CN105928323B - 一种粮食微波流态化联合干燥设备、干燥方法及应用 - Google Patents

Abstract

一种粮食微波流态化联合干燥设备、干燥方法及应用，包括塔身，所述塔身由上至下依次布置有缓冲仓、微波段、烘干段、冷却段。所述烘干段、冷却段均包括多个呈上下层交错布置的流化板，流化板的一端与塔身固定连接，另一端安装有挡料板，挡料板与塔身之间形成溢流通道。本发明将冷却段出风口与热风风机、换热器及烘干段热风进风口连通，将冷却段排出的热风引入烘干段，充分利用其余热，节约能量。所述干燥方法包括微波预热、流态化烘干及流态化冷却三个步骤。本发明利用微波和流态化联合干燥，具有干燥效率高，干燥均匀的特点，还能实现杀虫，抑菌的功能，可用于干燥稻谷、小麦、玉米等流动性好的粮食。

Description

一种粮食微波流态化联合干燥设备、干燥方法及应用

技术领域

本发明是一种粮食微波流态化联合干燥设备、干燥方法及应用，应用于粮食仓储等领域。

背景技术

稻谷、小麦、玉米等粮食收获时含水量约20-30％。含水量过高粮食呼吸强度大，放出的热量和水分多，极易造成粮食霉变。干燥是粮食产后的重要环节，高水分的粮食收获后，及时干燥至安全水分进行储藏，对保持粮食的品质具有重要意义。中国粮食每年因霉变和虫害损失达10％左右，尤其是中国南方高温高湿地区，粮食虫害、霉变现象特别严重，粮食含水量高是造成粮食虫害、霉变的主要原因，因此粮食干燥特别重要。

目前国内常用的粮食干燥技术有热风干燥、流态化干燥以及微波干燥。热风干燥具有设备简单、成本低的优点，在粮食干燥中应用最广，但其升温速度慢、干燥时间长、均匀性差。流态化干燥具有传热速率高、干燥速率快和节能的优点，但气泡现象使得流化不均匀，难以获得含湿量一致的产品。微波干燥具有升温度快、干燥速度快、无污染的特点，另外，微波还具有较好的杀虫、抑菌效果，但是微波易在尖端聚集，使得物料加热不均匀，制约了其在粮食干燥上的应用与发展。与上述单一的干燥方法相比，微波热风联合干燥具有干燥速率高、能耗低、干燥质量好等特点。专利(公开号CN102735034A)公开了“一种侧面进风微波干燥设备”，专利(公开号CN102735034A)公开了“微波热风联合红枣干燥机”；专利(公开号CN201974012U)公开了微波热风联合干燥设备，专利(公开号CN103263064A)公开了“一种微波、热风和真空及其联合干燥设备”，专利(公开号CN202853296U)公开了“一种隧道式热风、微波、远红外组合干燥机”。上述专利均采用了隧道式热风和微波联合干燥技术，这种隧道式热风微波联合干燥设备虽然物料干燥均匀性有所提高，但是仍然存在占地面积大，热风利用率低等问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种粮食微波流态化联合干燥设备、干燥方法及应用，将微波干燥技术和流态化干燥、冷却技术结合，在干燥的同时，实现了杀虫抑菌，减少了干燥的预热时间，提高了干燥速率，降低粮食出料温度，此外，本发明将冷却过程的热风再回收利用，可大大降低干燥能耗。

本发明所采用的技术方案是：

一种粮食微波流态化联合干燥设备，包括塔身，所述塔身由上至下依次布置有缓冲仓、微波段、烘干段、冷却段。

所述烘干段包括多个呈上下层交错布置的第一流化板，每一个第一流化板上分布有第一通气孔，每一个第一流化板的一端与塔身固定连接，每一个第一流化板的另一端安装有第一挡料板，第一挡料板与塔身之间形成第一溢流通道。

