CN105767163A - 一种立式湿热控速薄层干燥试验台及干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立式湿热控速薄层干燥试验台，包括：壳体，其上设置有配风口、配湿口、排湿风扇和第一封仓门、第二封仓门，干燥介质从配风口进入壳体，从排湿风扇排出壳体；内胆，其内容置空间为干燥介质流通通道，内胆固定在壳体内；其中，内胆对应第一封仓门的下方设置有物料仓托盘，内胆对应第二封仓门的下方设置有传感器仓；以及物料仓，其内容置空间能够放置干燥谷物，物料仓连接物料仓托盘；传感器组，温度传感器、湿度传感器、风速传感器和风压传感器，传感器组设置在内胆内。本发明的干燥试验台能够为干燥实验方法提供最佳参数配比进而达到提高干燥机干燥效率，降低能耗，保证干燥品质的最终目标。

Description

一种立式湿热控速薄层干燥试验台及干燥方法

技术领域

本发明涉及薄层干燥机械。更具体地说，本发明涉及一种立式湿热控速薄层干燥试验台和干燥方法。

背景技术

我国是一个农业大国，农作物中谷物的产量巨大，且随着人们生活水平的提高，人们对食品质量要求也随之提高，但是在生活中难免会遇到一些问题：大部分农产品和各种食品需要以较低的水份保存，因此需要在储存前降低其水份含量。目前传统的干燥方法主要是采用热风式干燥设备，在常压下使热风穿过谷物的颗粒，以带走其水份。

我国谷物干燥有几十年的发展历史，但绝大多数是用于农业生产，主要应用在工厂车间、仓库、物资储备、食品及农作物仓库等场所，面向的用户主要是农场粮库以及食品生产加工基地。这些干燥设备一般体积较大、结构复杂、能耗高，不适用于一般家庭用户及实验室。

针对目前较为粗放的加工模式，如何选择合理的干燥参数(如介质的温度、流速、物料层厚度等)事关紧要。我国粮食机械干燥量逐年增加，特别是东北地区干燥时间通常为每年10月份至第二年3月份，由于在这期间外温低，粮食水份高，水份均匀度差等特点，粮食干燥普遍存在干燥能耗高、干燥后品质低、水份难于控制等问题。通过该薄层干燥试验台可针对不同谷物确定其合理的干燥参数，不仅可以解决上述问题，还可以为实现粮食干燥自动控制奠定理论基础，使粮食干燥特别是高寒地区的粮食干燥达到节能、高效、高品质的理想效果，并解决现有的薄层干燥试验台内谷物厚度不均引起的实验误差问题。

发明内容

本发明目的是提供一种立式薄层干燥试验台，控制干燥的温度、湿度和风速等参数进行薄层干燥实验，模拟不同条件下的谷物薄层干燥效果，为建立干燥模型提供数据支持。

本发明还有一个目的是提供一种立式薄层干燥试验台，避免因重力影响的干燥物料厚度不均而引起的实验误差。

本发明还有一个目的是提供一种干燥方法，实时计算出不同干燥时间的干燥谷物内水份含量，从而降低在粮食干燥过程中的能量消耗，提高粮食干燥后的品质。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种立式湿热控速薄层干燥试验台，包括：

壳体，其上设置有配风口、配湿口、排湿风扇和第一封仓门、第二封仓门，干燥介质从配风口进入壳体，从排湿风扇排出壳体；

内胆，其内部的容置空间为干燥介质流通通道，所述内胆固定在壳体内；其中，所述内胆对应第一封仓门的下方设置有物料仓托盘，所述内胆对应第二封仓门的下方设置有传感器仓；以及

物料仓，其内部的容置空间能够放置干燥谷物，所述物料仓连接物料仓托盘；

传感器组，包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器和风压传感器，所述传感器组设置在内胆内；

风量调控机构，其用于调控内胆的通风量，所述风量调控机构设置在内胆出风口；以及

温度调控机构，其用于调控干燥介质的温度，所述温度调控机构固定在壳体内；

湿度调控机构，其用于调控壳体内湿度，所述湿度调控机构通过配湿口连接壳体。

优选的是，所述温度传感器安装在传感器仓内，用于检测干燥介质的温度；湿度传感器安装在传感器仓内，用于检测干燥介质湿度；风速传感器，其安装在传感器仓内，用于检测风速；风压传感器安装在内胆的入口处，用于检测内胆入口风压。

