氣吸式糧食干燥技術(shù)與裝備研究

梁凱王焱 楊志杰 梁普 吳軍峰

1、河北皓凱農(nóng)業(yè)機械有限公司 2、河北省農(nóng)機化技術(shù)推廣總站 3、河北省農(nóng)業(yè)機械化研究所有限公司 4、河北省平山縣農(nóng)業(yè)機械化辦公室

前言

我國是農(nóng)業(yè)大國，三大主糧年產(chǎn)約6.5億噸，據(jù)不完全統(tǒng)計，2021年全國平均機械化烘干作業(yè)率不足20%，烘干缺口超4億噸，不經(jīng)過烘干的糧食從收獲到入庫環(huán)節(jié)，霉變、腐爛、破損約占總產(chǎn)量的5%左右，年損失糧食達2000萬噸，是1.35億人口一年的口糧?，F(xiàn)有機型不能滿足現(xiàn)代糧食烘干的需要，研究先進糧食烘干技術(shù)，推廣先進糧食烘干機械，是實現(xiàn)糧食（油料作物）綠色烘干，提高作業(yè)干燥效率，促進糧食減損提質(zhì)、保障農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收的主要手段。

1 烘干技術(shù)與烘干機械的國內(nèi)外現(xiàn)狀

1.1 國外現(xiàn)狀

糧食烘干機在美國、日本等國家應(yīng)用比較普遍。國外糧食烘干技術(shù)研究起步于20世紀40年代，到60年代基本實現(xiàn)谷物干燥機械化，70年代谷物干燥基本實現(xiàn)自動化，80年代向高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、降低成本、電腦控制方向發(fā)展，同時不斷開發(fā)新工藝、新機型、新能源，糧食烘干質(zhì)量不斷提高。

在美國主要機型有大、中型高溫干燥機，中、小型低溫干燥機，以柴油和液化氣為熱源，采用直接加熱干燥。設(shè)備中一般具有料位控制，風溫控制及出糧水分控制系統(tǒng)。

日本烘干機的發(fā)展從20世紀60年代至今，經(jīng)歷了平床靜置式烘干機、普通循環(huán)式烘干機和連續(xù)式烘干機幾個階段，以小型烘干機以1-8t循環(huán)式為主導(dǎo)；1998年研發(fā)成功的遠紅外循環(huán)式烘干機械開始逐年被大量使用，日本烘干機企業(yè)主要有金子、山本和佐竹等知名企業(yè)，此外靜岡、井關(guān)和大島等企業(yè)也生產(chǎn)烘干機。

1.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

我國糧食干燥機械從20世紀60年代仿制國外設(shè)備，并改造出一批順流化烘干機、滾筒烘干機、順（逆）流烘干機、錯流烘干機、混流烘干機、組合烘干機等大型烘干機和移動式小型烘干機，但僅在大型農(nóng)場和糧庫有所應(yīng)用。80年代后，糧食烘干機械向多用途、小型化方向發(fā)展。90年代以來，隨著農(nóng)業(yè)規(guī)模經(jīng)營的發(fā)展，開始使用成套的糧食干燥設(shè)備。2000年以后，涌現(xiàn)出大批糧食烘干機生產(chǎn)廠家，2016年鼎盛時期高達近400家制造企業(yè)，但普遍規(guī)模小、研發(fā)能力弱、缺乏核心技術(shù)，在高端市場缺乏競爭力，仍需在高效節(jié)能、自動控制、制造工藝等方面開展創(chuàng)新研究。

2 糧食干燥的主要核心技術(shù)和主攻方向

熱風利用效率低、破損率高，糧食品質(zhì)降低和機械故障率高等問題，一直是糧食干燥機械中難以突破的核心技術(shù)。主要涵蓋了熱干燥工藝、物料和熱風的相互運動等核心技術(shù)。其中糧食與熱風運動方式?jīng)Q定了糧食的流轉(zhuǎn)原理，又決定了機械結(jié)構(gòu)方式，是糧食干燥的主要核心技術(shù)之一，也是主攻方向。

