CN103994652B - 薄层干燥实验设备及其干燥工艺 - Google Patents
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Abstract
该发明提出一种薄层干燥实验设备，包括：安装在整个实验设备的进风初始位置的恒温恒湿机(1)；与恒温恒湿机(1)相联接的风机(3)；设置在恒温恒湿机(1)和风机(3)的吸风口中间的手动调风门(2)；通过管道与风机(3)的出风口相联接的加热器(5)；由加热器(5)的出风口引出、经两路分支与干燥室(20)的两端联接的热风管道(8)；安装热风管道(8)上的风速传感器(11，14)、温湿度传感器(6，12，13)以及阀门(7，10，15，16)本发明还提出一种该薄层干燥实验设备采用的干燥工艺。
Description
技术领域
本发明涉及粮食加工机械，更具体地涉及一种粮食薄层干燥实验设备及其干燥工艺。
背景技术
随着我国农业机械现代化的发展，粮食收获后干燥加工技术也在不断进步，但针对目前较为粗放的加工模式，如何选择合理的干燥参数(如介质温度、风速、谷物层厚度等)事关紧要。我国粮食机械干燥量逐年增加，特别是东北地区干燥时间通常为每年的11月至下一年度的3月，由于在这期间环境温度低，粮食水分高，水分均匀度差等特点，粮食干燥普遍存在干燥能耗高、干燥后品质低、水分难于控制等问题。而通过该薄层干燥实验设备可针对不同谷物确定其合理的干燥参数，不仅可以解决上述问题，而且可以为实现粮食干燥自动控制奠定理论基础，使粮食干燥特别是高寒地区的粮食干燥达到节能、高效、高品质的理想作业状态。
发明内容
为了解决粮食干燥过程存在的上述问题，本发明主要目的是通过该薄层干燥实验设备确定不同条件下合理的干燥介质温度、粮层厚度、风速等关键参数配比，从而降低粮食干燥能耗，提高粮食干燥后的品质。
为此，本发明提出一种薄层干燥实验设备，包括安装在整个实验设备的进风初始位置的恒温恒湿机；与恒温恒湿机相联接的风机；设置在恒温恒湿机和风机的吸风口中间的手动调风门；通过管道与风机的出风口相联接的加热器；由加热器的出风口引出、经两路分支与干燥室的两端联接的热风管道；安装在加热器出风口一侧的热风管道上的第一温湿度传感器；第一风速传感器和第二温湿度传感器安装在热风管道上靠近干燥室的一端，第二风速传感器和第三温湿度传感器安装在热风管道上靠近干燥室的另一端；第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门安装在热风管道上的四个位置。
根据本发明的优选实施方式，第一阀门和第四阀门安装在第一温湿度传感器的两侧，位于热风管道的管道中，它们关闭则将热风隔断，它们开启则使热风通流，第二阀门安装在靠近第一风速传感器的位置，位于热风管道的侧壁上，其关闭则使热风在管道中流过，其开启则使热风从阀门中流出，第三阀门安装在靠近第二风速传感器的位置，位于热风管道的侧壁上，其作用与第二阀门相同。
根据本发明的优选实施方式，加热器支架安装在风机和加热器的下方，加热器支架由角钢焊合而成。
根据本发明的优选实施方式，容料室安装在干燥室的内部，工作台安装在干燥室的下方，称重传感器安装在干燥室与工作台之间，干燥室的两端分别通过耐高温的软连接件与热风管道连接。
根据本发明的优选实施方式，加热器的外壳及框架为不锈钢钢板焊合而成，内装翅片式电热管。
根据本发明的优选实施方式，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门为金属硬密封手动阀门，热风管道由双层不锈钢板焊合成弯头、三通、直管等单件，两层不锈钢板间填充硅酸铝板隔热材料。
根据本发明的优选实施方式，还包括对设备的部件进行电力控制的电控***以及采集传感器信号的数据处理***。
根据本发明的优选实施方式，干燥室内的容料室由不锈钢焊合而成，容料室是由不锈钢板焊合而成的直径200mm圆筒，筒内有由两片可移动或固定的20目不锈钢丝网间隔而成的容积，用于容纳不同厚度的被实验谷物，筒壁上设有带盖子的圆口，便于装卸被实验谷物。容料室共6个，一个是谷物层厚度可以在1-5cm间任意调节的，其余5个是谷物层厚度分别固定为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm的容料室，可根据不同的试验要求选用其中一个。
