干湿粮混合水分传递规律的试验研究汪春，许春林，滕建刚，王成芝，刘殿才，于建政（黑龙江八一 农垦大学农业工程系密山１５８３０８）摘要本文采用着色法探讨了干、湿粮在混合过程中的水份
传递规律．用单因素试验的方法．建立了干、湿粮水价变化规律在原始水份．混合粮受热温度、混 合比等不同条件下，随时间的变化规律．并对这些规律进行了分析、得出了水分变化量的平衡计算 公式．揭示了干湿相混合方法解决高水份粮烘干问题的内在机理。关键词着色，水份传递，干湿粮 中图分类号Ｓ３７１概述理论分析和计算机模拟研究还不能完全代替谷物干燥的试验研究，且理论 方程和程序还必须经过试验验证，故试验研究仍然是开展干燥机研究的一个不可缺少的重要手段。 众所周知。谷物干燥是一个复杂的热质传递过程，为加速热质传递速率，其方法很多，但缓苏过程 的作用确越来越被人们所接受和重视，特别是在干湿粮混合干燥作业中，缓苏过程的作用尤为重要 ，缓苏的作用主要是提高粮食烘后品质和加速下一过程水分散发速率。在国外有些学者虽做过一些 简单的水分传递试验，但在国内从事这方面工作的学者很少，也未曾见过更多的报导，本试验研究 就想从实际出发。探讨干、湿粮在混合过程中，其水分传递速率同诸因素的关系，为最佳烘干工艺 的建立和优化提供有力的依据。为烘干机的生产提供有益的技术参数。２试验方法及试验装置２． １试验方法为充分说明在缓苏过程中水分传递速率随诸因素的关系。本试验采用单因素试验方法。 在不同粮食受热温度，不同粮食水分、不同混合比的条件下，分别探讨干、湿粮水分随时间的变化 规律。试验方法是按试验方案表，先将不同水分的粮食按规定比例混合，加热到规定温度，然后放 入密闭的保温容器中。随不同时间分别取样。用烘干法测其干、湿粮的水分（为区别开干、湿粮， 将湿粮表面涂色）即可得出水分同时间的变化关系。２．２试验装置本试验的加热装置采用小型烘 干试验台如图１图１小型烘干装置示意图１、风机２、加热器３、热空气流４、烘干盘５、温控仪 ２．３试验条件本试验是在１９９０年８月１－２５日在东北农学院试验室内进行的。室内温度２ ５℃．２．４试验材料试验材料采用玉米，经人工处理加湿后，将其放入冰箱内。试验时湿玉米温 度为－５℃。干玉米水分为１２％。３．回归方程的建立将所得试验数据用计算机进行回归处理。 可得回归方程。４．结果及讨论４．１湿粮水分变化规律分析如图所示：湿粮水分为２０％．混合 粮受热温度为３０℃，混合比分别为８：１，２：１时，湿粮水分随时间的变化关系。从图可见： ａ、湿粮水分的变化主要集中在前３０分钟，当时间超过一个小时后，湿粮水分的变化接近于线性 ，且比较平缓；ｂ、当混合比不同时，湿粮水分的变化差别较小，这是由干湿粮原始水分（Ｍ。＝ ２０％）较低，水分难以向外扩散和受热温度较低水分扩散能力差两个原因造成的。图２湿粮水分 变化曲线Ｍ。＝２０％ｔ。＝３０℃）图３湿粮水分变化（Ｍ。＝３６％ｔ。＝５０℃）如图３如 示，湿粮水分为２０％；混合粮受热温度为５０℃，混合比分别为８：１；２：１时湿粮水分随时 间的变化关系。从图２可见：ａ、湿粮水分的变化主要集中在前一个小时，当时间超过一个小时后 ，湿粮水分的变化趋于平缓；ｂ、当混合比不同时，湿粮水分的变化差较大，这是由于混合粮受热 温度较高，湿粮内部水分传递的能力较强且有充分的干粮与之接触，接受从湿粮内部传出的水分。 所以，只要粮食温度高，采用较大混合比是有益的。图４湿粮水分变化曲线（Ｍ。