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玉米精细烘干工艺参数确定与优化

董洪全

  玉米是我国主要的商品粮之一。由于吉林省地处北方地区,玉米收获大多在10月份进行,此时气温已下降,成熟后的玉米含水率通常为25%~30%,甚至达到36%左右。各地为了提高土地产出效益,提高农民收入,纷纷引入高产、晚熟的玉米品种,由于片面追求高产,忽视玉米生长积温,造成大量玉米越区种植的现象,使收获后的玉米未能达到正常的生理成熟,在收获时玉米的含水率较高,因此玉米收获后不能安全贮藏及外运,通常要通过机器烘干,将玉米含水率降到安全储藏水分才能入库。烘干后的玉米无论在外观还是在内在的品质上都存在差异,我国目前使用的烘干设备大部分是传统型的粗放烘干设备,单纯以降水为目的,不注重烘干后玉米的品质如焦糊粒、裂纹及破碎粒等品质指标。随着我国农产品市场的放开,粮食的品质问题将成为制约我国粮食出口不容忽视的问题之一。影响玉米干燥后品质的指标很多,其中一个重要的指标是裂纹率。据有关资料表明:干燥后玉米的裂纹率在60~98%之间,干燥后玉米的裂纹增加了玉米在运输过程中的破碎率,大大降低了玉米的品质等级,影响了经济效益。西方国家从60年代开始对玉米在烘干过程中产生裂纹的现象作了大量的试验和理论分析,并制定了一些相应的裂纹率指标。我国目前对这方面的研究不多,多数局限在理论研究上,还不能完全指导人们生产实践,在实际生产中,要使应力裂纹率降到最低水平,需要对烘干工艺参数进行合理选择,达到既能满足降水又能使烘干后的玉米具有较低的应力裂纹率。近年来,有关烘干模型的研究较多,但大多集中于理论模型,而对生产实践模型研究较少特别是未考虑多因素多水平的情况。本试验采用二次回归旋转组合设计方法,以五项主要烘干参数(粮层厚度、干燥时间、热风温度、热风速度、缓苏时间)为决策变量,研究以上五个因素对不同初始含水率的玉米烘干品质(裂纹率)的影响,明确各因素的作用,在保证要求的降水幅度的前提下,使烘干工艺参数选择达到精细化,为生产实践和理论设计提供参考依据。二次回归旋转组合设计可简化实验次数,优化的生产工艺参数,为生产实践、理论设计提供必要的参考依据。通过对各因素进行单因素分析,明确各因素的影响趋势,得出各因素对不同初始含水率玉米的烘干降水幅度的贡献率大小顺序:初始含水率为20%玉米的顺序为玉米干燥时间>粮层厚度>热风温度>热风速度>缓苏时间;初始含水率为24%玉米的顺序为热风温度>粮层厚度>干燥时间>热风速度>缓苏时间;初始含水率为30%玉米的顺序为粮层厚度>热风温度>干燥时间>热风速度>缓苏时间。吉林农业大学硕士学位论文玉米精细烘干工艺参数确定与优化由各因素对玉米降水幅度影响的贡献率可以看出:在玉米初始含水率较低时,干燥时间对降水幅度的影响较大.随着玉米初始含水率的增高,粮层厚度和热风温度逐渐成为影响降水幅度的主要因素指标,这是因为,初始含水率较低的玉米在干燥时水分向外扩散的湿度梯度较弱,需要增加热空气的温度来增强温度梯度,加速空气介质与玉米之间的热交换,粮层厚度是影响空气介质热交换的主要因素,粮层较厚时不利于热空气的流动使热交换的速度降低。缓苏时间越长越有利于粮粒内部水分达到平衡,在含水率较低的玉米干燥过程中缓苏时间的贡献率较高。另外在干燥初始含水率高的玉米时,由于采用的温度相对于高温干燥较低,在大幅度降水时,需要适当增加干燥时间,来达到所要求的降水要求,因此干燥时间相对缓苏时间在玉米初始含水率逐渐增大的过程中贡献率相对增加。通过试验获得参数,借助计算机对数据进行科学的处理、建立数学模型,完成试验方案的模拟运算、统计分析、筛选出最优化的生产条件,由试验得出,为了提高烘干后品质,降低裂纹率,对于初始含水率为2佩的玉米,精细烘干工艺参数选择范围为:粮层厚度1 03.9一106.9 mm,干燥时间47.9一56.smin,热风温度85.6一98.6oC,热风速度1.0一1.lm/s,缓苏时间60.4一65.smin;初始含水率为24%的玉米精细烘千工艺参数选择范围为:粮层厚度102.gmm,千燥时间59.9一61.3min,热风温度98.5一110.3℃,热风速度1 .lm/S,缓苏时间67.1一68.lmin;初始含水率为30%的玉米精细烘千工艺参数选择范围为:粮层厚度90.4一104.lmm,干燥时间61.9一69.7min,热风温度94.9一107.goC,热风速度0.9一1.lm/s,缓苏时间61.1一78.7min。由于精细烘干采用的温度较高温干燥温度低,因此可以提高玉米烘千后的品质。精细烘干参数范围的确定还可指导实际生产,为烘干机的设计提供了重要的参考依据。……   
[关键词]:精细烘干;裂纹率;回归设计;数学模型
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:吉林农业大学2004年