优选的是，所述内胆一侧开口，另一侧固定连接风量调控机构，所述干燥介质从内胆开口进入，经过传感器仓和物料仓后经风量调控机构排出。

优选的是，所述风量调控机构为轴流风机。

优选的是，所述物料仓为不同目数的筛子。

优选的是，所述物料仓托盘包括环形凹槽和筛网，所述环形凹槽用于连接物料仓，筛网安装在环形凹槽的中心通孔处。

优选的是，还包括仪表，其用于显示输入温度、湿度、风压及风速数据，所述仪表安装在壳体上。

优选的是，还包括控制器，所述控制器连接风量调控机构，用于控制风量调控机构的功率从而调控干燥介质的进风量；控制器连接湿度调控机构，用于控制水汽的喷入量从而调控壳体内湿度；控制器还连接温度调控机构，用于控制加热效率从而调控壳体内温度；控制器还连接传感器组和仪表，用于输入传感器组的测量数据并将测量数据输出至仪表。

本发明的目的还通过一种湿热控速薄层干燥方法来实现，包括以下步骤：

步骤1、启动干燥试验台，设定温度T、湿度H、通风量Q_P；

步骤2、将n个叠放的物料仓从第一封仓门放入内胆并固定在物料仓托盘上，干燥介质与谷物接触干燥；

步骤3、控制器中实时输入温度T、湿度H、通风量Q_P和风速v，并根据如下公式计算t时刻谷物的实时水份M:

$M=1-{(\mathrm{\δ}\÷n)}^{230000\×H\×\frac{\sqrt[3]{Q_P\×T}}{\mathrm{\ν}}}\×\frac{0.589}{0.658+0.382\×e^{-0.658t}}$

其中，δ为物料仓平行于干燥介质流通方向的一侧宽度；

步骤4、控制器进一步计算谷物目标水份值M_e与实时水份值M的差值，当|M-M_e|≤ε时停止实验。

本发明至少包括以下有益效果：1.可以通过采集风压传感器中数据，得到物料仓前后风压差，推测出粮层阻力，通过调整仓内温湿度，可得出不同条件下粮层阻力。2.本发明中薄层干燥实验台为内循环风，较之普通的外循环式薄层干燥实验台，本发明循环利用尾气，余热回收，节能减排，控温控湿更加方便且精准。3.通过模拟不同的环境，经对空气加湿加温对谷物进行干燥，改变加湿量、加热温度和风机转速，可以得到恒温条件下不同风速对谷物干燥速率的影响程度，或者在恒定风速的条件下不同风温对谷物干燥速率的影响程度；4.可以通过调节加湿量对谷物进行调质，也可通过更换不同型号的物料仓来改变粮层厚度，经实验得出干燥中粮层厚度最佳数据，确定各参数之间的合理配比，为实际干燥机在不同外部环境条件下干燥不同谷物提供最合理的干燥参数，为设计节能高效、干燥后粮食品质稳定、性能优良的谷物干燥机提供准确的实验数据。5.采用立式干燥和物料仓的设计减少干燥谷物因厚度不均而导致的实验误差；6.干燥实验方法提供最佳参数配比进而达到提高干燥机干燥效率，降低能耗，保证干燥品质的最终目标。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的立式湿热控速薄层干燥试验台前视图。

