一机两用的顺逆流粮食干燥机
李小化[1]，李杰[1]，王宝东[2]，李越[2]，
(1.国家粮食储备局郑州科学研究设计院，河南郑州450053 2.黄龙食品工业公司，吉林公主岭 130021 )
摘 要：顺逆流玉米干燥机是用来干燥处理我国东北地区高水分玉米的一种粮食干燥机械。本文对顺逆流玉米干燥机主机结构的特点、功能特性等进行论述，分析比较了稻谷与玉米的特性及其干燥条件，理论上分析了顺逆流玉米干燥机也能够用来干燥高水分稻谷，并通过生产实践证实了顺逆流粮食干燥机是既能够干燥高水分玉米又能够干燥高水分稻谷的两用干燥机械。
关键词：顺逆流；干燥机；玉米；稻谷
近年来，我国已经在东北地区建造了大批的粮食干燥机，其中顺逆流玉米干燥机是一种新机型。如：1999年250亿kg国家储备粮库建设项目；2000年、2001年两次100亿kg国家储备粮库建设项目；2002年粮食烘干机专项建设项目等。在这些投资项目中建设了187套粮食烘干系统，其中顺逆流粮食干燥机占有一定的比重。由于东北三省是我国玉米主产区，所建粮食干燥机主要用来干燥高水分玉米，但是还有部分粮库收购有大量的高水分稻谷，于是高水分稻谷的干燥成了这些玉米收购企业的难题。当然我国也建设有大批的稻谷专用干燥机，投资较大。能否利用现有的玉米干燥机进行稻谷干燥呢？于是本文分析了顺逆流玉米干燥机主机的结构特点、功能特性，并结合对稻谷干燥条件的剖析，认为顺逆流玉米干燥机是能够达到一机两用的，并通过实际的生产实践进行验证。
1.顺逆流玉米干燥机的干燥原理及其特点
1.1顺逆流玉米干燥机的干燥原理
顺逆流玉米干燥机是顺流干燥和逆流干燥相结合并采用其所特有的通风节分风结构及角状管进、排气的一种连续式的大型塔式粮食干燥机。曹崇文教授曾经进行顺逆流干燥方面的试验研究，并作出试验结论和建议：顺逆流干燥工艺是一种新发展的干燥工艺，适合于干燥高水分的粮食，具有高温、快速、低能耗等优点，并可以使用高风温而不使粮温过高并配以逆流冷却，它是一种理想干燥机型［1］。
顺逆流粮食干燥机在进行顺流干燥作业时，干燥介质流向与粮食流向一致，进入干燥段的最热干燥介质首先和最潮湿、温度最低的粮食接触；逆流干燥时，干燥介质流向与粮食流向相反，最热干燥介质首先和含水率最低的粮食接触［2］。干燥机根据降水要求又分为多个干燥段和1个冷却段，在干燥段干燥介质（冷空气与烟道气进行热量交换）进入干燥机内部直接与粮食接触，在接触的整个过程，湿含量低的干燥介质和湿含量高的温度低的粮粒发生水汽和热量的转移，粮粒升温、水分减少，同时热干燥介质温度降低、湿含量增加，变为废气被排出。湿含量，指将包含1公斤干空气的湿气体中的水蒸气数量称为湿空气的湿含量，简称湿含量［3］。在冷却段，低温干燥介质进入干燥机内最先接触低温粮食，干燥介质向上运行，在向上运行的过程中吸收粮食的热量，干燥介质温度逐渐升高，由下层到上层粮食温度逐渐升高，避免了热粮的急剧冷却，这个过程称为冷却过程。顺逆流玉米干燥机的原理图见图1［4］。
1.2顺逆流玉米干燥机的特点
（1）干燥机采用高温纯净空气（玉米：120～180℃）作为干燥介质进行烘干，而不污染粮食；
（2）每个干燥段的进热风层均采用特殊结构的装置分布干燥介质，使每个粮粒均有同等接触干燥介质的机会；
（3）在每个干燥段后均设计有缓苏段，在缓苏段，粮粒内部的水分和热量发生温湿传导，即当湿粮内部存在温差时，热量的传递将会引起粮粒中的水分从高温处向低温处转移，这种由温差引起水分沿着热流方向的传递现象，称为粮粒的温湿传导［5］；
（4）此干燥机采用分段送入干燥介质的形式进行干燥，每层干燥介质温度可根据实际干燥操作进行调整。
2.使用顺逆流干燥机进行玉米与稻谷干燥的可行性分析
2.1玉米与稻谷籽粒特性的比较
玉米籽粒表面光滑，由皮层、糊粉层、胚、胚乳等构成，籽粒皮层与糊粉层结合紧密，透过水蒸汽的能力差，在不正确的干燥条件下这两层细胞组织变得更加难以透过水蒸汽，水蒸汽在胚乳内聚积，由于内部压力升高引起粮粒表面产生应力，形成细微裂纹，俗称惊纹。
稻谷籽粒由坚硬的颖壳和糙米粒组成，其颖壳坚硬、质密，并带有茸毛和芒，水蒸汽透过性差。糙米部分在干燥过程中，由于颖壳水分透过性差，水蒸汽聚积，内部压力升高，表面产生应力，导致糙米粒表面形成细微裂纹，俗称爆腰［6］。
由此我们总结出稻谷和玉米在干燥过程中的共性就是：籽粒表面的水蒸汽透过性都差，如果在不正确的干燥条件下都容易在籽粒表面表面产生细微裂纹，因此稻谷和玉米在干燥过程中均必须采用缓苏工艺进行干燥。
2.2玉米与稻谷在塔式干燥机中进行热力干燥的干燥条件的比较
稻谷的干燥条件：
收获季节稻谷温度低（-10～-25℃），原粮含水率高（17～22％），易爆腰，稻谷籽粒受热温度小于43℃，否则稻谷的烘后品质和食用品质下降。
（1）利用缓苏工艺使粮食籽粒内部和外部发生水分和热量的转移，最终达到水分和热量的内外平衡，从而避免在籽粒表面产生应力；
（2）使用多个“干燥—缓苏”工艺的组合形成长流程，使籽粒内部水分分批次扩散到籽粒表面，粮食经过多个“干燥—缓苏”工艺的干燥最终达到降水要求，从而避免了因一次降水幅度过大产生爆腰；
（3）为了保证稻谷的烘后品质，减少爆腰率，必须采用低温度、大风量的干燥介质。根据日本学者伴敏三的研究，水稻干燥过程中的爆腰和干燥介质温度有关，干燥介质温度高则烘后稻谷的整米率和出米率低，反之则烘后稻谷的整米率和出米率高，大风量有助于迅速带走籽粒表面的水蒸汽［7］；
（4）用塔式烘干机烘干稻谷时，每个干燥段的降水速率不能太快（当原始含水率小于18％时，降水幅度Δw≤1.5%)，冷却段降水幅度Δw≤0.5%，其爆腰率无显著增加［7］；
（5）干燥稻谷的干燥介质温度小于100℃，同时保证稻谷籽粒自身的温度低于43℃。
玉米的干燥条件：
收获季节玉米温度低（-10～-25℃），原粮含水率高（28～35％），成熟程度不均匀，籽粒大，单位比表面积小，玉米籽粒受热温度小于55℃，否则烘后品质下降。
（1）采用缓苏工艺；
（2）综合使用“预热－干燥—缓苏－干燥－缓苏－冷却”组合式长流程的干燥工艺；
（3）干燥介质温度高（120～180℃），流量大，同时保证籽粒自身温度低于55℃；