＝６％ｔ。＝３ ０℃）图５湿粮水分变化曲线（Ｍ。＝３６％ｔ。＝５０℃）如图４所示，湿粮水分为３６％，混 合粮受热温度为３０℃，混合比分别为２：１；８：１时，湿粮水分随时间的变化关系。从图可见 ：ａ、当混合比为２：１时。湿粮水分的变化主要集中在前二个小时。且在这一时期。前期水分变 化速率要大于后期。而当时间超过二小时，水分的变化趋于平缓：ｂ、当混合比为８：１时，从图 可见其水分变化曲线接近一直线，速率相等。这说明当原始水分较高时（Ｍ。＝３６％）。干、湿 粮混合并受有一定温度后，湿粮有充分的水分传给干粮。且干粮有充分的面积来接受湿粮所传递出 的水分。这一现象同等速干燥阶段相类似。如图５所示：湿粮水分为３６％，混合粮受热温度为５ ０℃，湿粮水分随时间的变化规律，从图可见：ａ、湿粮水分的变化主要集中在前２个小时。经过 ６小时后，其两者水分差较大，这说明：原始水分较高（３６％）有充足的水分向外散发；混合粮 受热温度较高，有充分的水分扩散能力，干、湿粮混合比例较大，干粮有充分的面积和接受湿粮传 递出水分的能力，所以会造成两者之间湿粮水分较明显的差异。如图６所示：湿粮水分为２０％， 干湿粮混合比为８：１，湿粮水分随时间的变化规律，从图可见：ａ、湿粮水分变化仍然集中在前 半个小时，当超过一个小时后．水分变化趋于平缓；ｂ、由于温度不同，造成了一定程度的差异， 主要原因是粮食受热温度高，水分粘滞性下降．有利水分的扩散，另外温度高，水分扩散能力强， 所以因温度不同会造成湿粮水分变化速率及程度上的差异。图６湿粮水分变化曲线（Ｍ。＝２０％ ｎ＝８：１）如图７所示：湿粮水分为３６％，干、湿粮混合比为８：１，湿粮水分随时间的变化 规律，从图７可见：ａ、当混合粮受热温度为５０℃时，湿粮水分的变化速率很大，特别是前期。 ｂ、当混合粮受热温度为３０℃时，湿粮水分变化速率基本一致，这是由于湿粮水分较高（３６％ ），而受热温度又较低等双重作用的结果，Ｃ、从图可见，两者的差别特别大，这是由于湿粮水分 大，而受热温度又有显著差异（３０℃、５０℃）而造成的。如图８所示：混合粮受热温度为３０ ℃，混合比为２：１。湿粮水分随时间的变化曲线．从图可见，当其他条件一致时，由于原始湿粮 水分不同，对湿粮水分变化起到了很大的作用。造成了很大的差异，所以，原始水分越高，干湿粮 混合的意义也就越大。从此可以看出，采用于、湿粮混合的办法来解决高水分粮烘干问题确是可行 的方法．４．２干粮水分变化的规律分析如图９所示：原湿粮水分２０％，混合粮受热温度为３０ ℃。干粮水分随时间的变化规律。从图可见：干粮水分增长较快是在２个小时以内，且超过２小时 后，其水分变化很平缓．当混合比小时。则干粮水分增加的较快，这是因为，当其他条件相同时， 混合比小，单位面积所接受湿粮传递水分多。故干粮水分增加的较多。从总的干粮水分变化规律来 看，其变化速率没有湿粮水分变化的明显．所以在此对干粮水分传递规律的分析仅以Ｍ。＝２０％ ，ｔ。＝３０℃为例。图７ 湿粮水份变化曲线（ｕ。＝３６％．
