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过热蒸汽 流化床 稻谷 干燥 a,*， a,， a， a， b a s 80140, b s 80140, 8 002; 4 002 摘要 使 用过热蒸汽流 化床干燥稻谷是一种新的替代使用传统的热空气的方法。 大规模转移机制稻谷干燥 干燥的初始水分含量在 25和 间。 通过内核内部水分运动控制 且用一个二 系列的指数方程用来解释其 运动。方程式中的干燥参数是 功能的 温度和床的深度 。对于水稻的质量， 整精米 产量从过热蒸汽干燥更具可持续性，并且比热风干燥获得的价值更高， 而 它使 白大米的色彩变得更暗一些 ,品质 更 差 。 白肚的 比 例 显著影响了最初的水分含量 。 2002 年 学有限公司版权所有。 关键词：脱水，粮食，整 精米，质量，过热蒸汽，白肚 1、 介绍 水稻在世界上是重要的粮食作物 。 除了 作为 主食 ， 谷物 还 被加工成多种产品 。 在 被加工 之前，新鲜收获 的 水稻需要进行干燥处理，以避免质量由微生物和呼吸恶化 。 干燥的方法是一种流化床技术 ， 本质上是有效使用高含水量谷物 ， 例如 ,稻谷、 蒸谷 米、大豆、玉米、 其中的 空气和固体颗粒是严格混合。 有人曾建议，高水分稻谷应迅速 干燥至 水分含量 逼近 23 防止米粒变黄，这是很容易出现在 高湿度水平 下 ，然后 放到 储存仓 中使其在 周围空气中干燥，直到其水分 含量下降到 16 ( 1994)。 1990)对 利用热空气流化床干燥稻 谷 技术的可行性进行了深入的调查 研究 。 他们的实验表明，整精米产生最终 与 水分含量有关：整精米产量为58，水稻 含水量 从 但最后 含水量为 15， 低于 20 干燥介质是用来搬运蒸发的水分 ，可以用 热空气或过热蒸汽 使 固体颗粒 液化。 过热蒸汽 干燥窑 干燥比 热空气干燥 有更 重要的优势 ：（ 1） 提供烘干机的能量可以在一个封闭 的循环 回收 排 放的废 汽， 以降低 经济 成本，（ 2） 从排汽产生的能量 看 固体内蒸发的水分可以回收，并在其他 区域 中使用， （ 3）当 在一个封闭的 真空 干燥室 内进行干燥时， 环境污染和排放到大气中 的臭气都是可以消除的 。 使用过热蒸汽 干燥， 不同于 热风 干燥， 干燥过程中的一般特点 有显著 改变。 主要差异包括： （ 1） 在初始干燥期材料表面的蒸汽冷凝， （ 2） 在上述逆温 中过热蒸汽比热空气 有更 高的干燥速率 ，在这 温度下 水变成蒸汽 蒸发率和热风成为平等 (1963)，（ 3） 固体表面周围没有气膜阻力，从而提高了传质速率。 使用 蒸汽温度高，对热敏感的食品原料，可能导致严重的问题， 例如褐变，变色和蛋白质变性等。然而，在某些情况下，它 对 改变的 组织结构 有益 ，例如， 用 过热蒸汽 对 虾干 进行 燥 比 使用热风 收缩 程度 低 (& 2002)。 目前的工作的目的是 用 过热蒸汽流化床烘干机制造 半熟大米。 稻谷干燥特性研究 ， 随着 整精 米的 质量、 产量、白度、白 肚 决定的。 2、 材料和方法 一个批次 的 过热蒸汽流化床干燥机示意图如图所示。 1。它由五个主要 部分构成 ：具有直径 15 厘米和 100 厘 米的高度一种内在的圆柱形腔， 一个 13.5 和蒸汽温度 电 加热器转 换到 过热蒸汽流化床 ， 一个由 瓦的电动机驱动的向后弯叶片离心风机， 一个反向流动旋流器和一个产生蒸汽容量 31 公斤 /小时 的小锅炉。一个穿孔板，每平方厘米 10 孔，用于散发干燥介质。烘干机的直径设计粒径 的比例 要 足够大，以减低屏风效应。 然而， 当 比例低 于 10 时 屏风效应 就变得重要（ 1995 年）。过热蒸汽温度 是 由一个具有 正负 1 C 精度 的 制器控制 的。 在使用蒸汽干燥 前，用 热空气是用于 预热 系统各个部分直到温度达到所 要求 的水平 。 然后 ， 空气被蒸汽 代替 。蒸汽发生器 生成 饱和蒸汽 是 在 106 对的压力 )与之相对应的温度为 100C。 当饱和蒸汽流经电加热器， 由 电加热器提供额外的热量， 以 提高蒸汽温度达 使其达 到预期的水平。