CN113606872B - 一种基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机及其干燥方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机及其干燥方法，干燥器下方设置扩风管与底部送风道连通，底部送风道的另一端连接于离心风机出风口，离心风机进风口设有回风管组件，通过回风管组件连接于干燥器上方的排风口，干燥器顶部还设有进料器；干燥器的主体干燥腔的外壁设有保温层，主体干燥腔的内壁设有石墨烯远红外辐照板，主体干燥腔底端设有底部冲孔板，主体干燥腔顶部侧壁设置有出风冲孔板，主体干燥腔腔室内设置有远红外加热板组，远红外加热组包括若干等间距布置的石墨烯远红外辐照板。本发明能够极大地提高干燥后小籽粒农产品物料（例如稻谷、小麦、油菜等）品质和干燥速率，降低干燥能耗。
Description
技术领域
本发明属于干燥机技术，具体涉及一种基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机及其干燥方法。
背景技术
传统热风流化床干燥具有干燥速率快、效率高的特点，但由于采用热风作为干燥的供热源，干燥小籽粒农产品（例如稻谷、小麦、油菜等）时，热量从籽粒外部逐渐向内部传递，籽粒外表层干燥速率显著高于内核处，外表层组织先干固化，当干燥后期内核水分向外扩散时受阻于表面已固化组织，过于剧烈的传热传质极易导致籽粒内部压力过高从而导致爆腰。因此采用热风加热的流化床干燥设备干燥稻谷时一般从刚收获后的高含水率（≥30%湿基）降低至18.5%湿基。当稻谷含水率低于18.5%湿基后仍采用热风流化床干燥，会显著增加稻谷爆腰率，同时增速稻谷内部淀粉糊化。因此稻谷18.5%至13%含水率阶段一般采用其它设备干燥。
红外辐射作为一种绿色高效的加热方式，广泛应用于农产品干燥中。红外线辐射到物体表面时，一部分被物体表面反射，另一部分进入物体内部，而进入物体内部的红外线，其中一部分穿过物体，余下的部分被物体内部分子吸收，导致分子运动加剧，转化为热能，使物体温度升高，物体内部温度高于表面温度，电磁波的穿透特性和热效应同时呈现，干燥速率快且干燥后的粮食品质保持性好。但是目前相关设备主要以高温（400～800℃）发热体向薄层粮食发射红外线，高温发热体不可与物料接触，使得每批次的干燥的物料量较少，且有明火风险。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机及其干燥方法，能够实现对小籽粒农产品物料（稻谷干燥、小麦、油菜等）的高效干燥，整个干燥过程智能、低能耗、高能效。
技术方案：本发明的一种基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机，包括控制器和干燥器，所述干燥器下方设置扩风管与底部送风道连通，底部送风道的另一端连接于离心风机出风口，离心风机进风口相邻位置处设有回风管组件，通过回风管组件连接于干燥器上方的排风口，干燥器顶部还设有进料器；所述干燥器包括主体干燥腔，主体干燥腔的外壁设有保温层，主体干燥腔的内壁设有第一石墨烯远红外辐照板，主体干燥腔底端设有底部冲孔板，主体干燥腔顶部侧壁设置有出风冲孔板，主体干燥腔腔室内设置有远红外加热组，所述远红外加热组包括若干等间距布置的第二石墨烯远红外辐照板；所述控制器调节第一石墨烯远红外辐照板和第二石墨烯远红外辐照板的强度/功率、离心风机风速、以及干燥器的出风和回风比例等。
上述流化床干燥机的结构能够充分利用壁面的第一石墨烯远红外辐照板和位于干燥器腔内的多个第二石墨烯远红外辐照板共同加热烘干物料。此处，石墨烯远红外辐照板由石墨烯薄膜通过玻璃封装而成，远红外加热组中的各石墨烯远红外辐照板的两端分别固定于主体干燥腔腔壁。
为能够实时知晓当下干燥机的风速以及干燥气流的温湿度信息，便于控制器调整控制，所述底部送风道上靠近离心风机出风口的一侧设有风速传感器，实时采集当前底部送风道的风速信息，并传输至控制器；所述底部送风道上靠近扩风管一侧设有第一温湿度传感器，第一温湿度传感器采集空气流进入主体干燥腔前的温度和湿度信息，并传输至控制器；所述回风管组件上靠近排风口的一端设有第二温湿度传感器，第二温湿度传感器采集空气流排出主体干燥腔后的温度和湿度信息，并传输至控制器。
