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行業資訊  

高水分玉米真空低溫干燥工藝生產性試驗研究

發布時間:2008/8/26 13:57:11  點擊次數:683

東北是我國的玉米主產區,產量占全國的30%~40%。受自然條件的影響,玉米收獲水分常達22%~30%;成熟度及含水率都不均勻,根據玉米熱敏性物料干燥的熱特性及市場要求,考慮到它的熱穩定性及破碎敏感性的特點,采用真空低溫干燥技術生產性試驗方法,對干燥工藝及方式進行了分析研究,設計了300t/d高水分玉米真空低溫連續干燥工業自動化生產線,并對生產性試驗關鍵技術進行了分析和研究。依據試驗結果,分析玉米含水率、干燥介質溫度、真空度、玉米溫度、干燥時間、汽化蒸發溫度等參數之間的聯系與相互作用。生產試驗表明:玉米含水率在24%時,維持干燥塔內真空度-0.096MPa,采用95~100℃的高溫水加熱,汽化蒸發溫度40~43℃,一次降水幅度達到10%~15%。保證了玉米品質的色、香、味、形及營養成份,具有干燥品質好、降水速度快、產量高、能耗低、操作方便、經濟性價比高等優點。
關鍵詞 高水分玉米 真空低溫干燥 生產性試驗 節能高效 綠色環保
Keywords: Corn with High-Moisture Content, Low-Temperature Vacuum Drying, Production Test, Energy-Saving, Environmental Protection
0 引言
東北高水分玉米真空低溫干燥新技術研究與開發是“十五”國家科技攻關項目——“糧油產品儲藏及品質檢測關鍵技術研究”項目的專題之一,是根據谷物水分汽化蒸發溫度的高低隨環境壓力大小而變化的原理,利用干燥塔及真空泵等形成具有一定真空的空間,在真空低溫狀態下連續對高水分玉米進行脫水干燥。按照“高質量、高營養、高效益、低損耗、低污染、低成本”的綠色環保干燥理念,通過生產性試驗研究相關的干燥工藝技術及裝備。
到目前為止,國內外對于高水分玉米的真空低溫干燥技術和工藝所進行的生產性試驗研究不多。本文針對高水分玉米降水幅度大、干燥周期短的特點,進行真空低溫干燥工藝生產性試驗,并對實際試驗結構進行了分析和討論,為完善高水分玉米的干燥技術和研究開發高性價比的干燥裝置提供實用參考依據。
1 試驗目的、原理和內容
1.1 試驗目的
試驗和驗證真空低溫干燥裝置系統的適應性、穩定性、連續性、可靠性,使之達到節能高效、綠色環保,并保證干燥產品質量的目的。解決實際生產性試驗中遇到的一系列問題,為建設工業自動化示范性生產線成套裝備的設計與研究提供參考依據。
1.2 真空干燥原理

可知,水在汽化過程中,汽化溫度跟所受的壓強成對數關系,就是說,水的汽化溫度隨其所承受的壓強的增加而升高,隨其減低而降低,在真空條件下實現低溫汽化;在壓力ps不變的情況下,對系統加熱,為保持公式平衡,必須有更多的液體汽化,使干燥速度加快;如果維持T不變,降低ps,同樣會有更多的液體轉化為蒸汽,這也是加快真空干燥速度的方法之一。

