CN113915951A - 一种粮食摊晾系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粮食摊晾系统及方法，包括以下步骤：根据粮食在进出摊晾机的物料特性计算出粮食在指定摊晾过程中需求的冷量；根据粮食需要冷却的温度，设定换热所需冷媒风进出口温度，根据需求冷量计算出冷媒风风量；根据冷媒风风量、冷媒风进风温度湿度、系统应用当地地理条件参数，计算出用于给空气降温的制冷系统制冷量；根据计算结果选取设备构建粮食摊晾系统。上述技术方案根据冷媒风风量、冷媒风进风温度湿度、系统应用当地地理条件等参数，计算出用于给空气降温的制冷系统制冷量，提高粮食摊晾温度控制的准确率，实现粮食摊晾过程的标准化，优化粮食摊晾效率及工艺。
Description
技术领域
本发明涉及工业生产技术领域，尤其涉及一种粮食摊晾系统及方法。
背景技术
白酒酿造过程中粮食在进入培菌床或者发酵池之前均为高温状态，降温摊晾冷却粮食是必备工艺。但冷却后的温度准确性对于其后续糖化或发酵工艺影响较大，过高或过低都会影响粮食中微生物菌群的活性，从而导致粮食糖化或发酵过程升温过快或者是过缓，最终结果为出酒率低、酒质差、酒香不足。因此温度的精准控制意义较大，且稳定的温度控制也是最终白酒生产标准化的基础之一。
传统的降温摊晾采用人工平铺摊晾床上，摊晾床底部利用轴流风机鼓风给粮食降温，人工抽样测温。随着机械化的设备运用，摊晾方式采用的是粮食在板链输送过程中通过人工检测出口温度来启停对应的板链底部风机鼓风降温。
有资料显示，无论是传统人工还是机械化的方式给粮食摊晾降温，都有存在着以下几点问题和风险：
1、降温用风量无法调整。人工平铺，粮食的堆积厚度相差较大，而板链输送受制来料量、板链速度等原因也会导致铺料厚度受影响。因风量无法根据粮食厚度及时做调整，料层薄时风量过大，粮食或附着曲粉吹飞，原料及浪费都能耗，现场环境恶劣；料层厚时，粮食吹不透，粮食降温不足，温度不均匀，不满足工艺条件；
2、降温用风风温不可控。风温不可控，环境温度高时，粮食无法降至工艺要求温度，只能降低产能，甚至停产；环境温度低时，粮食温度过低，导致糖化或发酵微生物活性不足，转化率低，产酒率下降，酒质差。
3、温度控制准确度低。现有的摊晾方式均采用人工抽样复检，而后调整摊晾的风机，甚至针对性的翻拌粮食，效率低下，且滞后性突出明显，准确性不足。
4、自动化程度低。目前的摊晾方式基本上基于人工，即使是机械化输送以后，对于各设备的运行控制由操作工来分别完成，对于摊晾的最终温度甚至依靠人员的经验操作，没有系统联动，更没有标准化。
中国专利文献CN113203265A公开了一种“用于酿酒的粮食摊晾装置”。采用了包括支架、驱动机构、放置机构和铺平机构，驱动机构设置在支架的一侧，放置机构设置在支架上，铺平机构设置在放置机构上，放置机构包括放置组件和伸缩组件，铺平机构包括固定轴、滚筒和转环，驱动机构包括驱动组件、锁定组件和联动组件。上述技术方案对温度控制准确率低，难以实现有效的用风调温。
发明内容
本发明主要解决原有的技术方案对温度控制准确率低，难以实现有效的用风调温，且自动化程度低难以实现标准化操作的技术问题，提供一种粮食摊晾系统及方法，根据粮食在进出摊晾机的含水量、比重、输送速度等物料特性计算出粮食在指定摊晾过程中需求的冷量，然后根据粮食需要冷却的温度，设定换热所需冷媒风进出口温度，根据需求冷量计算出冷媒风风量，并根据冷媒风风量、冷媒风进风温度湿度、系统应用当地地理条件等参数，计算出用于给空气降温的制冷系统制冷量，提高粮食摊晾温度控制的准确率，实现粮食摊晾过程的标准化，优化粮食摊晾效率及工艺。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括以下步骤：