本发明还提出一种所述薄层干燥实验设备的干燥工艺，包括以下步骤：调节第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门的开关位置至一种开关组合状态；启动恒温恒湿机，调节至理想的原始空气温湿度；启动风机，并通过手动调风门或风机的变频器调节至所需风速；启动加热器，并设定相应的实验空气温度；温度稳定后，关闭风机，打开干燥室的盖子，将装有谷物的容料室放进干燥室中，启动风机；调节热风管道内的风速和热风温度，利用数据处理***采集传感器信号；干燥过程中停机改变风向。
根据本发明的优选实施方式，可以通过所述阀门的开关组合实现两种风向的变换：第一阀门开启，第二阀门关闭，第三阀门开启，第四阀门关闭，这时干燥室中的热风流向为风向B，风速值由第一风速传感器检测；第一阀门关闭，第二阀门开启，第三阀门关闭，第四阀门开启，这时干燥室中的热风流向为风向C，风速值由第二风速传感器检测。此方法可以真实模拟出现今应用较多的双向送风干燥机、对向送风干燥机工作原理，通过不同变换风向的时间间隔得出对谷物干燥均匀度的影响程度，为干燥机设计提供合理的风向变换参数，可提高干燥机的干燥均匀度，提高干燥后的粮食品质，缩短谷物的干燥时间，大大提高现有干燥机的生产效率。
该发明薄层干燥实验设备主要用于各类谷物薄层干燥试验，通过模拟相应的环境，经空气加热对谷物进行干燥，改变加热温度和风机转速，可以得到恒温条件下不同风速对谷物干燥速率的影响程度，或者在恒定风速条件下不同风温对谷物干燥速率的影响程度，还可以通过更换容料室来改变谷物层的厚度，经试验得出干燥中谷物层厚度最佳数据，确定各参数之间的合理配比，为实际干燥机在不同环境条件下干燥不同谷物提供最合理的干燥参数，为设计节能高效、干燥后粮食品质不变、性能优良的谷物干燥机提供准确的实验数据，提供最佳的参数配比，达到提高干燥机干燥效率，保证干燥品质，降低干燥能耗的最终目标。该发明适用于高等学校实验室和科研单位、干燥机生产企业模拟实验等应用。
本发明的突出效果是与现有的垂直上下送风薄层干燥实验装置相比，该发明薄层干燥实验设备采用水平送风垂直称重被实验物料。现有薄层干燥实验设备空气流动与物料称重都是在重力方向上，这就导致空气流动对被称重谷物产生压力，此压力会对实验谷物的称重结果产生严重干扰，本发明由于气流产生的压力是在水平方向上，对垂直称重没有影响，可直接测得被干燥物料的重量变化，大大提高实验谷物的称重精度。
附图说明
图1是本发明的薄层干燥实验设备的府视图。
如图1所示，1、恒温恒湿机；2、手动调风门；3、风机；4、加热器机架；5、加热器；6、第一温湿度传感器；7、第一阀门；8、热风管道；9、管道固定支架；10、第二阀门；11、第一风速传感器；12、第二温湿度传感器；13、第三温湿度传感器；14、第二风速传感器；15、第三阀门；16；第四阀门；17、工作台；18、称重传感器；19、容料室；20、干燥室；21、电控***；22、数据处理***。
具体实施方式
参见图1，该发明薄层干燥实验设备主要由以下几部分构成：
安装在整个实验设备的进风初始位置的恒温恒湿机1，能对空气进行加热和加湿，并保证温度和湿度恒定，在一定条件和范围内模拟实验所需要的环境气候条件。
风机3与恒温恒湿机1相联接，在恒温恒湿机1和风机3的吸风口中间设有手动调风门2，通过手动调节风门的开度来控制实验用的***风量，风机3的作用主要是为干燥实验提供所需要的空气，并通过控制风机转速的变频器调节实验所需的空气流量。
通过管道与风机3的出风口相联接的加热器5，外壳及框架为不锈钢钢板焊合而成，内装翅片式电热管，用于加热试验所需要的空气，并通过将电热管分组分别受电控***21控制，得到试验所要求的精准风温。
加热器支架4安装在风机3和加热器5的下方，用于固定支撑加热器5和风机3，该加热器支架4由角钢焊合而成。
由加热器5的出风口引出、经两路分支与干燥室20的两端联接的热风管道8，管道直径200mm，由双层不锈钢板焊合成弯头、三通、直管等单件，两层不锈钢板间填充硅酸铝板隔热材料，减少热量散失。
第一温湿度传感器6安装在加热器5出风一侧的热风管道8上，主要采集检测由加热器5加热后的空气温度和湿度。
安装在热风管道8下方的管道固定支架9，用四个钢管立柱分别支撑四个金属气密阀门(第一阀门7、第二阀门10、第三阀门15和第四阀门16)，立柱通过膨胀螺栓固定于地面，各立柱之间通过角钢连接，使上面管道成为一体。
