CN105941616B - 一种真空粮食烘干机及烘干方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空粮食烘干机及烘干方法，包括烘干仓，其内空间用于烘干粮食；热风机，其连接在烘干仓一侧，用于向烘干仓提供烘干热风；真空机，其连接在所述烘干仓另一侧，用于调节烘干仓内真空度；其中，当真空机打开时，关闭烘干仓和热风机直至烘干仓内中空度达到下限值；经过一段时间后，关闭真空机和烘干仓，打开热风机，当真空度达到上限值时，再打开真空机，完成一个烘干循环过程。本发明的真空粮食烘干机能耗基本相同的情况下，烘干速度可以比现有的烘干机平均提高30％。

Description

一种真空粮食烘干机及烘干方法

技术领域

本发明涉及粮食烘干领域。更具体地说，本发明涉及一种真空粮食烘干机及烘干方法。

背景技术

粮食收获后烘干是粮食加工过程中的重要环节，现有的烘干设备烘干效率较低，烘干速度慢。每年都有大量的粮食收获后因为不能及时快速烘干发生霉变，特别是我国南方夏粮收获后正好是多雨季节，如果不能及时烘干必将给广大农民和粮食加工企业造成很大经济损失。

发明内容

本发明目的是提供一种粮食烘干机，用热风机向烘干仓内输入热风，并用真空机对烘干仓抽真空，使烘干仓在真空下进行烘干，提高烘干效率。

本发明还有一个目的是提供一种粮食烘干机，采用控制模块调节热风机和真空机的风量，提高烘干效率。

本发明还有一个目的是提供一种粮食烘干机的烘干方法，采用循环干燥方法进行干燥，避免过度烘干。

本发明还有一个目的是提供一种粮食烘干机的烘干方法，采用模糊控制器对循环干燥过程的真空烘干时间、真空度上限值和下限值等工艺系数进行调整，提高烘干控制精度，避免过度烘干。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种真空粮食烘干机，包括：

烘干仓，其内空间用于烘干粮食；

热风机，其连接在烘干仓一侧，用于向烘干仓提供烘干热风；

真空机，其连接在所述烘干仓另一侧，用于调节烘干仓内真空度；

其中，当真空机打开时，关闭烘干仓和热风机直至烘干仓内中空度达到下限值；经过一段时间后，关闭真空机和烘干仓，打开热风机，当真空度达到上限值时，再打开真空机，完成一个烘干循环过程。

优选的是，所述烘干仓还包括：

进料口，其连接进粮输送机，所述进料口用于向烘干仓导入粮食；

出料口，其连接排粮输送机，所述出料口用于排出烘干仓内粮食。

优选的是，所述烘干仓还包括：

真空管道，其一端固定在烘干仓上，另一端连接所述真空机；

热风管道，其一端固定在烘干仓上，另一端连接所述热风机。

优选的是，还包括：

第一温湿度传感器，其安装在真空管道上，用于检测烘干仓排出的烘干介质的温度和湿度；

第二温湿度传感器，其安装在热风管道，用于检测进入烘干仓的干燥介质的温度和湿度；

水分检测仪，其连接所述烘干仓，用于检测烘干仓内粮食水分值。

优选的是，还包括：

控制模块，其连接烘干仓、热风机、真空机、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器和水分检测仪，所述控制模块接收第一温湿度传感器、第二温湿度传感器和水分检测仪的数据并进行处理，并调节热风机和真空机的风量。

本发明的目的还通过一种真空粮食烘干机的烘干方法来实现，包括以下步骤：

步骤1、关闭烘干仓和热风机，打开真空机抽真空直至烘干仓内真空度达到下限值其中，第一温湿度传感器检测烘干仓排出的烘干介质的温度T₁′和湿度H₁′；

步骤2、经过t₁时间的真空烘干后，关闭真空机和烘干仓，打开热风机使烘干仓内真空度达到上限值P¹ _max，其中，在真空烘干过程中，第二温湿度传感器检测进入烘干仓的干燥介质的温度T₁和湿度H₁、水分检测仪检测烘干仓内粮食水分值W₁，此时完成一个烘干循环过程；

