鲜湿粮食快速干燥机设计与研究

赖亦环　潘文锋　吴焕松

摘要：针对鲜湿粮食传统干燥方法的局限性，设计了一种真空预冷干燥设备，该设备的干燥筒抽去空气在真空状态下提供热能促使粮食内的水分汽化持续蒸发，蒸发时吸收热能，带走干燥筒内的热能，加快干燥筒制冷，从而加快鲜湿粮食干燥速度，避免粮食在高温潮湿环境下发霉发芽，有效预防天气或场所限制长时间堆积而腐烂，提高粮食的质量。

关键词：鲜湿粮食;快速干燥;干燥机

1绪论

“民以食为天”，粮食是人们赖以生存的基本物质保证。我国是农业大国，粮食生产是广大农村的核心，现农村、山区或无法工业化作业的区域仍然大量保留传统自然晾干粮食干燥方法。存在干燥速度慢、受天气影响大、劳动强度高且占地面积大等缺陷，粮食得不到及时的干燥导致每年粮食加工过程中损失超过500亿斤。针对鲜湿粮食干燥问题，文献研发一种利用蒸汽余热原理的连续型谷物真空干燥机，该设备主要由内筒、外筒、进料装置、出料装置、传动装置、真空管及支架等组成，可以实现对玉米的连续真空干燥，这种设计不适用于产地不集中或者南方小产粮区。文献针对虾类产品干燥效率问题设计了真空干燥机使用该设备采用带式结构，物料进入干燥仓后，在真空状态下进行热交替，使虾能短时间烘干。该设备设计思路给本文提供参考设计思路。基于此，为了解决粮食干燥效率低的问题，本文在现有干燥工艺基础上设计一种鲜湿粮食真空预冷干燥设备来满足粮食干燥存储的需求。

2鲜湿粮食真空干燥机系统设计

鲜湿粮食真空干燥机选择种类很多，传统风干设计一般是持续提供热能，不断翻转粮食使其达到烘干目的，较为先进的大规模粮食烘干设备一般采用真空低温或带式设备。由于南北方地区差异，粮食成熟季节不同并且干湿程度和气候影响也有所区别，比如沿海地区或南方区域比较常见雷阵雨、暴雨、台风天等气候现象，应该尽量减少谷物在夏季高温潮湿环境下堆积采取及时烘干。

因此，本文设计一种鲜湿粮食干燥设备示意图，利用真空使谷物烘干过程中水分子蒸发吸收热能带走热量，结合远红外装置加热，加快粮食的烘干速度，比现有的带式、圆筒搅拌、耙式等真空干燥机烘干效率高。

2.1鲜湿粮食真空干燥机结构

一种真空预冷干燥设备整机为立式结构，其特征包括支撑机构、干燥筒、真空预冷机构和干燥机构四个部分组成。设备进料部分由漏斗状的进料口和干燥筒组成，出料口由导料口和卸料口组成，位于干燥筒底部，进料口、出料口和出气口与干燥筒相连接的区域上均设有密封圈。

真空预冷干燥机构主要包括干燥筒和第一电机支撑机构、干燥筒、第一搅拌叶片，第一电机设置于干燥筒的顶部，搅拌棒竖直设置于干燥筒内并与第一电机连接，搅拌棒上设有第一搅拌叶片，第一搅拌叶片上围绕搅拌棒的轴线螺旋设置于搅拌棒的外周;真空预冷机构包括真空泵和管道，管道的一端与真空泵连通，管道的另一端通过出气口与干燥筒内部连通;干燥机构主要是远红外装置，干燥筒外壁上设有保温层;传料机构包括壳体和传料装置，传料机构通过出料口与干燥筒内部连通，壳体上端设有与出料口相适配的导料口，壳体下端远离导料口的一端设有卸料口;传料装置包括第二电机、输送带和两个传动辊传料装置设于壳体内并位于导料口下方，传动辊分别连接输送带的两端，第二电机通过连接轴与传动辊传动连接;支撑机构包括支撑框和若干条支撑柱，支撑框连接所述干燥筒外壁，支撑柱的顶端均与支撑框连接。

