CN114322526A - 一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置，包括高温干燥塔，所述高温干燥塔内设有流化干燥装置，所述流化干燥装置包括层叠式设置的流化板和用于干燥流化板上粮食的进风管；所述流化干燥装置的上方设有微波装置，所述微波装置用于迅速加热粮食，使得粮食达到橡胶态后落到流化板上，沿着流化板阶梯式滚动下降，进行降温式干燥；本发明将玻璃化转变理论与微波和热风联合干燥技术结合，使粮食快速升温后在橡胶态阶梯式快速干燥，粮食含水率达到要求后控制粮食颗粒内外水分梯度转为玻璃态，控制热应力进行阶梯式冷却，达到降低稻谷爆腰率，节省干燥时间，提高干燥效率的目的。

Description

一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置

技术领域

本发明属于谷物干燥领域，尤其是微波热风干燥装置领域。

背景技术

我国稻谷、小麦、玉米等粮食收货时含水率约18-30％，如不及时干燥极易造成粮食腐败霉变，干燥是粮食产后必备处理环节；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等；其中，热风干燥具有成本低的优点，但升温速率慢、干燥时间长、均匀性差；流态化干燥传热速率高且干燥速率快，但由于气泡现象导致流化不均匀；微波干燥升温度快、干燥速度快、无污染，但在干燥仓内直接对粮食进行长时间微波加热易导致局部温度过高增加谷物爆腰率；从此可以看出，传统的谷物干燥速率跟均匀性、爆腰率之间是相互矛盾的，通常二者无法兼得；因此如何在确保谷物干燥均匀性和低爆腰率性的同时提升谷物干燥的速率是一个亟待解决的难题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置，包括高温干燥塔，所述高温干燥塔内设有流化干燥装置，所述流化干燥装置包括层叠式设置的流化板和用于干燥流化板上粮食的进风管；所述流化干燥装置的上方设有微波装置，所述微波装置用于迅速加热粮食，使得粮食达到橡胶态后落到流化板上，沿着流化板阶梯式滚动下降，进行降温式干燥。

作为本发明的进一步优化方案，所述流化板由上凸式的第一流化板和设于第一流化板下方下凹式的第二流化板组成，所述第一流化板和第二流化板均设有中空的腔体，所述腔体与进风管联通；所述第一流化板和第二流化板的上表面分布有出气孔；所述进气管的空气进入腔体后通过出气孔吹出，使得粮食处于微流化态。

作为本发明的进一步优化方案，所述第一流化板的中心处与进风管的外管壁连接，另一侧悬置于第二流化板的周缘上方，所述第二流化板的周缘端部与高温干燥塔的内侧壁连接，且在第二流化板的中心处设有用于粮食滑落至下一层流化板的通孔，所述通孔的直径大于进风管的直径。

作为本发明的进一步优化方案，所述第一流化板的通孔靠近中心处的密集度大于靠近周缘处的密集度，所述第二流化板的通孔靠近周缘处的密集度大于靠近中心处的密集度。

作为本发明的进一步优化方案，所述装置包括低温干燥塔，所述低温干燥塔的顶部设有与高温干燥塔底部联通的低温进料口，且在低温进料口的下方也设有流化干燥装置；橡胶态的粮食通过低温进料口进入低温干燥塔内进行缓释降温式干燥。

作为本发明的进一步优化方案，所述高温干燥塔的顶部设有高温进料口，所述高温进料口和低温进料口处设有均布板，且在均布板的下方设有拨粮轮。

作为本发明的进一步优化方案，所述高温干燥塔中流化干燥装置的上方连接有第一出气管，所述第一出气管上设有换热器，所述低温干燥塔的进风管与换热器联通；所述低温干燥塔中流化干燥的上方连接设有第二出气管，所述第二出气管与高温干燥塔的进风管联通，且第二出气管和高温干燥塔的进风管之间设有第一加热器。

作为本发明的进一步优化方案，所述高温干燥塔和低温干燥塔之间还设有中温干燥塔。

本发明的有益效果在于：

1)本发明将玻璃化转变理论与微波和热风联合干燥技术结合，使粮食快速升温后在橡胶态阶梯式快速干燥，粮食含水率达到要求后控制粮食颗粒内外水分梯度转为玻璃态，控制热应力进行阶梯式冷却，达到降低稻谷爆腰率，节省干燥时间，提高干燥效率的目的；

2)设计中空式流化板，使粮食处于微流化状态，同时受到向上的流化热风和流化板之间横向热风干燥，达到保证粮食干燥品质均一的目的，塔体上部维持较高的风速和风量，对应干燥高含水率粮食，塔体流化段内下部维持较低的风速和风量，对应干燥低含水率粮食，维持干燥效率和粮食高品质均衡的目的。

