【摘要】：中國(guó)南方高溫陰雨季節(jié)收獲的稻谷含水率高,極易發(fā)生霉變、腐爛現(xiàn)象造成巨大經(jīng)濟(jì)損失,及時(shí)對(duì)其進(jìn)行干燥儲(chǔ)藏、保證干后品質(zhì)是稻谷收獲后的重要工作。熱風(fēng)和真空干燥是兩種常用干燥方式,但單一的稻谷熱風(fēng)或真空干燥作業(yè)方式自身都存在不可避免的局限性,稻谷熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥可以將兩種干燥方式的優(yōu)點(diǎn)集合起來(lái),更好地滿足稻谷的干燥生產(chǎn)作業(yè)。本文在稻谷熱風(fēng)、真空以及熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥方式下對(duì)稻谷的干燥特性、干燥模型、工藝優(yōu)化以及能效評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了深入研究,主要工作包括:(1)通過(guò)稻谷熱風(fēng)、真空單因素干燥試驗(yàn),分析各因素對(duì)干燥特性曲線的影響程度;利用Weibulll函數(shù)擬合含水率比MR曲線并求解尺度參數(shù)α及形狀參數(shù)β,建立含水率比Weibulll函數(shù)預(yù)測(cè)模型并驗(yàn)證其可靠性,計(jì)算水分?jǐn)U散系數(shù)D_(eff)、D_(cal)以及幾何參數(shù)R_g值。結(jié)果顯示:熱風(fēng)溫度和真空溫度對(duì)干燥速率DR和總干燥時(shí)間的影響較大,熱風(fēng)風(fēng)速和真空度對(duì)干燥速率DR和總干燥時(shí)間的影響較小。各干燥方式下的Weibulll函數(shù)擬合決定系數(shù)R~2值均在0.96以上,擬合均方根誤差RMSE及離差平方和χ~2值均小于0.1,說(shuō)明Weibulll函數(shù)對(duì)含水率比曲線的擬合效果較好。對(duì)稻谷熱風(fēng)、真空Weibulll函數(shù)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)模型預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)誤差均低于10%,說(shuō)明稻谷熱風(fēng)及真空干燥Weibulll函數(shù)預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度較高。(2)通過(guò)熱風(fēng)、真空二次回歸通用旋轉(zhuǎn)試驗(yàn),建立不同干燥方式單指標(biāo)數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)、方差及響應(yīng)面分析,研究各因素對(duì)單指標(biāo)的顯著性影響程度。通過(guò)歸一化處理和加權(quán)評(píng)分得到不同權(quán)重比下的7組綜合指標(biāo)值并進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果顯示:熱風(fēng)溫度對(duì)平均干燥速率r和爆腰率b的影響非常顯著,對(duì)單位能耗e影響一般顯著;風(fēng)速對(duì)平均干燥速率r和單位能耗e影響非常顯著,對(duì)爆腰率b影響不顯著。真空溫度對(duì)所有指標(biāo)影響均非常顯著;真空度對(duì)干燥速率r和單位能耗e影響非常顯著,對(duì)爆腰率b影響一般顯著。所有單目標(biāo)模型的決定系數(shù)R~2、校正系數(shù)Adj R~2、預(yù)測(cè)決定系數(shù)Pred R~2都超過(guò)0.9以上,變異系數(shù)C.V.%值都低于10%,說(shuō)明模型擬合效果好,可信度高。熱風(fēng)干燥的最優(yōu)參數(shù)組合為:溫度35℃、風(fēng)速0.6m/s,此時(shí)的平均干燥速率r為0.000685g/(g?min),爆腰率b為7%,單位能耗e為6552kJ/kg。真空干燥最優(yōu)參數(shù)組合為:溫度44℃、真空度0.05Mpa。此時(shí)的平均干燥速率r為0.000363g/(g?min),爆腰率b為7.3%,單位能耗e為2988kJ/kg。(3)在單一干燥方式研究基礎(chǔ)上,通過(guò)熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥四元二次BBD(Box-Behnken Design)試驗(yàn),建立聯(lián)合干燥方式下的單指標(biāo)數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)、方差及響應(yīng)面分析,研究稻谷熱風(fēng)-真空聯(lián)合干燥方式下各因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度。通過(guò)歸一化處理和加權(quán)評(píng)分得到不同權(quán)重比下的11組綜合指標(biāo)值并進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化,并對(duì)比分析聯(lián)合干燥較單一干燥方式的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。結(jié)果顯示:熱風(fēng)溫度T_0對(duì)平均干燥速率r和爆腰率b的影響非常顯著,對(duì)單位能耗e影響不顯著。熱風(fēng)風(fēng)速v對(duì)平均干燥速率r影響不顯著,對(duì)爆腰率b和單位能耗e影響非常顯著。轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率M和真空溫度T_1對(duì)三個(gè)單指標(biāo)影響都非常顯著。所有單指標(biāo)模型的決定系數(shù)R~2、校正系數(shù)Adj R~2和預(yù)測(cè)決定系數(shù)Pred R~2都超過(guò)0.9以上,變異系數(shù)C.V.%值都低于10%,說(shuō)明模型擬合效果好,可信度高。最優(yōu)工藝參數(shù)組合為Y(3:6:1):T_0=40℃v=0.7m/s M=20.7%T_1=38.1℃(V=0.05Mpa),對(duì)應(yīng)的平均干燥速率r為0.000483g/(g?min),爆腰率b為6.3%,單位能耗e為2612kJ/kg。將聯(lián)合干燥最優(yōu)參數(shù)組合對(duì)應(yīng)的單目標(biāo)值與單一干燥方式最優(yōu)參數(shù)組合對(duì)應(yīng)的單目標(biāo)值進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)稻谷聯(lián)合干燥方式較單一干燥方式優(yōu)勢(shì)明顯。(4)通過(guò)熱風(fēng)干燥兩因素三水平全面試驗(yàn),對(duì)熱風(fēng)干燥?傳遞進(jìn)行深入解析,考察溫度和風(fēng)速對(duì)熱?及流動(dòng)?效率的影響規(guī)律。通過(guò)稻谷熱風(fēng)干燥能量利用效率和干燥系統(tǒng)能耗結(jié)構(gòu)的分析,對(duì)熱風(fēng)干燥系統(tǒng)進(jìn)行能效評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示:隨著溫度的升高平均熱?效率降低而平均流動(dòng)?效率升高,隨著風(fēng)速的升高平均熱?效率和平均流動(dòng)?效率均降低。風(fēng)速0.5m/s條件下不同溫度對(duì)應(yīng)的平均熱?和平均流動(dòng)?效率值最高,40、50、60℃對(duì)應(yīng)的平均熱?和平均流動(dòng)?效率分別為:0.683、0.679、0.602,0.275、0.397、0.466。綜合比較平均熱?效率和平均流動(dòng)?效率可知,50℃、0.5m/s條件下的綜合?效率最高。而由能量利用效率和干燥系統(tǒng)能耗結(jié)構(gòu)分析可知能效最優(yōu)條件為50℃、0.5m/s,該條件下的稻谷干燥能耗為0.27kW?h,與?效率分析結(jié)果相一致。
【圖文】：

