干燥機熱耗和生產能力折算方法

熱耗和生產能力是糧食千燥機試驗的重要指標，但是由于試驗時環境條件、根食條件和干燥介質條件的多變性，試驗結果往往沒有可比性，因此必須將干燥機的性能試驗數據折算到一個公認的標準條件才能進行比較和標定。本文以糧食千燥機的試驗數據為墓礎，參考國內外根食干燥機試驗標準，是糧食干燥單位熱耗和生產能力折算系數進行了研究和探索;總結了四種折算方法，分析了糧食干燥機在不同的環境和谷物條件下折算系數的計算方法和步驟，闡述了各種方法的優缺點，提出了折算方法的初步的建議，為干燥機試驗數據的可比性和完善干燥機試臉標準提供了依據。
我國是世界上最大的糧食生產國，糧食年產總量達5億噸。每年由刊文獲季節天氣陰雨以及干燥設備不足而造成糧食的霉變損失高達5%。我國的糧食干燥設備和技術，經過30多年的發展，已具有一定的水平，在農業現代化建設中發揮了重要作用。但是，與我國對干燥設備的需求相比，還存在較大的差距。以水稻烘干為例，日本全國水稻干燥機的保有量已達110萬臺，稻谷干燥機械化水平達90%以上，而我國機械烘干的稻谷還不到l%，稻谷干燥設備不到1萬臺。造成上述差距的原因是多方面的，其中糧食干燥技術標準的研究工作落后也是一個重要原因。目前我國仍采用80年代國家標準(如糧食烘干機試驗方法，糧食烘干技術條件)，其中的某些條件和指標已不適應當前干燥機發展的需要，例如現有標準中缺乏干燥機生產能力和單位熱耗的折算方法，有關干燥品質的指標也還不夠完善合理，有些指標未規定統一的測試方法，有些指標比較落后，因而制約了糧食干燥新設備、新工藝的開發、推廣和應用。國際上糧食干燥技術標準已經修訂了多次，如501巧20一l:1997;農用糧食烘干機烘干性能的測定，如15011520一2:2印l。在這些新的干燥技術標準中都有主要干燥性能參數的折算方法，采用的模型和公式多達數十個〔由于它是一個比較復雜和難解決的問題，在我國糧食干燥技術標準中尚無這方面的規定。
糧食干燥是一個非常復雜的加工過程，影響因素多，干燥條件多變，其中的影響因素有介質參數(如熱風溫度、熱風風量和熱風濕度)、糧食參數(如糧食類別、糧食水分、糧食溫度和糧食流量)、環境條件(如大氣溫度和大氣濕度)、干燥工藝(如順流干燥、逆流干燥、橫流干燥、混流干燥)以及干燥機的結構參數。一臺糧食干燥機可能在很低的環境溫度下(零下20℃)工作，也可能在高達30℃的環境條件下工作，其工作條件完全不同，甚至相差甚遠二所以必需將測得的性能指標進行折算，折算到一個統一的公認的干燥條件。該項標準的研究制定，需要針對不同環境條件、糧食條件，女[I大氣溫度、大氣相對濕度、糧食初始水分、終了水分、降水幅度、糧食類別、品質、加熱方式、熱風溫度、熱風相對濕度、熱風量、干燥方式等一系列參數進行大量的試驗驗證，要形成正式的國家標準難度比較大。最有可能的成果方式是完成研究報告，給出并非完全準確的折算系數，作為指導性技術文件公布試行，然后再進行比較和評價。因此，干燥機生產能力和單位熱耗的折算是一個十分重要的標準。單位耗熱量和烘干能力是糧食烘干設備的關鍵指標。對于不同類型或同一類型的糧食烘干設備，當其驗收工況條件存在差異時，都必須通過有關折算系數將其折算到標準工況條件下，才能進行單位耗熱量和烘干能力的判定、比較。我國尚無統一的烘干單位耗熱量與烘干能力折算系數規范。本課題將對折算系數進行研究，研究并制定折算系數的統一國家標準。糧食烘干單位熱耗和烘干能力折算一直是困擾對糧食干燥機進行性能評價、鑒定的重要問題;多年來由于研究工作量大和科研經費缺乏，此問題一直沒有解決。黑龍江農墾科學院提出了一個解決方法，但由于不能適用于多種干燥工藝和機型以及標準條件和機型選的不夠合理而未能成為國家標準。筆者在深入分析和研究國內外現有干燥技術研究成果的基礎上，通過試驗和理論分析，確定了折算的標準烘干條件，給出了各種烘干機型和不同糧食干燥時的折算系數的計算方法和使用條件。
折算方法
1計算機模擬法
糧食干燥機使用中的一個常見問題是糧食的初水分經常變化，為了達到要求的終水分，需要經常調整糧食流量(生產能力)，為了比較糧食干燥機性能的好壞也需要知道干燥機的生產能力，因此，必須進行折算。我們認為利用計算機模擬方法進行干燥機熱耗和生產能力的折算是一種較好而且可行的方法，即建立糧食千燥過程的數學模型，編寫干燥模擬程序，在計算機上進行模擬計算，最后得出折算系數。
此法的優J點是通用性好，可以i}·算不同機型(順流，逆流，橫流和混流干燥機)和不1司糧食(玉米，小麥，水稻)的干燥性能和折算系數;!萬r對任何干燥條件進行折算，計算速度較快;各種一!幾燥工藝都可以使用。