附图说明

图1是本发明实施例1的整体结构示意图；

图2是本发明的流化干燥装置结构示意图；

图3是本发明的第一流化板的结构示意图；

图4是本发明的第一流化板的侧面结构示意图；

图5是本发明的第二流化板的结构示意图；

图6是本发明中实施例2的结构示意图；

图7是本发明中玻璃化转变曲线示意图；

图中：1、高温干燥塔；11、微波装置；12、高温进料口；13、第一出气管；2、低温干燥塔；21、低温进料口；22、第二出气管；3、流化干燥装置；31、流化板；311、第一流化板；312、第二流化板；3121、通孔；32、进风管；4、出气孔；5、均布板；6、拨粮轮；7、换热器；8、第一加热器；9、中温干燥塔。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1至图7所示的一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置，包括高温干燥塔1和低温干燥塔2，高温干燥塔的顶部设有高温进料口12，底部设有高温出料口，同理，低温干燥塔的顶部设有低温进料口21，底部设有低温出料口；其中，在高温进料口和低温进料口处均设有粮食输送装置，使用时，低温干燥塔一侧的粮食输送装置与高温出料口联通，即粮食先进入高温干燥塔内进行高温干燥后，通过粮食输送装置的提升进入到低温干燥塔内进行低温干燥，最后从低温干燥塔的低温出料口排出进行自然冷却；

具体的，高温干燥塔1和低温干燥塔2内均设有流化干燥装置3，该流化干燥装置3包括层叠式设置的流化板31和用于干燥流化板31上粮食的进风管32；其中，流化板31由上凸式的第一流化板311和设于第一流化板311下方下凹式的第二流化板312组成，该第一流化板311和第二流化板312均设有中空的腔体，且腔体与进风管32联通；同时，在第一流化板311和第二流化板312的上表面分布有出气孔4；进气管32的空气进入腔体后通过出气孔4吹出，使得粮食处于微流化态；这里需要注意的是，第一流化板和第二流化板的下表面是相对封闭的，表面没有分布出气孔，只有流化板的上表面可以进行出气；

进一步的，第一流化板311的中心处与进风管32的外管壁连接，另一侧悬置于第二流化板312的周缘上方，第二流化板312的周缘端部与高温干燥塔1的内侧壁连接，且在第二流化板312的中心处设有用于粮食滑落至下一层流化板31的通孔3121，通孔3121的直径大于进风管32的直径；

优选地，第一流化板311的出气孔4靠近中心处的密集度大于靠近周缘处的密集度，且第二流化板312的出气孔4靠近周缘处的密集度大于靠近中心处的密集度；

使用时，进风管内的热风沿每个流化板的第一流化板和第二流化板进入腔体内，然后从出气孔吹出，热风会沿着流化板之间的间隙往复向上运动，由于从各级流化板之间吹出的热风流量相同，由流体运动的连续性导致中流化板之间的流量和温度自下而上逐渐增加；

当粮食落到第一流化板上时，受重力以及第一流化板的出气孔吹出的热风影响形成微流化态，在上凸型的第一流化板的板面上均匀分布成平稳流动的料层，粮食会沿着第一流化板的板面均匀流向四周壁面，然后从第一流化板的周缘落下至第二流化板上；同理，粮食在第二流化板上的运动状态与在第一流化板上的运动状态相似，不同的是，粮食的运动方向从第二流化板的周缘端部流向中心处，然后从第二流化板的通孔的内边缘和进风管的外侧壁之间落到下一级的流化板上；

由于高温烘干塔和低温烘干塔内均堆叠设有多级的流化板结构，粮食物料在两种流化板之间可以进行往复流动，进而保证物料干燥品质均一稳定；同时，第一流化板的出气孔吹出的热风使得粮食处于微流化态，物料下滑的阻力大大减小，所以第一流化板311和第二流化板的板面斜率可以设置的很小，从而单位高度上流化板的设计密度可以很高，大幅延长粮食物料在流化板上干燥的时间，便于提高干燥能力；

进一步的，为了降低粮食的爆腰率同时提升粮食的升温速率，在高温干燥塔的流化干燥装置3的上方设有微波装置11，该微波装置11用于迅速加热粮食，使得粮食达到橡胶态；随后落到流化板31上，沿着流化板31阶梯式滚动下降，进行降温式干燥；