为充分利用干燥器内部的热量和风力，提高能效，所述回风管组件包括下回风管和与下回风管连通的上回风管，下回风管底部设有通孔与离心风机的进风口相邻（位于进风口附近），上回风管的另一端连接于干燥器的排风口，排风口与出风冲孔板相通；并且在上回风管上设置有风阀和风阀执行器，风阀执行器由控制器控制。
为便于有效均匀进料，所述干燥器整体呈箱体，进料器和进料口设置于箱体上方中间位置处。
进一步地，所述主体干燥腔内的远红外加热组与底部冲孔板以及箱体顶部之间均设置一定距离。
进一步地，所述扩风管沿其竖直方向的剖面呈倒置的等腰梯形状，有利于空气流顺利从底部进入干燥器内以及扩散干燥，进而提高干燥效率。
进一步地，所述干燥器的底部还设有卸料口，取出卸料门后从卸料口卸料，将干燥好的物料从此处排出。
本发明还公开一种基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机的干燥方法，包括以下步骤：
步骤S1、湿物料从具有闭风功能的进料器进入流化床干燥器，通过控制器启动离心风机，在离心风机输出的空气流作用下呈流化悬浮状态，空气流可依次经过底部送风道、扩风管和底部冲孔板进入干燥器的主体干燥腔；
步骤S2、待干燥器的主体干燥腔内填充好一定厚度的湿物料后，位于主体干燥腔四个壁面的第一石墨烯远红外辐照板、以及主体干燥腔内的由多个第二石墨烯远红外辐照板构成的远红外加热组对湿物料进行辐照加热；在此过程中，湿物料籽粒（例如稻谷）温度逐渐升高（内部先升高），水分从内部向外表面迁移，在颗粒与空气流接触的过程中表面水分被带走，并从出风冲孔板排出干燥腔；（在此过程湿物料颗粒中部分热量用于水分蒸发和加热空气流）；该一定厚度的湿物料是根据现场的实际工作经验和选用的驱动风机进行选择的，遵循的原则为以保障干燥器内物料能够形成良好的悬浮流化态，尽可能多放物料；但整个干燥腔里不能放满物料，否则放满后无法形成流化悬浮态；
步骤S3、为尽可能避免湿物料加热空气流造成的热损，根据干燥过程湿度控制的需求，通过安装在上回风管内的风阀控制部分空气回流，该部分热空气流入离心风机进风口处混同新鲜空气一起进入离心风机，在离心风机的驱动下继续使籽粒保持悬浮流化状态，并带走籽粒表面的水分，直至干燥结束。（回收部分湿空气的目的是增加进入干燥器内空气流的温度，避免被干燥物料热量损失过多）；
步骤S4、干燥后的物料从干燥器底部的卸料口排出。
上述干燥过程中，加热和通风同步进行。
进一步地，通过控制器中的变频调速器来调节离心风机的转速；通过控制器根据辐照板表面温度测得值和设定值之差调节辐照板功率；控制器根据第一温湿度传感器和第二温湿度控传感器的测得值与设定值差异来调整风阀的张开角度，进而调整是否回风及回风比例。
有益效果：本发明通过石墨烯远红外进行加热，使得干燥效率高、速度快，有助于干燥过程农产品（主要为稻谷、小麦、油菜等小籽粒物料）的品质保持，包括：降低爆腰率，减少淀粉糊化和油脂氧化，提高干燥后农产品品质。干燥稻谷时与传统流化床干燥机相比，可有效提高干燥后的整精米率，大幅减少稻米淀粉糊化，可直接从高含水率降低至贮藏水分，避免分段干燥的额外设备投资。
本发明中通过设置回风管组件，由控制器、温湿度传感器监测的数据可根据实际情况利用排出的热空气回收继续烘干加热，达到循环干燥、降低能耗的技术效果。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中主体干燥器的结构示意图；
图3为图2的剖视图；
图4为本发明中空气流的流向示意图；
图5为本发明的回风管组件示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1至图3 所示，本发明一种基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机，包括控制器2和干燥器1，干燥器1下方设置扩风管3与底部送风道4连通，底部送风道4的另一端连接于离心风机7出风口，离心风机7进风口相邻位置处还设有回风管组件，通过回风管组件连接于干燥器1上方的排风口，干燥器1顶部还设有进料器13；干燥器1包括主体干燥腔，主体干燥腔的外壁设有保温层18，主体干燥腔的内壁设有第一石墨烯远红外辐照板14，主体干燥腔底端设有底部冲孔板19，主体干燥腔顶端设置有出风冲孔板17，主体干燥腔腔室内设置有远红外加热组15，远红外加热组15包括若干等间距布置的第二石墨烯远红外辐照板；控制器2调节第一石墨烯远红外辐照板14和第二石墨烯远红外辐照板的强度/功率、离心风机7的风速、以及干燥器1的出风和回风比例等。
