CN105841472A - 一种粮食变温真空干燥设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种粮食变温真空干燥设备及方法，所述设备包括干燥仓，干燥仓的顶部和底部分别设置有进料口和排料口，在干燥仓上设置有多层排粮器，在每两层排粮器之间的干燥仓内部设置有干燥段，干燥段中插设有加热管，加热管一端为进水端，另一端为回水端，进水端通过进水管与热水锅炉连通，回水端设置有三通阀，三通阀的进水口与回水端连通，三通阀的出水口分别与回水管和进水管连通，回水管连接回水罐，进水管上设置有热水泵。设置多层排粮器，使粮食在干燥仓内均匀混合；可对每个干燥段进行单独控制，使每个干燥段采用不同的供热温度，实现粮食的分段变温干燥，更加节能；粮食干燥后的水蒸气经过冷凝，可作为一种高级饮品再利用，增加了经济效益。

Description

一种粮食变温真空干燥设备及方法

技术领域：

本发明涉及食品干燥设备技术领域，具体涉及一种粮食变温真空干燥设备及方法。

背景技术：

粮食在收储之前的干燥过程，有着非常重要的作用。以玉米为例，它是世界上最重要的种植作物之一，其种植面积和产量仅次于水稻、小麦，居第三位，2007年中国玉米种植面积为2805万公顷，产量约为1.48亿吨。我国东北(黑龙江、吉林、辽宁和内蒙古)地区是玉米主产区，2005年东北地区播种面积已达800万公顷，玉米产量4000多万吨，约占当年全国产量的30％以上。东北玉米收获时已近冬季，其水分一般为20％～30％左右。而最近几年，由于玉米品种的问题以及播种时的旱情、收获时的早霜，使东北地区的玉米在生长期间有效积温不够，再加上越区种植等农业技术因素，造成玉米收获时水分通常在35％左右，甚至高达40％以上。如此高的玉米水分，需经干燥脱水后才能进行粮食安全储藏保管。目前种植的玉米，其柱轴较大，含水量也多，导致玉米收获后自然脱水速度缓慢，玉米的机械烘干显得更为重要。据统计，我国粮食由于不能及时干燥到安全水分而造成的霉变和发芽损失相当严重，一般年景的粮食损失为500多万吨，严重的年景损失更多。每年国家收购入库的高水分粮食约2500万吨，而现有的粮食烘干机的处理能力最多只有1000万吨。其余一半多是依靠通风、晾晒等自然办法进行干燥，花费的物力和财力比机械烘干还多。如何解决我国的粮食干燥问题，特别是玉米干燥已经成为关系到国民经济发展的一项重要课题。

目前，玉米干燥主要采用常压下的热风快速干燥，其特点是烘干季节的环境温度一般在-10℃以下，高温热风(100℃～160℃左右)直接对-7℃～-10℃冷玉米加热，热风与玉米籽粒之间的温差可达到110℃～170℃，以此实现快速干燥(日产量100t/台～500t/台)。这种干燥方法存在以下几个问题：

(1)干燥后的玉米品质较差，裂纹率较高。由于玉米籽粒内部的水分向表面的转移比较缓慢，而此时在高温热风的作用下，籽粒边界层表面的蒸发速度过快，因此当水分的转移速度赶不上边界层表面的蒸发速度时，边界层就会破裂。在较高的温差热应力下，玉米籽粒表面就会出现局部的干裂、硬化和惊纹现象，造成品质严重下降，不仅降低了使用价值，而且还失去了工业用粮价值，更为严重的是在后序的入仓、储存、运输等流通过程中，破碎粒增多、损耗加大。目前玉米运到港口后，破碎率高达10％～25％，严重降低了东北玉米的市场竞争力。

(2)玉米热风干燥的热效率低。热风利用后的尾气仍然具有一定温度(50℃左右)。目前的干燥设备，很少对该尾气回收利用，由此造成的能源浪费有时可达到40％以上。据统计我国东北地区玉米干燥平均单位能耗热量高达7630kJ/(kg水)，干燥热效率低，能耗高已经成为制约我国粮食干燥机应用的一个重要因素。