图2是本发明的立式湿热控速薄层干燥试验台左视图。

图3是本发明的立式湿热控速薄层干燥试验台的内胆示意图。

图4是本发明的立式湿热控速薄层干燥试验台内部结构图。

图5是本发明的立式湿热控速薄层干燥试验台的物料仓托盘结构图。

图6是本发明的立式湿热控速薄层干燥试验台的物料仓结构图。

图7是本发明的立式湿热控速薄层干燥试验台的物料仓半剖图。

图8是本发明的立式湿热控速薄层干燥试验台内干燥介质流向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1-3示出了根据本发明的一种实现形式，立式湿热控速薄层干燥试验台包括：壳体100、内胆200、风量调控机构300、温度调控机构400、湿度调控机构500、物料仓600、传感器组、控制器和仪表。

壳体100为内部空心的长方形密封仓，其由不锈钢板焊合而成，其上开设配风口110、排湿风扇120、第一封仓门130、第二封仓门140和配湿口150。配风口110为长方形开口结构，其设置在壳体100左面的一端，干燥介质从配风口110进入壳体100内部。排湿风扇120为排风装置，安装在配风口110的正下方，其用于排出壳体100内干燥介质。第一封仓门130为薄型金属板，设置在物料仓上方，第一封仓门130下端通过合页132连接在壳体100上，上端通过卡环131扣接在壳体100上，所述第一封仓门130通过卡环131在壳体100打开或关闭。第二封仓门140为薄型金属板，设置在传感器仓上方的壳体上，能够打开或关闭传感器仓。配湿口150设置在壳体100上相对于排湿风扇120的侧面上，用于连接湿度调控机构500。

如图3所示，内胆200为中空圆筒，圆筒内部为干燥介质流通通道；其中，内胆200一端为开口结构，其上架设支撑筋210，所述支撑筋210两端固定在壳体上，用于支撑内胆200固定在壳体100内部；内胆200另一端连接风量调控机构300；内胆200上开设外凸的物料口220和传感器仓230，其中，所述物料口220设置在第一封仓门130的正下方，第一封仓门130与物料口220相连接用于放取物料仓600，进一步的是，所述物料口220下焊接物料仓托盘221，所述物料仓托盘221能够固定物料仓600。图5示出了物料仓托盘221，物料仓托盘221为环形结构，包括环形凹槽和筛网，所述筛网安装在物料仓托盘221的中心处，所述环形凹槽与物料仓600下端面的环形台相匹配，环形凹槽用于连接物料仓。当拉开卡环131，第一封仓门130绕合页132转动使物料口220打开，方便将物料仓600固定在物料仓托盘221上，即将物料仓600放置在内胆200内。传感器仓230设置在第二封仓门140下方，用于放置传感器组。

如图3示出了风量调控机构300的一种实现形式，风量调控机构300为轴流风机，所示轴流风机安装在内胆200上，当开启轴流风机并调控其风量，用于调控内胆200内干燥介质的风量。

如图4示出了温度调控机构400的一种实现形式，U型加热管410并排固定在固定板420上，所示固定板420固定在壳体100内部，进一步的是，固定板420固定在轴流风机300正上方的壳体100上。3个U型加热管410平行布设在固定板420上。

湿度调控机构500包括加湿器，加湿器固定在型材架520上，通过管道510连接壳体100侧面的配湿口150从而将水汽输入壳体100内部，用于调整壳体100内部的湿度。

如图6和7为物料仓600结构图，物料仓600为为不同目数的筛子，随干燥谷物的粒径不同而选择不同目数的筛子。物料仓600下端面设有环形凸台，上端面上开设环形凹槽，当多个物料仓600相叠加时，环形凹槽扣合环形凸台而固定在一起。物料仓600与物料仓托盘221相连接时，物料仓600下端环形凸台扣合物料仓托盘221的环形凹槽从而连接成一体。

传感器组包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器和风压传感器，所述温度传感器安装在传感器仓内，用于检测干燥介质的温度；湿度传感器安装在传感器仓内，用于检测干燥介质湿度；风速传感器，其安装在传感器仓内，用于检测风速；风压传感器安装在内胆的入口处，用于检测内胆入口风压。

