CN105660847B - 一种智能常压远红外冷冻粮食干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是一种智能常压远红外冷冻粮食干燥方法，这种智能常压远红外冷冻粮食干燥方法：通过多级远红外辐射加热的方式，配合干燥机内温度传感器、湿度传感器和重量传感器进行实时监控，实时调控远红外加热板辐射功率和物料传送带带速；经过多级远红外辐射加热后的干燥粮食被冷却，进入储粮室储存；粮食干燥过程中产生的大量水蒸汽在干燥室内上部热环境、下部冷凝风管处预冷环境、水汽捕集器提供的冷环境共同作用下，形成向下畅通运行的气流；所述干燥机包括干燥室，所述干燥室内设置有湿度传感器、温度传感器、远红外辐射加热板，第五层物料传送带处安装有冷凝风管；干燥室下方与水汽捕集器相连。本发明实现了粮食干燥全程智能自动化控制，有效地利用了冷源。

Description

一种智能常压远红外冷冻粮食干燥方法

一、技术领域：

本发明涉及的是粮食干燥技术领域中针对北方高寒地区冷冻粮食快速干燥的方法，具体涉及的是一种智能常压远红外冷冻粮食干燥方法。

二、背景技术：

我国北方是粮食的主产地，据统计，粮食收获后因气候变冷、潮湿来不及干燥而造成的霉变、发芽等损失的粮食高达5%。因此粮食的及时干燥和贮藏，成为粮食产业链重中之重的环节。

目前，我国北方主要通过自然晾晒、塔式干燥机及滚筒式干燥机对粮食进行干燥。自然晾晒时间长，受场地和天气的影响大；塔式干燥机和滚筒式干燥机普遍都存在成本高，热效率较低，对冷冻粮食干燥能耗大，干燥后品质下降等问题。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种智能常压远红外冷冻粮食干燥方法，这种智能常压远红外冷冻粮食干燥方法用于解决现有北方高寒地区冷冻粮食快速干燥的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种智能常压远红外冷冻粮食干燥方法：

将冰冻态粮食由提升机升至干燥机顶部，由进料斗底部的叶轮式流量装置精量控制进入物料传送带上，并均匀铺放；

随着物料传送带的运转，通过多级远红外辐射加热的方式，配合干燥机内温度传感器、湿度传感器和重量传感器进行实时监控，实时调控远红外加热板辐射功率和物料传送带带速，优化实现粮食干燥全程智能化控制；

经过多级远红外辐射加热后的干燥粮食被输送到干燥室最下端的物料传送带上时，随着该物料传送带运转，通过干燥室内壁环绕的冷凝风管冷却，干燥粮食冷却后进入储粮室储存，最终由排粮机构排出；

粮食干燥过程中产生的大量水蒸汽在干燥室内上部热环境、下部冷凝风管处预冷环境、水汽捕集器提供的冷环境共同作用下，形成向下畅通运行的气流，并最终在水汽捕集器内被吸收、融冰排水排出干燥机；

所述干燥机包括干燥室，所述干燥室的顶部、底部和中间均设置有湿度传感器、温度传感器；干燥室中间安装五层物料传送带，第二层物料传送带和第四层物料传送带上分别安装有重量传感器，前四层物料传送带上下各安装两块远红外辐射加热板，第五层物料传送带处安装有冷凝风管；上述各个传感器把采集到的信号传递给PLC主控模块，经输出控制模块对整个干燥系统实时调控，实现智能化控制；干燥室下方与水汽捕集器相连，机体下部有风冷式制冷机组为水汽捕集器提供冷源。

上述方案中进料斗内安装有流量控制阀，对进入干燥室物料传送带上粮食均匀度进行控制。

上述方案中五层物料传送带均各连接一个调频电机，每层物料传送带独立提供动力，可自主调节带速。

上述方案中水汽捕集器的底部为锥形的，锥底处有排水阀，干燥完成后可进行融冰排水。

上述方案中水汽捕集器有两个，交替捕集水蒸气，当其中一个水汽捕集器需要维修时，另一个水汽捕集器工作，不会因水汽捕集器维修时，干燥器停止工作，以保证本发明长周期运转，提高工作效率。

