谷物干燥技术河南工业大学 张来林（zhanglailin5163.com）第一章 绪论一、课程要求根据教学大纲要求：粮食干燥是粮油储藏专业的一门专业课，其教学目的和任务是：使学生通过课程学习，了解传热学基础知识，掌握湿空气性质和粮食干燥的基础理论、方法，以及重要的粮食干燥设备的结构、原理、性能等，从而具有合理使用、研究改进干燥设备以及干燥工艺设计的能力。二、干燥的定义、目的与意义狭义:指含水分较少固形物料的去水过程；广义:还包括溶液、悬浮液及浆状等物料的干燥。不论物料含水多少，凡使其所含水分由物料向气相转移，从而变物料为固体制品的单元操作(或过程)统称为干燥。干燥与浓缩的区别：干燥与浓缩为相近单元操作，相同点：同为去水过程；不同点：干燥的最终产物为固体制品，浓缩的最终产物仍为流体。干燥目的：在自然或人工条件下，除去某些原料、半成品及成品中的水分或溶剂，使之成为适于加工、利用，便于储藏、运输的形态。干燥意义：1.通过干燥，降低物料水分，可以提高物料储藏的稳定性，延长其使用期限。保管高水分物料的方法：干控、温控、气控和化控四种；但干燥方法是从物料水分含量着手，创造一个不利于虫霉生长的低水分环境，从根本上解决安全储存的问题；所以干燥技术是各种储藏技术中的一项最基本且最重要的技术。2.通过干燥，物料使用方便，便于包装和运输，还可减轻运输压力。3.通过干燥，便于加工。4.合理组织干燥条件，简化工艺，提高质量。5.对粮食生产者来说，具备干燥设备，可以提早收获，减少粮食损失。减轻气侯条件的影响。有利于机械作业。提前收获，可减少田间损失，同时还能合理安排人力、物力和提高土地利用率，安排下季农作物生产。农民获利。6.化废为宝三、被干燥物料的特性1.物料的状态：溶液及浆状物料，冻结的物料，膏糊状物料，粉末、散粒状物料块(片、条)状物料连续薄片状物料设备涂层。2.物料的理化性质化学性质：组成，热敏性(软化点、熔点或分解点)，物料的毒性，可燃性，氧化性和酸碱性(度)，磨擦带电性，吸水性等。(热)物理性质：含水率，真(假)比重，比热，导热系数，粒度和粒度分布等。对于原料液还应当了解原液的浓度、粘度及表面张力等。其它性质：如膏糊状物料的粘附性、触变性(即膏糊状物料在振动场中或在搅动条件下，物料可从塑性状态，过渡到具有一定流动性的性质)。3.物料与水分的结合形式物体与水分的结合方式是多种多样的，可以是物料表面的吸附水分，也可以是多孔性物料孔隙中滞留的水分，也可以是物料所带的结晶水分，以及渗透到物料细胞内的渗透水分等。物料与水分结合方式不同，去除的方法也不尽相同。四、干燥方法：1.物理干燥法：压榨，离心，过滤。2.化学干燥法：利用吸湿剂除去气体、固体中的少(微)量水分，生石灰，二氯化钙等。3.热力干燥法：借助热能来加热物料，气化物料中的水分，可达到生产工艺的要求。五、选择设备的原则干燥器对被干燥物料的适应能力。如能否达到生产要求的产量、干燥程度、干燥后产品的均匀程度、所需燃料。对产品质量无损害。因为有些产品要求保持酶的活性、发芽率或不能变形或龟裂，保持结晶形状，色泽等。干燥器的热效率的高低。这是干燥的主要技术经济指标。一般而言，干燥器的热能利用好，则热效率高，相反，则热效率就低。设备的初投资、操作费用的多少。干燥器的附属设备的多少。气流干燥、冷冻干燥的附属设备太多。还要求干燥设备操作控制方便，劳动条件好。六、干燥技术的发展方向1.干燥设备研制向专业化方向发展。2.干燥设备的大型化、系列化和自动化。3.改进设备，强化干燥过程。4.采用新的干燥方法及组合干燥方法。5.降低干燥过程中的能耗：对现有干燥加强管理，减少热损失；改善设备的保温；防止产品的过度干燥；减少被干燥物料的初水分含量；回收废气带走的热量。6.