仪表包括显示屏和轴流风机调控旋钮，显示屏上显示试验台内的温度、湿度、风压和风量等数据，轴流风机调控旋钮用于控制轴流风机300的排风量。

控制器连接风量调控机构，用于控制风量调控机构300的功率从而调控干燥介质的进风量；控制器连接湿度调控机构500，用于控制水汽的喷入量从而调控壳体内湿度；控制器还连接温度调控机构400，用于控制加热效率从而调控壳体内温度；控制器还连接传感器组和仪表，用于输入传感器组的测量数据并将测量数据输出至仪表。

如图8示出了试验台的干燥介质流通方式，干燥介质从配风口110进入壳体，湿气从配湿口150进入壳体，干燥介质从壳体110内的内胆开口进入内胆200，干燥介质依次通过传感器仓、物料仓并从轴流风机排出内胆，干燥介质再经U型加热管进一步加热后从壳体和内胆间的通道流回至内胆开口，并从排湿风扇排出壳体，完成一次循环。

一种湿热控速薄层干燥方法，包括以下步骤：

步骤1、启动干燥试验台，打开配风口、传感器组、温度调控机构、湿度调控机构和风量调控机构，设定实验条件为温度T、湿度H、通风量Q_P；

步骤2、当仪表显示传感器组探测的温度T、湿度H、通风量Q_P，当探测值与实验条件相同时，将n个叠放的物料仓从第一封仓门放入内胆并固定在物料仓托盘上，干燥介质与谷物接触干燥；

步骤3、薄层干燥模型(1)为：

其中，M为t时刻谷物的实时水份；t为干燥时间，单位为秒；α、β、γ和为干燥因子，无因次；经实验测定，α＝0.589，β＝0.658、γ＝0.382和

在薄层干燥模型(1)中引入干燥影响因子κ，薄层干燥模型(2)更适用于本发明所述的立式湿热控速薄层干燥试验台，干燥影响因子κ将温度T、湿度H、通风量Q_P和风速v等因素对干燥试验的影响引入模型，进一步讨论干燥温度T、湿度H、通风量Q_P和风速v等4个影响因素对试验的影响。

$\mathrm{\κ}={(\mathrm{\δ}\÷n)}^{230000\×H\×\frac{\sqrt[3]{Q_P\×T}}{\mathrm{\ν}}}---\left(3\right)$

其中，κ为干燥影响因子，无因次；δ为物料仓平行于干燥介质流通方向的一侧宽度，单位为m；T为温度传感器监测的温度，单位为℃；H为试验台内部的湿度；Q_P为试验台内部的通风量，单位为L；v为试验台内部的风速，单位为L/h；n为物料仓的数量。

控制器中实时输入温度T、湿度H、通风量Q_P和风速v，根据公式(1)-(3)得到公式(4)，根据公式(4)计算t时刻谷物的实时水份M:

$M=1-{(\mathrm{\δ}\÷n)}^{230000\×H\×\frac{\sqrt[3]{Q_P\×T}}{\mathrm{\ν}}}\×\frac{0.589}{0.658+0.382\×e^{-0.658t}}---\left(4\right)$

步骤4、控制器进一步计算谷物目标水份值M_e与实时水份值M的差值，当|M-M_e|≤ε时停止实验,ε等于0.03。

如上所述，本发明具有如下有益效果：1.可以通过采集风压传感器中数据，得到物料仓前后风压差，推测出粮层阻力，通过调整仓内温湿度，可得出不同条件下粮层阻力。2.本发明中薄层干燥实验台为内循环风，较之普通的外循环式薄层干燥实验台，本发明循环利用尾气，余热回收，节能减排，控温控湿更加方便且精准。3.通过模拟不同的环境，经对空气加湿加温对谷物进行干燥，改变加湿量、加热温度和风机转速，可以得到恒温条件下不同风速对谷物干燥速率的影响程度，或者在恒定风速的条件下不同风温对谷物干燥速率的影响程度；4.可以通过调节加湿量对谷物进行调质，也可通过更换不同型号的物料仓来改变粮层厚度，经实验得出干燥中粮层厚度最佳数据，确定各参数之间的合理配比，为实际干燥机在不同外部环境条件下干燥不同谷物提供最合理的干燥参数，为设计节能高效、干燥后粮食品质稳定、性能优良的谷物干燥机提供准确的实验数据。5.采用立式干燥和物料仓的设计减少干燥谷物因厚度不均而导致的实验误差；6.干燥实验方法提供最佳参数配比进而达到提高干燥机干燥效率，降低能耗，保证干燥品质的最终目标。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种立式湿热控速薄层干燥试验台，其特征在于，包括：