所述冷却段包括多个呈上下层交错布置的第二流化板，每一个第二流化板上分布有第二通气孔，每一个第二流化板的一端与塔身固定连接，另一端安装有第二挡料板，第二挡料板与塔身之间形成第二溢流通道。

塔身上部连接排湿风机；

塔身中部开设有热风进风口、冷却段出风口，热风进风口与烘干段连通，冷却段出风口与冷却段连通，冷却段出风口通过热风风机、换热器连接热风进风口；

塔身下部连接冷却风机；

塔身底部开设有出料口；

风管通过溜管与塔身内的烘干段连通，风管下端连接物料入口，上端连接旋风分离器。

所述烘干段与冷却段之间设有隔热板，隔热板固定在塔身内，隔热板与塔身之间留有物料通道。

所述缓冲仓上方依次安装有磁选器、气力输送关风器、旋风分离器，气力输送风机。

所述微波段包括微波炉腔体、微波源、漏能抑制器，漏能抑制器由上下分布的漏能抑制器上段、漏能抑制器下段构成；微波源包括外围微波源和中部微波源，所述微波段上方安装有导流板。

一种粮食干燥方法，包括微波预热、流态化烘干及流态化冷却三个步骤；微波预热时间5-10min，微波剂量0.01w/g-2w/g；空管气流速度0.5-5m/s，烘干时间2-6h，冷却时间0.1-1h。一种粮食流态化烘干方法，粮食流经第一流化板时，被从下而上的热空气流态化，经第一溢流通道落入下层第一流化板，直至烘干段；若水分含量达到要求，则进入冷却段；若水分达不到要求，打开第一阀门，关闭物料通道，物料送入塔身内再次干燥；废气从排湿风机排出。

一种粮食流态化冷却方法，粮食经烘干段干燥达到要求的含水量后，打开物料通道，关闭第一阀门，粮食落入第二流化板，被从下而上的冷空气流态化，粮食呈悬浮态流向第二溢流通道，经第二溢流通道落入下层第二流化板，直至冷却段出口，即出料口；冷空气由环境空气经冷风风机进入冷却段，由冷却段出风口排出。

一种粮食微波流态化联合干燥设备，应用于烘干稻谷、小麦、玉米、豆类、薏米、大麦、或者燕麦。

本发明一种粮食微波流态化联合干燥设备，技术效果如下：

1)利用微波和流态化联合干燥，具有干燥效率高，干燥均匀的特点，还能实现杀虫，抑菌的功能。常用的热风干燥加热不均匀，而流态化加热均匀。但是单独采用流态化干燥方式只能带走物料表面的水分，干燥效率低，干燥时间长。而微波是一种高频电磁波，具有较强的穿透能力，可以使谷物内表同时升温、蒸发带走水分，达到干燥的目的。微波干燥不仅效率高，同时微波还可有效杀死粮食中的害虫和虫卵，抑制霉活。

2)将冷却段排出的热风引入烘干段，节约能量。在冷却段，物料的温度较高含水量较底，与冷风进行热交换后，物料温度降低，而冷风变成了热风且含水量不高，将该热风引入到烘干段，可以充分利用其中的热量，节约烘干段能量。本发明将冷却段出风口与热风风机、换热器与烘干段热风进风口连通，将冷却段排除的热风引入烘干段，充分利用其余热，节约能量。

附图说明

图1是本发明一种粮食微波流态化联合干燥设备的内部结构示意图。

图2是本发明第一流化板、第二流化板俯视结构示意图。

其中：1-塔身，2-缓冲仓，3-微波段，4-烘干段，5-冷却段，6-微波炉腔体，7-外围微波源，8-漏能抑制器上段，9-漏能抑制器下段，10-第一流化板，11-第一溢流通道，12-第一挡料板，13-第二流化板，14-第二溢流通道，15-第二挡料板，16-导流板，17-气力输送风机，18-排湿口，19-排湿风机，20-冷风进风口，21-冷风风机，22-热风进风口，23-冷却段出风口，24-出料口，25-风管，26-原料堆，27-物料入口，28-溜管，29-隔热板，30-磁选器，31-关风器，32-旋风分离器，33-热风风机，34-换热器，35-第二阀门，36-第一阀门，37-袋式除尘器，38-中部微波源，39-三通阀。