S1根据粮食在进出摊晾机的物料特性计算出粮食在指定摊晾过程中需求的冷量；
S2根据粮食需要冷却的温度，设定换热所需冷媒风进出口温度，根据需求冷量计算出冷媒风风量；
S3根据冷媒风风量、冷媒风进风温度湿度、系统应用当地地理条件参数，计算出用于给空气降温的制冷系统制冷量；
S4根据计算结果选取设备构建粮食摊晾系统。
作为优选，所述的步骤S1中的物料特性包括含水量、比重、输送速度，冷量的计算公式如下：
Q1＝C1*M*ΔTa/3600
其中：Q1为生产产能下的热量，KW；C1为粮食在进出摊晾机状态下比热容，与粮食含水量相关，KJ/(Kg.K)；
M＝V*L*H*G
其中，M：粮食在摊晾机上的流量(产能)，Kg/h；V：摊晾机的线速度，m/h；L：摊晾机的链板宽度，m；H：摊晾机在链板上铺料厚度，m；G：粮食在进出摊晾机状态下的比重，与粮食含水量相关，Kg/m3；
ΔTa＝T1-T2
其中，ΔTa：粮食在进出摊晾机时的温度差，℃；T1：粮食进入摊晾机时的温度，℃；T2：粮食出摊晾机时的温度，℃。
作为优选，所述的步骤S2采用冷风回收进行粮食预冷，冷媒风风量的计算公式如下：
L＝Q1*3600/(ρ*C2*ΔTb)
其中，L：摊晾降温所需要风量，m3/h；ρ：空气密度，与空气温度和湿度相关，Kg/m3；C2：空气比热容，与空气温度和湿度相关，KJ/(Kg.K)；
ΔTb＝T3-T4
其中，ΔTb：空气在进出摊晾机时的温度差，℃；T3：空气进入摊晾机时的温度，℃；T4：空气出摊晾机时的温度，℃。
作为优选，所述的步骤S3用于给空气降温的制冷系统制冷量：
Q2＝L*ρ*ΔH/3600
其中，Q2：制冷系统制冷量，KW；L：空气机组送风量，即摊晾机所需求风量，m3/h；ρ：空气密度，与空气温度和湿度相关，Kg/m3；
ΔH＝H3-H4
其中，ΔH：空气在进出空气机组的焓值差，KJ/Kg；H3：空气在进入空气机组时的焓值，根据系统使用地干湿球温度查得，KJ/Kg；T4：空气经过表冷器出空气机组时的焓值，根据送风温度T3查得，KJ/Kg。
作为优选，所述的步骤S4根据计算结果选取设备，即选取的设备满足计算得到的功能参数，选取的设备包括组合式空气机组和制冷机组主设备。选取的组合式空气机组和制冷机组主设备满足上述计算所需的功率和参数要求，实现有效的粮食摊晾。
作为优选，所述的粮食摊晾系统包括控制检测模块、降温模块、摊晾流水模块、显示模块和云端存储模块，所述降温模块包括室内部分和室外部分，所述摊晾流水模块为室内结构，所述控制检测模块分别与降温模块、摊晾流水模块、显示模块相连。控制检测模块用于采集粮食摊晾过程中的参数并反馈PLC，同时进行控制，实现粮食摊晾的高效和标准化，降温模块用于实现粮食摊晾过程中的降温，摊晾流水模块用于粮食摊晾过程中的运送和摊晾，显示模块用于显示采集数据及控制过程，云端存储模块用于存储数据便于远程访问并汇总数据实现优化。
作为优选，所述的室内结构包括依次相连的粮食入口、摊晾机、空气机组和粮食出口构成的摊晾流水线，还包括与设置在摊晾流水线上方的一次风风管和二次风风管。摊晾流水线实现粮食的传输和摊晾，一次风风管和二次风风管配合实现粮食摊晾，并且考虑到冷风换热的效率以及温差效果，系统采用了冷风回收进行粮食预冷，以节约能源。
作为优选，所述的室外结构包括依次相连的室内空气机组、模拟量调节阀、冷媒管网、冷媒二次泵、缓冲水箱、冷媒一次泵、冷却水泵和冷却塔，还包括与缓冲水箱相连的定压补液装置，所述定压补液装置与溶液罐相连。工作时首先按照生产需求下载配方，设定风机频率，检测摊晾机出口温度，启动系统并稳定温度，开始运送粮食进入，再次对摊晾机触控进行温度检测，通过模拟量调节阀调节水量，采集空气机组出口风温，不断调节直到未达到设定要求时，粮食出摊晾机。
