因素。稻谷機械化干燥爆腰率增值受到干燥速率與溫度的直接影響，我國谷物烘干行業(yè)規(guī)定爆腰率的增值不超過3%[7]。國內(nèi)學(xué)者研究指出，稻谷在干燥時產(chǎn)生爆腰現(xiàn)象與品種、初始含水率、熱風(fēng)溫度、相對濕度和干燥時間相關(guān)。機械化烘干過程中通過控制谷物溫度防止稻谷爆腰、品質(zhì)降低和保證發(fā)芽率。稻谷含水率到達設(shè)定值機械自動停機避免過度干燥是高質(zhì)量烘干稻谷的必要條件。為保證稻谷質(zhì)量，目前我國在應(yīng)用稻谷機械化烘干技術(shù)過程中，主要有以下幾種措施。

1.1 烘干緩蘇

國外學(xué)者通過研究不同溫度下環(huán)境相對濕度不同對爆腰率的影響指出，當(dāng)?shù)竟群娓珊蠛蕿?1%、環(huán)境溫度20～30 ℃、相對濕度在38%時會產(chǎn)生爆腰現(xiàn)象。國內(nèi)研究指出，稻谷烘干過程中內(nèi)部存在水分梯度，稻谷不均勻收縮引起的應(yīng)力導(dǎo)致爆腰[8]。

稻谷烘干緩蘇是在機械烘干的過程中停止熱風(fēng)流動，對稻谷進行保溫處理，緩蘇過程中稻谷內(nèi)部的水分擴散至分布均勻，減少爆腰率，提升干燥效果[9]。

干燥過程中加入了緩蘇工藝，在一定程度上對干燥機的生產(chǎn)效率產(chǎn)生了影響，因此烘干機使用者需要明確如何合理選擇緩蘇時間，保障稻谷烘干機有較高的生產(chǎn)效率。也有國外的研究表明稻谷第一段干燥以后在40 ℃的溫度下進行緩蘇，緩蘇時間只需要4 h[6]。

1.2 保持較低的烘干溫度

采取較低的熱風(fēng)溫度進行烘干作業(yè)能夠有效減少爆腰率、保證稻谷烘干品質(zhì)。國外研究表明，稻谷機械化烘干過程中43 ℃為最高溫度，39 ℃或者40 ℃為宜。根據(jù)調(diào)查泰國稻谷干燥作業(yè)發(fā)現(xiàn)，稻谷干燥介質(zhì)溫度應(yīng)控制在50 ℃以下。實際上干燥過程中稻谷溫度比熱風(fēng)溫度更為重要。黑龍江農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)業(yè)工程所研發(fā)的稻谷烘干機干燥時通過控制熱風(fēng)溫度范圍為38～40 ℃，可保證稻谷爆腰率增值低于2%[10]。我國學(xué)者通過設(shè)定不同烘干溫度進行稻谷干燥作業(yè)，測試不同溫度下對種子活性的影響，其研究指出，在針對稻谷進行烘干時設(shè)定溫度應(yīng)該在50 ℃以下，考慮到熱風(fēng)爐溫度控制的不穩(wěn)定性，應(yīng)將溫度設(shè)定在45 ℃以下?，F(xiàn)實烘干作業(yè)過程中，因為稻谷結(jié)構(gòu)的特殊性，熱敏感性強，烘干溫度選擇還應(yīng)參考稻谷初始含水率。針對含水率高于18%的稻谷應(yīng)該采用二段烘干法，降低稻谷爆腰率。

1.3 控制烘干速率

烘干速率是導(dǎo)致干燥爆腰率增加的重要因素，干燥后過快冷卻或者干燥速率超過一定值都會導(dǎo)致爆腰率增加，因此稻谷烘干速率需要控制在合理的范圍之內(nèi)。日本學(xué)者研究指出當(dāng)干燥速率每小時超過0.6%時，稻谷爆腰的數(shù)量明顯增加。因此，稻谷的干燥速率應(yīng)保持在每小時0.6%以下。根據(jù)干燥速率、初始水分含量與爆腰稻谷數(shù)之間關(guān)系的試驗結(jié)果，認為當(dāng)?shù)竟群瘦^高時，為了保證較低的爆腰率必須保持較低的干燥速率。結(jié)論認為，就控制爆腰率而言，干燥時使用較低的空氣溫度和較高的空氣流量烘干效果要好于高溫的低空氣流量[11]。我國學(xué)者通過試驗不同干燥工藝烘干效果比較，明確稻谷烘干大于1%的烘干速率僅應(yīng)用于稻谷含水率大于21%的情況，稻谷含水率小于18%之時，烘干速率不能超過0.8%，同時采取較低的熱風(fēng)溫度，促使稻谷內(nèi)部水分分布均勻，防止爆腰現(xiàn)象，以改善烘干效果。