具体实施方式

一种粮食微波流态化联合干燥设备，包括塔身1、气力输送系统、空气加热系统。所述塔身1由上至下依次布置有缓冲仓2、微波段3、烘干段4、冷却段5。

塔身1上部开设有排湿口18，排湿口18连接排湿风机19。

塔身1下部开设有冷风进风口20，冷风进风口20连接冷风风机21。

塔身1中部开设有热风进风口22、冷风出口23，热风进风口22与烘干段4连通，冷风出口23与冷却段5连通。冷风出口23通过热风风机33、换热器34与热风进风口22连通。塔身1底部开设有出料口24。

气力输送风机17的排气口通过风管25连接接物料入口27，风管25通过溜管28与塔身1内的烘干段4连通。溜管28上安装有第一阀门36。

所述缓冲仓2上方依次安装有磁选器30、气力输送关风器31、旋风分离器32，气力输送风机17。气力输送风机17连接袋式除尘器37。粮食经过磁选器30进入缓冲仓2，由流量开关控制粮食流速。

所述微波段3包括微波炉腔体6、微波源、漏能抑制器。微波炉腔体6内设有中部微波源38、外围微波源7，漏能抑制器由上下分布的漏能抑制器上段8、漏能抑制器下段9构成。因为微波炉腔体是直立布置，所以漏能抑制器采用上、下布置方式，符合安全规范。安装于微波炉腔体6外围和中部的微波源，对粮食进行微波干燥处理，微波加热速率快，可迅速降低粮食水分，有效提高粮食温度，缩短烘干段4预热时间。粮食在微波段的干燥时间为5～10min，温度可达到50-65℃，虫卵致死率达到100％，细菌抑制率80％以上。

特别是微波炉腔体6内中部设置一个中部微波源38，确保位于微波段3中部的粮食能有效干燥。所述微波段3上方安装有导流板16，便于粮食分流到微波炉腔体6两侧，避免落入中部微波源38内。

所述烘干段4包括多个呈上下层交错布置的第一流化板10，每一个第一流化板10上分布有第一通气孔，每一个第一流化板10的一端与塔身1固定连接，每一个第一流化板10的另一端安装有第一挡料板12，第一挡料板12与塔身1之间形成第一溢流通道11。

粮食流经烘干段4的最上层第一流化板时，被从下而上的热空气流态化托起，热空气的空管速度为粮食悬浮速度的1.05-5.55倍，呈悬浮态流向第一溢流通道11，经第一溢流通道11落入下层第一流化板，直至烘干段4出口，悬浮态粮食的干燥速率更快，干燥效果也更好。

在出口处检测粮食水分，若水分含量达到要求，则进入冷却段5，若水分达不到要求，打开第一阀门36，关闭物料通道，粮食经气力输送系统再进入塔内，微波再次对粮食作用，微波加热由内到外的特性有效解决了热风烘干过程中，颗粒内部水分较高，外部水分较低的问题，干燥效果更好，经过微波的二次作用，颗粒内部水分移动至颗粒外部，再次进入烘干段4的粮食，干燥效率也更高。湿气从排湿口18、排湿风机19排出。

所述冷却段5包括多个呈上下层交错布置的第二流化板13，每一个第二流化板13上分布有第二通气孔，每一个第二流化板13的一端与塔身1固定连接，另一端安装有第二挡料板15，第二挡料板15与塔身1之间形成第二溢流通道14。

粮食落入冷却段5的第二流化板13，粮食流经第二流化板13时，被从下而上的冷空气流态化，冷空气的空管速度为粮食悬浮速度的1.05-5.55倍，使粮食呈悬浮态流向第二溢流通道14，经第二溢流通道14落入下层第二流化板，直至出料口24。

