连续式-微波节能粮食烘干机研究项目书
专栏:行业新闻
发布日期:2015-06-14
阅读量:29
作者:三力士农机

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一、立项的背景与意义

1.1立项的背景

 我国是世界上最大的粮食生产和消费国,年总产粮食约5亿吨。由于经济和技术等方面的原因,除大型农场和经济较发达的地区外,粮食干燥还大多依靠传统的自然晾晒法,粮食干燥的机械化程度很低,收获的粮食经常因得不到及时的干燥,而发生发芽、变质、霉烂,造成巨大的损失。据统计,我国粮食收获后在脱粒、晾晒、贮存、运输等过程中的损失高达15%,远远超过联合国粮农组织规定的5%的标准。在这些损失中,每年因气候潮湿,湿粮来不及晒干或未达到储存安全水分造成霉变、发芽等损失的粮食高达5%,若按年产5亿吨计算,每年将损失2500万吨粮食。另外,随着我国国民经济的发展和人民生活水平的不断提高,无论粮食对于食用还是深加工,对粮食的品质要求都越来越高。特别是在我国加入WTO以后,国外高品质的粮食将会使国内粮食市场受到严重冲击,全球粮食市场也会提高对我国粮食干燥品质的要求。因此,在粮食干燥领域,要提高认识、更新观念,从追求数量向提高质量转变,科学合理地发展粮食干燥设备及控制技术,以确保干燥后粮食的品质满足安全储存、合理流通和后续加工的要求。

干燥就是以供热的方式从物料中脱去水分的过程,是一个复杂的热质交换过程。粮食干燥的对象是一个有生命的有机体,在不断地进行着呼吸作用,水分含量是影响粮食呼吸作用强弱的最重要的因素,粮食干燥的目的在于降低粮食的水分,从而降低呼吸强度,利于安全储藏,但是,如果干燥条件过于强烈,粮食中的一些酶将失活,蛋白质将变性,使粮食失去生余力,从而对粮食品质产生一定的影响。 

 

1.2立项的意义

目前,我国对粮食烘干机控制理论的研究与实践尚处于起步阶段,缺乏系统全面的研究,而在整个粮食干燥系统中自动控制是最薄弱的环节。在实际生产中,粮食烘干机的设计还依靠经验方法进行,基本上以手动搽作为主,自动化程度低,因此生产的烘干机往往能耗大、效率低、故障率高,操作非常不方便,稳定性较差。特别是干燥过程中粮食本分的测定是靠人工取样测定,然后再进行控制。由于测控过程仅靠人工控制,导致被干燥粮食的含水分波动范围大,失控机会多,直接影响了粮食产量和品质的稳定性。 

     随着现代干燥技术的发展,特别是随着大型粮食烘干机的不断研发和生产,大力研究与粮食烘干机配套的自动控制系统,将计算机技术、智能控制技术应用于粮食烘干机的设计、分析和干燥过程的控制,可以大大提高粮食烘干机的自动化水平。这对减少粮食损失,提高我国的粮食干燥技术水平,充分发挥粮食烘干机的生产能力,增强我国粮食品质在国际市场上的竞争力,具有十分重要的意义和广阔的发展前景

二、国内外研究现状与发展趋势

2.1国内外研究现状

我国粮食烘干机械的发展是从解放初期引进仿制日本、前苏联等国外的烘干机开始的。20世纪70年代后期,有关科研单位开始研制开发适合于我国国情的粮食烘干机,它们大多适用于大型农场生产使用。80年代后,我国农村经济体制开始进行改革,研制的烘干机械大多向多用化、小型化方向发展。90年代以来,随着农村改革的深入发展,农村经济和农业生产力水平有了较快的提高,专业化、集约化的规模经营也有了新的发展,特别是大型粮库、国有农垦系统的种子和粮食生产基地,逐步装备起成套的粮食干燥设备,并与仓储、加工等设施配套成龙,成为我国粮食烘干机械的主要应用代表。同时,也出现了四川省三台烘干机械厂、辽宁省铁岭精工机械厂、黑龙江红兴隆机械厂等干燥设备的专业化生产厂家,以及中国农业工程研究设计院、四川省农机研究院、黑龙江省农机研究院等烘干机的研究部门。 

在粮食干燥过程的自动控制研究方面,同国外相比,我国虽然起步较晚,但经过一些大专院校及有关科研单位的不断努力获得了较大的发展。1993年到1997年,中国农业大学崇文教授先后发表数篇论文,详细介绍了其关于粮食干燥过程模糊数学方法和模糊神经网络控制方法的研究成果,包括粮食烘干机的模糊控制和模糊优化、干燥品质的模拟预测和基于神经网络的逆流式谷物烘干机模型辨识等问题。1996年,吉林大学李俊明、殷永光等以干燥塔热风温度为依据,根据操作者的经验制定了模糊控制规则,利用模糊控制实现了排粮电机的转速调节,并针对干燥过程的大滞后问题,设计了自组织模糊控制器,开发了模糊控制系统。2002年,李长友教授试验研究了稻谷干燥过程模糊控制问题,开发了稻谷循环烘干机自动控制专家系统。 

