D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2005.01.028 第27卷第1期 北京科技大学学报 Vol.27 No.1 2005年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2005 小麦流态化干燥实验关联式及在热泵流化床 谷物干燥中的应用 向飞杨晶王立童莉葛 北京科技大学机械工程学院热能工程系，北京100083 摘要基于流化床干燥理论，采用热风循环充分的电热烘箱作为干燥器，对小麦进行了一 系列的薄层干燥实验研究，模拟小麦流态化干燥过程，总结出适用于流化床小麦干燥时间预 测的经验回归公式.开发了热泵流化床谷物干燥实验系统，并将小麦干燥的经验回归公式应 用于此实验台的干燥实验过程.结果表明，小麦干燥经验回归式可用于预测小麦在流态化条 件下的干燥时间，所开发的热泵流化床谷物干燥装置经济性合理，有市场应用前景. 关键词小麦：流态化：回归：热泵：干燥 分类号S226.6 提高粮食干燥质量和机械化干燥能力是我 1小麦流态化干燥模拟实验研究 国粮食生产急需解决的问题，开发一种高效、节 能、符合环保要求、安装移动灵活的谷物干燥设 在使用流化床对小麦进行干燥时，小麦颗粒 备以配合机械化专业收割已成为社会和农业发 与干燥空气充分接触，实质上是单颗粒小麦与其 展的迫切需要.流化床具有温度均匀、高传热传 周围干燥介质—一空气间的传热与传质.小麦在 质率的特点，适用于干燥领域，热泵具有高效 实际干燥过程中主要处于降速干燥阶段.在此阶 节能、环保的优点，制热量一般为其电能消耗的 段里，对干燥速度起决定作用的是内因，即小麦 2~5倍.所以将热泵与流化床相结合，开发灵活、 内部水分向小麦颗粒表面的扩散.因此，影响干 方便、经济性合理的谷物干燥设备是发展趋势。 燥过程的因素主要为颗粒的传热传质特性、颗粒 就干燥设备而言，干燥时间是很重要的参数. 的初始含湿量、空气的温度和湿度等，在流化床 干燥时间的确定依赖于谷物颗粒干燥过程的预 中，形成流态化所需的风速大大高于将小麦表面 测，目前国内外有关颗粒干燥过程研究多基于传 水分及时带走所需的风速，所以在实验过程中不 质和传热微分方程，建立单颗粒传热传质模型， 考虑干燥介质流速对干燥的影响 结合相应的初始和边界条件进行离散求解 基于以上原因，可以采用小麦在筛网容器 本文基于流化床干燥的物理过程，对小麦在 中，薄层条件下，微风烘干箱内的干燥实验数据 各种条件下的干燥过程进行了实验模拟研究，并 来指导小麦流态化干燥实验. 以大量的实验数据为基础，回归了可用于预测小 1.1小麦薄层干燥实验 麦干燥时间的经验关联式.设计安装了热泵流化 本实验采用方形不锈钢丝网容器，其上放置 床谷物干燥实验系统，实验确定了适用于热泵流 单层小麦（实验所采用的小麦为“中优9507”，是 化床谷物干燥的最佳空气循环方案，验证了小麦 我国北部冬小麦中最有推广价值的小麦新品种) 干燥过程预测经验关联式，并对热泵流化床谷物 后，将容器放入具有均匀温度场（温度波动±1℃） 干燥设备的经济性进行了分析， 的微风烘干箱.实验条件如表1所示.在实验中， 共选取了三种干燥温度(60℃，70℃和80℃，处于 收精日期：2003-09-24修回日期：2004-11-10 基金项目：教育部科学技术研究重点项目(No.00020) 热泵干燥的理想温度范围)；小麦实验样品的初 作者简介：向飞(1977一)，男，博士研究生 始含湿量分为：18%，20%，22%，24%和26%共五第 2 7 卷 第 1期 2 0 0 5 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u nr a l o f U n vi e sr yit o f S e i e n e e a n d Te e h n o of yg B e ij ni g V b l . 2 7 N O . l F e b . 2 0 0 5 小麦流态 化干燥实验关联式及在热泵流化床 谷物干燥 中的应用 向 飞 杨 晶 王 立 童莉葛 北 京科技 大学机 械工程 学 院热能 工 程系 , 北 京 10 0 幻 摘 要 基于 流化床 干燥 理论 , 采用 热风循 环充 分 的 电热 烘箱作 为干 燥器 , 对 小麦 进行 了一 系列 的薄层干 燥 实验研 究 , 模 拟小 麦流态 化千 燥过 程 , 总结 出适 用于流 化床 小麦干 燥 时间预 测的经 验 回归 公式 . 