1.3 測定內容
真空干燥室內的真空度和汽化蒸發溫度;入機玉米的含水率和溫度;出機玉米的含水率和溫度;供熱溫度;玉米破碎率、裂紋率增值;水分不均勻度等。
2 試驗用糧和方法
2.1 試驗用糧
2005年自然收獲的高水分玉米,連續處理量15t/h,產地吉林。平均含水率為24%~30%,含水率不均勻度小于3%,雜質低于0.9%,無霉變。
2.2 試驗方法
在玉米真空低溫干燥裝置進糧口和排糧段的全斷面隨機抽取原糧或干燥過程中的試樣,每60min取一次,每次取5kg,共100次,然后混合均勻。利用取樣法、稱重法、壓升法、溫度對比法等判斷干燥是否達到要求。試樣含水率、水分不均勻度、裂紋率、破碎率等測定按GB6970方法進行。
2.3 試驗設備和地點
采用國家糧食儲備局鄭州科學研究設計院制造的5ZHCY15型玉米真空低溫干燥裝置及清理篩、斗式提升機、皮帶輸送機、抽真空系統、供熱系統、冷卻系統、電氣溫控系統等設備。電腦水分測定儀0%~40%、YSG-3型真空壓力表、XMT-102型數顯溫度傳感器、半導體點溫度計0~100℃、SL-401型聲級計、FSF型粉碎機、TQ3288(分度值0.1mg)分析天平、溫度計0~100℃等儀器作為試驗檢測設備,該真空干燥裝置為連續式機型。在重力作用下,物料下落過程中不斷翻滾有利于被干燥物料內部濕分的遷移及水分子的運動,從而使物料達到干燥的目的。物料從頂部進入至底部排出為一個干燥周期,一次降水滿足生產要求。試驗地點東北吉林省,時間2005年11月至2006年3月。
3 結果與分析
3.1 試驗結果
該真空低溫干燥自動化連續生產線已在吉林省德惠國家糧食儲備庫投入使用,應用效果良好。十幾天的生產數據表明,該機組的實際生產能力可達360t/d,合計干燥玉米6000t以上。經黑龍江省農業部干燥機械設備質量監督檢驗測試中心現場對真空低溫干燥機測試,裝機功率小于200kW,工作真空度-0.096MPa,汽化蒸發溫度小于45℃,裂紋增加率低于5%,破碎增加率低于1%,干燥不均勻度低于1%,粉塵濃度為3.2mg/m3;初始水分24%,糧食平均溫度-10℃,降水幅度10%時,單位熱耗低于5000kJ/kg•H2O;而當地75臺玉米熱風烘干機的平均單位熱耗為7380 kJ/kg•H2O,在相同初始條件下遠低于當地熱風干燥機熱耗指標,節能30%左右,噪聲低于85dB(A),環保性能高。出機玉米品質優良,能夠保證玉米品質的色、香、味、形及營養成份。在整個生產周期內,物料進出干燥機流暢,無堵料現象發生,各測試溫度、真空度和壓力均無異常波動現象,說明真空低溫干燥系統氣密性良好,抽真空系統、加熱系統、物料輸送系統及電氣溫控系統等均工作正常。真空低溫干燥裝置系統的連續性、適應性和穩定性得到了進一步的試驗驗證。