第一风速传感器11和第二温湿度传感器12安装在热风管道8上靠近干燥室20的一端，用于检测干燥室20中风向B的风速和空气温湿度；第二风速传感器14和第三温湿度传感器13安装在热风管道8上靠近干燥室20的另一端，用于检测干燥室20中相反的风向C的风速和空气温湿度。
第一阀门7、第二阀门10、第三阀门15和第四阀门16为金属硬密封手动阀门，安装在热风管道8的四个位置，通过不同的阀门开关组合可以得到两种不同热风流向，从而使试验谷物能够换向干燥，其中第一阀门7和第四阀门16安装在第一温湿度传感器6的两侧，位于热风管道8的管道中，它们关闭则将热风隔断，它们开启则使热风通流，第二阀门10安装在靠近第一风速传感器11的位置，位于热风管道8的侧壁上，其关闭则使热风在管道中流过，其开启则使热风从阀门中流出，第三阀门15安装在靠近第二风速传感器14的位置，位于热风管道8的侧壁上，其作用与第二阀门10相同；四个阀门的开关组合共两种状态：①第一阀门7开启，第二阀门10关闭，第三阀门15开启，第四阀门16关闭，这时干燥室20中的热风流向为风向B，风速值由第一风速传感器11检测；②第一阀门7关闭，第二阀门10开启，第三阀门15关闭，第四阀门16开启，这时干燥室20中的热风流向为风向C，风速值由第二风速传感器14检测。
工作台17安装在干燥室20下方，用钢板焊合而成，上面用于固定干燥室20和称重传感器18；容料室19安装在干燥室20的内部，用于放置被干燥谷物，由不锈钢焊合而成，共6个件，一个是谷物层厚度可以在1-5cm间任意调节的容料室，其余5个为谷物层厚度分别固定为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm的容料室；称重传感器18安装在干燥室20与工作台17之间，用于采集容料室19内被干燥谷物的重量变化信号，并将该信号传送到计算机进行统计分析；干燥室20上面是可以打开的盖子，内部设有放置容料室19的容料器的托盘，干燥室两端分别通过耐高温的软连接件与热风管道8连接，这样可以减少由热风管道8振动对称重传感器18的干扰。
电控***21通过电缆线与实验设备中温度仪表、变频器、电机、风机等相连。
数据处理***22由计算机和处理软件组成，实时采集第一温湿度传感器6、第二温湿度传感器12和第三温湿度传感器13，第一风速传感器11和第二风速传感器14，称重传感器18的信号，分析处理后可绘制不同参数之间的变化曲线，同时将显示并生成的数据文件记录下来。
本发明的薄层干燥实验设备主要技术参数如下：
1、温度范围：15-150℃；
2、湿度范围：35-85％RH；
3、温控精度：±0.5℃；
4、湿度精度：±0.3％；
5、风速范围：0-20m/s；
6、风速测量精度：±2％FS；
7、称重范围：0-20kg；
8、称重精度等级：0.1；
9、总功率：65.85KW。
采用恒温恒湿机1对空气进行加热和加湿，并保证温度和湿度恒定，在一定条件和范围内模拟实验所需要的环境气候条件。风机3风量可通过风机入口的手动调节门2进行调节，也可通过变频器在一定范围内调节速度来完成风量调节。加热器5外壳及框架为不锈钢钢板焊合而成，并采取一定的保温措施，内装翅片式电热管，用于加热试验所需要的空气，并通过将电热管分组分别受电控***控制，得到试验所要求的精准风温。所述阀门7、10、15、16采用金属硬密封手动阀门，即能保证良好的密封性又能耐高温。热风管道8由双层不锈钢板焊合成弯头、三通、直管等单件，两层不锈钢板间填充硅酸铝板隔热材料，有效减少热量散失。
电控***21及相关传感器安装完毕后，确认恒温恒湿机1内风机和外风机3均为正转后，可以按下面步骤进行试验操作。
调节4个密封阀门(第一阀门7、第二阀门10、第三阀门15、第四阀门16)的开关位置至一种开关组合状态；
启动恒温恒湿机1，调节至理想的原始空气温湿度；
启动风机3，并通过手动调风门2或风机3变频器调节至所需风速；
启动加热器5，并设定相应的实验空气温度；
温度稳定后，关闭风机2，打开干燥室20的盖子，将装有谷物的容料室19放进干燥室20中，盖上盖子，启动风机2，这时由于风机2风量发生变化还需进一步调节热风管道8内的风速和热风温度，同时微机就采集的各项数据进行整理分析，并绘制相应的变化曲线；
干燥过程中停机改变风向，以提高干燥均匀性。
通过模拟相应的环境条件就可进行谷物薄层干燥试验。通过分别改变加热温度和风机转速，可以测得恒温条件下不同风速对谷物干燥速率的影响程度，或者在恒定风速条件下不同风温对谷物干燥速率的影响程度，还可以通过更换容料室19来改变谷物层的厚度，经试验得出干燥中谷物层厚度最佳数据，确定各参数之间的合理配比，完成提高干燥效率，保证干燥品质，降低干燥能耗的目标。与现有的垂直上下送风薄层干燥实验装置相比，该发明薄层干燥实验设备采用水平送风垂直称重被实验物料，可以有效消除风压对称重精度的影响。
