麸皮气流干燥效率的影响因素与节能措施

杨应丰 沈 军

（1.中粮面业（海宁）有限公司，浙江海宁 314400）

（2.无锡中粮工程科技有限公司，江苏无锡 214035）

小麦制粉工艺中，调质是必要的工序。小麦加水后，籽粒内外存在水分梯度，水分从外往里渗透，但因麦粒化学成分分布不匀，导致小麦各个部位的吸水能力和吸水速度有差异。皮层因含有大量的纤维素，所以调质结束后麸皮水分含量较高[1]，但吸水速度低于麦胚和胚乳。

采用现代小麦制粉工艺，制粉后麸皮水分通常在14%以上，其中一部分是非结合水，容易被微生物、酶、化学反应所利用。夏季，由于高温高湿，麸皮中的营养物质成为微生物天然的“培养基”，微生物繁殖后会产生絮状物，并散发出不良气味，有时麸皮在销售运输的途中就发热霉变。非结合水的存在给麸皮采用物理方法烘干提供了理论依据。为了提高麸皮储藏稳定性，我国南方地区的面粉厂通常在春夏两季都要对麸皮进行烘干处理，以使其水分降到NY/T 119—2021《饲料原料 小麦麸》规定的要求。

1 麸皮气流干燥的方式

常见的对流干燥方式有5 种，即厢式干燥、气流干燥、沸腾床干燥、转筒干燥和喷雾干燥。依据麸皮自身的性状特点，结合气流干燥设备投资少、传热传质效率高、可以连续在线生产等优点，气流干燥成为麸皮烘干的首选方法。

麸皮气流干燥流程如图1 所示。

经换热器或加热器处理后的热空气既是输送介质，也是烘干介质。麸皮由输送设备均匀地喂入干燥系统，在热空气的流动下做高速输送，并分散悬浮在气流中。在输送的过程中，热空气与麸皮发生传热和传质，麸皮得到干燥。这种麸皮气流干燥工艺效果较好，但存在能耗高缺点。据检测，使1 t 麸皮水分含量降低1%需要消耗压力0.6 MPa 的蒸汽20 kg，即耗电近10 kW·h。如以一个日处理小麦1 000 t 的面粉厂测算，麸皮出率为18%，年产250 d，每年春夏两季对混麸进行烘干处理，将麸皮水分平均降低1.5%，则年需消耗蒸汽量为675 t，或耗电34 万kW·h。

2 影响麸皮气流干燥效率的因素

麸皮气流干燥是一个高能耗系统，在保证麸皮烘干效果的基础上，如何降低其耗能是一项非常重要的工作。

2.1 影响麸皮气流干燥效率的因素

2.1.1 麸皮气流干燥装置的管径

据检测，在气流干燥装置加料口以上1 m 左右的干燥管内，干燥速率最快，由热空气传给物料的热量占到整个干燥管中传热量的1/2～3/4。这不仅是因为干燥管底部气、固间的温差较大，更重要的是气、固间相对运动和接触情况有利于传热和传质[2]。因此，提高干燥效率应充分发挥干燥管底部加速段的作用和增加气体与麸皮间的相对速度，可采用直径交替缩小和扩大的脉冲管代替直管。物料首先进入管径小的干燥管，此时气流速度较高，颗粒产生加速运动，当加速运动终了时，干燥管直径突然扩大，由于惯性作用，该段内颗粒速度仍大于气流速度，当颗粒逐渐减速后，干燥管直径又突然缩小，便又被气流加速，如此交替进行，从而使气体与颗粒间的相对速度及传热面积变大，可以提高传质和传热效率。如图2 所示，D1、D2 为脉冲管管径，A 为过渡角。

姜大志等[3]人的研究结果表明，干燥管管径比（D1/D2）越大，颗粒在干燥管中的运动越紊乱，颗粒停留时间越长，干燥效果越好。但干燥管管径比越大，压损也越大，如过度增大管径比，不仅不能提高产品质量，反而会降低干燥器的生产效率。因此，在脉冲气流干燥器中存在一个最优的管径比，这可在实践中针对使用场所通过试验找出。