消除干燥操作造成的公害问题。第二章 粮食的干燥特性一、粮粒的结构与化学成分常见的粮食籽粒有两种结构：由颖壳、皮层、胚和胚乳构成，如稻谷、大麦、燕麦等；由种皮、胚和胚乳构成，如小麦、玉米等。结构不同，其储藏、干燥特性不同。从储藏角度看：种皮是保护组织，可以抵御不利环境因素影响，原粮要比成品粮好保管，玉米胚大难保管。绿豆种皮(结构致密，并覆盖有蜡层)、稻谷的壳、玉米坚硬的种皮，对储藏、输送是有利的，但对干燥是不利的。从干燥角度看：致密结构、坚硬的种皮都对水分的吸收或蒸发起着阻碍作用，而结构松散、表皮的多孔性则有利于水分蒸发。稻谷有壳、玉米表皮坚硬不容易干燥降水，小麦、荞麦结构松散易干燥。化学成分不同，表现的耐温性不同。谷物、薯干类：淀粉6070，蛋白质10；豆类：蛋白为2040，还含有大量油脂；油料：以脂肪含量为主3550。谷类可以高温快速干燥，含脂肪、蛋白高的油料作物与豆类度夏时不耐高温，只能低温干燥，要比禾谷类难干燥。油料作物不能采用缓苏工艺。二、粮食水分表示法干基水分用于科研，湿基水分用于业务。三、粮堆的流散特性1.谷粒的大小：最大尺寸为长，最小尺寸为厚，第三个尺寸为宽；考虑物料的粒度与粒度分布，用于确定筛板孔径；2.散落性、静止角、自流角、侧压力：散落性：指粮食在自然撒落时，向四面流动形成一个圆锥形粮堆的性质，称为粮食的散落性。其好坏用静止角来衡量。静止角：指粮食由高点自然下落到平面上所形成的圆锥体的斜面线与底面水平线所构成的夹角。散落性好的粮食其静止角就小；散落性差的其静止角就大。自流角：是指粮粒在不同材料斜面上，开始移动的角度。侧压力：指堆放的散粒体物料对仓壁所形成的一种推力。散落性与储粮的关系：确定设备角度的依据；储粮稳定状况的反映；计算侧压力，考虑仓墙强度，确定不同粮食的堆粮线或堆垛形式。四、粮堆的热物理性质1.比热（）：使1 kg的粮食温度升高1所需的热量。2.粮食的导热性：指物体传递热量能力，用导热系数衡量。粮堆保温性与储粮关系：对储藏有利：利用粮堆保温性好，既不容易升温，也不容易降温特点进行储藏。对储藏不利：积热难散，滋生虫霉，危害粮食品质。采取加快湿热气体散发，缩小粮堆各层(点)温差的措施，以利粮食安全保管。由于粒堆，减薄粮层有利加热、干燥，提高降水效果。3.粮食的允许受热温度：指粮食在干燥过程中，在品质不变质的前提下，能承受最高受热温度。种子粮：4045；商品粮：5060；饲用粮：6070；大颗粒豆类：3545。注意：热风温度可以高于粮食允许受热温度；五、粮食的空气动力学特性谷物的比表面积：单位重量的谷物具有的表面积与容积的比值。孔隙度：孔隙所占的体积与谷堆的比值，约为3550%左右。谷物的悬浮速度：指物料在气流中处于悬浮状态时的气流速度。粮层阻力：指气流穿过粮层所遇到的阻力，一般用气流的静压降表示。第四章 湿空气的组成及其性质一、干燥介质的定义与种类在干燥过程中起着载湿载热作用的介质，称为干燥介质。湿空气、烟道气、炉气和加热的湿空气都可以作为干燥介质，都是干空气和水蒸汽的混合物，即为湿气体。二、湿空气的状态参数1. 湿空气的压力：如果几种理想气体在一个容器内混合，则混合气体的总压力等于组成混合气体的各个气体的分压力之和。2. 湿空气的湿度绝对湿度：指单位体积的湿空气中含有水蒸气含量。相对湿度：指单位体积的湿空气中含有水蒸气含量，与同温、同压力下，单位体积的湿空气中所能容纳的最大水蒸汽含量的比值。Psb=f(t)，当t=定值时，Psb=定值；当Ps=定值时，t上升，则Psb上升，而则下降。在干燥技术中，就是根据湿气体相对湿度的大小来讨论干燥介质的利用程度。湿气体加热，湿度下降，干燥能力加强。这就是干燥中在提高干燥温度的原因之一。