冷空气经冷风风机21、冷风进风口20进入冷却段5，由冷却段出风口23出。

任意一个第一流化板10、任意一个第二流化板13的一侧固定在塔身1，流化板的板面倾斜，与水平倾角为1-30°，板上均匀开孔，孔径为粮粒厚度±1～5mm，孔间距为3-20mm，开孔率为30-60％。

所述烘干段4与冷却段5之间设有隔热板29，隔热板29固定在塔身1内，隔热板29与塔身1之间留有物料通道。隔热板29采用隔热材料制成，防止烘干段4空气与冷却段5空气混合，影响粮食的干燥效果和冷却效果。

所述气力输送系统包括：物料入口27、第二阀门35、风管25、气力输送风机17，旋风分离器32、袋式除尘器37。

所述空气加热系统包括：热风风机33、换热器34、三通阀39、风管等。

三通阀39作用：可以选择直接将室外空气加热升温引入烘干段4，也可以选择将冷却段排出的热风引入烘干段4，冷却段5的空气在与高温的粮食进行热交换后，会变成温度较高的热风，将热风再进行加热升温，送入烘干段4，热风循环利用，可以有效降低烘干段的能耗。

塔外空气经冷风风机21进入塔内，吸收粮食热量，降低粮食温度，至冷却段出风口23，检测冷却段出风口23排出的气体温度与含水量，如果满足烘干段参数要求，将三通阀39与冷却段出风口23接通，打开热风风机33，经换热器34、热风进风口22进入烘干段4，有效利用热风能量，降低能耗损失。反之，则将三通阀39与室外空气接通，将室外空气经热风风机33、换热器34、热风进风口22引入烘干段4，对粮食进行干燥，热风温度下降，含水量上升，再经过排湿口18，排湿风机19排出塔外。

一种粮食干燥方法，包括微波预热、流态化烘干及流态化冷却三个步骤；微波预热时间5-10min，微波剂量0.01w/g-2w/g；空管气流速度0.5-5m/s，烘干时间2-6h，冷却时间0.1-1h。一种粮食流态化烘干方法，粮食流经第一流化板10时，被从下而上的热空气流态化，热空气的空管速度为粮食悬浮速度的1.05-5.55倍，使粮食呈悬浮态流向第一溢流通道11，经第一溢流通道11落入下层第一流化板，直至烘干段4出口；若水分含量达到要求，则进入冷却段5；若水分达不到要求，打开第一阀门36，关闭物料通道，物料经气力输送系统送入塔身1内再次干燥；废气从热风出气口18、排湿风机19排出。

一种粮食流态化冷却方法，粮食落入第二流化板13，关闭第一阀门36，粮食被从下而上的冷空气流态化，冷空气的空管速度为粮食悬浮速度的1.05-5.55倍，使粮食呈悬浮态流向第二溢流通道14，经第二溢流通道14落入下层第二流化板，直至出料口24。

环境空气经冷风风机21、冷风进风口20进入冷却段5，由冷风出口23排出。

实施步骤：

原料堆26准备好后，设备启动，气力输送系统工作，粮食提升至塔顶，经磁选器30除去金属杂质，在重力作用下落入缓冲仓2，调节流量开关，进入微波段3进行预热处理，在中部微波源38、外围微波源7的作用下，粮食温度迅速上升，粮食经过6-8min微波处理后，粮食温度上升至60℃左右，粮食水分降低1％，害虫及虫卵致死率达到100％，细菌抑制率达到80％以上。经微波预热处理的粮食通过第一溢流通道11进入烘干段4。在烘干段，粮食受到自下而上的热风而呈悬浮态，干燥更均匀，干燥速率和干燥效果也更好，干燥过程中产生的湿气和灰尘等，经排湿风机19，从排湿口18排出塔外。另外，在烘干段4的出料口随机抽样检测粮食的水分，若含水量达到要求，粮食进入冷却段5，否则开启第一阀门36、关闭物料通道，粮食通过气力输送系统再次进入塔内，微波对其二次作用，而微波的由内到外的加热特性，可有效干燥粮食颗粒内部水分，并将粮食水分由颗粒内部移至颗粒表面，再次进入烘干段4后，干燥效果更好。粮食经流态化烘干后，含水量降低至目标含水量。最后，粮食通过隔热板29与塔身1之间的物料通道落入冷却段5，在冷却段5，粮食受到自下而上的冷空气呈悬浮态，冷却速率高，粮食温度降低，出料口粮食温度在40-50℃。