其后通过流化床干燥机。在那之后，小尘粒和未成熟谷物悬浮在排出的废汽 中，它们在 旋风分离器 中被 收集。最后，清理所有排出的废汽 ， 再循环利用。 当 稻 谷的湿度达到 所需的水分含量 时，将其 存放在温度 保持 在 3C 的室内阴凉处 5，以确保 整个 籽粒含水量 的 均匀。实验条件设置如下：初始水分含量为 25 - 45 深度 10米 ， 过热蒸汽温度 150 在一个固定的表面 为 速度 s。 不同位置的温度 由一个 铬 - 镍铝热电偶（ K 型）测定 并且与 一个精度 为正负 1 C 的 数据记录器 连接。 干燥后，稻谷粒慢慢冷却 到室温 ，然后装 在聚丙烯袋 里 。然后， 将它 们 与 周围 空气 轻轻通风，直到其水分含量达到 16 最后， 300 克样品 装 在一个密封的塑料袋 2 周， 然后测试样品的整精米、 白度和白肚。稻谷水分含量测定 是 在温度 103 C 电空气烘箱 中烘 72 小时， 根据 1995 年 方法。 水稻品质 是由 头水稻产量和白度 决定的，和 参考样本 比较 。 （环境空 气 干燥稻谷 ）。 方法遵循泰国教育部农业和合作 社 的方针。 整精米是指白米一个内核的长度至少其原始长度的 75。 整精米 的产量就是指白米的质量，那些 稻谷样品 质量在 削分 完整 后仍然认为是整精米。 从实验中，新鲜 整精米 产量稻谷样品 获取 每次是不同的， 因此它，很难比较从不同的干燥条件获得的水稻质量。 为 了明确的比较，因此 整精米 的 品质，作为一个相对 整精米 产量的代表。相对 整精米 产量是指 人工用自然风干燥 获得 整精米的 比 例 。 除了 整精米 产量 ,另外两个 稻谷 的 品质 、半透明 度 也得到研究 ， 半透明 度 是直接 用白色 ,白 肚 测量的 。 稻谷 内核不透明的白斑可大致分为白肚和垩白。 白肚来自不完整的或部分糊化 水稻 ，而垩白其 自身特点 取决于水稻基因型仍然可以存在，甚至完全糊化粮食。 白米 样品色泽 测量 是 通过使用 字白度仪（型号测量样品的 色泽 之前，白度仪必须用白色参考校准，有一个标准值 整个工作中，样品的 色泽 代表相对白度 ，它是以 为 人工干燥 样品的白度定义 的 。 图 1。过热蒸汽流化床 烘干机 的一个示意图 ：（ 1）流化床干燥机，（ 2）加热器，（ 3）风扇，（ 4）旋风分离器，（ 5）锅炉 （ 6）绕过线。 3、 结果与讨论 流化 条件 起初， 在 过热蒸汽所需最小 流化 速度是通过测量压力降 测量的 。结果如 2。10， 15 厘米的床深度 ， 表明表面的最低速度为流化 ( 压力降开始是恒定的 点 决定 的 ， 是独立于床的深度 s 值与蒸汽温度为 150 C。 这个最小速度高于由 1994）报道的使用热空气 s 的 速度。 要求 更高 的流化 速度大概是因为过热蒸汽的密度和粘度较低。 由于 蒸汽较低的物理特性，结果 在 同样表面的速度 下 稻谷上的垂直力的比例越来越低。 然而，在稻谷内核相反 的方向 的 力量 通过 增加表面的的蒸汽流速可以 相互 抵消， 因此 要求更高的最低的蒸汽 流化 速度。 图 2 中可以看出，低于最低 流化 速度 的 床是一个静态的床，相对应地区压降表面的速度 有一个 线性增加。然而，在流化起始，水稻部分流化和 为了 实现所有粒子的运动速度 ， 它需要 的速度 至少 是 最低的表面的 流化 速度 的 。 当运用 程（ 1952），计算的最小流化速度为 /秒 ， 温度 150，略高于实验测定值低 。 这可能是因为蒸汽冷凝造成的稻谷内核的结块。图 3 显示了空气和过热蒸汽的最低 流化 速度，并指出 流化 速度 对温度的轻度依 赖， 但对流体介质的依赖性较强， 在一个 宽 的 温度范围内 具有较高的蒸汽 流化 的速度。 温度 对于流化 速度的影响较小可能是因为介质 在 温度范围内考虑 有 一个小的密度和粘度的变化。水稻在的 流化 速度计算性能特点如表 1 所示。 图 2。压降和表面的过热速度在不同床层高度之间的关系 （过热蒸汽温度 150）。 图 3、 干燥媒介 对于 流化 速度的影响。 