其中，不管是内壁的石墨烯远红外辐照板14还是远红外加热组15的第二石墨烯远红外辐照板都是采用低温加热（40℃~80℃），加上保温层的保温作用，通过控制器1的调控，使得主体干燥腔内的温度能够稳定在一定数值，能耗小、能效高。
本实施例中的底部送风道4上靠近离心风机7出风口的一侧设有风速传感器6，实时采集当前底部送风道4的风速信息，并传输至控制器2；底部送风道4上靠近扩风管3一侧设有第一温湿度传感器5，第一温湿度传感器5采集空气流进入干燥腔前时的温度和湿度信息，并传输至控制器2；回风管组件上靠近排风口的一端设有第二温湿度传感器12，第二温湿度传感器12采集空气流刚排出干燥腔时的温度和湿度信息，并传输至控制器2。
如图5所示，本实施例的回风管组件包括下回风管8和与下回风管8连通的上回风管9，下回风管8底部设有通孔与离心风机7的进风口相邻，上回风管9的另一端连接于干燥器1的排风口，排风口与出风冲孔板17相通；并且在上回风管9上设置有风阀11和风阀执行器10，风阀执行器10由控制器2控制。
此处，下回风管8与上回风管9之间还可以垂直设置，即下回风管8沿竖直方向设置且通孔位于下回风管8的底部，且与离心风机7的进风口位置对应，然后上回风管9沿水平方向设置。
本实施例的干燥器1整体呈箱体，进料器13和进料口设置于箱体上方中间位置处，箱体内壁的四个壁面上分别设置有一对第一石墨烯远红外辐照板14和一对第三石墨烯远红外辐照板16，且两个第一石墨烯远红外辐照板14相对设置，两个第三石墨烯远红外辐照板16相对设置；第三石墨烯远红外辐照板16顶部为出风冲孔板17。当然也可以采用其他形状设计。
主体干燥腔内的远红外加热组15与底部冲孔板19以及箱体顶部之间均设置一定距离，利于粮食物料的进入以及空气流的流通，同时加剧空气流与物料的热质传递。
扩风管3沿其竖直方向的剖面呈倒置的等腰梯形状，或者其他利于空气流扩散的形状（顶部开口大于底部开口即可）。
上述基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机的干燥方法，包括以下步骤：
步骤S1、湿物料（稻谷、小麦、油菜）从具有闭风功能的进料器13进入流化床干燥器1，通过控制器2启动离心风机7，在离心风机7输出的空气流作用下呈流化悬浮状态，空气流可次经过底部送风道4、扩风管3和底部冲孔板19进入干燥器1的主体干燥腔；
步骤S2、待干燥器1的主体干燥腔内填充好一定厚度的湿物料后，位于主体干燥腔4个壁面的石墨烯远红外辐照板、以及主体干燥腔内的辐照板组对湿物料进行辐照加热；在此过程中，湿物料籽粒温度快速升高，水分从内部向外表面迁移，在籽粒与空气流接触的过程中表面水分被带走，并从出风冲孔板17排出干燥腔；（在此过程湿物料籽粒中部分热量用于水分蒸发和加热空气流）；
步骤S3、为尽可能避免湿物料加热空气流造成的热损，根据干燥过程湿度控制的需求，通过安装在上回风管9内的风阀控制部分空气回流，该部分热空气流入离心风机7进风口处混同新鲜空气一起进入离心风机7，在离心风机7的驱动下继续使籽粒保持悬浮流化状态，并带走籽粒表面的水分，直至干燥结束，如图4所示。（回收部分湿空气的目的是增加进入干燥器1内空气流的温度，避免被干燥物料热量损失过多）；
步骤S4、干燥后的物料从干燥器1底部的卸料口20排出。
通过控制器2中的变频调速器来调节离心风机7的转速；通过控制器2根据辐照板表面温度测得值和设定值之差调节辐照板功率；控制器2根据第一温湿度传感器5和第二温湿度控传感器的测得值与设定值差异来调整风阀的张开角度，进而调整是否回风及回风比例。
本实施例中，当空气流排出干燥器1时的温度高于进入干燥器1时的温度一定值时（比如5℃），且空气流排出干燥器1相对湿度小于一定值（比如60%）时，控制风阀来调节回收部分空气流，回收比例根据空气流进入干燥器时的工艺需求设置。具体数值需根据物料特性确定。
本发明的基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机较传统热风横流干燥，能够极大地提高粮食品质和干燥速率，降低干燥能耗，并且本发明涉及的低温红外发射技术（发射源表面温度不高于80℃），红外发射体（石墨烯远红外辐照板）能够与粮食接触以充分提高干燥品质、效率，降低生产成本，同时避免粮食干燥中出现明火和烟气排放，实现粮食加工中烘干环节的绿色生产。整体的电热转换效率高于99%。