從烘干效果方面看，最大的問題就是不能實現(xiàn)綠色烘干，幾十年來國內(nèi)外傳統(tǒng)烘干機核心技術(shù)、原理、沒有質(zhì)的改變。沒有創(chuàng)新核心技術(shù)實現(xiàn)綠色干燥幾乎是不可能的事。人民日益增長文化生活需要糧食的綠色、油料食材的綠色。這就給農(nóng)機人提出了研發(fā)綠色烘干的機械和技術(shù)的必要性。

2.1 氣吸式糧食干燥技術(shù)與烘干改變了傳統(tǒng)糧食烘干機械攪龍?zhí)嵘龣C結(jié)構(gòu)造成的機械糧食損傷

減少干燥過程中引起的破損率高，采用無附加介質(zhì)干燥技術(shù)，熱風和干燥物料直接進行熱交換，提高干燥效率，采用中低溫干燥，保證糧食品質(zhì)；實現(xiàn)糧食干燥全過程與熱風融合，保證糧食有足夠的氧氣吸納，保持糧食的活性，干燥后大米不變黃，玉米不會糊化；大風量高風速，加快熱風和糧食的交換速度；并且能夠?qū)Χ喾N油料作物果實進行高品質(zhì)干燥。

2.2 氣吸機械原理與烘干工藝

干燥機頂部裝有風機，通過提料管，在底部進風口產(chǎn)生負壓吸力，將熱風和糧食一起吸入提料管，熱風與糧食接觸后在提升過程中對糧食進行預(yù)加熱，在提料管頂端，進入頂部分離系統(tǒng)，糧食表面的水分迅速蒸發(fā)，提高了糧食干燥效率。在分離室糧食、熱風及雜質(zhì)進行分離，糧食通過折射罩兩次折射換向后，靠自重經(jīng)自動閉風下料口落入干燥室。帶有雜質(zhì)的熱風在分離系統(tǒng)內(nèi)，沿內(nèi)壁弧形板切線方向前移，雜質(zhì)在離心力作用下經(jīng)排雜口排出機外，熱風經(jīng)過熱風通道管進入干燥機熱風室，風機不斷輸入熱風形成正壓力，通過熱風室內(nèi)筒壁上的孔眼進入糧食層，熱風將糧食全覆蓋進行熱交換，水汽經(jīng)外筒壁的孔眼隨熱風排出機外。通過糧食循環(huán)流量控制系統(tǒng)，風機將糧食進行多次循環(huán)提升和熱交換，直至把糧食干燥到目標水分為止。

3 氣吸式烘干機機械技術(shù)要點

3.1 熱風提升、分離、排雜烘干糧食

熱風提升烘干物是采用的負壓提升。烘干物在風機啟動后進入熱風通道靠負壓旋轉(zhuǎn)將烘干物提升到分離系統(tǒng)進行分離。

分離系統(tǒng)中風機啟動后熱風和糧食通過熱風糧食提升管提升到分離系統(tǒng)，采用對等折射原理兩次折射將提升到分離系統(tǒng)的糧食從糧食出口排出分離系統(tǒng)，進入干燥系統(tǒng)干燥腔中。

采用離心力原理來實現(xiàn)熱風雜質(zhì)分離，利用切線原理將熱風和糧食分離后熱風中的雜質(zhì)沿切線方向靠離心力從排雜口排出機外，熱風從回風管中返到干燥系統(tǒng)內(nèi)筒中。

3.2 糧食有氧干燥全覆蓋技術(shù)

該技術(shù)重點改變了傳統(tǒng)烘干機烘干段和緩蘇段雙段烘干技術(shù)。只有一個烘干段并且是熱風全覆蓋烘干，沒任何死角，保證每一粒糧食都可以受熱吸納到足夠的新氧氣，完全保證了糧食的活性，糧食的生命。保證烘干后糧食的品質(zhì)不變，實現(xiàn)真正的綠色烘干。干燥系統(tǒng)由內(nèi)外筒網(wǎng)眼板組焊，內(nèi)筒存儲熱風，內(nèi)外筒之間的空間為儲存糧食的干燥腔，熱風在壓力作用下，從內(nèi)向外經(jīng)過糧層，覆蓋糧食顆粒，維持糧食的有氧呼吸，熱交換后的水汽經(jīng)由外筒壁網(wǎng)眼板排出機外。