步骤3、当第i个烘干过程中水分检测仪检测的水分值W_i等于目标水分值，停止烘干。

优选的是，还包括：

控制模块中模糊控制器采集第i个烘干过程的粮食水分值W_i、理想粮食水分值

输入理想粮食水分值和粮食水分值W_i的偏差e和偏差变化率ec，所述模糊控制器中偏差和偏差变化率分为7个等级；

输出第i+1个烘干过程的真空度的附加上限值附加下限值/>和附加真空度恒定时间Δt_i+1，输出分为7个等级；

输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。

优选的是，模糊控制规则为：

当理想粮食水分值和粮食水分值W_t1的偏差e小于零，附加真空度恒定时间Δt_i+1为不大于零，真空度附加上限值/>为负、附加下限值/>为正；

当理想粮食水分值和粮食水分值W_t1的偏差e大于零，附加真空度恒定时间Δt_i+1不小于零，真空度附加上限值/>为正、附加下限值/>为负。

优选的是，所述偏差e和偏差变化率ec的模糊论域为[-4,4]，为[-9,9]，输出的真空度的附加上限值的论域为[-20,20]、附加下限值/>的论域为[-20,20]和附加真空度恒定时间Δt_i+1的论域为[-3,3]。

优选的是，所述模糊控制器中输入偏差e和偏差变化率ec、输出的真空度的附加上限值附加下限值/>和附加真空度恒定时间Δt_i+1均采用三角形隶属度函数。

本发明至少包括以下有益效果：1、本发明的真空粮食烘干机在能耗基本相同的情况下，烘干速度可以比现有的烘干机平均提高30％；2、本发明的烘干方法采用模糊控制，提高烘干控制的精度，防止过快烘干造成的粮食糊化度大、过慢烘干造成的耗能问题。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的真空粮食烘干机的结构示意图。

图2是本发明的真空粮食烘干机的控制模块连接示意图。

图3是理想粮食水分值和粮食水分值W_i的偏差e的三角形隶属函数图。

图4是理想粮食水分值和粮食水分值W_i的偏差变化率ec的三角形隶属函数图。

图5是真空度的附加上限值的三角形隶属函数图。

图6是真空度的附加下限值的三角形隶属函数图。

图7是附加真空度恒定时间Δt_i+1的三角形隶属函数图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1-2示出了根据本发明的一种实现形式，一种真空粮食烘干机包括烘干仓110、热风机120和真空机130，如图1所示，烘干仓110为塔式烘干仓，其下端离地并通过支架固定在地面上；其中，所述烘干仓110也可设计成矩形、尖顶型等烘干仓形式。所述烘干仓110内部中空，其内容置空间用于放置粮食并进行烘干作业。烘干仓110包括：进料口111、出料口112、真空管道113和热风管道114，其中，进料口111设置在烘干仓110的顶端，其连接进粮输送机，用于向烘干仓110内输入待干燥粮食。出料口112设置在烘干仓110的底端，其连接排粮输送机，用于排出烘干仓110内烘干完粮食。真空管道113设置在烘干仓110的一侧并靠近进料口111，所述真空管道113的另一端连接所述真空机130；热风管道114设置在烘干仓110的另一侧并靠近出料口112，所述热风管道114的另一端连接所述热风机120。热风机120内部具有加热丝，烘干介质从热风机120的进风口进入，在其内部进行预热至烘干温度，用其内气体泵经过热风管道114泵入烘干仓110，所述热风机120用于向烘干仓110提供烘干热风。真空机130为真空泵，其连接所述烘干仓110的真空管道113，通过其抽真空作业使烘干仓110内真空度达到设定值。其中，当真空机130打开时，关闭烘干仓110和热风机120，真空机130将热风从烘干仓110上端抽出，直至烘干仓110内中空度达到下限值；进行真空烘干作业，使粮食与热风进行充分接触并进行传质和传热，使粮食内水分进入热风并提高粮温利于水分扩散至外部，经过一段时间的真空烘干作业后，关闭真空机130和烘干仓110，打开热风机120使热风从底部进入烘干仓110内，使真空度达到上限值，再打开真空机，此时完成一个烘干循环过程。

在另一实施例中，如图2所示所述烘干装置还包括传感器组，传感器组包括第一温湿度传感器、第二温湿度传感器和水分检测仪。第一温湿度传感器安装在真空管道113内，用于检测烘干仓110排出的烘干介质的温度和湿度，所述第一温湿度传感器为高精度测量模块，具有体积小、测量准确等优点。第二温湿度传感器安装在热风管道114内，用于检测进入烘干仓110的干燥介质的温度和湿度；水分检测仪连接所述烘干仓110，烘干仓110将粮食间隔一定时间排入水分检测仪，水分检测仪利用其内的电容传感探头检测粮食水分信号，并通过放大电路处理后转换成水分含量，之后将检测完的粮食返回至烘干仓110。