在微波装置设流化干燥装置之间设有拨粮轮6，且在拨粮轮的上方设有均布板5，使用时，粮食通过高温进料口进入后通过均布板均匀分布，并接受微波装置的升温，微波加热是利用微波可以内外同时加热，且利用物料升温速度随水分含量增高而增快的特点，谷物内部温度梯度处于内高外低状态，使稻谷快速升温达到橡胶态；随着进风管的热风的不断进入，使得流化板区域的上部温度大于下部的温度，即随着物料沿着流化板往复流动下降时，在热风的作用下不断的进行干燥，同时温度也在不断的下降，进而相当于进行了降温式干燥，消除了粮食的干燥应力，从而有效的控制粮食的爆腰率；

进一步的，当粮食不断的沿流化板进行阶梯式下降至高温干燥塔的底部时，通过粮食输送装置将高温干燥过的粮食输送至低温干燥塔内，然后落在流化干燥装置上，继续进行降温式干燥，最后从低温干燥塔内排出，进行自然冷却至环境温度；

为了便于理解上述的工作原理，下面以附图7的稻谷玻璃化转变曲线图为例进行说明，其中，玻璃化转变是指受到一定外力作用的高分子化合物，在温度升高过程中其热机械曲线都有转折点，说明此种化合物的物理性质和力学性能在转折点对应的温度附近发生了突变，这种突变即为玻璃化转变，所对应的温度即为玻璃化转变温度；玻璃化转变温度与物料含水率相关，物料含水率越高，从玻璃态转变为橡胶态的玻璃化转变温度越低，物料含水率越低，从玻璃态转变为橡胶态的玻璃化转变温度越高；

传统低温下谷物处于玻璃态，其物理性质表现为材料较脆、具有高弹性模量、低比热和低膨胀系数，且容忍变形能力小，即使很小的变形也会产生很大的应力；而谷物处于橡胶态时其指物理性质表现为低弹性模量、高膨胀系数、高比热，具有较好的弹性，能够承受较大的变形；

在高温烘干塔的顶部进行微波加热阶段，稻谷初始含水率25％，表层温度为20℃，环境温度为20℃，处于玻璃态；然后稻谷在微波段中由常温快速升温至80℃，此时稻谷温度为内高外低，水分梯度为内高外低，整体处于橡胶态；

在高温烘干塔的流化干燥装置内，80℃稻谷在80℃热风干燥下含水率从25％下降至17-19％，稻谷温度为内高外低，水分梯度为内高外低，整体处于橡胶态；由于干燥水分扩散方向与温度扩散方向一致，所以热应力与湿应力方向一致，最大程度减少了干燥应力，且由于谷物处于橡胶态具有较好的弹性，可以有效控制稻谷的爆腰率维持在较低水平；这里需要注意的是，在上面阶段中，若快速干燥至水稻含水率低于17％含水率，爆腰率会显著上升；

稻谷在80℃状态下静止缓苏，稻谷温度梯度减小，由内高外低变为内外平衡；稻谷水分梯度减小，由内高外低变为内外相对均衡，整体处于橡胶态；保持高温干燥是由于高温状态下稻谷内部水分迁移速度较高，可以快速平衡内部水分；因此在初始含水率比较高的时候，在微波加热和热风干燥的作用下，提升粮食的升温速率；然后随着粮食含水率的降低，就必须降低干燥的温度和速率，进而防止爆腰率的提升；

在经过降温后，在低温干燥塔内，60℃稻谷在40℃热风(此时热风是相对于环境温度而言)冷却下，含水率14.5％略有下降但基本不变，稻谷温度为内高外低，水分梯度为内高外低，水稻颗粒由外向内逐渐从橡胶态转变为玻璃态，直至完全转变为玻璃态；

此时，稻谷经低温缓苏后处于内部温度梯度与水分梯度较低的橡胶态，冷却时稻谷外表面温度逐渐低于玻璃化转变温度，稻谷由外向内逐渐转变为玻璃态，由于冷却热风温度与低温缓苏温度相差较小，转变速度较慢，稻谷内部湿应力也相对较小，应力得以缓慢释放，可将谷物爆腰率控制在较低水平；

进一步的，在高温干燥塔1中流化干燥装置3的上方连接有第一出气管13，第一出气管13上设有换热器7，低温干燥塔2的进风管32与换热器7联通；低温干燥塔2中流化干燥装置3的上方连接设有第二出气管22，第二出气管22与高温干燥塔的进风管32联通，且两者之间还设有第一加热器8；

使用时，通过换热器7对高温干燥塔1的第一出气管13的热量进行一定程度的热交换，将热量交换于低温干燥塔13的进风管空气中，回收部分排出空气的热量，降低一定的能源消耗；此时换热后的空气还是低于粮食的温度，当粮食经过流化干燥装置时，会带走部分粮食的热量和水分；进而相当于间接提升了空气的温度；随后通过第一加热器将离开低温干燥塔的空气进行升温加热，然后通过高温干燥塔的进风管进入，对高温干燥塔的内的粮食进行高温干燥；如此循环；在对粮食进行降温式干燥的同时，充分利用干燥的余热，降低能耗节约能量的目的；