Claims (7)
1.一种基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机，其特征在于：包括控制器和干燥器，所述干燥器下方设置扩风管与底部送风道连通，底部送风道的另一端连接于离心风机出风口，离心风机进风口相邻位置处设有回风管组件，通过回风管组件连接于干燥器上方的排风口，干燥器顶部还设有进料器；
所述干燥器包括主体干燥腔，主体干燥腔的外壁设有保温层，主体干燥腔的内壁设有第一石墨烯远红外辐照板，主体干燥腔底端设有底部冲孔板，主体干燥腔顶部侧壁设置有出风冲孔板，主体干燥腔腔室内设置有远红外加热组，所述远红外加热组包括若干等间距布置的第二石墨烯远红外辐照板；
所述底部送风道上靠近离心风机出风口的一侧设有风速传感器，实时采集当前底部送风道的风速信息，并传输至控制器；所述底部送风道上靠近扩风管一侧设有第一温湿度传感器，第一温湿度传感器采集空气流进入主体干燥腔前的温度和湿度信息，并传输至控制器；所述回风管组件上靠近排风口的一端设有第二温湿度传感器，第二温湿度传感器采集空气流离开主体干燥腔后的温度和湿度信息，并传输至控制器；
所述回风管组件包括下回风管和与下回风管连通的上回风管，下回风管底部设有通孔与离心风机的进风口相通，上回风管的另一端连接于干燥器的排风口，排风口与出风冲孔板相通；并且在上回风管上设置有风阀和风阀执行器，风阀执行器由控制器控制；
所述控制器调节第一石墨烯远红外辐照板和第二石墨烯远红外辐照板强度/功率、离心风机风速、以及干燥器出风和回风比例。
2.根据权利要求1所述的基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机，其特征在于：所述干燥器整体呈箱体，进料器和进料口设置于箱体上方中间位置处。
3.根据权利要求1所述的基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机，其特征在于：所述主体干燥腔内的远红外加热组与底部冲孔板以及箱体顶部之间均设置一定距离。
4.根据权利要求1所述的基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机，其特征在于：所述扩风管沿其竖直方向的剖面呈倒置的等腰梯形状。
5.根据权利要求1所述的基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机，其特征在于：所述干燥器的底部还设有卸料口。
6.一种根据权利要求1至5任意一项所述基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机的干燥方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1、湿物料颗粒从进料器进入流化床干燥器，通过控制器启动离心风机，在离心风机输出的空气流作用下呈流化悬浮状态，空气流可依次经过底部送风道、扩风管和底部冲孔板进入干燥器的主体干燥腔；
步骤S2、待干燥器的主体干燥腔内填充好一定厚度的湿物料后，位于主体干燥腔四个壁面的第一石墨烯远红外辐照板、以及主体干燥腔内的由多个第二石墨烯远红外辐照板构成的远红外加热组对湿物料进行辐照加热；在此过程中，湿物料颗粒温度快速升高，水分从内部向外表面迁移，在物料外表面与空气流接触的过程中，表面水分被带走，并从出风冲孔板排出干燥腔；
步骤S3、根据干燥过程湿度控制的需求，通过安装在上回风管内的风阀控制部分空气回流，该部分热空气流入离心风机进风口处混同新鲜空气一起进入离心风机，在离心风机的驱动下继续使籽粒保持悬浮流化状态，并带走籽粒表面的水分，直至干燥结束；
步骤S4、干燥后的物料从干燥器底部的卸料口排出。
7.根据权利要求6所述的基于石墨烯远红外加热的流化床干燥机的干燥方法，其特征在于：通过控制器中的变频调速器来调节离心风机的转速；通过控制器根据辐照板表面温度测得值和设定值之差分别调节第一石墨烯远红外辐照板和第二石墨烯远红外辐照板功率；控制器根据第一温湿度传感器和第二温湿度传感器的测得值与设定值差异来调整风阀的张开角度，进而调整是否回风及回风比例。
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