一种薄层干燥实验设备的研制

温海江 李喜陆 王丽娟 侯艳芳 陈武东 孙鹏 车刚

摘 要：介绍了一种薄层干燥实验设备的研制，这种设备可以测定介质温度、风速、谷物层厚度三个参数对粮食干燥速率及干燥品质的影响，获得最佳干燥参数，确定各参数之间的合理配比，为设计节能高效、干燥后粮食品质不变、性能优良的谷物干燥机提供准确的实验数据。

关键词：薄层干燥；温度；风速；谷物层厚度；水分

中图分类号：S226.6 文献标识码：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.004

随着我国农业机械现代化的发展，粮食收获后干燥加工技术也在不断进步，但针对目前较为粗放的加工模式，特别是东北地区干燥时间通常为每年的11月至下一年度的3月，由于在这期间环境温度低，粮食水分高，水分均匀度差等特点，粮食干燥普遍存在干燥能耗高、干燥后品质低、水分难以控制等问题，如何选择合理的干燥参数（如介质温度、风速、谷物层厚度等）事关紧要。

该薄层干燥实验设备主要用于各类谷物薄层干燥试验，通过模拟相应的环境，经空气加热对谷物进行干燥，改变加热温度和风机转速，可以得到恒温条件下不同风速对谷物干燥速率的影响程度，或者在恒定风速条件下不同风温对谷物干燥速率的影响程度，还可以通过更换容料室来改变谷物层的厚度，经试验得出干燥中谷物层厚度最佳数据，确定各参数之间的合理配比，为设计节能高效、干燥后粮食品质不变、性能优良的谷物干燥机提供准确的实验数据，适用于各高等学校实验室和科研单位、干燥机生产企业模拟实验等。

1 基本参数

该薄层干燥实验设备主要技术参数如下：热风温度范围为15～150 ℃；模拟环境湿度范围为35%～85% RH；温控精度为±0.5 ℃；湿度精度为±0.3%；风速范围为0～20 m/s；风速测量精度为±2% FS；称重范围为0～20 kg；称重精度等级为0.1；总功率为65.85 kW。

2 结构原理

该薄层干燥实验设备如图所示。

（1）恒温恒湿机：安装在整个实验设备的进风初始位置，能对空气进行加热和加湿，并保证温度和湿度恒定，在一定条件和范围内模拟实验所需要的环境气候条件。

（2）手动调风门：此调风门设在恒温恒湿机1和风机3吸风口中间，通过手动调节风门的开度来控制实验用的系统风量。

（3）风机：通过管道安装在手动调风门2和加热器5之间，主要为干燥实验中所用的空气，并通过控制风机转速的变频器调节实验所需的空气流量。

（4）加热器支架：安装在加热器5下方，用于固定支撑加热器5和风机3，由角钢焊合而成。

（5）加热器：通过管道安装在风机3出口和热风管道8之间，外壳及框架为不锈钢钢板焊合而成，内装翅片式电热管，用于加热试验所需要的空气，并通过将电热管分组分别受电控系统控制，得到试验所要求的精准风温。

（6）温湿度传感器（a）：安装在加热器5出风一侧的热风管道8上，主要采集检测由加热器5加热后的空气温度和湿度。

（7）阀门（a）：此阀门为金属硬密封手动阀门，联接在热风管道8上共4件，通过不同的阀门开关可以得到两种不同热风流向，从而使试验谷物能够换向干燥。

（8）热风管道：用于连接加热器5、四个阀门7、10、15、16、干燥室20，管道直径200 mm，由双层不锈钢板焊合成弯头、三通、直管等单件，两层不锈钢板间填充硅酸铝板隔热材料，减少热量散失。

（9）管道固定支架：安装在热风管道8下方，用四个钢管立柱分别支撑四件金属气密阀门7、10、15、16，立柱通过膨胀螺栓固定于地面，各立柱之间通过角钢连接，使上面管道成为一体。