/ 2cDral effcalgD D/R是可以通過(guò)尺度參數(shù)α估算出干燥過(guò)程中的水分?jǐn)U散系數(shù) Dcal，而不考慮其水分遷移特點(diǎn)[70]。其計(jì)算公式如下：（3-11）式中，Dcal為有效水分?jǐn)U散系數(shù)估算值，m2/min r 為水稻等效半徑，取 r 值為2.78×10-3m α為其尺度參數(shù)。幾何參數(shù) Rg表示 Deff與 Dcal之間的關(guān)系，其計(jì)算式如下：（3-12）3.3 結(jié)果與分析3.3.1 稻谷熱風(fēng)干燥特性分析3.3.1.1 熱風(fēng)溫度對(duì)稻谷干燥特性的影響在熱風(fēng)干燥方式下，取新鮮水稻樣品在風(fēng)速 1m/s 的條件下，控制熱風(fēng)溫度分別在 30、40、50、60、70℃條件下進(jìn)行溫度單因素試驗(yàn)，并將不同風(fēng)溫條件下的熱風(fēng)干燥含水率比 MR 曲線以及干燥速率 DR 曲線繪制如下（圖 3-1）

但隨著溫度的提高其影響程度是逐漸降低的。說(shuō)明溫度越高相同時(shí)間內(nèi)水分子獲得能量越多，其汽化和脫離吸附位點(diǎn)的能力也越強(qiáng)干燥速率越快，但是由于干燥物料中的水分遷移還受溫度梯度以及濕度梯度等多重因素的影響，所以溫度和干燥速率的提高并不完全成正比。因此在實(shí)際生產(chǎn)中不能盲目通過(guò)提高干燥溫度來(lái)提高干燥效率，應(yīng)在考慮綜合成本和干燥品質(zhì)的基礎(chǔ)上選擇該物料適合的干燥溫度。由圖 3-1 中的干燥速率 DR 曲線可以發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)干燥不同的干燥溫度條件下稻谷的干燥速率都在前期迅速達(dá)到最大值，自由水分被帶走后干燥速率迅速下降，其后整個(gè)干燥過(guò)程均是降速干燥過(guò)程，30℃和 70℃條件下的最高干燥速率均在2min 時(shí)達(dá)到最高，，分別為 0.00869g/(g min)和 0.02694g/(g min)，后者最大干燥速率是前者的 3.1 倍，說(shuō)明溫度對(duì)干燥速率 DR 影響較大。3.3.1.2 熱風(fēng)風(fēng)速對(duì)稻谷干燥特性的影響在熱風(fēng)干燥方式下，取新鮮水稻樣品在熱風(fēng)溫度 50℃條件下，控制熱風(fēng)風(fēng)速分別為 0.5、1、1.5、2m/s 條件下進(jìn)行熱風(fēng)風(fēng)速單因素試驗(yàn)，并將不同風(fēng)速條件下的熱風(fēng)干燥含水率 MR 比曲線以及干燥速率 DR 曲線繪制如下（圖 3-2）。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S226.6

【參考文獻(xiàn)】

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5 黃丙申;初旭宏;張玲玉;葛宜元;薛向磊;;水稻干燥過(guò)程應(yīng)力裂紋產(chǎn)生的機(jī)理研究[J];農(nóng)業(yè)科技與裝備;2014年06期

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9 徐英英;曹博濤;袁越錦;劉佳;袁月定;;萵苣組合干燥工藝參數(shù)的響應(yīng)面法優(yōu)化[J];陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年03期

10 張玉榮;劉諾陽(yáng);周顯青;;稻谷熱風(fēng)與真空干燥特性及其加工品質(zhì)的對(duì)比研究[J];糧食與飼料工業(yè);2012年04期

本文編號(hào)：2632621