壳体，其上设置有配风口、配湿口、排湿风扇和第一封仓门、第二封仓门，干燥介质从配风口进入壳体，从排湿风扇排出壳体；

内胆，其内部的容置空间为干燥介质流通通道，所述内胆固定在壳体内；其中，所述内胆对应第一封仓门的下方设置有物料仓托盘，所述内胆对应第二封仓门的下方设置有传感器仓；以及

物料仓，其内部的容置空间能够放置干燥谷物，所述物料仓连接物料仓托盘；

传感器组，包括温度传感器、湿度传感器、风速传感器和风压传感器，所述传感器组设置在内胆内；

风量调控机构，其用于调控内胆的通风量，所述风量调控机构设置在内胆出风口；以及

温度调控机构，其用于调控干燥介质的温度，所述温度调控机构固定在壳体内；

湿度调控机构，其用于调控壳体内湿度，所述湿度调控机构通过配湿口连接壳体。

2.如权利要求1所述的立式湿热控速薄层干燥试验台，其特征在于，所述温度传感器安装在传感器仓内，用于检测干燥介质的温度；湿度传感器安装在传感器仓内，用于检测干燥介质湿度；风速传感器，其安装在传感器仓内，用于检测风速；风压传感器安装在内胆的入口处，用于检测内胆入口风压。

3.如权利要求2所述的立式湿热控速薄层干燥试验台，其特征在于，所述内胆一侧开口，另一侧固定连接风量调控机构，所述干燥介质从内胆开口进入，经过传感器仓和物料仓后经风量调控机构排出。

4.如权利要求2或3所述的立式湿热控速薄层干燥试验台，其特征在于，所述风量调控机构为轴流风机。

5.如权利要求4所述的立式湿热控速薄层干燥试验台，其特征在于，所述物料仓为不同目数的筛子。

6.如权利要求5所述的立式湿热控速薄层干燥试验台，其特征在于，所述物料仓托盘包括环形凹槽和筛网，所述环形凹槽用于连接物料仓，筛网安装在环形凹槽的中心通孔处。

7.如权利要求1-3中任一项所述的立式湿热控速薄层干燥试验台，其特征在于，还包括仪表，其用于显示输入温度、湿度、风压及风速数据，所述仪表安装在壳体上。

8.如权利要求7所述的立式湿热控速薄层干燥试验台，其特征在于，还包括控制器，所述控制器连接风量调控机构，用于控制风量调控机构的功率从而调控干燥介质的进风量；控制器连接湿度调控机构，用于控制水汽的喷入量从而调控壳体内湿度；控制器还连接温度调控机构，用于控制加热效率从而调控壳体内温度；控制器还连接传感器组和仪表，用于输入传感器组的测量数据并将测量数据输出至仪表。

9.一种湿热控速薄层干燥方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、启动干燥试验台，设定温度T、湿度H、通风量Q_P；

步骤2、将n个叠放的物料仓从第一封仓门放入内胆并固定在物料仓托盘上，干燥介质与谷物接触干燥；

步骤3、控制器中实时输入温度T、湿度H、通风量Q_P和风速v，并根据如下公式计算t时刻谷物的实时水份M:

$M=1-{(\mathrm{\δ}\÷n)}^{230000\×H\×\frac{\sqrt{Q_P\×T}_3}{v}}\×\frac{0.589}{0.658+0.382\×e^{-0.658t}}$

其中，δ为物料仓平行于干燥介质流通方向的一侧宽度；

步骤4、控制器进一步计算谷物目标水份值M_e与实时水份值M的差值，当|M-M_e|≤ε时停止实验。