实施例2

为了便于更好的控制粮食干燥应力，降低稻谷的爆腰率，在高温干燥塔1和低温干燥塔2之间还设有中温干燥塔9；其中，在该中温干燥塔内，80℃稻谷在60℃热风干燥下含水率从19％下降至14.5％，稻谷温度为内高外低，水分梯度为内高外低，整体处于橡胶态；此时，干燥水分扩散方向与温度扩散方向一致，所以热应力与湿应力方向一致，最大程度减少了干燥应力，且由于谷物处于橡胶态具有较好的弹性，可以有效控制稻谷的爆腰率维持在较低水平；此外，增加一个相对低温的干燥塔，可以进一步的降低粮食干燥温度，更好的释放应力；在高温干燥塔内，粮食刚高温干燥完毕，内部水分梯度较大，存在较大的湿应力，如果直接冷却稻谷温度低于50℃后转变为玻璃态，此时水稻弹性模量高，抗应力性能差，在高应力的作用下易爆腰；如果经过缓苏，水稻内部的应力得以提前释放，水稻在转变为玻璃态后受到的应力较小，不易爆腰，这是保证品质的重要手段；

本发明与现有技术中的单一干燥方式相比，微波热风联合干燥可合理控制温度分布，提高干燥效率，降低干燥能耗，保证粮食干燥品质。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置,其特征在于：包括高温干燥塔(1)，所述高温干燥塔(1)内设有流化干燥装置(3)，所述流化干燥装置(3)包括层叠式设置的流化板(31)和用于干燥流化板(31)上粮食的进风管(32)；所述流化干燥装置(3)的上方设有微波装置(11)，所述微波装置(11)用于迅速加热粮食，使得粮食达到橡胶态后落到流化板(31)上，沿着流化板(31)阶梯式滚动下降，进行降温式干燥。

2.根据权利要求1所述的一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置,其特征在于：所述流化板(31)由上凸式的第一流化板(311)和设于第一流化板(311)下方下凹式的第二流化板(312)组成，所述第一流化板(311)和第二流化板(312)均设有中空的腔体，所述腔体与进风管(32)联通；所述第一流化板(311)和第二流化板(312)的上表面分布有出气孔(4)；所述进气管(32)的空气进入腔体后通过出气孔(4)吹出，使得粮食处于微流化态。

3.根据权利要求2所述的一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置,其特征在于：所述第一流化板(311)的中心处与进风管(32)的外管壁连接，另一侧悬置于第二流化板(312)的周缘上方，所述第二流化板(312)的周缘端部与高温干燥塔(1)的内侧壁连接，且在第二流化板(312)的中心处设有用于粮食滑落至下一层流化板(31)的通孔(3121)，所述通孔(3121)的直径大于进风管(32)的直径。

4.根据权利要求3所述的一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置,其特征在于：所述第一流化板(311)的出气孔(4)靠近中心处的密集度大于靠近周缘处的密集度，所述第二流化板(312)的出气孔(4)靠近周缘处的密集度大于靠近中心处的密集度。

5.根据权利要求1至4任一所述的一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置,其特征在于：所述装置包括低温干燥塔(2)，所述低温干燥塔(2)的顶部设有与高温干燥塔(1)底部联通的低温进料口(21)，且在低温进料口(21)的下方也设有流化干燥装置(3)；橡胶态的粮食通过低温进料口(21)进入低温干燥塔(2)内进行缓释降温式干燥。

6.根据权利要求5所述的一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置,其特征在于：所述高温干燥塔(1)的顶部设有高温进料口(12)，所述高温进料口(12)和低温进料口(21)处设有均布板(5)，且在均布板(5)的下方设有拨粮轮(6)。

7.根据权利要求6所述的一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置,其特征在于：所述高温干燥塔(1)中流化干燥装置(3)的上方连接有第一出气管(13)，所述第一出气管(13)上设有换热器(7)，所述低温干燥塔(2)的进风管(32)与换热器(7)联通；所述低温干燥塔(2)中流化干燥装置(3)的上方连接设有第二出气管(22)，所述第二出气管(22)与高温干燥塔的进风管(32)联通，且两者之间还设有第一加热器(8)。

8.根据权利要求7所述的一种基于微波与热风联合干燥粮食的装置,其特征在于：所述高温干燥塔(1)和低温干燥塔(2)之间还设有中温干燥塔(9)。

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