糧食烘干機械化技術與烘干技術原理研究

鄭雪寧，田宏建

（1.三原縣農業科學技術中心，陜西 咸陽 713800；2.三原縣農業機械管理總站，陜西 咸陽 713800）

據不完全統計，我國糧食由于未達到安全儲存水分標準而出現霉變及發芽變質等問題比較常見，總損失量可達糧食總收獲量的5%左右，每年因烘干問題造成的糧食損失達800 萬t 以上。傳統的人工自然晾曬往往需要花費2~3 天的時間，但是機械烘干只需2 h~6 h 即可達到規定的脫水要求，有效地提高了糧食的保存質量，避免了損失，這也有利于保障國家糧食安全。

1 糧食烘干機械化技術

糧食烘干是將收割的濕糧通過機械設備進行加熱、通風等處理，使其失去大部分水分，達到安全儲存和保質保量的目的。糧食烘干機械化技術是指通過使用烘干機等先進設備，對濕度高的糧食進行快速烘干，提高烘干效率和質量，降低工人的勞動強度和勞動時間，實現糧食烘干的自動化和智能化。在農業機械的全面普及下，糧食收獲期愈發集中，由于水分控制不當，糧食在收獲后的霉變比例在5%以上，按三原縣年產20 萬t 糧食計算，相當于損失1 萬t 糧食，如果在收獲后遇到陰雨天還會造成更大損失。因此，采用糧食烘干機械，可以在短時間內將大量濕度較高的糧食干燥至安全水分含量，提高對糧食的處理能力和糧食產量，還能有效減少霉變的發生，使其貯存時間增加2~3 年，從而保障國家糧食安全。另外，基層農戶在人工晾曬糧食的時候一般選擇公路邊上，糧食會受到瀝青化學污染和汽車尾氣污染的威脅，尤其是在高溫環境下，有害物質的析出含量也會更高，從而嚴重影響了糧食的品質，所以必須加強對糧食烘干機械化技術的應用，以便提高糧食耐貯性能，實現糧食安全儲備[1]。而且糧食烘干機械化技術在烘干過程中采用封閉式系統，減少了糧食干燥時對環境的污染和損害，在選擇熱源時，可以采用清潔能源和低碳燃料，減少排放物對環境的不良影響。

2 糧食烘干機常見類型及其原理分析

2.1 連續式烘干機及其原理分析

連續式烘干機實物圖如圖1 所示，它是一種常用的糧食烘干設備，適用于大批量、連續進行的糧食烘干操作，該設備的原理是通過將濕度較高的物料不斷送入烘干機中，并經過加熱和對流風的作用，使其水分蒸發，從而達到所需的干燥度。首先，在具體操作中，濕度較高的糧食作物會通過進料裝置，并在傳送帶、螺旋輸送機、振動槽等的作用下被連續送入烘干機內部；其次，熱源（電加熱、蒸汽、熱水、燃燒器等）通過加熱器提供熱能，使加熱器內的熱媒加熱至一定溫度，同時熱量通過傳熱器傳遞給熱媒，產生高溫熱風，熱風在烘干機內部形成氣流，與進料裝置中的物料充分接觸，使物料表面的水分蒸發；最后，再由傳動系統控制烘干機的轉速，使筒體持續轉動，促使物料在烘干機中均勻受熱和干燥，干燥后的糧食通過輸送帶、螺旋輸送機等被連續排出。

圖1 連續式糧食烘干機實物圖

實踐證明，連續式烘干機具有以下優勢：一是烘干效率比較高，連續式烘干機采用多級烘干裝置，通過不間斷地將濕糧沿烘干機內部進行輸送，有效利用熱能，提高了烘干效率；二是糧食質量能夠得到保障，該設備采用精確的控溫、控濕等技術，能夠確保糧食在烘干過程中的質量穩定，通過合理的熱風循環系統和熱風分布裝置，糧食在烘干過程中得以均勻加熱，避免了烘干不均和烘干溫度過高的問題；三是具有較高的自動化程度，連續式烘干機配備了先進的自動化控制系統，可實現對溫度、濕度、料量等參數的實時監測和調節，操作簡單，用戶只需設置好烘干參數，設備即可按照設定要求自動運行[2]。