本发明一种粮食微波流态化联合干燥设备，应用于烘干稻谷、小麦、玉米、豆类、薏米、大麦、或者燕麦。所述粮食微波流态化联合干燥设备，可以处理含水量14％以上的流动性良好的粮食。所述干燥工艺发生在微波段3、烘干段4与冷却段5。所述灭菌、杀虫工艺发生在微波段3。

实施例1：

粮食微波流态化联合干燥设备及效果：

塔身1有效尺寸1500×1000×8600mm(长×宽×高)；

微波段3尺寸：1500×1000×3600mm(长×宽×高)，其中，漏能抑制器8与漏能抑制器9尺寸：1500×1000×1600mm(长×宽×高)，开口60mm；

烘干段4尺寸：1500×1000×4000mm(长×宽×高)，

冷却段5尺寸：1500×1000×1000mm(长×宽×高)；

冷风风机：HDSR150型三叶罗茨鼓风机，配套电机功率11kW，进风状态风量22.0m³/h；

热风风机：HDSR250型三叶罗茨鼓风机，配套电机功率22kW，进风状态风量90.4m³/h；

换热器：BN系列板式换热器；

流化板：开孔率60％，倾角3°，通道截面有效尺寸60mm×1000mm，烘干段安装十板，冷却段安装三板。

参数控制：

物料流量：3.75m³/4h，初始含水量14％以上，

空管气速：45-90m³/min；

微波剂量：0-0.15kW/kg物料

微波段出料温度，50-65℃；

烘干段出料温度：50-65℃；

冷却段出料温度：40-50℃；

环境空气：温度23度，相对湿度72％；

干燥后物料含水量：13.6％。

实施例2：微波对预热、杀虫、抑菌的效果：

采用实施例1的设备型号及配置，调节微波剂量，对稻谷进行干燥，稻谷初始温度为23℃，总菌数63000cuf/g，记录微波剂量对稻谷预热、杀虫、抑菌效果的结果，如表1所示。杀虫率、抑菌率、含水量计算方法参考“张习军，熊善柏，赵思明.微波处理对稻谷品质的影响[J],中国农业科学，2009，42(1)：224-229”。由表1可知，微波对稻谷预热、杀虫、灭菌有较明显的效果，其中稻谷出微波温度达到61℃时，杀虫率可达100％，抑菌率也可达85％，含水量明显降低，并能保持大米质量。

表1微波对谷物预热、杀虫、抑菌的效果

实施例3：流态化处理对传热的效果比较：

采用实施例1的设备型号及配置，调节空管气速，对小麦进行干燥，检测流态化对小麦传热的影响，记录烘干段出料温度与冷却段出料温度，结果如表2所示。由表2可知，空管气速越高，烘干段出料温度越高，冷却段出料温度越低，含水量下降速度越快，这说明流态化处理有利于小麦的传热并且加快小麦的失水速度，同时空管气速较高，也可加快冷却段的降温速度，保证出料温度在合理的范围内。

表2流态化处理对传热的效果

实施例4：几种粮食的微波流态化联合干燥效果

采用实施例1的设备型号及配置、参数，微波剂量设为0.01kw/kg，对几种常见粮食进行干燥(粮食的初始含水量均为23％)，粮食抑菌率和干燥后含水量如表3所示。由表3可知，几种粮食的抑菌率均在80％左右，同时含水量大幅下降，均达到国标规定的储藏标准，同时，感官品质并无异常。

