对我国稻谷干燥的认识和设备开发

2000年第3期摘要论文介绍了稻谷干燥的特点,我国稻谷干燥设备开发的情况、存在的问题和解决的建议,重点阐述了稻谷干燥过程中爆腰、缓苏和干燥速率等关键技术问题,简要论述了目前稻谷干燥技术的发展趋势和在我国实现稻谷干燥机械化的建议。

关键词水稻干燥爆腰缓苏水稻是我国主要粮食作物,种植面积3300多万公顷,占我国总耕地面积的1/4,从南方到北方,许多地区都有种植,产量达118亿吨,约占全世界水稻产量的37%。

近年来随着我国经济体制的改革,东北垦区水稻种植面积有不断扩大的趋势,种植面积将由4万多公顷扩大到200万公顷,加上水稻联合收获机的不断发展,水稻收获后的稻谷干燥问题便成了十分迫切的问题。

一、稻谷干燥的特点稻谷的干燥不同于其它粮食的干燥,稻谷是一种热敏性的作物,干燥速度过快或参数选择不当容易产生爆腰。

所谓爆腰就是稻谷干燥后或冷却后,颗粒中产生可见裂纹。

这将直接影响稻谷碾米时的碎米率,从而影响稻谷的出米率,也就是影响它的产量和经济价值。

因此我国干燥标准规定:稻谷干燥机爆腰率的增值不超过3%。

其次是稻谷的结构不同于其它粮食作物,稻谷籽粒由坚硬的外壳和米粒组成。

外壳对稻米起着保护作用,故稻米比大米更易于保存。

但是稻谷在干燥时其外壳就起着阻碍籽粒内部水分向外表面转移的作用。

所以稻谷就成了一种较难干燥的粮食。

试验表明稻壳、稻米和稻糠的干燥特性是不同的,其平衡含水率也各不相同,因此不能把稻谷看成是均匀体,而应看作是一种复合体。

综上所述,稻谷干燥后的品质就成为关键问题。

即稻谷干燥不仅要求生产率高、爆腰率低,而且还应保证整米率高。

美国的资料表明,高等级大米(碎米率低于10%)与低等级大米的差价约为100美元/吨。

我国稻谷年产量约为118亿吨,但因大米的品质不高,达不到国际市场对品质的要求,影响了稻米的出口。

试验研究表明,稻谷烘干时的整米率不仅和介质温度有关,而且与空气的相对湿度也有一定关系。

热风温度增加,则整米率降低;相对湿度增加,则整米率增加。

为了解决稻谷烘干后的爆腰率问题,一般采用以下措施。

11采用烘干—缓苏工艺即烘干以后将稻谷放入缓苏仓中保温一段时间,使籽粒内部水分向表面扩散,降低籽粒内部的水分梯度。

然后再次干燥,这样就可以减少爆腰率。

但是在干燥过程中增加一个缓苏过程,势必降低干燥机的生产率(干燥能力)。

因此合理选择缓苏时间,便成了关键问题。

日本生产的横流循环式水稻烘干机内部均设有缓苏段,其缓苏时间与干燥时间的比值为5∶1到8∶1。

美国稻谷加工厂为了减少爆腰率,提高出米率,缓苏时间有的长达24小时。

21采用较低的热风温度为了保证稻谷烘后品质,减少爆腰率,必需采用较低的介质温度。

根据泰国稻谷干燥的调查,干燥稻谷所用的热风温度一般均在50℃以下。

我国黑龙江农垦科学院农业工程研究所在山东省胜利油田建立的日处理量200吨稻谷的干燥流程,采用38～40℃的热风温度,其爆腰率增值小于2%。

根据日本伴敏三的研究,水稻干燥过程中的爆腰,不仅与热风温度有关,还与热风湿含量和稻谷的初水分有关。

相同温度条件下空气湿含量较高时(01024千克/千克),稻谷的爆腰率较低。

为了使爆腰率增值低于5%,热风温度应在45℃以下。

这里必须指出,决定稻谷品质的主要参数应为水稻本身的温度,而不是热风温度。

因为不同的干燥工艺,其粮温和风温的差值是不同的。

