粮食烘干机械化技术与烘干技术原理研究

郑雪宁，田宏建

（1.三原县农业科学技术中心，陕西 咸阳 713800；2.三原县农业机械管理总站，陕西 咸阳 713800）

据不完全统计，我国粮食由于未达到安全储存水分标准而出现霉变及发芽变质等问题比较常见，总损失量可达粮食总收获量的5%左右，每年因烘干问题造成的粮食损失达800 万t 以上。传统的人工自然晾晒往往需要花费2~3 天的时间，但是机械烘干只需2 h~6 h 即可达到规定的脱水要求，有效地提高了粮食的保存质量，避免了损失，这也有利于保障国家粮食安全。

1 粮食烘干机械化技术

粮食烘干是将收割的湿粮通过机械设备进行加热、通风等处理，使其失去大部分水分，达到安全储存和保质保量的目的。粮食烘干机械化技术是指通过使用烘干机等先进设备，对湿度高的粮食进行快速烘干，提高烘干效率和质量，降低工人的劳动强度和劳动时间，实现粮食烘干的自动化和智能化。在农业机械的全面普及下，粮食收获期愈发集中，由于水分控制不当，粮食在收获后的霉变比例在5%以上，按三原县年产20 万t 粮食计算，相当于损失1 万t 粮食，如果在收获后遇到阴雨天还会造成更大损失。因此，采用粮食烘干机械，可以在短时间内将大量湿度较高的粮食干燥至安全水分含量，提高对粮食的处理能力和粮食产量，还能有效减少霉变的发生，使其贮存时间增加2~3 年，从而保障国家粮食安全。另外，基层农户在人工晾晒粮食的时候一般选择公路边上，粮食会受到沥青化学污染和汽车尾气污染的威胁，尤其是在高温环境下，有害物质的析出含量也会更高，从而严重影响了粮食的品质，所以必须加强对粮食烘干机械化技术的应用，以便提高粮食耐贮性能，实现粮食安全储备[1]。而且粮食烘干机械化技术在烘干过程中采用封闭式系统，减少了粮食干燥时对环境的污染和损害，在选择热源时，可以采用清洁能源和低碳燃料，减少排放物对环境的不良影响。

2 粮食烘干机常见类型及其原理分析

2.1 连续式烘干机及其原理分析

连续式烘干机实物图如图1 所示，它是一种常用的粮食烘干设备，适用于大批量、连续进行的粮食烘干操作，该设备的原理是通过将湿度较高的物料不断送入烘干机中，并经过加热和对流风的作用，使其水分蒸发，从而达到所需的干燥度。首先，在具体操作中，湿度较高的粮食作物会通过进料装置，并在传送带、螺旋输送机、振动槽等的作用下被连续送入烘干机内部；其次，热源（电加热、蒸汽、热水、燃烧器等）通过加热器提供热能，使加热器内的热媒加热至一定温度，同时热量通过传热器传递给热媒，产生高温热风，热风在烘干机内部形成气流，与进料装置中的物料充分接触，使物料表面的水分蒸发；最后，再由传动系统控制烘干机的转速，使筒体持续转动，促使物料在烘干机中均匀受热和干燥，干燥后的粮食通过输送带、螺旋输送机等被连续排出。

图1 连续式粮食烘干机实物图

实践证明，连续式烘干机具有以下优势：一是烘干效率比较高，连续式烘干机采用多级烘干装置，通过不间断地将湿粮沿烘干机内部进行输送，有效利用热能，提高了烘干效率；二是粮食质量能够得到保障，该设备采用精确的控温、控湿等技术，能够确保粮食在烘干过程中的质量稳定，通过合理的热风循环系统和热风分布装置，粮食在烘干过程中得以均匀加热，避免了烘干不均和烘干温度过高的问题；三是具有较高的自动化程度，连续式烘干机配备了先进的自动化控制系统，可实现对温度、湿度、料量等参数的实时监测和调节，操作简单，用户只需设置好烘干参数，设备即可按照设定要求自动运行[2]。