(3)玉米热风干燥过程中，还会产生粉尘污染。热风干燥中，热风会夹带着玉米干燥过程中产生的粉尘，这些粉尘没有经过处理和回收，对空气和环境会造成很大的污染。这种极细颗粒被人体吸入后很难清除，危害极大，需要从干燥工艺和除尘设备两方面进行综合治理。由于经济上的原因，目前我国的玉米干燥机很少配备现场的粉尘收集系统，因此玉米干燥现场的环境污染现象普遍存在。

为了解决玉米干燥的这些问题，国内外学者作了大量的工作，提出了玉米真空干燥技术。真空干燥具有以下几个优点：

(1)在真空干燥过程中，干燥室内的压力始终低于大气压力，气体分子数少，密度低，含氧量低。因而能干燥容易氧化变质的物料；易燃易爆的危险品；对药品、食品和生物制品能起到一定的消毒灭菌作用，可以控制减少物料染菌或者抑制某些细菌的生长。

(2)因为水在汽化过程中需要的温度与压力成正比，所以真空干燥时物料中的水分在低温下就能汽化，可以实现低温干燥。这对于某些药品、食品和某些农副产品中的热敏性物料的干燥有利。例如，糖液超过70℃，部分成分就会变成褐色，降低产品的商品价值；维生素C超过40℃就分解，改变了原有的性能；蛋白质在高温下变性，改变了物料的营养成分等。真空干燥可消除常压干燥情况下容易产生的表面硬化现象。真空干燥时物料内和表面之间的压力差较大，在压力梯度作用下，水分会很快向表面移动，不会出现表面硬化，同时又能提高干燥速率，缩短干燥时间，降低设备运转费用。

(3)真空干燥能克服热风干燥所产生的溶质失散现象。热风干燥使被干燥物料内部和表面形成很大的温度梯度，促使被干燥物料中某些成分散发出去。尤其是食品，会散失香气，影响其美味。真空干燥时内外温度梯度小，由逆渗透作用使得作为溶剂的水独自移动，克服了溶质散失的现象。有些被干燥物料内含有贵重的或有用途的物质成分，干燥后需要回收利用；还有些物料内含有危害人类健康的，有毒有害的物质成分，干燥后不允许排放到空间环境中去，需要集中处理。真空干燥可以方便地回收这些有用和有害的物质，而且能做到密封性良好。因此，从环境保护的意义上讲，有人称真空干燥为“绿色干燥”。

(4)真空干燥可以采用热水供热，干燥介质可以循环利用，因此没有尾气排放所带来的热量损失，热效率高，干燥成本低。

目前，玉米真空干燥技术取得了一定的成果，但是在目前现有的粮食塔式真空干燥设备，存在着众多不足，难以实现玉米塔式真空干燥设备的商业化运行。在专利CN201310335206.5、CN201410000227.6、CN201020186917.2、CN20061001701.0、CN200420010300.X、CN200720091062.3中，干燥仓的每个干燥段下部没有专用的排粮器，粮食在干燥过程的不到充分的混合；上述专利中的每个干燥段不能独立供热，也无法采用不同的供热温度；也没有采用锅炉直接供水与每个干燥段回水混合的方式进行调温；没有料位计，也没有取样口；没有视频监控系统，不能观察干燥仓内的情况；没有采用空气冷凝器，干燥过程中冷凝的玉米水也不能回收利用。

因此，有必要设计一种更好的更适用的粮食变温真空干燥设备及方法，以解决上述问题。

发明内容：

本发明的目的是解决现有的粮食真空干燥设备的不足，提供一种能进行分段干燥的粮食变温真空干燥设备及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种粮食变温真空干燥设备，包括干燥仓，所述干燥仓的顶部设置有进料口，干燥仓的底部设置有排料口，在干燥仓上由上至下设置有多层排粮器，在每两层排粮器之间的干燥仓内部设置有干燥段，所述干燥段中插设有加热管，所述加热管一端为进水端，另一端为回水端，所述进水端通过进水管与热水锅炉连通，回水端设置有三通阀，且三通阀的进水口与回水端连通，三通阀的一个出水口与回水管一端连通，其另一个出水口通过管道与进水管连通，所述回水管的另一端与回水罐连通，所述进水管上设置有热水泵。