如果采用逆流烘干,则粮温接近热风温度;如果是顺流干燥,则风温和粮温相差较大。

利用顺流工艺烘干高水分粮食时,风温高达120℃而粮温有时不超过50℃。

因此,严格的说,应当限制干燥过程中粮食本身的温度。

31限制稻谷的干燥速率稻谷干燥过快或冷却过快均易产生爆腰。

日本笠原正对循环式水稻干燥机的研究表明,当连续干燥(无缓苏)时,平均降水速率超过每小时018%,稻谷的爆腰率急剧增加。

日本东京大学教授细川明对水稻干燥的研究表明,低温大风量和高温小风量相比爆腰率的增值不多,但低温大风量可以使干燥速率从1%/时提高到118%/时。

这也是日本横流循环式水稻干燥机为什么采用低温大风量的原因。

综合以上研究,可以得出结论:即为了保证稻谷的干燥品质,干燥速度不可太快,日本的研究认为干燥稻谷时减干率应控制在018%～110%/时以下。

二、稻谷干燥中的几个值得探讨的问题11爆腰率问题1)爆腰的定义与标准爆腰有多种形式,如横向单裂、横向双裂、纵向裂纹和龟裂等,因此,什么样的裂纹才算爆腰,应当有个标准,否则人为的因素将影响爆腰率的测试。

日本在稻谷爆腰检测中分成轻度爆腰、重度爆腰,并规定了裂纹的长度。

我国在爆对我国稻谷干燥的认识和设备开发□曹崇文12中国农机化腰测试中也应有个标准。

2)爆腰率的测定时间问题日本伴敏三(1971年)的研究表明,稻谷的爆腰不一定在干燥时发生,而是在干燥后一直进行,48小时后才趋于稳定。

美国Kunze教授的试验证明,用60℃的风温干燥稻谷,干燥后取13粒未爆腰的稻谷,放于环境温度下观察,4小时后有9粒爆腰,6小时后有11粒爆腰,24小时后全部爆裂。

因此,在标准中应规定检测爆腰率的时间,即测定稻谷爆腰率必需在烘后隔一段时间再取样测定分析。

3)爆腰与整米率的关系干燥中限制稻谷的爆腰率,主要是因为爆腰稻谷在碾米时容易产生碎米,但是造成碎米的原因有二,一是稻谷本身有裂纹缺陷,二是碾米机质量不好或参数调节不当。

爆腰的稻谷也不一定全碎,所以应以整米率为另一指标,并进一步研究爆腰与碎米率的关系。

21减干率的限制问题稻谷干燥的关键是干燥质量与干燥机生产能力的矛盾问题,根据日本的试验研究,为了保证干燥后稻谷的爆腰率不超过规定值,稻谷干燥时的降水速率不得超过018%～110%/时,因此,初水分为28%的稻谷要干燥到14%,至少需要十几个小时,这就大大地降低了干燥机的生产率。

中国农业大学干燥室对逆流仓式干燥机烘干稻谷的研究证明,干燥速率达到215%/时,爆腰率增值也没有超过规定。

刘当慧的研究表明,利用滚筒式干燥机烘干稻谷,热风温度高达200℃,减干率在2%/时以上,但爆腰率并不高。

以上研究证明,稻谷的干燥品质与干燥工艺(干燥机型)有很大关系,不能一概而论。

31缓苏时间的长短问题日本的稻谷干燥机采用较高的缓苏比,其平均值为5∶1,有的循环式干燥机缓苏比高达10∶1,因而影响了干燥效率。

为了提高干燥效率应当在不影响干燥质量的条件下,尽量减少缓苏时间。

美国的研究表明,当缓苏温度为40℃时,达到完全缓苏的时间为4小时。

当缓苏温度为24℃时,缓苏时间为6小时。

三、稻谷干燥设备目前用于干燥稻谷的机型主要有以下几种形式。

11横流循环式干燥机日本采用横流循环式干燥机烘干稻谷,该机采用较低的热风温度(50～60℃),干燥和缓苏在同一机体内进行,干燥加热的时间较短(8～10分),缓苏时间较长(60～80分左右)。