2 稻谷烘干機型工作原理及其特點

我國初期發(fā)展糧食機械化烘干機器以仿制日本等發(fā)達國家相關(guān)設(shè)備為主，由于其制作成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與我國農(nóng)村情況不相符，烘干設(shè)備僅應(yīng)用于國有農(nóng)場等大型集體企業(yè)。20 世紀70 年代末，我國開始研發(fā)適用于我國農(nóng)村的糧食干燥設(shè)備[3]。隨著我國農(nóng)村深化改革，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力得到了極大的解放，生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)經(jīng)營者開始逐漸應(yīng)用成套的糧食干燥技術(shù)設(shè)備，建設(shè)具有一定規(guī)模以及服務(wù)能力的糧食生產(chǎn)基地。

2.1 谷物烘干機分類

目前我國市面上的糧食烘干機種類繁多，可以滿足糧食生產(chǎn)經(jīng)營者的烘干需求。下面根據(jù)烘干機特點，闡述烘干機各種分類，便于生產(chǎn)經(jīng)營者根據(jù)自身需求選用適合的烘干機。

1）按照作業(yè)方式可以將谷物烘干機分為批式循環(huán)和連續(xù)式烘干機。

2）按加熱器具可將谷物烘干機分為熱風(fēng)爐、燃燒器、遠紅外、熱泵和太陽能烘干機等。

3）按干燥方式分為直接加熱烘干機和間接加熱烘干機。

4）按干燥原理分為順流、逆流、橫流和混流烘干機。廣東省糧食作物以水稻為主，稻谷烘干一般選擇混流式低溫、大緩蘇段的谷物烘干機。

2.2 順流式烘干機

順流式烘干機工作時谷物運動方向與干燥介質(zhì)流動方向一致，適用于初始含水率高、烘干含水率要求低的糧食作物烘干。使用順流式烘干機進行作業(yè)時谷物先與溫度高、相對濕度低的熱風(fēng)進行接觸，此時谷物干燥速率偏快，熱風(fēng)氣流的相對濕度隨著谷物與氣流在干燥段內(nèi)流動而逐漸升高。接近出料口的干燥速率較慢，干燥氣流的溫度相對較低并且相對濕度較大。使用順流式烘干機對谷物進行干燥存在干燥速率不均勻的問題。順流式烘干機符合谷物干燥水分由高到低時的溫度變化要求，工藝相對簡單，具有熱效率高的特點。

2.3 逆流式烘干機

逆流式烘干機工作時干燥介質(zhì)流動方向與谷物運動方向相反。逆流式烘干機作業(yè)中含水率低的谷物與溫度高、相對濕度低的熱風(fēng)接觸，谷物在初始狀態(tài)與相對濕度高、溫度較低的熱風(fēng)接觸，具有干燥速率分布均勻的特點。由于逆流式烘干機工作過程中谷物處于高溫?zé)犸L(fēng)中時，谷物含水率較低，容易接近干燒狀態(tài)，因此稻谷活性會受到一定影響。同時，由于出料端溫度較高，逆流式烘干機出料時會帶走大部分熱量導(dǎo)致烘干耗能增加。該機型大多應(yīng)用于糧庫和種子加工廠，一般在農(nóng)村或者農(nóng)場使用，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

2.4 橫流式烘干機

橫流式烘干機工作時干燥介質(zhì)流動方向與谷物運動方向垂直。這種干燥工藝往往會造成谷物的內(nèi)外層干燥不均勻，因制造工藝簡單目前我國仍有不少廠家進行生產(chǎn)。橫流式烘干機具有生產(chǎn)效率高、投入成本低、使用方便等優(yōu)點，但該機型干燥時需要較高的熱能耗，需要經(jīng)常清理篩孔。

2.5 混流式烘干機

混流式烘干機干燥過程中加入緩蘇工藝，干燥時干燥介質(zhì)多方向流動。其結(jié)構(gòu)特點是在干燥端中不同位置分別安置了成排的進氣管與排氣管?；炝魇胶娓蓹C作業(yè)時糧食自上向下運動，熱風(fēng)經(jīng)過氣管進入，分別向上層流動，與糧食形成逆向流動，同時又向下層流動，故而形成了混合流動的氣流。由于混流式烘干機烘干段內(nèi)熱風(fēng)的流動方向不一致，以相對較低的風(fēng)速增加與糧食的接觸時間，增強了傳質(zhì)傳熱的效果?；炝魇胶娓蓹C氣流流速較低，需減少糧食層厚度以保證熱風(fēng)氣流能夠在一定的時間內(nèi)穿透糧食層。

混流式烘干機具有制造成本低、谷層較薄、風(fēng)阻小、熱耗低、干燥速率大的優(yōu)點，但存在干燥稻谷時緩蘇時間較長等不足。該機型主要應(yīng)用于干燥小顆粒谷物，干燥稻谷時能夠保證稻谷烘干品質(zhì)，具有較好的均勻性，是目前我國應(yīng)用較多的烘干機型。

3 結(jié)語

水稻收獲后采用機械化干燥是我國實現(xiàn)水稻生產(chǎn)全程機械化的重要環(huán)節(jié)，是糧食生產(chǎn)中保障糧食質(zhì)量穩(wěn)定的重要手段。隨著我國大力推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化也朝著“綠色環(huán)保、智能化、低能耗、精細化”的目標發(fā)展，稻谷機械烘干技術(shù)必將更加低碳、智能、高效，為確保糧食顆粒歸倉發(fā)揮更大作用。