所述排粮器的侧壁上开设有真空抽气口，所述真空抽气口通过真空管道连接冷凝器，所述冷凝器通过管道连接冷凝集液罐，且在真空抽气口和冷凝器之间的真空管道上还设置有过滤器，所述冷凝器和冷凝器集液罐还外接有主真空抽气机组。

所述排粮器的侧壁上还设置有观察窗、温度传感器和取样口，所述观察窗用以观测干燥仓内的情况，所述温度传感器用以测量干燥仓内粮食的温度，所述取样口用以获取粮食样品。

所述进料口上端设置有上关风器，上关风器上端设置有料斗，料斗上设置有料位计，主提升机通过管道与料斗连通。

所述排料口下端设置有下关风器，下关风器通过真空管道外接辅助真空抽气机组，用以抽走从下关风器中泄露进来的空气，在下关风器和辅助真空抽气机组之间设置有过滤器，所述下关风器下部还对应设置有辅助提升机，辅助提升机通过管道与粮仓连通，辅助提升机内设置有冷却装置。

所述加热管在干燥仓内部波形设置。

所述干燥仓上下端均为锥形。

采用上述的粮食变温真空干燥设备对粮食进行干燥处理的方法，具体步骤如下：

第一步：打开热水泵，热水由热水锅炉供入进水管，并通过与进水管相连通的进水端进入加热管，从回水端出来的水一部分通过与三通阀连通的回水管回流至回水罐中，另一部分则通过与三通阀连通的管道流入进水管中，与进水管中热水混合，对热水管进水端的热水进行调温；

第二步：将粮食由进料口投入至干燥仓中，粮食在排粮器作用下搅拌并在自身重力作用下向干燥仓下部运动，在运动过程中，粮食与加热管充分接触，进行热交换，实现粮食的真空干燥；

第三步：干燥后粮食由排料口排放至干燥仓外，根据粮食的干燥程度，调节三通阀，进而调节通过三通阀流入进水管中的水的流量，对热水管进水端的热水进行调温；

第四步：重复第一步～第二步，得到满足干燥度的粮食。

在第一步中，所述加热管在干燥仓内部波形设置，用以增大加热管与干燥仓内粮食的接触面积，且在进料口上端设置有上关风器，上关风器上端设置有料斗，料斗上设置有料位计，主提升机通过管道与料斗连通。

在第二步中，所述排粮器的侧壁上开设有真空抽气口，所述真空抽气口通过真空管道连接冷凝器，所述冷凝器通过管道连接冷凝集液罐，且在真空抽气口和冷凝器之间的真空管道上还设置有过滤器，用于净化干燥仓产生的水蒸气，净化后的水蒸气经过冷凝器冷凝回收，粮食的冷凝水，作为饮品；且在排粮器的侧壁上还设置有观察窗、温度传感器和取样口，所述观察窗用以观测干燥仓内的情况，所述温度传感器用以测量干燥仓内粮食的温度，所述取样口用以获取粮食样品，进而得到每段干燥段粮食的干燥情况。

在第三步中，所述排料口下端设置有下关风器，下关风器通过辅助真空管道外接辅助真空抽气机组，用以抽走从下关风器中的空气，在下关风器下部对应设置有辅助提升机，辅助提升机通过管道与粮仓连通，辅助提升机内设置有冷却装置，用以对粮食进行冷却处理。

在第三步中，通过调节每个加热管出水端的三通阀，分别调整每个干燥段中加热管内热水的温度，进而使得每个干燥段可以采用不同的供热温度，用以使粮食在不同干燥段内的能有不同的干燥温度，实现变温干燥。