表 1 长粒稻谷的属性 物理性质 等效直径（ 密度（ kg/ 1414 脱空（ 1994 年） 形 4。稻谷水分含量在不同的床的高度的变化 和入 口过热蒸汽温度。 图 5。 稻谷 在 过热蒸汽和热风干燥 下的 干燥速率比较 （温度 =150 C，床的高度 = 10 厘 米 速度 = ）。 干燥行为 图 4 显示了在不同的温度和床的高度过热蒸汽干燥稻谷粒的行为。 在第一个半分钟 ,稻 谷 粒 吸收少量的冷凝水 ,因此 ,他们饱和温度迅速增大到 相对应的 100C 点。 在这个图 中 可以看出，样品可以得到 水均衡 ，虽然的操作条件，如温度和床的深度 发生 改变 。 这样的结果是不同 于 由 2000)将 马铃薯 放在托盘使用过热蒸汽烘干机烘干 的 研究报告。在 他们的报告中 ，随温 度的变化含水量的初始增益 也变化，在 较低的 蒸汽温度 下 ， 样品 可以获得更多的水分。 这一矛盾的一个可能的原因是，在目前的工作使用高蒸汽流速（ 3 米 /秒的 流化 床）导致高热量和质量传输速率的组合。因此，籽粒之间存 的 大量冷凝水在迅速蒸发，而不是扩散到谷物。从图 4，样品在不同条件下的水分含量初始涨幅约 图 5 代表稻谷 在 过热蒸汽和热空气 中 干燥的特点比较。通过冷凝阶段后，含水量与干燥时间呈指数降低，表明水分运动的主要阻力是在内部。在这水分减少阶段 ， 发现和 热空气干燥 的 干燥曲线是非常 相似 的，但总的蒸汽干 燥 时间 短，尽管存在凝结期间。水分更快的减少是因为过热蒸汽在此温度下 较高的热转移率 。如预期 ， 获得一个给定的水分含量，总干燥时间随蒸汽温度的增加 而增加 。这与基本干燥理论 是 相一致的， 在 较高的温度 下 期望 有 更高的传热通量 传到 稻谷床。 除了温度的影响，床的深度，或换句话说，谷物 在床上 的总表面积 是 另一个因素是，反映了水 从谷物 的蒸发量 ； 较厚的粮食床深，导致水分减少率降低为一个单一的增益，从而 使 干燥时间 更长 。这是因为供热是相当小 ， 伴随着热对流 也较差 。 如前所示图 4，这明确的 表明温度比床的深度 有 更大的贡献。 修改薄层 干燥方程式 在流化床干燥机干燥过程中，水稻悬浮在高蒸汽流速 、 恒定的蒸汽温度 中 ，完全分层薄层干燥（初始干燥时间除外）。在这种情况下，床应该是非常薄的。然而，根据我们的实验，床的深度 对 的水分含量 是有 影响 的 。因此，薄层方程式被修改，使干燥常数占床的深度，除了温度 外 。谷物 薄层 干燥的两系列指数模型已被选定为相关实验数据， 其中 A， B 和 干燥常数 随着 操作条件 变化 。 别为 平衡水分含量和水分含量在 t= 0 和 T。在目前的工 作，蒸汽温度高于正常沸点 下 使用，因此，它可能是合理的假设在平衡水分含量为零。 多元回归法来确定干燥常数。为了得到更精确的结果， 将 干燥常数和操作条件之间的可能相关方程代入到（ 1）式。然后统计配备了一整套实验条件的所有数据，除了凝结期间 之后 的数据。建议方程式的准确性表示适当的值回归系数实验的探 （ 其中 z 和 k 分别 被定义 为 数据点和参数的数字。 （ 1） 式中的系数与过热蒸汽温度和床层高度如下 （ 入口蒸汽温度（）和 床的深度（ m）。实验数据和预测的干燥曲线在 图 6，显示 在长期干燥期间实验数据 和 拟议方程式 之间的关系 。 图 6。 在 过热蒸汽 下 实验数据和预测干燥曲线（床高 10 厘米，速度 =1:3 图 7。 在 热空气和过热蒸汽干燥 下整精米 产量和最终水分含量的关系。 精米 产量 如图 7 所示是 在不同干燥条件下 在 过热蒸汽流化床干燥机 中整精米 产量的性能。 整精米 产量参考样本的是 负 平均 值 正负 标准误 差 ）。 当稻谷 被 蒸汽干燥，结果清楚地表明，样品的 整精米 产 量可以保持或超过参考样本，这 取决于最后的含水量在 100宽范围值。在最后的水分含量高于 18的 关的整精米 产量是 比较 恒定的，显示值在 160和 180之间。 在那之后， 整精米 产量急剧下降。 整精米 产量相比参考 稻谷更高 是因为 受到 稻谷籽粒的部分糊化的影响。 为了证实我们的解释，我们定量确定发生了白肚，将显示在图 8。