在另一实施例中，如图2所示，烘干机还包括：控制模块，其连接烘干仓110、热风机120、真空机130和传感器组，所述控制模块接收第一温湿度传感器、第二温湿度传感器和水分检测仪的数据并进行处理，并调节热风机和真空机的风量。

如图1和2所示的烘干机采用粮食上进下出、热风下进上出的烘干模式，工作流程为：用进粮输送机将带烘干粮食从进料口111输入烘干仓110，打开真空机130、关闭烘干仓110和热风机120，真空机130将热风从烘干仓110上端抽出，直至烘干仓110内中空度达到下限值；进行真空烘干作业，使粮食与热风进行充分接触并进行传质和传热，经过一段时间后，关闭真空机130和烘干仓110，打开热风机120使热风从底部进入烘干仓110内，使真空度达到上限值，再打开真空机，此时完成一个烘干循环过程，在烘干过程中，用第一温湿度传感器检测烘干仓110排出的烘干介质的温度和湿度，第二温湿度传感器检测进入烘干仓110的干燥介质的温度和湿度，水分检测仪检测烘干仓110内的粮食的水分含量，并将数据传输至控制模块，控制模块调整热风机和真空机的风量，加快烘干过程，当进行至第i个烘干过程，检测到烘干仓110内粮食的水分含量等于设定的目标水分含量，控制模块控制烘干机停止烘干作业。

一种真空粮食烘干机的烘干方法，包括：

烘干机中输入质量为M、水分值为H₀的粮食，并向控制模块输入烘干的目标水分值。

步骤1、关闭烘干仓和热风机，打开真空机抽真空直至烘干仓内真空度达到下限值其中，第一温湿度传感器检测烘干仓排出的烘干介质的温度T₁′和湿度H₁′，将真空度恒定在下限值/>经过t₁时间的真空烘干后，关闭真空机和烘干仓，打开热风机使烘干仓内真空度达到上限值P¹ _max，其中，在真空烘干过程中，第二温湿度传感器检测进入烘干仓的干燥介质的温度T₁和湿度H₁、水分检测仪检测烘干仓内粮食水分值W₁，此时完成第一个烘干过程；此时将第一个烘干过程的理想粮食水分值/>和水分检测仪检测的粮食水分值W₁进行比较，相等则以现在的工艺进行下一次烘干，如不等，则调整下一次烘干的工艺；

步骤2、烘干循环过程用模糊控制器调控烘干工艺，模糊控制器分别将理想粮食水分值和粮食水分值W_i的偏差e和偏差变化率ec输入模糊控制器，输出第i+1个烘干过程的真空度的附加上限值/>附加下限值/>和附加真空度恒定时间Δt_i+1，对下一次烘干的工艺进行调整。

模糊控制器采用分层控制结构，包括信号处理层和决策控制层，具体为：

信号处理层：

在第i个烘干过程中，模糊控制器采集水分检测仪检测的粮食水分值W_i，并根据物料平衡计算的理想粮食水分值

其中，G为进入烘干仓内的粮食的绝干重量，即除去全部水分后的粮食重量，KG；Q_i为第i个烘干过程进入烘干仓的热风量，kg/s；W_i-1为第i-1个烘干过程后粮食的水分含量，％；t_i为第i个烘干过程的真空烘干时间，s；H_t′_i为第i个烘干过程中真空机排出的干燥介质的湿度，％；H_ti为第i个烘干过程中热风机进入烘干仓的干燥介质的湿度，％。

决策控制层：

模糊控制器输入第i个烘干过程的理想粮食水分值和粮食水分值W_i的偏差e、偏差变化率ec，输出第i+1个烘干过程的真空度的附加上限值/>附加下限值/>和附加真空度恒定时间Δt_i+1；在无控制时，理想粮食水分值/>和粮食水分值W_i的偏差e的变化范围是[-4,4]，偏差变化率ec为[-9,9]，设定量化因子为1，因此其模糊论域为[-4,4]、[-9,9]，输出的真空度的附加上限值/>的论域为[-20,20]、附加下限值/>的论域为[-20,20]和附加真空度恒定时间Δt_i+1的论域为[-3,3]。为了保证控制的精度，使其在各种工况下都能很好地跟踪控制，根据反复试验，最终将输入和输出分为7个等级，模糊集均为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；隶属函数均选用三角形隶属函数，如图3-7所示。