本发明一种粮食变温真空干燥设备及方法的有益效果：可在干燥仓上设置多层排粮器，使粮食在干燥仓内有均匀混合的机会，且粮食干燥后的水份也更加均匀；在排粮器上设置有视频监控系统，在干燥过程中可以观测干燥仓内的情况；可以对每个干燥段进行单独控制，调整每个干燥段的温度，采用不同的供热温度，进而实现粮食的分段变温干燥，更加节能；且粮食干燥后的水蒸气经过冷凝器冷凝后，可作为一种高级饮品进行再利用，增加了经济效益。

附图说明：

图1为本发明一种粮食变温真空干燥设备的结构示意图；

1-干燥仓，2-进料口，3-上关风器，4-料斗，5-料位计，6-主提升机，7-排粮器，8-干燥段，9-排料口，10-下关风器，11-辅助真空抽气机组，12-辅助提升机，13-冷却装置，14-加热管，15-进水管，16-三通阀，17-回水管，18-回水罐，19-热水泵，20-真空管道，21-冷凝器，22-过滤器，23-冷凝集液罐，24-主真空抽气机组，25-压缩机。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

根据图1所示，一种粮食变温真空干燥设备，包括干燥仓1，干燥仓1上下端均为锥形，在干燥仓1的顶部设置有进料口2，进料口2上端设置有上关风器3，且在上关风器3上端设置有料斗4，料斗4上设置有料位计5，主提升机6通过管道与料斗4连通，将待干燥粮食送入料斗4，进而通过进料口进入到干燥仓1中，在干燥仓1上由上至下设置有多层排粮器7，在本实施例中，是设置有5层排粮器，在每两层排粮器7之间的干燥仓1内部设置有干燥段8，使得干燥仓内设置有多段干燥段8，对粮食进行多段干燥，在本实施例中，对应设置有4个干燥段，在干燥仓1的底部设置有排料口9，排料口9下端设置有下关风器10，下关风器10通过真空管道20外接辅助真空抽气机组11，用以抽走从下关风器10中泄露进来的空气，在下关风器10和辅助真空抽气机组11之间设置有过滤器22，所述下关风器10下部还对应设置有辅助提升机12，辅助提升机12通过管道与粮仓连通，辅助提升机12内设置有冷却装置13，用以对粮食进行冷却处理。

所述每个干燥段8中均插设有波形设置的加热管14，用以增大加热管与干燥仓内粮食的接触面积，所述加热管一端为进水端，另一端为回水端，所述进水端通过进水管15与热水锅炉连通，回水端设置有三通阀16，且三通阀16的进水口与回水端连通，三通阀16的一个出水口与回水管17一端连通，其另一个出水口通过管道与进水管15连通，回水管17的另一端与回水罐18连通，进水管15上设置有热水泵19，用以将回水端流出的水和热水锅炉的水引入到进水管15的进水端中，将锅炉的直接供水和每个干燥段的回水分别进行混合，调节进水端的水的温度，得到不同的热水供水温度，使得每个干燥段可以独立使用热水供热，且在每个干燥段进行独立供热时，可以采用不同的供热温度，从而使得粮食在不同的干燥段内的干燥温度不同，实现粮食的变温干燥，也达到了降低热水泵19功耗的目的。

在每层排粮器7的侧壁上开设有真空抽气口，真空抽气口之间通过真空管道20连通，所述真空管道20连接冷凝器21，在真空抽气口的入口端设有粉尘过滤网，防止排粮器中的灰尘进入真空抽气管道，同时在真空抽气口和冷凝器21之间的真空管道20上还设置有过滤器22，用于净化干燥仓1产生的水蒸气，冷凝器21通过管道连接冷凝集液罐23，将净化后的净化后的水蒸气经过冷凝器21冷凝回收后储存至冷凝集液罐23，得到的粮食干燥冷凝水可以作为高级的饮品使用，也可以作为干燥副产品以其他方式利用，节能环保，进一步地，在冷凝器21和冷凝器21集液罐还外接有主真空抽气机组24，用以抽走少量残留的水蒸气和泄露进来的空气，另外，为保证装备整体的可靠性和运行的经济性，还可以在与真空抽气口连接真空管道20上并联设置一组冷凝器21、过滤器22及主真空抽气机组24。