2.1.2 脉冲管过渡角

时彤等[4]人研究了脉冲管过渡角对气流干燥过程的影响，结果表明过渡角直接影响干燥器的干燥性能。过渡角越大，颗粒的干燥效果越好，但随着过渡角的增大，干燥器中的扰流加剧，使得局部损失增加，能耗增高。沈明启等[5]人用脉冲气流干燥装置对木屑进行干燥时，发现过渡角为30°时，变径管中经常发生积屑，引起干燥系统堵塞。通过数值模拟分析发现，过渡角为30°时，在变径管处有一个较大的回流区，这个回流区正是气流干燥管发生积料的区域。当过渡角增大到50°时，变径管中的回流区基本消失。在实际使用中，采用60°过渡角能基本解决管道中的积料和堵塞现象，所以脉冲管过渡角选择60°较好。

2.2 麸皮气流干燥的节能措施

2.2.1 合理选取空气流速

根据干燥速率曲线，物料的干燥过程可以划分为恒速干燥和降速干燥两个阶段。在恒速干燥阶段，物料的表面比较湿润，水分从物料内部迁移到表面的速度足够快，使得表面水分含量维持恒定。恒速阶段的推动力是物料表面和干燥介质的水分蒸气压差，这一时期，影响干燥速率的因素主要是空气的流速、温度、相对湿度、接触面积等[6]。此时，增加热空气流速有助于强化传热和传质，从而缩短干燥时间。当水分自物料内部向表面迁移的速度赶不上物料表面的汽化速度时，便转入降速干燥阶段。此时，干燥速率取决于物料内部水分向表面迁移的速度，而这又与物料自身的性质，如结构、形状、尺寸等因素有关，而与干燥介质的状态关系不大。基于这些原理，麸皮在气流干燥的降速阶段，热空气流速不宜太快，只要热空气与麸皮的相对速度大于麸皮沉降速度即可，而采用过高的流速既不利于干燥速率的提高，又会使干燥管加长，从而增加了厂房的高度和动力消耗。

2.2.2 干燥管设置保温层

假设一个麸皮气流干燥系统干燥管的直径是500 mm，管内热空气流速为20 m/s，根据雷诺数的计算公式[7]，干燥管中热空气的雷诺数远远大于10 000，属于管内强制湍流[7]。此时，干燥管内的热空气很容易与管外的冷空气发生热交换，造成热量损失，这种现象冬季热更加严重。所以为了减少热量损失，干燥管外壁应设置保温层。

2.2.3 设置两套提料系统

在麸皮气流干燥系统的选型时，人们往往是根据最大产量计算的，但而实际生产中，因面粉生产是流水线作业，而需要烘干的麸皮产量会发生较大变化，有时是烘干所有麸皮——混麸，有时只需烘干粗麸。麸皮流量减小时，应及时调低加热温度或关小蒸汽阀门，否则会造成热能浪费，也会导致烘干后麸皮水分过低，影响企业经济效益。另外，麸皮产量减小时，提料管所需的风量也变小，为了保持干燥管中的风速，应减小干燥管的管径。所以在实际使用中，为了节约能耗可以考虑设置两套提料系统，两套提料系统共用一个加热源，但提料需配置两台功率不同的高压风机。

传统的麸皮气流干燥系统中，在烘干段后还设置了冷却段，即烘干的麸皮卸料后自溜进入负压提料系统，通过常温空气冷却再输送入仓。这种冷却方式的负压提料也消耗了较大动力，可以进行适当改变，如采用将烘干后的麸皮通过溜管自溜进入斗提机后再入仓的方式。此时，在斗提机的进口处设置吸风，即可带走麸皮部分热量。麸皮从高处自溜进入提升机的溜管角度不要太大，大于其自溜角即可，这样麸皮流淌速度不会过快，可充分利用楼层高度来散热。

2.2.4 设置余热回收利用

目前，麸皮气流干燥系统中的热空气经过脉冲除尘器处理后是直接排到大气中的，这不仅浪费了热能，也对环境造成了污染。可以在脉冲除尘器前设置热交换器来处理热空气，热空气与冷水进行热交换后，加热后的热水可作它用。同时，热交换还有助于湿热空气的水汽凝结，避免水汽进入脉冲冷凝后引起布筒堵塞而增加系统压损和电耗。

3 结语

气流干燥是一种经典的干燥方式，广泛应用于食品、化工等领域。干燥既是传热单元操作，也是传质单元操作，提高干燥效率、降低能耗需从传热和传质两方面考虑。人们对气流干燥装置的研究和优化从未停止过，麸皮气流干燥从最初的直管干燥发展成脉冲管干燥、套管干燥和旋风干燥，都是技术创新的结果。相信随着新成果的不断应用，麸皮气流干燥效率会越来越高，能耗也会越来越低。