其干燥原理为低温大风量、薄层多通道、干燥加缓苏的干燥工艺。

缓苏与干燥段的时间比为5～8∶1,风量为每100千克谷物015～017立方米/秒。

该机不仅可烘干商品粮也可以烘干种子,是一种比较理想的稻谷干燥机。

此类设备目前国内已有生产。

21混流式干燥机美国采用混流式干燥机烘干稻谷,干燥工艺为干燥—缓苏—干燥—缓苏,一个典型的例子就是L SU型稻谷烘干机。

它是美国路易斯安纳州立大学研制成功的一种混流式干燥机,由若干个标准段组成,每段有15个全角管6个半角管,每段的尺寸为112×112×112米,体积为11728立方米,角状管为三角形,顶角90°,角状盒横向间距400毫米,纵向间距200毫米,常用的热风温度为50～66℃,风量为44～97立方米/吨・分,每标准段可容纳稻谷0185吨,每段所需风量为10000立方米/时,烘干稻谷时每一个标准段的生产能力为115吨/时(降水3%～5%)。

根据美国的使用经验,当热风温度为50～60℃时,采用五个标准段,干燥机的生产率可达8吨/时。

根据美国Calderwood和Webb对稻谷进行的多年试验表明,使用L SU型稻谷干燥机,每次通过干燥机的时间约为15分,整个干燥过程需要使稻谷通过干燥机5～6次,最高粮温为50℃,最低粮温为3813℃。

31横流式谷物干燥机又称网柱式干燥机,稻谷靠自重在两个筛网间流动,热风横穿谷层,使谷物中的水分蒸发,调节谷物的流动速度即可控制谷物的终水分。

这种干燥机结构简单,工作可靠,制造成本较低。

烘干稻谷时往往不能一次干燥到要求的终水分,需要通过干燥机多次,中间还要有缓苏装置。

这种类型的干燥机主要缺点是干燥不均匀,进风侧的谷物较干,排气侧的谷物则比较湿,采用以下措施可以克服上述缺点:采用较薄的谷层(0115～0123米);采用较高的风量;降低热风温度,加快谷物流速。

对于连续式横流干燥机,候斯顿推荐热风温度不可超过55℃,机内稻谷温度不可超过48℃。

缩短干燥时间,增加通过次数可以增加出米率。

41顺流式干燥机近年来,美国也采用多级顺流式干燥机烘干稻谷,它使用的热风温度为65～120℃,每一级顺流段的最大去水量为115%～2%,选择粮食流速时要注意使稻谷接触高温热风的时间不超过15～20秒,缓苏段稻谷的温度应不超过43℃,三级顺流干燥机中谷物流速约为5～7米/时,干燥时稻谷通过干燥机二次,第一次降水514%,第二次降水416%。

顺流式干燥机虽然采用了较高的热风温度,但是,产米率仅降低113%。

51逆流式干燥圆仓逆流式干燥仓是由金属仓、透风板、抛撒器、风机、加热器、扫仓螺旋和卸粮螺旋组成。

仓体为金属波纹结构,直径一般为4～12米,大的可达16米以上。

谷物从进料斗进入,经提升器、上输送搅龙,送到抛撒器均匀地撒到透风板面上,直到所要求的谷层厚度为止,然后开动风机,把经加热的空气压入热风室,热风从下而上穿过谷层,由排气窗排出机外。

需要翻动谷物时,开动扫仓搅龙、下输送搅龙、提升器、上输送搅龙、抛撒器,下层的谷物由扫仓搅龙送到下输送搅龙,经提升器、上输送搅龙到抛撒器,均匀地抛撒在上层谷物的表面上。

依此不断地间歇翻动,使上下层谷物调换位置,达到干燥均匀的目的。

此种类型的干燥设备机械化程度较高,各种不同批量的粮食都能烘干,容易实现水分的自动控制,干燥的能耗较低,但是设备的投资较大。

132000年第3期61圆筒内循环式谷物干燥机圆筒内循环移动式烘干机结构简单操作方便,可以移动。

用拖拉机不仅可以牵引还可以驱动各工作部件。

它有以下几个特点。

1)生产率高,干燥速度快。

一个直径214米,高度5米左右,重量1500千克的干燥机每小时可烘玉米2吨(降水5%),一天(20小时)可烘40吨粮食。

2)谷物循环速度快。

每10～15分钟完成一次循环,循环20次就可以降水20%以上。

比混流式干燥机的谷物流速高7倍,比普通横流式快3倍。

因此可以使用高的风温,而不致使粮温过高,且干燥均匀,混合好。