2.2 多层流化床烘干机及其原理分析

多层流化床烘干机是一种先进的粮食烘干设备，其主要由烘干室、热风系统、料仓、排放系统、控制系统等组成。多层流化床烘干机通过使用高温气流将湿度较高的粮食送入烘干室进行烘干，同时利用床层的流化性质，使加热空气从下方通过床层，形成流化状态，使粮食处于均匀的悬浮状态并进行烘干，保证了粮食烘干的均匀性。其中，床层是多层流化床烘干机的核心部分，由多个物料均匀分布的层组成，粮食在床层中受气流的悬浮和冲击作用，形成类似流化床的状态。床层的厚度和密度可根据物料的特性和干燥要求进行调节。

实践证明，多层流化床烘干机具有以下优势：一是烘干效率高，能耗低，其在烘干过程中采用的是先进的热风系统，能够快速将湿度高的粮食烘干；二是基于流化性质的保证，粮食的烘干效果更加均匀，能耗相比传统的烘干方式大大降低；三是采用现代化、智能化的控制系统，操作界面友好，运行参数易于调节，可根据粮食种类、烘干程度等因素实现高度智能化，能够烘干多种类型的粮食，比如水稻、小麦、玉米、豆类、油料等等[3]。

2.3 筒式烘干机及其原理分析

筒式烘干机由筒体、传动装置、热源装置、热风系统、排风系统、控制系统等组成，其主要是通过电、油、煤等不同的热源，将热量传入内部筒体中，使粮食或其他物体受热变干，主要特点是结构简单、体积小、烘干效果好、操作方便等。在操作中，需要将粮食由进料装置送入内部筒体，筒体在转动的过程中用热风对物料进行加热和烘干，烘干完成后通过排风系统将湿气排出烘干机外。通过控制系统对烘干机的传动和热风系统进行调节，以控制烘干温度和湿度，从而达到精确定量、优质高效的烘干效果。在实际应用中，为了保持物料质量并提高烘干效率，烘干机的控制参数和烘干工艺均需要进行科学合理的设计和调节。

2.4 箱式烘干机及其原理分析

箱式烘干机是一种常用的烘干设备，采用密闭结构的箱体作为干燥室，通过循环加热空气进行物料干燥，它适用于各种颗粒状物料的批量干燥，如稻谷、玉米、豆类、芝麻、小麦等。首先由加热装置产生热能，经过热交换器供能给空气，使空气升温；然后由送风机将加热后的空气送入干燥室内，通过风道覆盖物料表面，使其蒸发水分，同时，排风机将湿热空气排出干燥室，保持干燥室内的湿度适宜。其中，控制系统对干燥过程的参数进行监测和调节，以实现干燥的控制和优化。

实践证明，箱式烘干机具有以下优势：一是高效节能，箱式烘干机在干燥室内采用强制对流干燥的方式，物料可充分暴露于热风之中，干燥迅速、均匀，可大幅度缩短干燥时间，而且箱式烘干机采用封闭式循环的热风系统，能够最大限度地利用热能，降低热量损失和能源消耗，提高能源利用效率；二是多功能性，箱式烘干机可根据不同物料和干燥要求，调整干燥时间、温度、湿度等参数，并可定制不同规格、型号和配件，以适应各种干燥需求[4]；三是维护方便，箱式烘干机具有结构简单、操作方便、运行稳定的特点，易于维护、清洗和保养，同时具有一定的抗腐蚀性和较长的使用寿命。