作为优选，所述的控制检测模块包括分别设置在粮食入口、粮食出口和空气机组出风口的温度传感器，还包括用于控制空气机组冷媒进水流量的模拟量调节阀、用于控制空气机组频率的变频器、用于控制制冷机组频率的制冷调节器，所述温度传感器、模拟量调节阀、变频器、制冷调节器与显示模块相连。粮食进出口温度，由温度传感器检测并反馈PLC；空气机组出风温度，由温度传感器检测并反馈PLC；空气机组风机频率，由变频器控制，配方下载设定；空气机组冷媒进水流量，由模拟量调节阀控制，接收空气机组出风温度反馈信号。
作为优选，所述的云端存储模块包括无线通信模块和监控管理云平台，所述监控管理云平台经过无线通信模块与显示模块相连，监控管理云平台同时与访问终端相连。显示模块显示的数据通过无线通信模块上传到监控管理云平台进行存储，工作人员通过访问终端远程访问，并且根据存储数据实现工作过程的优化。
本发明的有益效果是：根据粮食在进出摊晾机的含水量、比重、输送速度等物料特性计算出粮食在指定摊晾过程中需求的冷量，然后根据粮食需要冷却的温度，设定换热所需冷媒风进出口温度，根据需求冷量计算出冷媒风风量，并根据冷媒风风量、冷媒风进风温度湿度、系统应用当地地理条件等参数，计算出用于给空气降温的制冷系统制冷量，提高粮食摊晾温度控制的准确率，实现粮食摊晾过程的标准化，优化粮食摊晾效率及工艺。
附图说明
图1是本发明的一种流程图。
图2是本发明的一种粮食摊晾系统结构图。
图3是本发明的一种粮食摊晾系统室内结构图。
图4是本发明的一种摊晾工作流程图。
图中1室内空气机组，1.1粮食入口，1.2摊晾机，1.3空气机组，1.4粮食出口，1.5一次风风管，1.6二次风风管，2模拟量调节阀，3冷媒管网，4冷媒二次泵，5缓冲水箱，6定压补液装置，7溶液罐，8冷媒一次泵，9制冷机组，10冷却水泵，11冷却塔。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种粮食摊晾系统及方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1根据粮食在进出摊晾机的物料特性计算出粮食在指定摊晾过程中需求的冷量；物料特性包括含水量、比重、输送速度，即产量，冷量的计算公式如下：
Q1＝C1*M*ΔTa/3600
其中：Q1为生产产能下的热量，KW；C1为粮食在进出摊晾机状态下比热容，与粮食含水量相关，KJ/(Kg.K)；
M＝V*L*H*G
其中，M：粮食在摊晾机上的流量(产能)，Kg/h；V：摊晾机的线速度，m/h；L：摊晾机的链板宽度，m；H：摊晾机在链板上铺料厚度，m；G：粮食在进出摊晾机状态下的比重，与粮食含水量相关，Kg/m3；
ΔTa＝T1-T2
其中，ΔTa：粮食在进出摊晾机时的温度差，℃；T1：粮食进入摊晾机时的温度，℃；T2：粮食出摊晾机时的温度，℃。
S2根据粮食需要冷却的温度，设定换热所需冷媒风进出口温度，根据需求冷量计算出冷媒风风量；此处考虑到冷风换热的效率以及温差效果，系统采用了冷风回收进行粮食预冷，以节约能源，冷媒风风量的计算公式如下：
L＝Q1*3600/(ρ*C2*ΔTb)
其中，L：摊晾降温所需要风量，m3/h；ρ：空气密度，与空气温度和湿度相关，Kg/m3；C2：空气比热容，与空气温度和湿度相关，KJ/(Kg.K)；
ΔTb＝T3-T4
其中，ΔTb：空气在进出摊晾机时的温度差，℃；T3：空气进入摊晾机时的温度，℃；T4：空气出摊晾机时的温度，℃。
S3根据冷媒风风量、冷媒风进风温度湿度、系统应用当地地理条件参数，计算出用于给空气降温的制冷系统制冷量。
Q2＝L*ρ*ΔH/3600
其中，Q2：制冷系统制冷量，KW；L：空气机组送风量，即摊晾机所需求风量，m3/h；ρ：空气密度，与空气温度和湿度相关，Kg/m3；
ΔH＝H3-H4