上述方案中干燥室设置有保温层，保温层由保温隔热双层钢板间填充保温棉密封形成。

上述方案中干燥机机架的底部安装滚轮，可以方便干燥机的移动。

有益效果：

1、本发明在室外工作，北方高寒地区的冷冻粮食可以直接进入干燥机进行干燥，免去了冻干前物料预冻的工作流程，降低了能耗，增加了工作效率；同时，利用室外的冷空气对冷凝风管供冷，有效地利用了冷源，降低了干燥能耗。

2、本发明自动控制系统通过温度、湿度、重量传感器进行实时监测，并对远红外加热板辐射功率、物料传送带带速进行实时调控，实现了粮食干燥全程智能自动化控制。

3、本发明通过多级加热的方式，提高了远红外辐射加热板的利用率，进一步提升粮食的干燥速率。

4、本发明采用水汽捕集器对常压冷冻干燥过程中物料升华出的大量水蒸气进行快速凝结吸收，提供了冻干环境，保证了粮食的干后品质；且粮食干燥过程中产生的大量水蒸汽在干燥室内上部热环境、下部冷凝风管处预冷环境、水汽捕集器提供的冷环境共同作用下，形成向下畅通运行的气流，提高了干燥机吸收水蒸汽的效率。

四、附图说明：

图1为本发明中干燥机的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明中水汽捕集器结构示意图；

图4为本发明的干燥过程示意图；

图5为本发明的智能控制系统图；

图6为本发明的工作流程图。

图中，1提升机，2进料斗，3叶轮式流量控制器，4机架，5温度传感器，6湿度传感器，7物料传送带，8远红外辐射加热板，9干燥室，10冷凝风管，11排粮口，12储粮室，13排粮机构，14滚轮，15排水阀，16重量传感器，17调频电机，18水汽捕集器，19调速电机，20预冷风机，21制冷机组，22制冷供液阀，23电加热管， 24冷凝管， 25电加热器。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图4、图5、图6所示，这种智能常压远红外冷冻粮食干燥方法：

将冰冻态粮食由提升机升至干燥机顶部，由进料斗2底部的叶轮式流量装置精量控制进入物料传送带上，并均匀铺放；

随着物料传送带7的运转，通过多级远红外辐射加热的方式，配合干燥机内温度传感器5、湿度传感器6和重量传感器16进行实时监控，实时调控远红外加热板辐射功率和物料传送带7带速，优化实现粮食干燥全程智能化控制；在常压冷冻干燥粮食过程中，粮食籽粒中冰晶态或亚冰晶态的自由水和部分结合水，直接升华成水蒸气，由交替式水汽捕集器18进行快速凝结吸收，不仅提供粮食冷冻干燥环境，又保证粮食的干后品质。

经过多级远红外辐射加热后的干燥粮食被输送到干燥室9最下端的物料传送带7上时，随着该物料传送带7运转，通过干燥室9内壁环绕的冷凝风管19冷却，干燥粮食冷却后进入储粮室12储存，最终由排粮机构13排出；

粮食干燥过程中产生的大量水蒸汽在干燥室9内上部热环境、下部冷凝风管10处预冷环境、水汽捕集器18提供的冷环境共同作用下，形成向下畅通运行的气流，并最终在水汽捕集器18内被吸收、融冰排水排出干燥机。

结合图1、图2所示，所述干燥机包括机架4、进料斗2、干燥室9、远红外辐射加热板8、物料传送带7、水汽捕集器18、预冷风机20、制冷机组21、温度传感器5、湿度传感器6、重量传感器16、PLC主控模块、输出控制模块、电脑控制器、排水阀15、架体管线阀门、储粮室12和机体滚轮14，进料斗2设置在提升机的出料口下方，进料斗2插入到干燥室内第一层物料传送带7的一侧上方，进料斗2内安装有流量控制阀，对进入干燥室9物料传送带7上粮食均匀度进行控制。储粮室12位于机架4的一侧，干燥室9的底部与储粮室12通过排粮口11相通，储粮室12设置有排粮机构13，干燥后的粮食通过出粮口离开干燥机。干燥机的底部安装滚轮14，可以方便干燥机的移动。