3.3 漏斗分料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

漏斗式分料機構(gòu)技術(shù)的發(fā)明是建立在立式桶裝型烘干機結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上的一種專用結(jié)構(gòu)，在烘干過程中具備特殊功效。為保證糧食在循環(huán)過程中的均勻度，烘干流動中自動翻滾調(diào)整位置更換角度，使干燥后糧食含水率均勻。采用多層垂直漏斗立柱的百葉板，來控制糧食厚度。通過控制糧層厚度加速熱風和糧食熱能交換，加快糧食干燥速度和糧食干燥的均勻度。

3.4 自動撥板排糧控制設(shè)備技術(shù)

自動撥板排糧控制設(shè)備技術(shù)屬原創(chuàng)性技術(shù)，在國內(nèi)外機械加工業(yè)中尚未發(fā)現(xiàn)相似技術(shù)。它最大的特點就是既可以作為獨立設(shè)備使用，同時又可以作為配套機械使用。該技術(shù)發(fā)明有平臺、撥板、定子、轉(zhuǎn)子、軸承、可調(diào)排糧口、上糧筒多個連接口等部分組成。主要功效是，在平臺上靠撥板攪動糧食，使糧食旋轉(zhuǎn)移動。糧食的流轉(zhuǎn)方向從外向內(nèi)到達可調(diào)排糧口位置，在排糧口排出后進入上糧筒。糧食有兩個方向可移動，向上是靠熱風負壓向上提升。向下是靠糧食自重向下滑落，在上糧筒中向下排出機外。本項技術(shù)作用與用途，發(fā)明的目的在于為烘干機配套使用，當然今后也可以擴大其他用途。糧食烘干機配套主要目的有二，一是攪拌糧食提高均勻度加快烘干速度。二是加大可調(diào)排糧口的口徑，根據(jù)烘干物料的不同，顆粒大小、有無外皮、流動性強弱、光滑度大小、流量大小，速度快慢等因素均可調(diào)整。最大的用途是解決了我國油料作物果實的烘干問題。我國糧食作物主要是烘干玉米、水稻、小麥，油菜籽等，沒有大顆粒，而油料作物則不同，大小差距之大，比重容重幅度倍差，針對上述問題，自動撥板排糧控制設(shè)備技術(shù)都可以得到解決，我國急需的油料作物烘干，包括大花生果及種子均可烘干。針對在節(jié)糧減損中可起到很大的作用，糧食及油料作物在烘干過程中是沒有任何壓力的狀態(tài)下進行移動，沒有任何壓力就不會形成破損。

4 氣吸式烘干機械技術(shù)前景

傳統(tǒng)糧食干燥，糧食和熱風是在干燥室內(nèi)接觸熱交換，交換時間短，而氣吸干燥技術(shù)是從熱風提升開始預(yù)熱干燥，再在內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)的干燥腔中，熱風對糧食全覆蓋進行二次干燥，二次干燥使干燥速率提升3倍以上（烘干玉米），水稻1.5倍。傳統(tǒng)的糧食干燥使用提升機、攪輪裝卸，破損難以避免，氣吸干燥機采用了熱風提升糧食，提升過程中破損更小，而且還會將玉米、小麥表面的輔酶磨掉，干燥后糧食外觀特別漂亮，呈現(xiàn)糧食的本色。另外，對于間接式高溫干燥，熱風對鐵板加熱，導(dǎo)致玉米焦糊變味、糊化、膨化，氣吸循環(huán)式糧食干燥機為熱風直接和烘干物實現(xiàn)熱交換，采用中低溫干燥糧食，保證干燥后原汁原味品質(zhì)不變。近幾年新興起的油茶籽和油莎豆種植面積逐年增大，發(fā)展十分迅猛，產(chǎn)量也較高，深得國內(nèi)外消費者的青睞，這些油料作物最怕霉變，霉變就會降低出油率和油的品質(zhì)，氣吸干燥機械已經(jīng)涉足了這兩個產(chǎn)品的干燥，并且效果非常好?？傊畾馕礁稍餀C械為糧油作物的烘干技術(shù)探索，展示了更加廣闊的技術(shù)前景。氣吸干燥技術(shù)在全國的推廣應(yīng)用實現(xiàn)綠色干燥指日可待！