（4）产量大（100～2000吨／日），能连续性生产。
由稻谷和玉米的干燥条件的比较可看到：稻谷在干燥过程中的干燥条件与玉米的干燥条件基本相似，唯一需要强调的是干燥稻谷所需的干燥介质的温度比玉米干燥所需的干燥介质的温度低得多，否则稻谷籽粒自身温度会超过43℃，由此我们可以通过降低干燥介质的温度（通常低于100℃）来降低稻谷籽粒自身温度，从而实现稻谷的干燥条件。
3.顺逆流玉米干燥机在结构上对稻谷干燥的适用性分析
目前正在使用的针对玉米干燥的顺逆流粮食干燥机在主机结构和功能性上都具有适应干燥高水分稻谷的条件。具体说有以下几点：
（1）此干燥机采用缓苏工艺，缓苏时间累计300～450分钟。
（2）顺逆流玉米干燥机具有多个“干燥—缓苏”段，综合使用“预热－干燥—缓苏－干燥－缓苏－冷却”组合式长流程的干燥工艺，干燥机高度24～27m。
（3）干燥机的每个干燥段的干燥介质温度在一定范围内（40～180℃）可任意调节。
（4）干燥机采用顺流干燥和逆流干燥相结合的干燥方式进行降水，有效地使粮食籽粒和干燥介质混合，最大限度的进行水分和热量的转移。
（5）在干燥机底部采用逆流冷却的方式进行冷却，在冷却过程中，低温干燥介质和低温的粮食接触，在低温干燥介质上行的过程中，干燥介质温度升高，升高温度的干燥介质和较高温度的粮食接触，从而实现冷却的目的。因此在整个冷却过程中，稻谷是逐渐冷却降温的，避免了因热稻谷的急剧冷却产生爆腰。
（6）我国东北三省的收获季节的稻谷的水分平均在17％～22％之间，此种水分的稻谷在顺逆流玉米干燥机内的每个干燥段的降水分配低（1.0～1.5％／次，五段式的玉米干燥机的总降水幅度为：5.0～7.5％）。
顺逆流玉米干燥机是以我国东北地区高水分玉米（含水率25～32％）为对象进行设计的，从前文的顺逆流玉米干燥机的烘干原理及其特点不难看出：此干燥机在结构上完全满足稻谷干燥的条件，即采用缓苏工艺并具有多个“干燥—缓苏”组合式长流程的干燥工艺。稻谷干燥唯一不同于玉米干燥的是干燥介质温度的不同，而且稻谷干燥所需介质温度远远低于玉米干燥所需介质温度。由于此干燥机的每层干燥介质温度可调整，所以在实际干燥时可以调整干燥介质温度达到稻谷干燥所需温度，同时控制稻谷籽粒自身的温度低于43℃。并可通过调整排粮速度调整稻谷的降水速率和产量。由此我们可以把顺逆流玉米干燥机用来干燥高水分稻谷，只不过需要调整好干燥介质温度和稻谷籽粒自身温度。
4.顺逆流玉米干燥机对稻谷进行实际干燥的生产实践
根据以上分析，顺逆流粮食干燥机完全可以用来干燥高水分水稻。为此，我们进行了多次稻谷干燥的实际生产操作，并做了记录和统计，见表1，表2，表3
表1 玉米干燥的生产记录*
库点：黑龙江省绥棱县阁山粮库 生产时间：2002年11月 至2003年3月
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粮食品种： 玉米
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原粮水分：17.96％
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干燥机机型： 顺逆流玉米干燥机
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烘后玉米水分：14.5％
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设计（玉米）处理量：300 t／d (16%)
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实际干燥处理量（玉米）：580.46t／d (6.06%)
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干燥介质温度
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1＃热风机出口温度：170℃
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2＃热风机出口温度：140℃
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3＃热风机出口温度：120℃
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出机玉米水分不均匀度： 0.7%
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出机玉米粮温： 15.7℃(外温:8.16℃)
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干燥前后玉米破碎率增值： 0.48%
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干燥前后玉米惊纹率增值： 22.4%
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干燥过程中最高粮温： 45℃
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*烘干机《检验报告》
表2 稻谷干燥的生产记录
库点：黑龙江省绥棱县阁山粮库 生产时间：2003年4月 至2003年5月
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粮食品种： 稻谷
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原粮水分：17％～22％
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干燥机机型： 顺逆流玉米干燥机
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烘后稻谷水分：14％