其中，ΔH：空气在进出空气机组的焓值差，KJ/Kg；H3：空气在进入空气机组时的焓值，根据系统使用地干湿球温度查得，KJ/Kg；T4：空气经过表冷器出空气机组时的焓值，根据送风温度T3查得，KJ/Kg。
S4根据计算结果选取设备构建粮食摊晾系统。根据计算结果选取设备，即选取的设备满足计算得到的功能参数，选取的设备包括组合式空气机组和制冷机组主设备。选取的组合式空气机组和制冷机组主设备满足上述计算所需的功率和参数要求，实现有效的粮食摊晾。
粮食摊晾系统包括控制检测模块、降温模块、摊晾流水模块、显示模块和云端存储模块，所述降温模块包括室内部分和室外部分，所述摊晾流水模块为室内结构，所述控制检测模块分别与降温模块、摊晾流水模块、显示模块相连。云端存储模块包括无线通信模块和监控管理云平台，所述监控管理云平台经过无线通信模块与显示模块相连，监控管理云平台同时与访问终端相连。控制检测模块用于采集粮食摊晾过程中的参数并反馈PLC，同时进行控制，实现粮食摊晾的高效和标准化，降温模块用于实现粮食摊晾过程中的降温，摊晾流水模块用于粮食摊晾过程中的运送和摊晾，显示模块用于显示采集数据及控制过程，云端存储模块用于存储数据便于远程访问并汇总数据实现优化。显示模块显示的数据通过无线通信模块上传到监控管理云平台进行存储，工作人员通过访问终端远程访问，并且根据存储数据实现工作过程的优化。
如图3所示，室内结构包括依次相连的粮食入口1.1、摊晾机1.2、空气机组1.3和粮食出口1.4构成的摊晾流水线，还包括与设置在摊晾流水线上方的一次风风管1.5和二次风风管1.6。摊晾流水线实现粮食的传输和摊晾，一次风风管和二次风风管配合实现粮食摊晾，并且考虑到冷风换热的效率以及温差效果，系统采用了冷风回收进行粮食预冷，以节约能源。
如图2所示，室外结构包括依次相连的室内空气机组1、模拟量调节阀2、冷媒管网3、冷媒二次泵4、缓冲水箱5、冷媒一次泵8、冷却水泵10和冷却塔11，还包括与缓冲水箱5相连的定压补液装置6，所述定压补液装置6与溶液罐7相连。
控制检测模块包括分别设置在粮食入口1.1、粮食出口1.4和空气机组出风口的温度传感器，还包括用于控制空气机组冷媒进水流量的模拟量调节阀2、用于控制空气机组1.3频率的变频器、用于控制制冷机组9频率的制冷调节器，所述温度传感器、模拟量调节阀2、变频器、制冷调节器与显示模块相连。粮食进出口温度，由温度传感器检测并反馈PLC；空气机组出风温度，由温度传感器检测并反馈PLC；空气机组风机频率，由变频器控制，配方下载设定；空气机组冷媒进水流量，由模拟量调节阀控制，接收空气机组出风温度反馈信号。
如图4所示，工作时首先按照生产需求下载配方，设定风机频率，检测摊晾机出口温度，启动系统并稳定温度，开始运送粮食进入，再次对摊晾机触控进行温度检测，通过模拟量调节阀调节水量，采集空气机组出口风温，不断调节直到未达到设定要求时，粮食出摊晾机。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了冷量、冷媒风风量等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (10)
1.一种粮食摊晾系统及方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1根据粮食在进出摊晾机的物料特性计算出粮食在指定摊晾过程中需求的冷量；
S2根据粮食需要冷却的温度，设定换热所需冷媒风进出口温度，根据需求冷量计算出冷媒风风量；
S3根据冷媒风风量、冷媒风进风温度湿度、系统应用当地地理条件参数，计算出用于给空气降温的制冷系统制冷量；
S4根据计算结果选取设备构建粮食摊晾系统。