本设备干燥筒1的外壁与设备所有支撑机构连接，内部与进料口2和出气口3相连通，进料口2设置在设备的顶部，出料口设置在底部，内壁上环绕设有干燥机构。鲜湿粮食从进料口2倒入干燥筒1中，粮食在干燥筒内通过搅拌部件实现均匀干燥。

2.2鲜湿粮食真空干燥机工作原理

鲜湿粮食干燥机使用时，粮食进料口倒入干燥筒中，干燥筒上的真空预冷机构将干燥筒内空气抽出;由于真空度越高水的沸点越低，当干燥筒中真空度接近0Pa时，水的沸点在1℃～5℃，此时粮食内的水分在低温下迅速沸腾、汽化及蒸发，并通过真空预冷机构将蒸发出的水分抽出，使粮食干燥。由于蒸发过程属于吸热过程，当粮食内的热量不足以维持蒸发所需的热量时，将中断汽化及蒸发过程，不再干燥;此时干燥机构将为粮食持续提供热量，使汽化及蒸發过程持续发生，提高粮食的干燥效率。同时，开启出料口的传动装置，干燥的粮食直接运送到出料口进行打包，完成鲜湿粮食真空预冷干燥。该设备不受天气及场所的限制，随时可对颗粒类粮食进行干燥，降低人体体力劳动、自动化及干燥效率高，可实现对粮食的快速干燥。另外真空干燥机在工作时属低温干燥，干燥后粮食的品质好，爆腰率低，还可用于种子等品质要求高的干燥。

3关键部件设计

3.1倒菱形干燥筒

干燥筒是谷物粮食真空干燥的场所，是整个干燥机的核心部件，把真空罐做成倒菱形主要是抗压强度高、用材厚度薄、体积小容积大，第一次是A3号钢板制造，在样机使用后发现罐内粘上小微杂碎和生锈，阻止湿谷顺流而下，甚至积聚湿谷，因此不能用钢板制造，改用不锈钢304，其加工性能好、强度高，更主要是表面光滑不生锈，能保证粮食流动惕顺不迟留，焊接用双面焊，严格防漏检查。

3.2搅拌部件设计

干燥筒内粮食是否能均匀受热干燥，最关键的设计是搅拌部件，搅拌的快慢和频率直接影响鲜湿粮食是否能均匀干燥，真空预冷干燥设备还包括第一电机、搅拌棒;第一电机设置于干燥筒的顶部，搅拌棒竖直设置于干燥筒内并与第一电机连接，搅拌棒上设有第一搅拌叶片。第一搅拌叶片围绕搅拌棒的轴线螺旋设置于搅拌棒的外周，第一电机通过连接杆与搅拌棒固定连接。

启动第一电机时，搅拌棒在第一电机的驱动下转动并带动第一搅拌叶片旋转，旋转时干燥筒内的粮食不断翻动，搅拌棒的转速为7转/分钟，干燥筒上设有真空表和湿度计，可监测干燥筒内真空度及湿度，使干燥受热均匀，有利于干燥效率的提高。

3.3搅动棒“L”设计

本设备的搅动棒外壁上周向固定连接有若干呈“L”形設置的搅动支杆，搅动支杆包括连接支杆和竖直支杆。连接支杆的一端与搅动棒固定连接，连接支杆的另一端与竖直支杆连接，竖直支杆上连接第二搅拌叶片。通过增设搅动支杆，将提高干燥筒内粮食的搅动率，进一步提高干燥筒内各区域粮食的受热均匀程度，提高干燥效率。

3.4加热和保温的设计

本设备设计远红外线发射装置（如图2），是干燥机主要部件，红外波长9～12um，效果好，电能转换为红外线效率高≥75%。

使用时，远红外装置通过发热使干燥筒内温度提升（如图3）;当红外线照射到粮食时将被粮食内的水分子吸收，使水分子发生极性转变，摩擦产热，从而使粮食获得热量促进内部水分汽化及蒸发。水对不同波长红外线吸收率是不同的，据测定波长2.5～25um红外线对水的吸收率最高，我们就选用波长9～12um快速加热，又因人工远红外线和阳光中远红外线波长一样，因此干燥的粮食品质和自然晾晒是一样的，保证了粮食质量安全，此外红外线还有直接干燥作用。