在糊化 的阶段 ， 将 高潮湿的稻谷加热 且使 粮食温度达到 65 至 70 C，其淀粉细胞会膨胀双折射性 性能 损失 (& 1998; 1984)。 这会导致蛋白质变性，然后将淀粉颗粒之间的空隙渗透，在粮食内核减少裂缝的产生 ( 1970; 1972).。因此，过热蒸汽烘干的稻谷变得僵化和强硬，能抵抗铣。这是为什么 蒸汽烘干的稻谷 整精米 产量，高于参考方法的原因。 图 8。水稻白肚，最后稻谷含水量在不同的初始水分含量和温度之间的比例关系。 然而，整精米下降 18 为 表面附近的的张力，并在 中心内核压缩普遍存在的 原因 ， 导致裂缝发展，不过一些颗粒表面的裂缝和空隙 在 早期干燥期间消失，因为淀粉颗粒膨胀。 从过热蒸汽干燥获得 整精米 水稻产量 与 热空气进行干燥获得 比较 并1999）。结果如图 7，表明水稻样品头 整精米 产量热风 干燥 低于过热蒸汽 干燥 。 这是因为把热空气颗粒表面的水蒸发时接近湿球温度，并在初始 干燥期间 无冷凝 ， 除湿是非常快的。 因此，比较过热蒸汽 ， 干燥糊化度低。 水稻的白度 蒸汽温度从 150 到 170 C 和初始水分含量 36 到 44 品的 色泽 变化如图 9。相对的大米在第 3 分钟干燥的的白度度曲线的急剧改变，从原来的100的相对值， 到 后来似乎与最终含水量有轻度交替。蒸汽干燥 色泽 变化的特点相比热空气干燥有一个更严重的影响 ，如 告 （ 1999）图 9，显示出 用 蒸汽 相 关 水稻的白度值 明显降低 。 颜色快速 变化 的主要原因 是 部分 由于 稻谷表面上的蒸汽冷凝。覆盖内核周围的麸皮被解散，然后由胚乳吸收。为了 说明理由，麸皮的数量检查 是 测量值在 球磨糙米后，被认为是低于参考样本（ 。 干燥温度也是一个影响白度 的 重要因素 ， 较高的温度会导致白度 值偏 低。这种效果的插图可以看出，在水分含量 温度 150 到 170 C，在 50到 170 C 显示了 55 个相关值和 50 到 170 C 的最终含水量 23 白肚 米粒 的 白肚 是 前面解释的 糊化标志。 球磨后的单个 整精米 米粒检查白肚 时是人 工进行评定。根据泰国标准大米 ， 内核有一个不透明的白色区域的 面积 高于其总面积的 50被认为是“白肚”类别 。 (1997). 在实验中发现白肚经常发生在内核中心区 域和 胚乳附近。 白肚的百分比显示在图8 计算白肚 内核 数量 分为总数的 整精米 米 。 很明 显 可以看出 ，白肚 内核 数量在很大程度上取决于初始水分含量，但它是微弱依赖蒸汽温度。具有较高的初始水分含量 的 白肚 内核 的比例明显降低。例如，初始水分含量为 肚 内核 的数量在 150 C 是 10， 比 初始含水量为 分别 低 5 和 2。 白肚内核的比例较低，可能导致的糊化程度更高。在商业实践中，白肚内核表明优质蒸谷米。 从实验结果，他们指出，当使用过热蒸汽作为干燥介质，烘干稻谷具有蒸谷米的特点。这种技术可以取代传统工艺 制作 蒸谷米 方法 ，其中包括浸泡，蒸煮和干燥。 图 9。相关大米的白度和 在 热空气和过热蒸汽干燥过程中的最终含水量之间的关系。 4、 结论 稻谷 在 过热蒸汽的最低 流化速度大约为 s。 在 第一个半分钟 过热蒸汽干燥稻谷使用 一个 流化床，少量的水分含量 是从 表面蒸汽冷凝上获得 的并且 水分含量的增 加 是独立 于 蒸汽温度 的 。在水分含量的上升后，水分含量开始下降，并能 由 两系列指 数方程式适当解释，其中的相关参数统计 为 床的深度和温度，而后者是更重要的。 用 过热蒸汽干燥的 与 热风干燥相比最终水分含量范围更广， 整精米的 产量更稳定， 整精米的 产量 也更高，而 热风干燥获得大米的白度明显变暗，使其质量较差。除了这些品质， 还有 白肚内核的比例随初始含水量的增加 而增加 ， 且 提供相对较高的 整精米 产量。 为了 保持良好的 整精米 产量，建议高润泽的稻谷不应该被干燥至低于 18 致谢 to of of 参考文献 1995). of 9th W. 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