混合比８：１）图８湿粮水份曲 线变化曲线（Ｔ。＝３０℃．混合比２：１）４．３ 干、湿粮水分平衡规律的分析图９ 干粮水 分变化曲线图１０干、湿粮水分平衡规律（Ｍ。＝２０％ｔ。＝３０℃）（Ｍ。＝２９％．Ｔ。＝ ５０℃）混合比８：１如图１０所示，以湿粮水分Ｍ。＝２９％。混合粮受热温度Ｔ。＝５０℃， 混合比５：１为例。分析干、湿粮水分平衡规律。干粮水分传递回归方程为：Ｙｓ＝０．１４３０ Ｘ－０．００７９７７Ｘ２（Ｘ代表缓苏时间ｈｒ）水分传递速度为Ｙ对ｘ的导数：（Ｙｓ）＝０ ．１４３－０．０１５９Ｘ可见，当Ｘ增大时，（Ｙｓ）＇减小，这说明干粮在开始时吸湿速度较 快，随着时间的推移．吸湿速度会减小。湿粮水分传递方程为：Ｙｉｓ＝０．６８８＋１．１４９ －０．１０３２Ｘ２湿粮水分传递速度为Ｙｉｓ对Ｘ的导数：（Ｙｓ）λ＝１．１４９－０．２０ ６４ｘ从上式可见，随着Ｘ增大，（Ｙｉｓ）＇减小，这说明．随时间的推移，水分传递的速度减 小。４．４水分传递量的计算分析假设以干湿粮混合比为５：１，缓苏时间为６小时来计算干、湿 粮水分的传递量：用干粮水分增量回归方程Ｙｉｓ来求缓苏时间为６小时时，干粮所吸收的水分。 △Ｗｒ＝（Ｙｓ）ｘ＝６＝０．５６同理湿粮放出水分△Ｗ＝（Ｙｉｓ）ｘ＝６＝３．８６７按５ ：１的于湿粮混合比例，湿粮放出的水分应等于干粮吸收的水分，即面△Ｗ－△Ｗｒ＝０。但从上 式计算可见，△Ｗｒ＊５＝２．８（△Ｗ。为什么干粮所吸收的水分小于湿粮所放出水分？这是因 为干、湿粮混合在容器中粮食之间及粮食与容器之间存在着一定的空间，假如容器中没有粮食，则 容器内的空气与大气相同，正因为放入粮食后，湿粮所扩散的水分经二种途径散发出去：一是干、 湿粮之间的导湿作用；二是湿粮与空气接触。水分直接蒸发进空间，由于空间中的空气有吸湿的能 力，所以湿粮扩散出的水分一部分留在空隙中，另外还有部分用结露，以上两个原因导致了干粮所 吸收水分少于湿粮所放出的水分。５结论５．１本章采用着色法探讨了干、湿粮在混合过程中的水 分传递规律。５．２用单因素试验的方法，建立了干、湿粮水分变化规律在原始水分，混合粮受热 温度，混合比不同条件下，随时间的回归方程。５·３本文分别分析了温粮水分变化规律，干粮水 分变化规律，干、湿粮水分平衡规律，水分变化量的平衡计算等。５．４最后提出混合比应根据原 始水分及混合粮受热温度的不同来选择，当原始水分低混合粮受热温度低时不宜选择大混合比。当 原始水分高，受热温度高时，选择大混合比确有益处，这就是干湿粮混合方法解决高水分粮烘干问 题的内在根据。参考文献｜｜１汪春．干湿粮混合干燥工艺及最佳参数的试验研究：［学位论文］ ．保存地点：东北农业大学１９８７．７２汪春．干湿粮混合干燥机理工艺及应用研究。［学位论 文］．保存地点：东北农业大学１９９１．１２ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＳＴＵＤＹＯＮＴＨＥ ＲＥＧＵＬＡＴＩＯＮＯＦＭＯＩＳＴＵＲＥＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮＩＮＤＲＩＥＤ－ＷＥＴＧＲＡＩＮＭＩＸＴＵＲＥ￥ＷａｎｇＣｈｕｎ；ＸｕＣｈｕｎｌｉｎ；ＷａｎｇＣｈｅｎｇｚｈｉＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｌｏｕｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆｍｏｉｓｔｕｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎｄｒｉｅｄ－ｗｅｔｇｒａｉｎｄ
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