典型农产品干燥技术与智能化装备

农产品干燥环节不仅关系到丰产丰收问题。而且是降低一次能源的消耗和提高粮食干燥品质和产能的关键。本书结合国内外农产品干燥技术发展概况、谷物干燥机的种类和特点、干燥特性，系统地分析谷物干燥机原理、干燥过程的机理及影响因素。重点探讨寒区玉米、水稻、白瓜子等典型农产品的干燥特性和规律，以典型顺流和混流干燥机和循环干燥机为例，结合现有5H系列谷物干燥机械的实际应用，给出谷物干燥机及供热设备的设计过程，着重研究分析谷物干燥过程检测与智能控制部分，应用多传感器实时采集在线工作参数，配合自适应调控系统，实现大宗粮食的智能保质干燥生产。同时对白瓜子等高附加值农产品的干燥特性及装备机型进行研究，整体阐述谷物干燥中心的设计与应情况。 近年来，国内外干燥机通过计算机、PLC、智能化仪表、常规电器和组态软件组成的控制系统，实现水稻和玉米等干燥生产过程的实时数据采集、中央控制、在线测试、数据库管理是发展的主流。能够在干燥工作流程中实现智能化监控，在全程干燥中实现自动化和智能化操作，是到2020年的发展规划。智能干燥技术的应用前景非常广阔。 

本书结合国内外农产品干燥技术发展概况、谷物干燥机的种类和特点、干燥特性，系统地分析谷物干燥机原理、干燥过程的机理及影响因素。重点探讨寒区玉米、水稻、白瓜子等典型农产品的干燥特性和规律，以典型顺流和混流干燥机为例，结合现有5H系列谷物干燥机械的实际应用，给出谷物干燥机及供热设备的设计过程，着重研究分析谷物干燥过程检测与智能控制部分，应用多传感器实时采集在线工作参数，配合自适应调控系统，实现大宗粮食的智能保质干燥生产。同时对白瓜子等高附加值农产品的干燥特性及装备机型进行研究，*后整体阐述谷物干燥中心的设计与应情况。

车刚，黑龙江八一农垦大学，主任，教授，车刚，男，汉族，1972年12月出生，博士，教授，博士生导师。现任黑龙江八一农垦大学工程学院实验室主任、中国化工学会化学工程委员会干燥专业组委员、中国农业工程学会高级会员、《黑龙江八一农垦大学学报》编委。长期从事典型农产品产后加工技术、粮食干燥技术领域的相关研究和理论教学。先后获得省部级科技奖励5项，申请干燥类发明专利7项。出版学术专著1部，教材3部，在国内外学术刊物上发表论文70余篇。

章概论1

节农产品干燥的目的和意义1

第二节国内外农产品干燥技术现状分析3

第三节典型农产品干燥设备11

第四节干燥机械新技术的应用研究30

第二章典型农产品的特性分析36

节谷物的生理特性36

第二节谷物的热物理特性37

第三节谷物的空气动力特性40

第四节谷物的物理机械性质43

第五节典型谷物干燥条件分析45

第六节典型谷物籽粒应力分析47

第三章谷物水分及测量原理60

节谷物中的水分60

第二节谷物中的水分静态测量65

第三节谷物水分的在线测量71

第四章干燥介质的特性分析91

节湿空气状态方程及道尔顿定律91

第二节重要名词的释义92

第三节焓湿图97

第四节谷物平衡水分的介质状态曲线100

第五节干燥过程的物料衡算与热量衡算102

第六节干燥过程中的平衡关系与速率关系107

第五章谷物干燥过程的机理研究110

节干燥过程的机理110

第二节谷物干燥特性曲线111

第三节影响谷物干燥过程的主要因素113

第四节薄层干燥理论116

第五节深层干燥理论118

第六章智能谷物干燥机的设计122

节谷物干燥机的设计过程122

第二节正压式谷物干燥机设计133

第三节负压式智能干燥机的设计141

第四节小型移动式干燥机的设计151

第五节循环式智能干燥机的设计160

第六节圆仓式低温干燥机的设计168

第七节粮食干燥用的供热设备169

第八节炉灶及换热器设计173

第七章谷物干燥过程智能控制178

节谷物干燥控制系统178

第二节典型粮食干燥机控制系统185

第八章现代谷物干燥机的应用197

节低温干燥仓197

第二节循环式干燥机202

第三节竖箱直流式谷物干燥机206

第四节干、湿粮混合干燥机213

第五节典型谷物干燥机的应用技术215

第九章白瓜子干燥技术与机型设计228

节真空微波组合干燥技术228

第二节白瓜子真空微波干燥的优化试验研究230

第三节白瓜子微波真空干燥设备的设计241

第十章典型农产品干燥中心设计与应用248

节谷物干燥中心的设计248

第二节典型干燥中心的应用255

附录259

附录1粮食干燥用燃料资料259

附录2谷物干燥室内实验260

附录3国际单位和基础参数265

参考文献274

后记277

 