开 发 了热泵流 化床 谷物干 燥实 验系 统 , 并将 小麦 干燥 的经验 回归 公式应 用于此 实验 台 的干燥 实验过 程 . 结 果表 明 , 小 麦干燥 经验 回归式 可用 于预测 小麦 在流态 化条 件下 的干燥 时 间 , 所 开发 的热泵流 化床 谷物 干燥 装置经 济性 合理 , 有市 场应用 前景 . 关键词 小麦 ; 流 态化 ; 回归 ; 热泵 ; 干燥 分类 号 5 2 2 6 . 6 提 高粮 食 干 燥 质 量 和机 械 化 干 燥 能 力 是 我 国粮 食 生产 急 需解 决 的 问题 , 开 发一 种 高效 、 节 能 、 符合 环保 要 求 、 安 装移 动灵 活 的谷 物干 燥 设 备 以配合 机 械 化 专业 收 割 已 成为 社 会和 农 业 发 展 的迫 切 需要 . 流化 床 具有 温度 均 匀 、 高传 热 传 质 率 的特 点 , 适 用 于干燥 领 域 〔叨 ; 热泵 具 有高 效 节 能 、 环 保 的优 点 , 制 热量 一般 为 其 电能 消耗 的 2一5 倍 . 所 以将 热 泵与 流化 床 相结 合 , 开发 灵活 、 方 便 、 经济 性合 理 的谷物 干燥 设备 是 发展趋 势 . 就干燥 设备而言 , 干燥 时间是很 重要 的参 数 . 干 燥 时 间 的确 定 依赖 于 谷物 颗粒 干 燥过 程 的预 测 , 目前国 内外 有关颗 粒 干燥 过程 研究 多基 于传 质和传 热 微 分方 程 , 建 立 单颗 粒传 热传 质 模型 , 结合 相应 的初 始 和边 界 条件 进行 离 散求 解’ls,] . 本 文基 于流 化床 干燥 的物 理 过程 , 对 小麦 在 各 种条 件下 的干燥 过程 进 行 了实验 模拟研 究 , 并 以大量 的实 验数 据为 基础 , 回归 了可用 于预 测小 麦干燥 时 间 的经 验关 联 式 . 设计 安装 了热泵 流化 床谷物 干燥 实验 系统 , 实验确 定 了适用 于热 泵流 化床谷 物干 燥 的最佳 空气 循环 方案 , 验 证 了小麦 干燥过 程预 测经 验关 联式 , 并对热 泵流 化床 谷物 干燥 设备 的 经济性进 行 了分 析 . 收稿 日期 : 20 0 3刁9 一2 4 修 回 日期 : 2 0 0小1 1 一 1 0 基金项 目 : 教育部科 学技 术研 究重点 项 目 (N 。 刀0 0 2 0) 作 者简介 : 向飞 (I 9 7 -7 一 ) , 男 , 博 士研 究生 1 小麦 流 态 化 干燥 模 拟实验 研 究 在使 用流 化床 对 小麦进 行干 燥 时 , 小麦 颗粒 与干 燥空 气充 分接触 , 实质 上是 单颗粒 小麦 与其 周 围干燥 介质— 空气 间的传热 与传 质 . 小 麦在 实 际干燥 过程 中主 要处 于 降速 干燥 阶段 . 在 此阶 段 里 , 对 干燥 速度 起 决 定作用 的是 内因 , 即小麦 内部水 分 向小 麦颗 粒表 面 的扩 散 . 因此 , 影 响干 燥过 程 的 因素 主要 为颗 粒 的传 热传 质特 性 、 颗粒 的初 始 含湿 量 、 空气 的温度 和 湿度 等 . 在 流 化床 中 , 形成 流 态化所 需 的风速 大大 高于 将小麦 表面 水 分及 时带走 所 需的风 速 , 所 以 在实 验过程 中不 考 虑干 燥 介质 流速 对 干燥 的影 响’ 5 一 刀 . 基 于 以上 原 因 , 可 以采 用 小麦 在 筛 网 容器 中 , 薄层 条件 下 , 微 风烘 干 箱 内 的干燥 实验 数据 来 指 导小 麦流 态 化干 燥实 验 . L l 小麦 薄层 干燥 实验 本 实验采 用 方形 不锈 钢丝 网 容器 , 其上 放 置 单 层 小麦 ( 实验 所采 用 的小麦 为 “ 中优 9 5 0 7 ” , 是 我 国北部 冬小 麦 中最 有推广 价 值 的小麦 新 品种) 后 , 将 容器 放 入具 有均 匀温 度场 (温度波 动划 ℃ ) 的微风 烘 干箱 . 实验条 件如 表 1 所示 . 在实验 中 , 共 选 取 了三种 干燥 温 度 (60 ℃ , 70 ℃ 和 80 ℃ , 处 于 热 泵干 燥 的理 想温 度 范 围) ; 小麦 实验 样 品的初 始 含湿 量 分 为 : 18 % , 2 0% , 2 % , 2 4% 和 2 6% 共 五 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 01. 028