提升机1将冻态粮食提升至干燥机顶部，从进料斗2进入干燥室9。进料斗2底部安装有叶轮式流量控制器3，通过调速电机19对进入干燥机内最上层物料传送带7上粮食定量控制，保物料传送带7上的粮食均匀铺放。

干燥室9为立式密封保温结构，外壁为双层钢板，夹层内填充珍珠岩棉。干燥室9的顶部、底部和中间均设置有湿度传感器6、温度传感器5；干燥室9中间安装五层物料传送带7，五层物料传送带7均各连接一个调频电机17，每层物料传送带7由独立的调频电机17独立提供动力，可自主调节带速。

物料传送带7均由销轴固定在机架4侧壁上，第二层物料传送带7和第四层物料传送带7上分别安装耐高温气压式重量传感器16，所述重量传感器16分别设置在相应的第二层物料传送带7里和第四层物料传送带7里，对干燥过程中的单位面积内的粮食进行实时称重；前四层物料传送带7上下各安装两块远红外辐射加热板8，每块远红外辐射加热板8均为独立控制，可自主调节功率大小，从而调节区间加热温度；第五层物料传送带7处安装有冷凝风管10，冷凝风管10连接预冷风机20；上述各个传感器把采集到的信号传递给PLC主控模块，PLC主控模块通过输出控制模块对物料传送带7的带速和远红外辐射加热板8功率进行实时调控，实现智能化控制，温度传感器5、湿度传感器6、PLC主控模块以及输出控制模块全部设置在机架4上；干燥室9下方与水汽捕集器18相连，水汽捕集器18的底部为锥形的，锥底处有排水阀15，干燥完成后可进行融冰排水；机体下部有风冷式制冷机组21为水汽捕集器18提供冷源。水汽捕集器18外面包有泡沫聚乙烯保温层。所述水汽捕集器18有两个，可以交替捕集水蒸气，提高工作效率。

参阅图3，水汽捕集器18外部有风冷式制冷机组21，通过管道给水汽捕集器18提供冷源，制冷机组21与冷凝管24通过管线形成循环回路，制冷机组21与冷凝管24设置有制冷供液阀22，电加热管23连接电加热器25。水汽捕集器18在干燥过程中吸收物料升华出的大量水蒸汽，水汽捕集器18外面包有泡沫聚乙烯保温层，防止水汽捕集器18制冷量损失，水汽捕集器18补水能力由制冷机组21控制，根据干燥室9湿度可进行适时调节，干燥室9右下部有排粮口11，物料传送带7把冷却后粮食经排粮口11进入储粮室12，储粮室12下部有排粮机构13，干燥后的粮食可由排粮机构13排出干燥机，排粮机构13为排粮搅龙。

干燥机工作步骤包括：开机设定初始加热温度和传送带带速，将清选好的冷冻粮食从料斗定量注入到传送带上，开始干燥；干燥过程中由自动控制系统通过温度、湿度、重量传感器进行实时监测，并对远红外加热板辐射功率、物料传送带7带速进行实时调控，实现了粮食干燥全程智能自动化控制；待第四层干燥粮食的含水率达到标准含水率后，干燥过程结束，第五层预冷装置开启，干燥粮食冷却后进入储粮室12储存。

本发明控制粮食水分的过程：通过设置在物料传送带7内的重量传感器16实时传输单位体积内粮食颗粒的容重，计算粮食水分值，结合插值预测控制算法，精确计算排粮水分。通过信号转换模块与PLC主控模块联接，PLC主控模块输出点与传送带电机变频器组通信，根据内部算法设定频率值，从而调节传送带电机转速，间接调节粮食干燥速率，严格控制出粮水分。其中的算法为公知技术。