湿空气的湿含量：湿气体中单位重量干气体所含水蒸汽的量。3.湿空气的比容0：指的干气体重量为一公斤的湿气体的容积。4.湿空气的焓：指的干气体重量为一公斤的湿气体所具有的热含量。5.温度：干球温度指用温度计测得反映物体冷热程度的物理量。热力学的湿球温度：湿气体与液体的封闭系统中，即在绝热条件下，假定气体由始态到末态完成的等压绝热过程有以下特点：液体不断气化使气体的湿含量增加，直至饱和；液体气化所需热量只来自于气体；在整个过程中，要求液体的温度始终不变，所以湿气体饱和时的温度就等于液体的温度；湿气体与液体在上述等压绝热条件下，达到饱和时的温度。湿度计的湿球温度：当气流传递给湿纱布的热量恰好等于液体气化所需要的潜热量时，湿纱布的温度就不再下降，从而达到动态平衡的温度。露点温度：在总压和湿含量不变的条件下，湿气体冷却而达到饱和时的温度。第五章 湿空气的焓湿图目前表示湿空气状态参数的关系图有两大类，焓湿(I-d)图与温湿(t-x)图。焓湿图还分为夹角135和150两种，前者为俄国、德国和中国等国使用，后者为法国使用；温湿图分为高温和低温两种，为美国、英国、澳大利亚等国使用。第一节 Id 图的结构与绘制一、采用夹角为135的斜坐标系为使t、d、Ps、I等状态参数能在图上清淅表示出来，取焓为纵坐标，湿含量为斜坐标，两者夹角为135。二、等焓线与等湿含量线的绘制绘制焓湿图时，按一定的比例尺标，画出许多相等的间隔、分别垂直于纵坐标轴和斜坐标轴的直线为等焓线和等湿量含线。三、等温线的绘制各等温线看似平行，实际是不平行的，但相互间差别甚少。四、等相对湿度线的绘制=100%线将整个图面分成两部分，上半部为湿空气的不饱和区，下半部为饱和区，水蒸气有部分冷凝出来；空气状态变化最低线是沿100%线进行，不会进入下半部，故下半部无实际意义。等相对湿度线达到该压力下水的沸点温度时，发生一个剧烈转折，变成一条几乎垂直向上的直线，再想通过提高温度，增加湿空气的吸湿能力是不可能了。等焓线与=100%线交点处的温度，为湿球温度；等湿含量线与=100%线交点处的温度，为露点温度。五、水蒸气分压线的绘制第二节 Id 图的应用一、大气压与Id 图的关系二、湿空气状态参数的确定三、湿空气变化过程的确定：等湿（间接）加热过程：冷却与冷凝过程：理论（实际）干燥过程：干燥介质在干燥系统内的状态变化单位气耗量l指去除1kg水所需要的干空气量，用于确定干燥所需的风量；单位热耗量q指去除1kg水所需要的热量，用于确定干燥所需的热量。四、两种气体混合后状态参数的确定在生产中，为节省能源，常进行烘干废气利用。第六章 粮食干燥基本原理一、水分与物料的结合形式1.化学结合水：按一定的严格比例，参与到物体结构内部，与物体结合极其牢固；在粮食干燥过程中，不考虑去除这种水分。2.物化结合水：按一定比例与物体结合，但不严格，包括吸附水分、渗透水分和结构水分，其中以吸附水分与物料的结合力为最强；半透膜:允许溶剂通过，不允许溶质通过的物质；此部分水分只是部分去除，把粮食水分降至安全水分标准，能够安全储粮即可。3.机械结合水：水分与物料之间结合比较松弛，没有一定数量的比例关系；此部分水分需全部去除。二、湿物料的吸湿平衡吸湿性：指粮食吸附或解吸水汽的特性，是粮食吸附性的一种具体表现；平衡水分：粮粒具有吸湿与解吸能力，在一定条件下，粮食达到的最终水分值；是通风干燥的极限值，用于通风时机选择、仓房门窗的开启与密闭等。吸湿（解吸）等温线：在恒定的温度下，改变气体的相对湿度，就可以得到物料的平衡水分与湿气体相对湿度之间的关系，称之为等温线。水分达到平衡的方式有两种，等温线也分为吸湿等温线和解吸等温线两类。物料不同，其等温线不同；胶体物质存在一个滞后环，水分差为12%；干湿粮混装难保管；随湿度