表3几种粮食的微波流态化联合干燥效果

Claims (6)

1.一种粮食微波流态化联合干燥设备，包括塔身（1），其特征在于，所述塔身（1）由上至下依次布置有缓冲仓（2）、微波段（3）、烘干段（4）、冷却段（5）；

所述烘干段（4）包括多个呈上下层交错布置的第一流化板（10），每一个第一流化板（10）上分布有第一通气孔，每一个第一流化板（10）的一端与塔身（1）固定连接，每一个第一流化板（10）的另一端安装有第一挡料板（12），第一挡料板（12）与塔身（1）之间形成第一溢流通道（11）；

所述冷却段（5）包括多个呈上下层交错布置的第二流化板（13），每一个第二流化板（13）上分布有第二通气孔，每一个第二流化板（13）的一端与塔身（1）固定连接，另一端安装有第二挡料板（15），第二挡料板（15）与塔身（1）之间形成第二溢流通道（14）；

塔身（1）上部连接排湿风机（19）；

塔身（1）中部开设有热风进风口（22）、冷却段出风口（23），热风进风口（22）与烘干段（4）连通，冷却段出风口（23）与冷却段（5）连通，冷却段出风口（23）通过热风风机（33）、换热器（34）连接热风进风口（22）；

塔身（1）下部连接冷风风机（21）；

塔身（1）底部开设有出料口（24）；

风管（25）上端连接旋风分离器（32），风管（25）下端设有物料入口（27），风管（25）下端与溜管（28）另一端连接，溜管（28）一端连通至烘干段（4），旋风分离器（32）的出料口与缓冲仓（2）入口连通；

所述微波段（3）包括微波炉腔体（6）、微波源、漏能抑制器，漏能抑制器由上下分布的漏能抑制器上段（8）、漏能抑制器下段（9）构成；微波源包括外围微波源（7）和中部微波源（38），所述微波段（3）上方安装有导流板（16）。

2.根据权利要求1所述一种粮食微波流态化联合干燥设备，其特征在于：所述烘干段（4）与冷却段（5）之间设有隔热板（29），隔热板（29）固定在塔身（1）内，隔热板（29）与塔身（1）之间留有物料通道。

3.根据权利要求1所述一种粮食微波流态化联合干燥设备，其特征在于：所述缓冲仓（2）上方依次安装有磁选器（30）、气力输送关风器（31）、旋风分离器（32），气力输送风机（17）。

4.采用如权利要求2所述一种粮食微波流态化联合干燥设备的粮食干燥方法，其特征在于：包括微波预热、流态化烘干及流态化冷却三个步骤；微波预热时间5-10min，微波剂量0.01w/g-2w/g；空管气流速度0.5-5m/s，烘干时间2-6h，冷却时间0.1-1h。

5.采用如权利要求1~3所述任意一种粮食微波流态化联合干燥设备的粮食流态化烘干方法，其特征在于：

粮食流经第一流化板（10）时，被从下而上的热空气流态化，经第一溢流通道（11）落入下层第一流化板，直至烘干段（4）；若水分含量达到要求，则进入冷却段（5）；溜管（28） 一端安装有第一阀门（36），隔热板（29）与塔身（1） 之间留有物料通道，若水分达不到要求，打开第一阀门（36），关闭物料通道，物料送入塔身（1）内再次干燥；废气从排湿风机（19）排出；

粮食经烘干段干燥达到要求的含水量后，打开物料通道，关闭第一阀门（36），粮食落入第二流化板（13），被从下而上的冷空气流态化，粮食呈悬浮态流向第二溢流通道，经第二溢流通道落入下层第二流化板（13），直至冷却段（5）出口，即出料口（24）；冷空气由环境空气经冷风风机（21）进入冷却段（5），由冷却段出风口（23）排出。

6.如权利要求1~3所述任意一种粮食微波流态化联合干燥设备，应用于烘干稻谷、小麦、玉米、豆类、薏米、大麦、或者燕麦。