2.2 多層流化床烘干機及其原理分析

多層流化床烘干機是一種先進的糧食烘干設備，其主要由烘干室、熱風系統、料倉、排放系統、控制系統等組成。多層流化床烘干機通過使用高溫氣流將濕度較高的糧食送入烘干室進行烘干，同時利用床層的流化性質，使加熱空氣從下方通過床層，形成流化狀態，使糧食處于均勻的懸浮狀態并進行烘干，保證了糧食烘干的均勻性。其中，床層是多層流化床烘干機的核心部分，由多個物料均勻分布的層組成，糧食在床層中受氣流的懸浮和沖擊作用，形成類似流化床的狀態。床層的厚度和密度可根據物料的特性和干燥要求進行調節。

實踐證明，多層流化床烘干機具有以下優勢：一是烘干效率高，能耗低，其在烘干過程中采用的是先進的熱風系統，能夠快速將濕度高的糧食烘干；二是基于流化性質的保證，糧食的烘干效果更加均勻，能耗相比傳統的烘干方式大大降低；三是采用現代化、智能化的控制系統，操作界面友好，運行參數易于調節，可根據糧食種類、烘干程度等因素實現高度智能化，能夠烘干多種類型的糧食，比如水稻、小麥、玉米、豆類、油料等等[3]。

2.3 筒式烘干機及其原理分析

筒式烘干機由筒體、傳動裝置、熱源裝置、熱風系統、排風系統、控制系統等組成，其主要是通過電、油、煤等不同的熱源，將熱量傳入內部筒體中，使糧食或其他物體受熱變干，主要特點是結構簡單、體積小、烘干效果好、操作方便等。在操作中，需要將糧食由進料裝置送入內部筒體，筒體在轉動的過程中用熱風對物料進行加熱和烘干，烘干完成后通過排風系統將濕氣排出烘干機外。通過控制系統對烘干機的傳動和熱風系統進行調節，以控制烘干溫度和濕度，從而達到精確定量、優質高效的烘干效果。在實際應用中，為了保持物料質量并提高烘干效率，烘干機的控制參數和烘干工藝均需要進行科學合理的設計和調節。

2.4 箱式烘干機及其原理分析

箱式烘干機是一種常用的烘干設備，采用密閉結構的箱體作為干燥室，通過循環加熱空氣進行物料干燥，它適用于各種顆粒狀物料的批量干燥，如稻谷、玉米、豆類、芝麻、小麥等。首先由加熱裝置產生熱能，經過熱交換器供能給空氣，使空氣升溫；然后由送風機將加熱后的空氣送入干燥室內，通過風道覆蓋物料表面，使其蒸發水分，同時，排風機將濕熱空氣排出干燥室，保持干燥室內的濕度適宜。其中，控制系統對干燥過程的參數進行監測和調節，以實現干燥的控制和優化。

實踐證明，箱式烘干機具有以下優勢：一是高效節能，箱式烘干機在干燥室內采用強制對流干燥的方式，物料可充分暴露于熱風之中，干燥迅速、均勻，可大幅度縮短干燥時間，而且箱式烘干機采用封閉式循環的熱風系統，能夠最大限度地利用熱能，降低熱量損失和能源消耗，提高能源利用效率；二是多功能性，箱式烘干機可根據不同物料和干燥要求，調整干燥時間、溫度、濕度等參數，并可定制不同規格、型號和配件，以適應各種干燥需求[4]；三是維護方便，箱式烘干機具有結構簡單、操作方便、運行穩定的特點，易于維護、清洗和保養，同時具有一定的抗腐蝕性和較長的使用壽命。