还可以在每层排粮器7的侧壁上还设置有观察窗、温度传感器和取样口，所述观察窗用以观测干燥仓内的情况，所述温度传感器用以测量干燥仓内粮食的温度，所述取样口用以获取粮食样品，还可以在排粮器7的下部或者侧壁设置视频监控系统，对干燥仓1内粮食的干燥情况进行实时监控，并可以将视频信号远程运输，最大限度满足人们的使用需要。

另外，在干燥仓1外部还设置有压缩机25，所述压缩机25通过管道与真空管道20和加热管14连通，提供系统操作所需要的动力和吹扫所需要的干燥空气。

采用上述的粮食变温真空干燥设备对粮食进行干燥处理的方法，具体步骤如下：

第一步：打开热水泵19，热水由热水锅炉供入进水管15，并通过与进水管15相连通的进水端进入加热管14，从回水端出来的水一部分通过与三通阀16连通的回水管17回流至回水罐18中，另一部分则通过与三通阀16连通的管道流入进水管15中，与进水管15中热水混合，对热水管进水端的热水进行调温；

同时，加热管14在干燥仓1内部波形设置，用以增大加热管14与干燥仓1内粮食的接触面积，且在进料口2上端设置有上关风器3，上关风器3上端设置有料斗4，料斗4上设置有料位计5，主提升机6通过管道与料斗4连通；

第二步：将待干燥粮食送入料斗4，然后粮食由进料口2投入至干燥仓1中，粮食在排粮器7作用下搅拌并在自身重力作用下向干燥仓1下部运动，在运动过程中，粮食与加热管14充分接触，进行热交换，实现粮食的真空干燥；

在排粮器7的侧壁上开设有真空抽气口，所述真空抽气口通过真空管道20连接冷凝器21，在真空抽气口和冷凝器21之间的真空管道20上还设置有过滤器22，用于净化干燥仓产生的水蒸气，净化后的水蒸气经过冷凝器21冷凝回收，粮食的冷凝水，作为饮品使用；冷凝器21通过管道连接冷凝集液罐23，且在排粮器7的侧壁上还设置有用以观测干燥仓内的情况的观察窗、用以测量干燥仓内粮食的温度的温度传感器及用以获取粮食样品的取样口，进而得到每段干燥段粮食的干燥情况；

第三步：干燥后粮食由排料口9排放至干燥仓1外，然后根据粮食的干燥程度，调节每个加热管14出水端的三通阀16，进而调节通过三通阀16流入进水管15中的水的流量，对热水管进水端的热水进行调温，调整每个干燥段中加热管14内热水的温度，使得每个干燥段可以采用不同的供热温度，用以使粮食在不同干燥段内的能有不同的干燥温度，得到满足干燥度的粮食；

在所述排料口9下端设置有下关风器10，下关风器10通过辅助真空管道20外接辅助真空抽气机组11，用以抽走从下关风器10中的空气，在下关风器10下部对应设置有辅助提升机12，辅助提升机12通过管道与粮仓连通，辅助提升机12内设置有冷却装置13，用以对粮食进行冷却处理；

第四步：重复第一步～第二步，得到满足干燥度的粮食。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种粮食变温真空干燥设备，其特征在于：包括干燥仓，所述干燥仓的顶部设置有进料口，干燥仓的底部设置有排料口，在干燥仓上由上至下设置有多层排粮器，在每两层排粮器之间的干燥仓内部设置有干燥段，所述干燥段中插设有加热管，所述加热管一端为进水端，另一端为回水端，所述进水端通过进水管与热水锅炉连通，回水端设置有三通阀，且三通阀的进水口与回水端连通，三通阀的一个出水口与回水管一端连通，其另一个出水口通过管道与进水管连通，所述回水管的另一端与回水罐连通，所述进水管上设置有热水泵。