近年来,我国还在粮食干燥领域开展了一系列的国际合作。与美国、英国、日本、加拿大、法国等国家的科研机构、学校和烘干机生产厂家就有关粮食干燥技术和设备进行了广泛的技术交流。部分院校、科研院所和生产厂家与国外建立了合作关系。国外烘干机也通过合资、合作的方式在国内生产制造,如铁岭的帅英烘干机、江苏的三九烘干机、上海的金子烘干机等。 

 虽然我国的粮食烘干机械经过了近50年的不断探索与发展,已经拥有50多家生产企业。但还存在数量少、技术含量低、成熟机型不多、产品种类少、耗能高、自动化水平低等问题。我国现有粮食烘干机械2万多台,每年机械干燥的粮食仅占全国总产量的1%左右,而世界发达国家机械烘干的粮食占总产量的95%左右。而且,我国的粮食烘干机械基本上采用手动控制,自动化程度不高,能耗大,经常造成堵粮、过火及干燥不均匀,严重影响我国粮食的品质,也给粮食储藏带来了困难。可见,我国粮食烘干机械的发展还远远不能适应于粮食生产发展需要。

2.2发展趋势

2.2.1自动控制及微机应用将有较大发展。近十年年,我国对粮食烘干机的结构进行了大量的理论与实践的研究,在干燥工艺上基本达到了国际水平。但我国在自动控制、微机应用等方面与国外的差距还较大,按照国家有关大型粮食烘干机项目的招标文件要求,粮食烘干机必须配备粮食水分的在线检测系统。随着该系统的普遍应用,整个干燥工艺的自动控制也就很容易实现,同时也必将使电器自动保护、自动超温报警、故障报警及记忆、热风风量的自动调节、粮食入机出机流量的自动控制等方面都会有进一步的完善、提高和发展,从而实现自动控制。 

 2.2.2废气余热利用将有较大发展。在利用废气余热方面,国外进行了很多探讨,取得了一些效果,我国今后也会在这方面继续深入进行研究,以利于节能和提高粮食的干燥品质。 

 2.2.3烘干机的适应性将得到重视。粮食烘干机的多适应性将进一步得到重视,主要是适应多种粮食作物干燥的需要,即适应降水幅度的需要。比如,在黑龙江省的机型要做到既能干燥高水分玉米,又能干燥水稻及其它作物。 

 2.2.4烘干机的制造质量将会提高。随着计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)的广泛应用,加之与模具化生产技术的结合,必定会推动粮食予燥机的制造质量迅速提高。 

 2.2.5烘干机操作与维修更加方便。随着效能设计的广泛应用和为用户服务意识的大幅度提高,今后的粮食烘干机必然在操作上更容易,在维修上更方便。 

三、项目实施主要内容、技术关键与创新点、预期目标

3.1项目实施的主要内容

3.2技术关键

本项目研发的产品为流程式粮食烘干机,所谓流程式即为:谷物从一端进仓,通过仓道振动输送平台有序的前进,其前进速度可根据水份含量高低可控,最终向另一端流出时就达到了设定的烘干要求。

产品工作时,首先谷物通过提升到上层进料仓,谷物从进料仓均匀的流向上层仓道振动输送平台。平台受抛浮式振动系统控制,谷物边振动(谷物受振动后自身旋转)边向另一端有序的前进。当微波发出高频震荡与谷物水分子产生共振,水分子相互运动产生摩擦而发生热量,谷物中水份受热即产生膨胀,至水份向谷物外层扩散。风机吸收热能,同时将谷物散发出的水份带走。

受地理环境因素影响,谷物水份含量不一,产能也会不一,一般稻谷含水量约30%±,烘干时间约为40-50分钟,每小时处理量约为1.5吨。本产品上层为高频振动区,其谷物运行时间为10-15分钟,可使谷物降低10%±水份。下层为低频振动区,其谷物运行时间为15-20分钟,可使谷物降低13%以下的水份。谷物最后进入卸料仓,谷物进入卸料仓为热量和水份的散发期,散发时间为5-10分钟,风机将散发出的热量和水份带走。谷物从卸料仓卸下时以达到设定的干燥要求并且谷物表层温度只是略高于常温。

 

3.3创新点

1、灭虫害:微波干燥本身具有杀菌、杀虫功效,其已经在其他领域成功应用;

2、无损伤:微波干燥谷物为低温震荡原理(工作时温度约为:50℃±)相比于其他干燥原理更为理想,完全不损坏谷物机能,微波干燥的粮食可作为种子使用;

3、能耗低:通过反复试验,1吨稻谷耗电50-70°,折合人民币30-45元之间,相比其他烘干机节能一半以上。

4、不返潮:微波干燥是从物体内层向外散发水份,干燥后谷物不返潮;

5、高效率:无须预热、即开即用。对需要干燥的谷物数量无限制。对需要干燥的谷物种类无限制。对于客户需求无限制,产能可根据客户需求制作;

6、无污染:微波干燥粮食无二次污染,无须燃烧加热零污染排放。

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