农产品生产问题是关乎国家粮食安全和国计民生的大问题。随着我国农业供给侧结构性改革与调整的深入实施，国家大力推动土地流转，到2016年全国土地流转面积4.5亿亩。土地流转率达到30%以上。加速了农业领域的规模化种植，随着大宗农产品总产量的提高，势必导致典型农产品收储的难题，尤其是高水分玉米和水稻的烘储质量与粮食品质、烘干能力与能耗的矛盾问题日渐突出。据有关部门统计，国内每年粮食产量约5亿吨，常年库存近一半，理论上都需要烘干处理。但是我国粮食烘干水平过低，粮食烘干机技术参差不齐，无法与欧美国家相比。如何提高我国烘干机械工业的水平已成为保证我国大农业持续发展的关键，农产品收获时间紧、任务重，如果干燥处理不当，将严重影响农产品的品质。本书涉及工程热物理、植物生理学、机械设计、传热传质学、图形学、自动控制理论等多个领域，结合国家科技部的“十三五”发展规划以及国家工信部颁布的农机装备发展行动方案（2016—2025）的重点内容，提出研发粮食智能干燥机械，重点突破在线水分测量、真空低温干燥、热风真空双效干燥、红外真空组合干燥、太阳能谷物干燥、PLC控制、多燃料系统开发、成型生物质燃料热风炉热效率提升等关键技术，优化谷物烘干过程模型、特色农副产品烘干工艺模型，开发高效能、多燃料烘干组合、智能型烘干机，提高粮食、特色农副产品烘干的生产率和质量。尤其黑龙江省是地处高寒地区的农业大省，也是国家重点商品粮生产基地。系统提升典型农产品（玉米、水稻）的高效、节能、保质干燥工艺和自动控制技术，显得尤为重要。《典型农产品干燥技术与智能化装备》是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会，实现智能农业机械化和保障粮食安全不可或缺的应用性学术著作，农产品干燥环节不仅关系到丰产丰收问题，而且是降低一次能源的消耗和提高粮食干燥品质和产能的关键。本书结合国内外农产品干燥技术发展概况、谷物干燥机的种类和特点、干燥特性，系统地分析了谷物干燥机原理、干燥过程的机理及影响因素。重点探讨了寒区玉米、水稻、白瓜子等典型农产品的干燥特性和规律，以典型顺流和混流干燥机和循环干燥机为例，结合现有5H系列谷物干燥机械的实际应用，给出了谷物干燥机及供热设备的设计过程，着重研究分析了谷物干燥过程检测与智能控制部分，应用多传感器实时采集在线工作参数，配合自适应调控系统，实现大宗粮食的智能保质干燥生产。同时对白瓜子等高附加值农产品的干燥特性及装备机型进行了研究，后整体阐述了谷物干燥中心的设计与应用情况。近年来，国内外干燥机通过计算机、PLC、智能化仪表、常规电器和组态软件组成的控制系统，实现水稻和玉米等干燥生产过程的实时数据采集、中央控制、在线测试、数据库管理是发展的主流。能够在干燥工作流程中实现智能化监控，在全程干燥中实现自动化和智能化操作，是到2020年的发展规划。智能干燥技术的应用前景非常广阔。为了推进典型农产品先进干燥技术的发展，笔者结合近年来所做的博士阶段的研究和相关科研项目，撰著此书。该项目研究与国内同行有着广泛的学术联系，解析和把握干燥领域的理论发展前沿，并且有干燥环节的创新性构想，在其前沿领域赶超国际先进水平。采用理论分析与试验研究相结合的方法，系统地研究了粮食干燥的强化传热和传质机理。用生产和试验结果结合理论分析进行对比验证。建立了严密的干燥评价体系和规律，对相关学科的理论研究具有较高的指导性和参考价值。本书适用于农产品加工工程、粮食工程、农业机械化及其自动化、机械设计与制造等专业的学生，现代化农场、粮食加工企业相关人员。本书得到了黑龙江省应用技术研究与开发项目（GA15B402）、黑龙江省农垦总局重点攻关项目（HNK125B-05-08）和黑龙江省普通高等学校新世纪优秀人才培养计划项目（1155-NCET-012）的技术支持和资助。本书由黑龙江八一农垦大学工程学院车刚教授与黑龙江省农副产品加工机械化研究所吴春升高级工程师合著。车刚教授独立完成第三、六～十章的内容，吴春升高级工程师完成、二、四、五章的内容。由于著者水平有限，书中难免有不足之处，恳请广大读者提出宝贵意见。著者2017年2月