干燥筒外壁上设有保温层，保温层包括复合多层隔热保温材料，通过设置保温层，使干燥筒较少的受到外界空气热交换的影响。进料口、出料口和出气口与干燥筒相连接的区域上均设有密封圈。由于密封效果严重影响真空预冷干燥设备的干燥效果，所以干燥筒采用双面焊接、柴油渗透检验的工艺制造;同时，对进料口、出料口和进气口与干燥筒连接的区域上均设有密封圈，密封圈采用发泡硅胶条从而减少热量流失，提高粮食干燥效率。

3.5传料机构的设计

本设计中的传料机构包括壳体和传料装置，传料机构通过出料口与干燥筒内部连通。壳体上端设有与出料口相适配的导料口，壳体下端远离导料口的一端设有卸料口。传料装置设于壳体内并位于导料口下方，包括第二电机、输送带和两个传动辊。两个传动辊分别连接输送带的两端;第二电机通过连接轴与传动辊传动连接。

鲜湿粮食从出料口倒出后，通过导料口进入传料装置中，输送带在第二电机的带动下将粮食传送至所述卸料口。干燥筒下端的圆外径从上往下不断减小，有利于粮食倒出，干燥筒的容积可根据使用需求合理调整，整个进料和出料简单方便，便于操作。

3.6密封技术

本设计关键在大小口径的密封上，最大Φ1000的平面密封、最小Φ6的特殊密封，大轴Φ50的旋转密封、还有电线的特殊密封等，本干燥机分别采用大口径橡胶垫圈密封，斜面采用O形圈密封，旋转轴采用圆形圈密封等方法设计。由于小孔（Φ20以下）和电线密封难度大，口径小，一般密封方法容易泄漏，用“水管直通+堵头+发泡硅胶”办法，以简单、实用、安全、稳定地解决。如图4。

4实验方法

鲜湿粮食干燥测量指标主要是干燥温度、粮食的水分含量及干燥筒内旋转的速度等影响粮食干燥的品质。采用实验的方法第一步主要是真空预冷、远红外线发射和加热技术技术使粮内水分汽化成水蒸气。第二步主要是粮食裸露在真空中抽出水蒸气技术，使蒸气通过粮内维管排出粮外。第三步主要是采用水蒸气真空排放技术将粮外水蒸气排放出去。

实验条件：湿粮制备3袋，重量共300斤稻谷，清水浸泡12小时，捞出摊干滴水，测得40%水分，备用。

操作流程：将40%水分湿谷装机，室温28℃，真空干燥12分钟，停机，测得含水量21%，粮食温度15℃。

（1）启动远红外线发射装置4分钟，停止。

（2）启动真空预冷干燥5分钟，停机。

（3）启动远红外线发射装置4分钟，停止。

（4）启动真空预冷干燥5分钟，停机卸料。测得含水量13.5%。

实验结果数据：

干燥时间：40%水分湿谷干燥到14%安全水分，用时30分钟，超快。

干燥质量：质量上乘。与阳光晾晒一样，色泽形状外观都好，测得爆腰率2.1%（标准3%）。

有无污染：物料无污染，这是物理方法的干燥，没有化学污染源。但螺杆真空泵噪音较大，仍有70分贝。

5结论

设计立式真空+红外加热粮食快速干燥设备，并以鲜湿粮食为对象进行干燥机性能测试，得出以下结论。

（1）鲜湿粮食快速干燥机，运行稳定且密封性能良好。

（2）通过试验，该干燥机可使鲜湿粮食在30分钟左右实现快速干燥，且干燥品质好。

（3）鲜湿粮食快速干燥机的研制，为粮食清洁节能和快速干燥提供了新的技术支持。

作者简介：赖亦环，男，本科，高级讲师，高级技师，主要从事制冷、节能技术教学和研究工作;潘文锋，男，本科，高级讲师，高级技师，主要从事机械设计教学和研究工作;吴焕松，男，本科，高级工程师，主要从事干燥技术研究工作。