（10）阀门（b）：功能同阀门（a）7。

（11）风速传感器（a）：安装在热风管道8上，用于检测干燥室20从右向左的风速。

（12）温湿度传感器（b）：安装在热风管道8上，用于检测干燥室20从左向右风向时的空气温湿度。

（13）温湿度传感器（c）：安装在热风管道8上，用于检测干燥室20从右向左风向时的空气温湿度。

（14）风速传感器（b）：安装在热风管道8上，用于检测干燥室20从左向右的风速。

（15）阀门（c）：功能同阀门（a）。

（16）阀门（d）：功能同阀门（a）。

（17）工作台：安装在干燥室20下方，用钢板焊合而成，上面用于固定干燥室20和称重传感器18，台内能放置备用的容料室19。

（18）称重传感器：安装于干燥室20与工作台18之间，用于采集容料室19内被干燥谷物的重量变化信号，并传到微机进行统计分析。

（19）容料室：安装在干燥室20内部，是用来放置干燥谷物的容器，由不锈钢焊合而成，共6件，一件是谷物层厚度可以在1～5 cm间任意调节的容料器，其余5件为谷物层厚度分别固定为10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm的容料器。

（20）干燥室：固定在工作台17上面，是用来放置容料室19的装置，其上面是可以打开的盖子，内部设一放置容料器的托盘，托盘下方为称重传感器18，干燥室两端分别通过耐高温的软连接同热风管道8连接，这样可以减少由热风管道8振动对称重传感器18的干扰。

（21）电控系统：在实验设备旁边，通过电缆线与实验设备相连，包括温度仪表、变频器及各个电机的主回路、控制回路等。

（22）数据处理系统：设在实验设备旁边，由一台微机和专门研发的处理软件组成，将各点温湿度传感器6、12、13，风速传感器11、14，称重传感器18的实时信号进行采集，分析处理后可绘制不同参数之间的变化曲线，显示并生成数据文件记录下来。

3 试验操作过程

电控系统及相关传感器安装完毕后，确认恒温恒湿机1内风机和外风机均为正转后，可以按下面步骤进行试验操作。

（1）调节4个密封阀门7、10、15、16的开关位置，共两种状态：①阀门（a）关闭，阀门（b）开启，阀门（c）关闭，阀门（d）开启，这时容料器19的风向是自右向左，风速值由风速传感器（a）11检测；②阀门（a）开启，阀门（b）关闭，阀门（c）开启，阀门（d）关闭，这时容料器19的风向是自左向右，风速值由风速传感器（b）12检测。

（2）启动恒温恒湿机1，调节出想要的原始空气温湿度，具体调节方法见恒温恒湿机使用说明书。

（3）启动风机3，并通过手动调风门2或风机3变频器调节出大于试验所需的风速。

（4）启动加热器5，并设定相应的实验空气温度。

（5）温度稳定后，关闭风机2，打开干燥室20盖子，将装有谷物的容料室19放进干燥室20中，盖上盖子，启动风机2，这时由于风机2风量发生变化还需进一步调节热风管道8内的风速和热风温度，同时微机对采集的各项数据进行整理分析，并绘制相应的变化曲线。

（6）干燥过程中可以停机改变风向，以提高干燥均匀性。

4 结论

通过模拟相应的环境条件就可进行谷物薄层干燥试验了。通过分别改变加热温度和风机转速，可以测得恒温条件下不同风速对谷物干燥速率的影响程度，或者在恒定风速条件下不同风温对谷物干燥速率的影响程度，还可以通过更换容料室19来改变谷物层的厚度，经试验得出干燥中谷物层厚度最佳数据，确定各参数之间的合理配比，完成提高干燥效率，保证干燥品质，降低干燥能耗的目标。与现有的垂直上下送风薄层干燥实验装置相比，该薄层干燥实验设备采用水平送风垂直称重被实验物料，可以有效消除风压对称重精度的影响，可直接测得被烘干物料的重量变化，确保数据精确。