3.2 干燥介質溫度與玉米水分


該經驗公式適用于各種谷物,谷物水分在3.2%~35%(濕基)之間;干燥時間在0.02~2h之間。當谷物品種不同時,系數a、b、c有所變化。對于同一種品種,兩種臨界溫度有不同的系數a,但系數b和c相同。其中玉米的初始水分和干燥時間是決定玉米熱敏感性的主要因素。為了獲得玉米安全干燥溫度和提高干燥速度,采取真空低溫干燥方式。由于真空干燥塔內物料溫度的可控性、一致性不受加熱介質溫度影響,只受真空度決定。以t=95~100℃的熱水作為載熱體循環加熱,合理設計的加熱系統及真空干燥室可使干燥溫度達到40~43℃。這正是玉米合適的干燥溫度范圍。熱水的熱含量高,溫度穩定,工藝過程易控制,干燥質量有保證。高溫熱水鍋爐造價低,安全可靠,操作容易。熱水循環加熱,既節約用水又全部回收熱水余熱,并可簡化軟水處理設備。高溫水循環加熱采用高溫熱水鍋爐,熱水循環系統在表壓P=0.3MPa 的壓力下運行,并控制水溫t≤115℃。該法的關鍵在于系統的保壓措施,必須確保熱水的飽和溫度比實際溫度大30℃左右,以免循環熱水泵發生汽蝕。
3.3 真空度、干燥速度與含水率的關系
真空度高,有利于水分在較低的溫度下汽化,但真空度過高不利于熱的傳導,影響對物料的加熱效果。干燥速度是反映玉米中水分遷移速度的主要指標,在保證干燥質量的前提下,應盡量提高干燥速度。干燥初始階段,物料含水率高,換熱過程比較理想,真空度越高,水分蒸發越快;隨著對流的減弱,以及熱阻的增大,玉米含水率越來越少,如果維持真空泵抽速不變,真空度越來越大,對流越來越弱,干燥效率越來越低。采用脈動的真空度,合理調配真空度和對流傳熱至*佳結合點,效率更高。
真空度高時,首先將物料微毛細孔中的水分抽出,此時,微毛細孔從充盈逐漸變癟,即微毛細孔變得不通暢,深部的水分不易排出,而再隨著真空度的降低微毛細孔再逐漸變得充盈、通暢。在提高真空度時,內層的水分又易排出。反復進行,水分能較快排出。比抽真空一直抽下去,不反復效果要好得多,而真空度降低的過程,又是一個摻氣過程,摻進去的氣體使干燥室內空氣增多,提高了對流效果,使得物料本身升溫速度加快,所以說真空脈動法干燥較好的兼顧利用了快速提高溫度和降低壓力這兩個有利于干燥的條件。接下來隨著物料深層溫度的不斷提高,物料水分氣化加快,內部壓力增大,而外部真空度逐漸提高,壓力逐漸降低,內外壓差逐漸增大,深層水分進一步擴散、溢出,隨時間的延長使物料中水分愈來愈少,達到較徹底干燥的目的。

3.4 真空度與蒸發溫度的關系
水在汽化過程中其溫度與蒸汽壓是成正比的,飽和水蒸汽的壓力與溫度為一一對應關系。為了讓物料中的水分較快排出使其干燥,通常所采用的方法一是提高真空度,二是提高溫度。提高真空度目的主要是降低物料周圍環境的壓力,這樣有利于物料其微毛細孔中的水分變成水蒸氣擴散遷移排出。提高溫度的目的,主要是提高物料的水蒸氣分壓,在含水量相同的情況下,溫度越高,擴散效果越好,從而提高了物料的干燥速度。提高真空度降低物料周圍空間壓力的目的,也是為了降低水分的飽和蒸汽分壓,真空度愈高,水分的飽和蒸汽分壓愈低,水分愈易蒸發,物料干燥的愈快。可見,提高溫度和提高真空度都是為了加快物料的干燥,提高干燥效率。
根據物料的特性,維生素C超過40℃就分解,改變了原有性能;蛋白質在高溫下變性,改變了物料的營養成分,蒸發溫度應低于淀粉的糊化溫度43℃,綜合考慮蒸發溫度及真空度的影響。真空干燥物料的溫度梯度小,物料內和表面之間壓力梯度大,水分很快移向表面,可消除常壓干燥情況下容易產生的溶質失散及表面硬化現象,同時能提高干燥速率,縮短干燥時間,降低設備運轉費用。
4 結論
通過生產性試驗證明:
(1)該干燥工藝及生產線設計合理,滿足高水分玉米工業自動化300t/d生產設計要求。
(2)真空干燥品質明顯優于傳統熱風烘干品質,較好地保證了玉米原有品質。
(3)同當地75臺玉米熱風烘干機相比,煤耗明顯低于同氣溫工作的常壓熱風干燥,節能30%左右。
(4)干燥溫度低、干燥速度快,明顯快于常規熱風干燥,顯示出強大的生命力。
本文真空低溫干燥技術,為類似性能產品的干燥以及研制500t/d以上大型真空低溫干燥生產線提供了經驗,具有一機多用途及獨特的環保節能功效與創新性。在同類谷物產品干燥設備中居*地位。真空低溫干燥裝置的研制成功,受到國家糧食、飼料、食品、化工、環保等相關行業的高度重視,具有較大的市場開發價值。

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