本发明粮食重量在线数据采用基于Modbus ASCII通信协议的无线通信网络，保证数据通信实时性，高准确性和稳定性。无线通信模块采用JZ873无线数传模块，该模块采用透明传输方式，通过串口与单片机实现数据收发；与PLC主控模块连接的无线数传模块采用JZ874 USB无线数传模块。两模块间的传输频率为433MHz，波特率为9600bps，采用3.5dp内置天线，无线传输距离不少于800米，满足粮食重量数据传输距离要求。

常压远红外冷冻干燥，物料在温度低于0.01℃条件下，由远红外辐射提供热源，物料中水分（冰）在常压下直接升华为水蒸气，达到快速干燥的目的，具有干燥时间短，热效率高，最终粮食干制品品质好等优点，尤其适用于北方高寒地区冷冻粮食使用。本发明在室外工作，解决了北方高寒地区冷冻粮食快速干燥的问题，实现了整个干燥全程的智能化和自动化。

Claims (7)

1.一种智能常压远红外冷冻粮食干燥方法，其特征在于：这种智能常压远红外冷冻粮食干燥方法：

干燥机在室外工作，将冰冻态粮食由提升机（1）升至干燥机顶部，由进料斗（2）底部的叶轮式流量装置精量控制进入物料传送带上，并均匀铺放；

随着物料传送带的运转，通过多级远红外辐射加热的方式，配合干燥机内温度传感器（5）、湿度传感器（6）和重量传感器（16）进行实时监控，实时调控远红外加热板辐射功率和物料传送带（7）带速，优化实现粮食干燥全程智能化控制；

经过多级远红外辐射加热后的干燥粮食被输送到干燥室（9）最下端的物料传送带（7）上时，随着该物料传送带（7）运转，通过干燥室（9）内壁环绕的冷凝风管（10）冷却，干燥粮食冷却后进入储粮室（12）储存，最终由排粮机构（13）排出；

冷凝风管（10）连接预冷风机（20），冷凝风管（10）的出口伸出干燥机外，与外界空气相通；粮食干燥过程中产生的大量水蒸汽在干燥室（9）内上部热环境、下部冷凝风管（10）处预冷环境、水汽捕集器（18）提供的冷环境共同作用下，形成向下畅通运行的气流，并最终在水汽捕集器（18）内被吸收、融冰排水排出干燥机；

所述干燥机包括干燥室（9），所述干燥室（9）的顶部、底部和中间均设置有湿度传感器（6）、温度传感器（5）；干燥室（9）中间安装五层物料传送带（7），第二层物料传送带（7）和第四层物料传送带（7）上分别安装有重量传感器（16），前四层物料传送带（7）上下各安装两块远红外辐射加热板（8），第五层物料传送带（7）处安装有冷凝风管（10）；上述各个传感器把采集到的信号传递给PLC主控模块，经输出控制模块对整个干燥系统实时调控，实现智能化控制；干燥室（9）下方与水汽捕集器（18）相连，机体下部有风冷式制冷机组（21）为水汽捕集器（18）提供冷源。

2.根据权利要求1所述的智能常压远红外冷冻粮食干燥方法，其特征在于：所述的进料斗（2）内安装有流量控制阀，对进入干燥室（9）物料传送带（7）上粮食均匀度进行控制。

3.根据权利要求2所述的智能常压远红外冷冻粮食干燥方法，其特征在于：所述的五层物料传送带（7）均各连接一个调频电机（17），每层物料传送带（7）独立提供动力，自主调节带速。

4.根据权利要求3所述的智能常压远红外冷冻粮食干燥方法，其特征在于：所述的水汽捕集器（18）的底部为锥形的，锥底处有排水阀（15）。

5.根据权利要求4所述的智能常压远红外冷冻粮食干燥方法，其特征在于：所述的水汽捕集器（18）有两个，交替捕集水蒸气。

6.根据权利要求5所述的智能常压远红外冷冻粮食干燥方法，其特征在于：所述的干燥室（9）设置有保温层，保温层由保温隔热双层钢板间填充保温棉密封形成。

7.根据权利要求6所述的智能常压远红外冷冻粮食干燥方法，其特征在于：所述的干燥机机架（4）的底部安装滚轮（14）。