2.根据权利要求1所述的一种粮食摊晾系统及方法，其特征在于，所述步骤S1中的物料特性包括含水量、比重、输送速度，冷量的计算公式如下：
Q1＝C1*M*ΔTa/3600
其中：Q1为生产产能下的热量，KW；C1为粮食在进出摊晾机状态下比热容，与粮食含水量相关，KJ/(Kg.K)；
M＝V*L*H*G
其中，M：粮食在摊晾机上的流量(产能)，Kg/h；V：摊晾机的线速度，m/h；L：摊晾机的链板宽度，m；H：摊晾机在链板上铺料厚度，m；G：粮食在进出摊晾机状态下的比重，与粮食含水量相关，Kg/m3；
ΔTa＝T1-T2
其中，ΔTa：粮食在进出摊晾机时的温度差，℃；T1：粮食进入摊晾机时的温度，℃；T2：粮食出摊晾机时的温度，℃。
3.根据权利要求1所述的一种粮食摊晾系统及方法，其特征在于，所述步骤S2采用冷风回收进行粮食预冷，冷媒风风量的计算公式如下：
L＝Q1*3600/(ρ*C2*ΔTb)
其中，L：摊晾降温所需要风量，m3/h；ρ：空气密度，与空气温度和湿度相关，Kg/m3；C2：空气比热容，与空气温度和湿度相关，KJ/(Kg.K)；
ΔTb＝T3-T4
其中，ΔTb：空气在进出摊晾机时的温度差，℃；T3：空气进入摊晾机时的温度，℃；T4：空气出摊晾机时的温度，℃。
4.根据权利要求1所述的一种粮食摊晾系统及方法，其特征在于，所述步骤S3用于给空气降温的制冷系统制冷量：
Q2＝L*ρ*ΔH/3600
其中，Q2：制冷系统制冷量，KW；L：空气机组送风量，即摊晾机所需求风量，m3/h；ρ：空气密度，与空气温度和湿度相关，Kg/m3；
ΔH＝H3-H4
其中，ΔH：空气在进出空气机组的焓值差，KJ/Kg；H3：空气在进入空气机组时的焓值，根据系统使用地干湿球温度查得，KJ/Kg；T4：空气经过表冷器出空气机组时的焓值，根据送风温度T3查得，KJ/Kg。
5.根据权利要求1所述的一种粮食摊晾系统及方法，其特征在于，所述步骤S4根据计算结果选取设备，即选取的设备满足计算得到的功能参数，选取的设备包括组合式空气机组和制冷机组主设备。
6.根据权利要求1所述的一种粮食摊晾系统及方法，其特征在于，所述粮食摊晾系统包括控制检测模块、降温模块、摊晾流水模块、显示模块和云端存储模块，所述降温模块包括室内部分和室外部分，所述摊晾流水模块为室内结构，所述控制检测模块分别与降温模块、摊晾流水模块、显示模块相连。
7.根据权利要求6所述的一种粮食摊晾系统及方法，其特征在于，所述室内结构包括依次相连的粮食入口(1.1)、摊晾机(1.2)、空气机组(1.3)和粮食出口(1.4)构成的摊晾流水线，还包括与设置在摊晾流水线上方的一次风风管(1.5)和二次风风管(1.6)。
8.根据权利要求6所述的一种粮食摊晾系统及方法，其特征在于，所述室外结构包括依次相连的室内空气机组(1)、模拟量调节阀(2)、冷媒管网(3)、冷媒二次泵(4)、缓冲水箱(5)、冷媒一次泵(8)、冷却水泵(10)和冷却塔(11)，还包括与缓冲水箱(5)相连的定压补液装置(6)，所述定压补液装置(6)与溶液罐(7)相连。
9.根据权利要求7或8所述的一种粮食摊晾系统及方法，其特征在于，所述控制检测模块包括分别设置在粮食入口(1.1)、粮食出口(1.4)和空气机组出风口的温度传感器，还包括用于控制空气机组冷媒进水流量的模拟量调节阀(2)、用于控制空气机组(1.3)频率的变频器、用于控制制冷机组(9)频率的制冷调节器，所述温度传感器、模拟量调节阀(2)、变频器、制冷调节器与显示模块相连。
10.根据权利要求6所述的一种粮食摊晾系统及方法，其特征在于，所述云端存储模块包括无线通信模块和监控管理云平台，所述监控管理云平台经过无线通信模块与显示模块相连，监控管理云平台同时与访问终端相连。
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