2.根据权利要求1所述的一种粮食变温真空干燥设备，其特征在于：所述排粮器的侧壁上开设有真空抽气口，所述真空抽气口通过真空管道连接冷凝器，所述冷凝器通过管道连接冷凝集液罐，且在真空抽气口和冷凝器之间的真空管道上还设置有过滤器，所述冷凝器和冷凝器集液罐还外接有主真空抽气机组。

3.根据权利要求1所述的一种粮食变温真空干燥设备，其特征在于：所述排粮器的侧壁上还设置有观察窗、温度传感器和取样口，所述观察窗用以观测干燥仓内的情况，所述温度传感器用以测量干燥仓内粮食的温度，所述取样口用以获取粮食样品。

4.根据权利要求1所述的一种粮食变温真空干燥设备，其特征在于：所述进料口上端设置有上关风器，上关风器上端设置有料斗，料斗上设置有料位计，主提升机通过管道与料斗连通；所述排料口下端设置有下关风器，下关风器通过真空管道外接辅助真空抽气机组，用以抽走从下关风器中泄露进来的空气，在下关风器和辅助真空抽气机组之间设置有过滤器，所述下关风器下部还对应设置有辅助提升机，辅助提升机通过管道与粮仓连通，辅助提升机内设置有冷却装置。

5.根据权利要求1所述的一种粮食变温真空干燥设备，其特征在于：所述加热管在干燥仓内部波形设置。

6.采用权利要求1所述的粮食变温真空干燥设备对粮食进行干燥处理的方法，其特征在于：具体步骤如下：

第一步：打开热水泵，热水由热水锅炉供入进水管，并通过与进水管相连通的进水端进入加热管，从回水端出来的水一部分通过与三通阀连通的回水管回流至回水罐中，另一部分则通过与三通阀连通的管道流入进水管中，与进水管中热水混合，对热水管进水端的热水进行调温；

第二步：将粮食由进料口投入至干燥仓中，粮食在排粮器作用下搅拌并在自身重力作用下向干燥仓下部运动，在运动过程中，粮食与加热管充分接触，进行热交换，实现粮食的真空干燥；

第三步：干燥后粮食由排料口排放至干燥仓外，根据粮食的干燥程度，调节三通阀，进而调节通过三通阀流入进水管中的水的流量，对热水管进水端的热水进行调温；

第四步：重复第一步～第二步，得到满足干燥度的粮食。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在第一步中，所述加热管在干燥仓内部波形设置，用以增大加热管与干燥仓内粮食的接触面积，且在进料口上端设置有上关风器，上关风器上端设置有料斗，料斗上设置有料位计，主提升机通过管道与料斗连通。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在第二步中，所述排粮器的侧壁上开设有真空抽气口，所述真空抽气口通过真空管道连接冷凝器，所述冷凝器通过管道连接冷凝集液罐，且在真空抽气口和冷凝器之间的真空管道上还设置有过滤器，用于净化干燥仓产生的水蒸气，净化后的水蒸气经过冷凝器冷凝回收，粮食的冷凝水，作为饮品；且在排粮器的侧壁上还设置有观察窗、温度传感器和取样口，所述观察窗用以观测干燥仓内的情况，所述温度传感器用以测量干燥仓内粮食的温度，所述取样口用以获取粮食样品，进而得到每段干燥段粮食的干燥情况。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在第三步中，所述排料口下端设置有下关风器，下关风器通过辅助真空管道外接辅助真空抽气机组，用以抽走从下关风器中的空气，在下关风器下部对应设置有辅助提升机，辅助提升机通过管道与粮仓连通，辅助提升机内设置有冷却装置，用以对粮食进行冷却处理。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：在第三步中，通过调节每个加热管出水端的三通阀，分别调整每个干燥段中加热管内热水的温度，进而使得每个干燥段可以采用不同的供热温度，用以使粮食在不同干燥段内的能有不同的干燥温度，实现变温干燥。