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设计（玉米）处理量：300 t／d (16%)
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实际干燥处理量（稻谷）：>550 t／d
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干燥介质温度
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1＃热风机出口温度：100℃
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2＃热风机出口温度：80℃
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3＃热风机出口温度：60℃
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出机稻谷水分不均匀度： 0.8%
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出机稻谷粮温： 不高于外界温度6℃
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干燥前后稻谷破碎率增值： 0.2%
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干燥前后稻谷爆腰率增值： 2.0%
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干燥过程中最高粮温： 35℃
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表3 稻谷生产统计记录
统计时间：2003年6月
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粮库
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玉米设计处理量
(吨／日)
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稻谷实际处理量
(吨／日)
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当年稻谷总处理量
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黑龙江阁山粮库
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300 (16%)
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550
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1万吨
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黑龙江勃利粮库
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200 (16%)
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340
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2万吨
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吉林蛟河天岗粮库
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300 (14%)
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420
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1.5万吨
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根据生产实践的结果,事实证明顺逆流玉米干燥机完全可以用来干燥高水分稻谷，而且烘后粮的各项指标均符合干燥标准要求。所以顺逆流粮食干燥机可以一机两用，并具有如下优点：
（1）能耗、热耗低，节约能源，生产成本低；
（2）减少稻谷干燥设备的投资，节约资金；
（3）干燥稻谷可以在错开玉米干燥的时间进行，增加了干燥设备的使用率；
5.结论
通过对稻谷和玉米的干燥条件及其在干燥过程中的比较分析,及多个粮食企业的生产实践的证实,说明顺逆流玉米干燥机通过科学控制完全能够用来干燥高水分稻谷。
因此顺逆流玉米干燥机是一种既能干燥处理高水分玉米，又能干燥处理高水分稻谷的两用机械，甚至可以用来干燥大豆、高粱、小麦等物料，达到一机多用。只要合理的安排粮食企业的烘干时间，能够延长烘干机的年使用率，由此扩大了粮食企业的业务量，为企业创造出更多的经济效益。
参考文献：
［1］曹崇文 农产品干燥机理、工艺与技术［M］ 中国农业大学出版社，1998 P176
［2］ 梁俊英，孙宏岭，刘玉兰等 粮食流通工程设计手册［M］ 河南科学技术出版社，1997 P530～531
［3］赵思孟 粮食干燥技术［M］ 河南科学技术出版社，1991 P48
［4］ 芦燕敏，姚郑等 利用顺逆流烘干机技术改造蒸汽烘干塔［J］ 粮食流通技术 2000（6） P31～33
［5］马良 粮食干燥［M］ 中国商业出版社，1993 P60
［6］赵思孟 粮食干燥技术［M］ 河南科学技术出版社，1991 P109
［7］潘永康，王喜忠等 现代干燥技术［M］ 化学工业出版社，1998 P754～755
顺逆流玉米烘干机