Claims (9)
1.一种薄层干燥实验设备，包括：
安装在整个实验设备的进风初始位置的恒温恒湿机(1)；
与恒温恒湿机(1)相联接的风机(3)；
设置在恒温恒湿机(1)和风机(3)的吸风口中间的手动调风门(2)；
通过管道与风机(3)的出风口相联接的加热器(5)；
由加热器(5)的出风口引出、经两路分支与干燥室(20)的两端联接的热风管道(8)；
安装在加热器(5)出风口一侧的热风管道(8)上的第一温湿度传感器(6)；
第一风速传感器(11)和第二温湿度传感器(12)安装在热风管道(8)上靠近干燥室(20)的一端，第二风速传感器(14)和第三温湿度传感器(13)安装在热风管道(8)上靠近干燥室(20)的另一端；
安装在热风管道(8)上的第一阀门(7)、第二阀门(10)、第三阀门(15)和第四阀门(16)，其中，第一阀门(7)和第四阀门(16)安装在第一温湿度传感器(6)的两侧，位于热风管道(8)的管道中，它们关闭则将热风隔断，它们开启则使热风通流，第二阀门(10)安装在靠近第一风速传感器(11)的位置，位于热风管道(8)的侧壁上，其关闭则使热风在管道中流过，其开启则使热风从阀门中流出，第三阀门(15)安装在靠近第二风速传感器(14)的位置，位于热风管道(8)的侧壁上，其作用与第二阀门(10)相同。
2.如权利要求1所述的薄层干燥实验设备，其特征在于，加热器支架(4)安装在风机(3)和加热器(5)的下方，加热器支架(4)由角钢焊合而成。
3.如权利要求1-2中任一项所述的薄层干燥实验设备，其特征在于，容料室(19)安装在干燥室(20)的内部，工作台(17)安装在干燥室(20)的下方，称重传感器(18)安装在干燥室(20)与工作台(17)之间，干燥室(20)的两端分别通过耐高温的软连接件与热风管道(8)连接。
4.如权利要求1-2中任一项所述的薄层干燥实验设备，其特征在于，加热器(5)的外壳及框架为不锈钢钢板焊合而成，内装翅片式电热管。
5.如权利要求1-2中任一项所述的薄层干燥实验设备，其特征在于，第一阀门(7)、第二阀门(10)、第三阀门(15)、第四阀门(16)为金属硬密封手动阀门，热风管道(8)由双层不锈钢板焊合成弯头、三通或直管，两层不锈钢板间填充硅酸铝板隔热材料。
6.如权利要求1-2中任一项所述的薄层干燥实验设备，其特征在于，还包括对设备的部件进行电力控制的电控***(21)以及采集传感器信号的数据处理***(22)。
7.如权利要求1-2中任一项所述的薄层干燥实验设备，其特征在于，干燥室(20)内的容料室(19)由不锈钢焊合而成，包括6个容料器，一个是谷物层厚度可以在1-5cm间任意调节的容料器，其余5个为谷物层厚度分别固定为10cm、20cm、30cm、40cm、50cm的容料器。
8.一种如权利要求1-7中任一项所述的薄层干燥实验设备的干燥工艺，包括以下步骤：
调节第一阀门(7)、第二阀门(10)、第三阀门(15)、第四阀门(16)的开关位置至一种开关组合状态；
启动恒温恒湿机(1)，调节至理想的原始空气温湿度；
启动风机(3)，并通过手动调风门(2)或风机(3)的变频器调节至所需风速；
启动加热器(5)，并设定相应的实验空气温度；
温度稳定后，关闭风机(3)，打开干燥室(20)的盖子，将装有谷物的容料室(19)放进干燥室(20)中，启动风机(3)；
调节热风管道(8)内的风速和热风温度，利用数据处理***(22)采集传感器信号；
干燥过程中停机改变风向。
9.如权利要求8所述的干燥工艺，其特征在于，可以通过所述阀门的开关组合实现两种风向的变换：
第一阀门(7)开启，第二阀门(10)关闭，第三阀门(15)开启，第四阀门(16)关闭，这时干燥室(20)中的热风流向为风向(B)，风速值由第一风速传感器(11)检测；
第一阀门(7)关闭，第二阀门(10)开启，第三阀门(15)关闭，第四阀门(16)开启，这时干燥室(20)中的热风流向为风向(C)，风速值由第一风速传感器(14)检测。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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