3 粮食烘干机械化技术的发展趋势

3.1 智能化

粮食烘干机械化技术的智能化发展是当前的重要趋势，智能化技术的应用使得粮食烘干更加高效、精确、可控。一是传感器技术的应用，智能化粮食烘干机械采用各种传感器，如温度传感器、湿度传感器、气流传感器等，实时监测烘干过程中的温度、湿度、气流速度等参数，使得粮食烘干过程更加精确可控。二是数据分析与决策支持，主要是基于大数据和人工智能技术，智能化粮食烘干机械能够对传感器所采集的数据进行实时分析和处理，从而提供决策支持，比如可以根据粮食的种类、初始湿度、环境温湿度等因素自动调整烘干参数，实现最佳的烘干效果。三是远程监控与控制，通过互联网技术，智能化粮食烘干机械可以实现远程监控和远程控制，用户只需要通过手机、电脑等终端设备实时查看烘干机的运行状态，调整烘干参数，即可实现远程操作和管理，提高工作效率和便利性。四是自动化控制系统，智能化粮食烘干机械配备先进的自动化控制系统，可以实现对烘干过程的全面控制和管理，比如其中的控制系统可以根据预设的烘干曲线，自动调整热风温度和流量，实现精确的温湿度控制，以保证烘干精度和品质[5]。五是故障诊断与预测维护，智能化粮食烘干机械具备故障诊断和预测维护能力，在作业期间，通过对传感器数据的分析，智能化系统可以及时识别设备故障，并提供修复建议或预测维护时间，降低故障率和维护成本。可见，智能化发展使得粮食烘干机械具备了更高的精确性、可控性和自动化程度，进一步提高了粮食烘干效率、烘干品质和能源利用效率。

3.2 能源节约化

随着人们对节能减排、低碳环保理念的重视，粮食烘干机械化技术也逐渐向能源节约化的方向发展。一是烘干系统的热源优化，传统的粮食烘干方式大多使用燃煤或燃油作为热源，而环保型新能源在降低能源消耗和环境污染方面具有很大优势，例如太阳能、天然气等清洁能源，可以将其逐渐应用于粮食烘干机械化技术中。二是运用热泵技术，热泵空气能烘干技术是一种新型、高效、节能的粮食烘干技术，其在实际的工作中采用空气热泵作为热源，热能利用率高，能节省大量能源。实践证明，低温热源更有助于减少湿基性物料脱水过程中的水汽损耗，提高作物品质[6]。三是采用烘干室节能措施，主要就是以改变烘干室结构、增加节能材料、减少热量损失等方式来起到节约能源的效果，尤其是高效保温材料的使用，可以在最大范围内将热量保留在干燥室内，避免能量的过分损耗。四是控制系统的节能优化，即控制系统可以根据粮食烘干的需要自动调整烘干参数、控制设备启停，同时最大限度地发挥设备潜能，达到节约能源的目的。五是废热回收利用技术，即将粮食烘干过程中产生的废热进行回收利用，可以将其用于加热饮用水等[7-8]。

3.3 个性化

不同的粮食品种其烘干特性也有所不同，比如粳稻和玉米等粮食作物需要较长时间的烘干过程，而小麦和大米则需要短时间的快速烘干。因此，在机械技术的发展下，粮食烘干机械越来越注重个性化设计和优化，针对不同粮食品种和品质，选择不同的烘干方式、设备和参数，尤其是对于初始湿度较高的粮食，可通过提高通风量和降低温度来提高烘干效率。另外，在烘干室的设计方面也要结合不同粮食品种和烘干条件进行设计，比如对于难以烘干的粮食，应采用推拉式烘干室结构，可以更好地控制烘干时间和温湿度[9]。

3.4 大型化

随着国内粮食产业的不断发展，粮食加工量不断增加，要求粮食烘干设备的规模增大，能够处理更多的粮食，因此粮食烘干机也逐渐趋向大型化发展[10]。烘干机的烘干室容量增加、热风系统的供应能力增强，使得单台设备能够同时进行更多粮食的烘干作业；或者可以采用更具规模效应的半自动、全自动生产线，以提高生产效率和生产能力。

4 结语

综上所述，粮食烘干机械化技术的应用，可以较好地解决传统人工晾晒中存在的场地不足、易受天气影响等现实问题，只需要较短时间就可以完成粮食脱水，大大提高了粮食的品质以及耐贮性，降低了损失，真正保障了粮食生产的增产增效。但与此同时，还需要相关技术人员能够树立创新意识，加强对粮食烘干技术理论的研究，并立足于农业生产实际，加强对粮食烘干机械化技术的宣传推广，从而促进粮食烘干技术的大规模运用。