连续式水稻混流干燥工艺的试验研究

   稻谷是一种热敏性的物料，其干燥不同于其它粮食的干燥，干燥速度过快或参数选择不当都会产生爆腰，造成稻谷品质下降。我国有关粮食干燥机行业标准明确规定稻谷干燥后爆腰率的增值不能超过3%。目前国内外已有人对稻谷的干燥以及稻谷爆腰机理进行了比较深入的研究 ，董铁友[1]研究了水稻的顺流干燥工艺、奚河滨等[2]研究了顺混流相结合的干燥工艺、伴敏三 进行了水稻薄层及横流式干燥机的试验研究。美国学者Bakker-Arkema 认为在干燥作业时，水稻温度不能超过43℃。丹麦Cimberia干燥机干燥水稻时，建议水稻温度一般控制在39℃～43℃，最高不能超过43℃[3]。
    我国在水稻干燥中应用最普遍的机型是以上海三久、无锡金子及福建三发发为代表的横流低温循环式干燥机[4]。该机属于水稻专用型干燥机，在应用于其它粮食干燥时存在工艺上的缺陷。混流式粮食干燥机是近年来在我国粮食干燥行业中应用最广泛的一种机型，该机不但可以烘干大粒作物如大豆、玉米，中等粒度作物如小麦、高粱以及小粒作物如油菜籽、蔬菜种子，还具有烘后粮食的品质好，综合干燥性能指标好以及对粮食的含杂率要求较低等显著的特点。但混流式干燥机在实际烘干水稻时应如何选择合理的工艺参数，才能达到干燥后稻谷品质与设备性能的最佳匹配，目前尚缺乏充分的试验研究，直接导致设备的开发利用不够。另外在当前农业效益较低的情况下，粮食干燥机能否实现综合利用已成为限制其推广的瓶颈。 本文旨在通过试验研究，探寻混流式干燥机烘干水稻时，工艺参数对水稻爆腰率及干燥机能耗的影响规律，为拓展混流式干燥机的使用范围，达到粮食干燥设备的一机多用提供依据。
2 试验材料和方法
2.1试验材料
    本次试验于2002年10月～12月在浙江省富阳市中国水稻研究所进行，采用的物料为秀水-11晚稻。试验期间稻谷的原始含水率范围为14.5% ～18.6%（w.b）。
2.2 试验装置
    本次干燥试验的设备为农业部规划设计研究院研究开发的移动式农用粮食干燥机。该干燥机由燃油热风炉、混流式粮食干燥塔、粮食循环搅龙、提升机、移动式底盘所组成，如图1所示。干燥机容积约为4m3，截面为1.25×1.0m，设有两个干燥段，高度为2.0m，一个储粮段，高度为1.0m，风机型号：4—72—№4A，4kW，风量为4012～7419 m3/h。
                       
2.3 试验方法
2.3.1 取样 
    入机粮取样：在提升机入料口处接取样品，在上粮期间内等间隔分5次取样，取其平均值作为入机粮的水分。
    出机粮取样： 在干燥机排粮口处接取样品，在卸粮期间内等间隔分5次取样，取其平均值作为出机粮的水分。 
2.3.2 测量方法 
    含水率测定：利用烘箱法，按GB/T 5494-1985《粮食、油料检验 水分测定法》测定稻谷含水率；
    爆腰率测定：将接取的样品分成3个子样，从每个子样中取出完整的稻谷100粒，密封保存24小时后，先剥掉外壳，然后用爆腰灯进行检测，发现米粒胚乳有裂缝，或一条裂缝贯穿全粒，或有裂痕两条以上均属爆腰。以爆腰粒数所占的百分比表示爆腰率。计算出3个子样的爆腰率的平均数，将其作为该样品的爆腰率。同一批稻谷烘干前后爆腰率的差值即为爆腰率增值。爆腰率采用日本金子公司生产的水稻爆腰灯测定。
2.4 试验条件及参数选择
    试验期间环境温度范围-2℃～15℃，空气相对湿度范围50%～80%。原粮含水率范围17%～19%。 
    试验中，干燥机所采用的空床流量为0.29m3/m2•s，热风温度试验值为40℃、50℃、60℃、70℃，干燥过程中热风与稻谷的接触时间，即干燥时间设定为10分钟。干燥时间与缓苏时间 比例（以下简称干燥缓苏比）分别采用了1：1、1：2、1：3、1：4、1：5和1：6。利用时间继电器控制干燥时间与缓苏时间。在缓苏过程中，燃油热风炉处于关闭状态，稻谷处于连续循环状态。
    
         图2  干燥缓苏比与爆腰率增值之间的关系            图3 干燥缓苏比与降水速率之间的关系
3  试验结果 
3.1 干燥缓苏比与爆腰率增值之间的关系
    图2所示的是水稻干燥过程中在温度一定的条件下，干燥缓苏比与爆腰率增值之间的关系。由图可以看出，在同一温度条件下，爆腰率增值受缓苏时间的影响非常显著。随着缓苏时间的缩短，爆腰率增值会急速上升。对应于一定的热风温度，为确保爆腰率增值小于3%，应有适宜的干燥缓苏比。
3.2 干燥缓苏比与降水速率之间的关系
    图3所示的是干燥过程中，在热风温度一定的条件下，干燥缓苏比与降水速率之间的关系。
3.3 热风温度与爆腰率增值之间的关系
     图4 表示了在干燥缓苏比一定的条件下，热风温度与爆腰率增值之间的关系。
3.4热风温度与降水速率之间的关系
    图5表示了在干燥缓苏比一定的条件下，热风温度与降水速率之间的关系。

3.5爆腰率增值与降水速率之间的关系
    图6 表示了稻谷干燥中爆腰率增值与降水速率之间的关系。
      
4  结论
    1) 稻谷混流干燥过程中必须有缓苏阶段。如果缺少必要的缓苏，即使采用低温连续干燥，爆腰率增值也会高于3%。
    2) 在同一烘干缓苏比的前提下，烘干温度愈高，爆腰率增值也愈大，两者之间近似线性关系。当烘干缓苏比一定时，存在一个临界温度，当超过这个临界温度后，爆腰率增值将超过国家标准中规定的3%。
    3) 利用混流式干燥稻谷时，完全可以采用较高的热风温度，但为了确保烘干后的稻谷品质，应相应地延长缓苏时间。在某一恒定的温度条件下，烘干缓苏比越小，爆腰率越低；烘干缓苏比越大，爆腰率越高。存在一个适宜的烘干缓苏比，在降水速率较快的同时，还能保证爆腰率增值不超过国家标准要求。
    4) 试验表明，当稻谷含水率范围在17%～19%时，采取适当的干燥工艺，使小时降水速率低于1.3%时，可以保证爆腰率增值不超过国家标准的规定。