3 糧食烘干機械化技術的發展趨勢

3.1 智能化

糧食烘干機械化技術的智能化發展是當前的重要趨勢，智能化技術的應用使得糧食烘干更加高效、精確、可控。一是傳感器技術的應用，智能化糧食烘干機械采用各種傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、氣流傳感器等，實時監測烘干過程中的溫度、濕度、氣流速度等參數，使得糧食烘干過程更加精確可控。二是數據分析與決策支持，主要是基于大數據和人工智能技術，智能化糧食烘干機械能夠對傳感器所采集的數據進行實時分析和處理，從而提供決策支持，比如可以根據糧食的種類、初始濕度、環境溫濕度等因素自動調整烘干參數，實現最佳的烘干效果。三是遠程監控與控制，通過互聯網技術，智能化糧食烘干機械可以實現遠程監控和遠程控制，用戶只需要通過手機、電腦等終端設備實時查看烘干機的運行狀態，調整烘干參數，即可實現遠程操作和管理，提高工作效率和便利性。四是自動化控制系統，智能化糧食烘干機械配備先進的自動化控制系統，可以實現對烘干過程的全面控制和管理，比如其中的控制系統可以根據預設的烘干曲線，自動調整熱風溫度和流量，實現精確的溫濕度控制，以保證烘干精度和品質[5]。五是故障診斷與預測維護，智能化糧食烘干機械具備故障診斷和預測維護能力，在作業期間，通過對傳感器數據的分析，智能化系統可以及時識別設備故障，并提供修復建議或預測維護時間，降低故障率和維護成本。可見，智能化發展使得糧食烘干機械具備了更高的精確性、可控性和自動化程度，進一步提高了糧食烘干效率、烘干品質和能源利用效率。

3.2 能源節約化

隨著人們對節能減排、低碳環保理念的重視，糧食烘干機械化技術也逐漸向能源節約化的方向發展。一是烘干系統的熱源優化，傳統的糧食烘干方式大多使用燃煤或燃油作為熱源，而環保型新能源在降低能源消耗和環境污染方面具有很大優勢，例如太陽能、天然氣等清潔能源，可以將其逐漸應用于糧食烘干機械化技術中。二是運用熱泵技術，熱泵空氣能烘干技術是一種新型、高效、節能的糧食烘干技術，其在實際的工作中采用空氣熱泵作為熱源，熱能利用率高，能節省大量能源。實踐證明，低溫熱源更有助于減少濕基性物料脫水過程中的水汽損耗，提高作物品質[6]。三是采用烘干室節能措施，主要就是以改變烘干室結構、增加節能材料、減少熱量損失等方式來起到節約能源的效果，尤其是高效保溫材料的使用，可以在最大范圍內將熱量保留在干燥室內，避免能量的過分損耗。四是控制系統的節能優化，即控制系統可以根據糧食烘干的需要自動調整烘干參數、控制設備啟停，同時最大限度地發揮設備潛能，達到節約能源的目的。五是廢熱回收利用技術，即將糧食烘干過程中產生的廢熱進行回收利用，可以將其用于加熱飲用水等[7-8]。

3.3 個性化

不同的糧食品種其烘干特性也有所不同，比如粳稻和玉米等糧食作物需要較長時間的烘干過程，而小麥和大米則需要短時間的快速烘干。因此，在機械技術的發展下，糧食烘干機械越來越注重個性化設計和優化，針對不同糧食品種和品質，選擇不同的烘干方式、設備和參數，尤其是對于初始濕度較高的糧食，可通過提高通風量和降低溫度來提高烘干效率。另外，在烘干室的設計方面也要結合不同糧食品種和烘干條件進行設計，比如對于難以烘干的糧食，應采用推拉式烘干室結構，可以更好地控制烘干時間和溫濕度[9]。

3.4 大型化

隨著國內糧食產業的不斷發展，糧食加工量不斷增加，要求糧食烘干設備的規模增大，能夠處理更多的糧食，因此糧食烘干機也逐漸趨向大型化發展[10]。烘干機的烘干室容量增加、熱風系統的供應能力增強，使得單臺設備能夠同時進行更多糧食的烘干作業；或者可以采用更具規模效應的半自動、全自動生產線，以提高生產效率和生產能力。

4 結語

綜上所述，糧食烘干機械化技術的應用，可以較好地解決傳統人工晾曬中存在的場地不足、易受天氣影響等現實問題，只需要較短時間就可以完成糧食脫水，大大提高了糧食的品質以及耐貯性，降低了損失，真正保障了糧食生產的增產增效。但與此同時，還需要相關技術人員能夠樹立創新意識，加強對糧食烘干技術理論的研究，并立足于農業生產實際，加強對糧食烘干機械化技術的宣傳推廣，從而促進糧食烘干技術的大規模運用。