該方法的缺點是模擬方法還不夠普及，掌握該方法需要有一定的計算機基礎，干燥機使用人員一般沒有這種軟件，此外，干燥過程的數學模型還不夠精確。以后應加強這方面的研究、模擬方法的計算步驟如下:
l)建立干燥過程模型;
2)開發各種糧食干燥工藝的計算機模擬程序;
3)利用模擬程序計算標準條件下干燥機的熱耗和生產能力;
4)模擬計算非標準條件下的熱耗和生產能力;
5)計算熱耗和生產能力折算系數;
6)對干燥機性能進行折算。
2 ISO11520一2國際標準法
150(Intemational Standard Oganization)國際干燥機性能試驗標準給出了一種折算方法，它利用4個校正系數K1、K2、K3、K4對試驗所得水分蒸發率進行折算。各校正系數的意義如下:
K1——水分校正系數，K1=(8.971一0.05578Td)X.+1.139InTd一4.652
K2——熱風溫度校正系數，K2=(0.00565-0.000061Td)+0.000915Td+0.915
K3——空氣濕度校正系數，K3=1.0175一0.01072(l一Φ)
K4——風量校正系數，K4=(0.022Td一3.445)a/V一0.271InTd+2.608
3黑龍江省級標準
黑龍江省農墾科學院農業機械鑒定總站于1989年提出了一種糧食干燥單位熱耗和生產能力
折算方法，標準條件為降水幅度5%(20%~巧%)、熱風溫度93℃、環境溫度20℃、環境相對濕度為60%，折算方法比較簡單易行。它的主要缺點是只適用于橫流式糧食干燥機和玉米小麥的烘干，有些系數的選擇缺乏依據。此外，它還考慮了熱風爐間接加熱和油爐直接加熱及冷卻段的影響。具體計算方法如下:
單位熱耗的折算
標準條件下谷物干燥機的單位熱耗量按下式計算:
Qrb=Qr/(K0*K1)
式中Qrb一標準條件下的單位熱耗，MJ/kg Qr一試驗時的實測熱耗，MJ八g; K。一大氣條件折算系數，可根據大氣溫度和相對濕度查表求出，見“糧食干燥單位熱耗及生產能力折算系數”標準;K1一糧食條件折算系數，在相同的環境條件下，根據糧食的初水分和終水分查表求出。
4數據表法
通過熱力計算，把各種條件下參數變化時的折算系數列成表格，再用插入法折算，標準給出兩種表格，一種是大氣條件折算表，另一種是糧食條件折算表，從表中查出兩個系數后，其乘積即為總折算系數。
本文在深入分析和研究國內外現有研究成果的基礎上，分析和探討了折算的標準條件，給出了各種烘干機型和不同糧食干燥工藝的折算系數的計算方法和使用條件 [1]  。
條件
為了對比糧食干燥機在不同干燥條件下的性能，必須確定一個公認的標準條件;在非標準條件下進行干燥作業或試驗時必須將干燥過程測得的數據都換算到標準條件，然后才能進行干燥性能的比較。所謂標準條件，一般包括降水幅度、環境溫度、環境濕度、熱風溫度和干燥機類型等。不同國家制定的標準條件是不同的(見表1)。英國小麥干燥時的標準條件定為初水分20%、終水分巧%、環境溫度20℃、環境濕度為80%。我國黑龍江省規定
干燥玉米的標準條件為降水幅度5%(20%一巧%)、熱風溫度90℃、環境溫度20℃、環境相對濕度為60%。法國對不同季節規定了不同的標準條件。俄羅斯規定降水幅度6%、環境溫度ro℃。我國尚無糧食干機性能折算的國家標準。有些單位正在對它進行研究，不久可能會發布并列人國家標準。
折算系數
不同的糧食類別如玉米、小麥、稻谷其干燥特性是不同的，例如平衡含水率、薄層干燥方程、比熱、汽化潛熱、對氣流的阻力、體積密度等等，折算時必須考慮各種糧食的干燥能力折算系數。
影響
利用數學模擬可以很容易求出各種干燥機在不同條件下(順流、逆流、橫流、混流)的性能，因而也就比較容易計算出折算系數。具體方法可參閱《農產品干燥工藝過程的計算機模擬》一書
熱風風量
由于溫度變化而引起風速變化，因此還必須同時考慮風速(風量與溫度)的折算系數。
建議
(1)加強國際干燥標準的研學。為了向國際干燥技術標準靠攏，必需應用現代信息技術和計算機模擬方法，對國際150干燥技術標準已有的一系列計算模型進行干燥條件折算。由于數學模型比較復雜，而且沒有任何解釋和說明，有許多方程的系數選取還需進行探討和分析，否則很難推廣應用。為此需要對國外有關糧食干燥標準方面的資料進行翻譯、整理、分析和應用。
(2)獲取必要的試驗數據。為了驗證折算方法的合理性和正確性，必需對折算結果進行驗證，這就需要一定的試驗條件和設備以進行試驗驗證，同時也需要檢索查尋大量文獻資料。
(3)對四種折算方法進行對比分析。在不同的環境和糧食條件下對上述四種不同的折算方法進行比較和驗證，找出折算中的問題，提出折算標準初稿。