模糊控制规则选取经验为：

当理想粮食水分值和粮食水分值W_t1的偏差e小于零，附加真空度恒定时间Δt_i+1为不大于零，真空度附加上限值/>为负、附加下限值/>为正；

当理想粮食水分值和粮食水分值W_t1的偏差e大于零，附加真空度恒定时间Δt_i+1不小于零，真空度附加上限值/>为正、附加下限值/>为负；

附加真空度恒定时间Δt_i+1的模糊控制规则如表1所示，真空度附加上限值的模糊控制规则如表2所示、真空度附加下限值/>的模糊控制规则如表3所示。

表一附加真空度恒定时间Δt_i+1的模糊控制规则

表二真空度附加上限值的模糊控制规则

表三真空度附加下限值的模糊控制规则

步骤3、模糊控制器根据输出附加真空度恒定时间Δt_i+1，真空度附加上限值附加下限值/>控制模块控制第i+1个烘干过程的工艺参数为：

真空度恒定时间t_i+1＝t_i+Δt_i+1；

真空度上限值为：/>

真空度下限值为：/>

使第i+1个烘干的理想粮食水分值和粮食水分值W_i+1的偏差e缩小，使烘干过程控制的更加精准，防止过快烘干造成的粮食糊化度大、过慢烘干造成的耗能问题。

步骤4、当检测到粮食水分值与设定的粮食水分值相等时，控制模块停止烘干作业。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (4)

1.一种真空粮食烘干机的烘干方法，使用一种真空粮食烘干机，包括：

烘干仓，其内空间用于烘干粮食；

热风机，其连接在烘干仓一侧，用于向烘干仓提供烘干热风；

真空机，其连接在所述烘干仓另一侧，用于调节烘干仓内真空度；

其中，当真空机打开时，关闭烘干仓和热风机直至烘干仓内中空度达到下限值；经过一段时间后，关闭真空机和烘干仓，打开热风机，当真空度达到上限值时，再打开真空机，完成一个烘干循环过程；

其特征在于，包括：

步骤1、关闭烘干仓和热风机，打开真空机抽真空直至烘干仓内真空度达到下限值其中，第一温湿度传感器检测烘干仓排出的烘干介质的温度T₁′和湿度H′₁；

步骤2、经过t₁时间的真空烘干后，关闭真空机和烘干仓，打开热风机使烘干仓内真空度达到上限值P¹ _max，其中，在真空烘干过程中，第二温湿度传感器检测进入烘干仓的干燥介质的温度T₁和湿度H₁、水分检测仪检测烘干仓内粮食水分值W₁，此时完成一个烘干循环过程；

步骤3、当第i个烘干过程中水分检测仪检测的水分值W_i等于目标水分值，停止烘干；

还包括：

控制模块中模糊控制器采集第i个烘干过程的粮食水分值W_i、理想粮食水分值

输入理想粮食水分值和粮食水分值W_i的偏差e和偏差变化率ec，所述模糊控制器中偏差和偏差变化率分为7个等级；

输出第i+1个烘干过程的真空度的附加上限值附加下限值/>和附加真空度恒定时间△t_i+1，输出分为7个等级；

输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。

2.如权利要求1所述的真空粮食烘干机的烘干方法，其特征在于，模糊控制规则为：

当理想粮食水分值和粮食水分值W_t1的偏差e小于零，附加真空度恒定时间△t_i+1为不大于零，真空度附加上限值/>为负、附加下限值/>为正；

当理想粮食水分值和粮食水分值W_t1的偏差e大于零，附加真空度恒定时间△t_i+1不小于零，真空度附加上限值/>为正、附加下限值/>为负。

3.如权利要求2所述的真空粮食烘干机的烘干方法，其特征在于，所述偏差e和偏差变化率ec的模糊论域为[-4,4]，为[-9,9]，输出的真空度的附加上限值的论域为[-20,20]、附加下限值/>的论域为[-20,20]和附加真空度恒定时间△t_i+1的论域为[-3,3]。

4.如权利要求3所述的真空粮食烘干机的烘干方法，其特征在于，所述模糊控制器中输入偏差e和偏差变化率ec、输出的真空度的附加上限值附加下限值/>和附加真空度恒定时间△t_i+1均采用三角形隶属度函数。