稻谷含水率分布及变化规律.pdf

2 0 0 5年10月农 业 机 械 学 报第36卷 第10期 稻谷含水率分布及变化规律 杨 洲 罗锡文 李长友 摘要 利用计算机和单粒水分测定装置 测定稻谷干燥 缓苏 混合过程中稻谷的含水率分布 研究了稻谷 与稻谷 稻谷与介质之间的水分交换机理和宏观运动规律 结果表明 在干燥初始阶段 如果谷层较厚或风量较小 高湿稻谷含水率偏差可能会随着干燥过程的进行而有增大的趋势 但最终的稻谷含水率趋向一致 加大风量可以 提高干燥的均匀性 干湿稻谷混合后 稻谷含水率偏差随着混合时间的增加 按指数规律减小 稻谷的平均含水率 越低 混合后的含水率偏差就越小 关键词 稻谷 干燥 含水率 分布 中图分类号 S22616文献标识码 A D istribution and Variation of Rice KernelM oisture Content Yang Zhou L uo Xiwen L i Changyou S outh China A g ricultural U niversity Abstract It is necessary to establish a drying method that takes moisture content M C of a single grain into consideration The change of individualM C distribution in a rice kernelwas investigat2 ed during drying tempering and storing by using a computer and single kernel tester Themech2 anism of moisture transfer between kernels as well as between kernel and the media were dis2 cussed TheM C standard deviations decrease during the course of drying while itw ill increase if drying at a high temperature and high hum idity of air usually occurred in the initial drying period because of small air2grain ratio A large air flux w ill improve drying uniform ity M ixing of dry and wet grains makes theM C standard deviations of their m ixture m inish continuously as expo2 nential form The lower the average moisture content of rough rice is the smaller theM C stan2 dard deviation is in the end of m ixing There is plenty of freemoisture in hulls in initial period of moisture transfer among kernels V entilation can make grain surface moisture w ipe off quickly and uniform ly Key words Rough rice D rying M oisture content D istribution 收稿日期 20040524 杨 洲 华南农业大学工程学院 副教授 博士 510642 广州市 罗锡文 华南农业大学工程学院 教授 博士生导师 李长友 华南农业大学工程学院 教授 博士生导师 引言 进行稻谷干燥机理的研究和干燥机的设计 一 般都假定每批稻谷的初始含水率均匀一致 但研究 表明 不论是刚刚收获还是在干燥过程中的稻谷 即 使在相同的环境条件下 都存在着很大的含水率偏 差 蔡庆隆等测定稻谷收获 干燥 贮藏过程中稻谷 的含水率分布后指出 新收稻谷平均含水率为 2311 时 湿基含水率 以下同 其含水率变动范围 为16 3112 标准偏差为3125 贮存一 两天 后 标 准 偏 差 分 别 降 低 到1193 和113 1 W adsworth J I等研究新收稻谷含水率与稻粒厚度 的关系指出 平均含水率随着稻粒厚度的增加而降 低 粒型越薄的稻谷 稻谷含水率的变化也越大 同 时指出根据稻粒厚度将不同含水率的稻谷分开干 燥 可以提高效率 2 3 在稻谷水分梯度的作用下 收 获后的稻谷不断进行着水分交换 研究干燥过程中 稻谷的含水率分布 明确稻谷与稻谷 稻谷与介质间 的水分交换机理和宏观运动规律 可以为确定合理 的干燥工艺提供依据 1 试验材料 设备与测定方法 试验材料选用华南地区籼稻 2000年7月从华 南农业大学试验田采收 单粒稻谷和糙米的含水率 测定 采用日本静冈制机株式会社生产的CTR 800E型单粒水分测定仪 该水分测定仪可以测定不 同粒型稻谷 糙米和精米的单粒含水率 测定范围为 910 40 输出被测物料的单粒含水率 平均含 水率 标准偏差 其数据信号通过SDC25P接口传 送至计算机 收获期含水率分布试验 是人工收获后立即采 样测定同批稻谷的含水率分布 同时人工迅速剥壳 测定糙米的初始含水率分布 测定粒数为200粒 干燥试验是以PL3KRH型恒温恒湿装置的 空气室作为干燥室 该装置库内容量408 L 温度调 节范围 40 150 精度 013 相对湿度调节范 围20 98 精度 215 试验时 干燥空气的 温度ta和相对湿度RH设定范围分别为30 80 30 70 均匀选取24个点进行试验 深层干燥 各次试验的送风量均为01005 m 3 s 4 薄层干燥的 物料盘为内径20 cm 高016 cm的圆盘 圆盘底部 绷有网格为2 mm的尼龙网 薄层干燥过程中稻谷 含水率分布的测定 是在薄层干燥缓苏过程中每隔 一定时间 分别取样200粒 测定稻谷和糙米的含水 率 干燥结束后密封在保鲜袋中 经一定时间间隔再 测定稻谷和糙米的含水率 深层干燥是将隔热密封 处理的干燥塔 直接放入恒温恒湿箱内 用引风机从 塔顶抽出干燥空气并经过空气流量计 再返送回恒 温恒湿箱 4个内径20 cm 高4 cm的圆筒叠加在一 起成为一个深层干燥塔 从下向上分别用 表示 每个圆筒底部绷有网格为2 mm的钢丝 网 4 深层干燥是测定干燥结束时不同床层深度处 的稻谷含水率 干湿稻谷混合后稻谷含水率分布及变化规律的 测定 是将干湿稻谷按1 1的质量比例混合后测定 随时间变化的含水率分布 2 结果与分析 211 干燥过程中稻谷含水率分布及变化规律 21111 薄层干燥 薄层干燥过程中稻谷含水率分布 一定含水率 的谷粒数占测定谷粒总数的百分比即为此含水率谷 粒的出现频率 及其变化如图1所示 在干燥过程 中 稻谷含水率分布图上的频率峰值在升高的同时 逐渐向左侧低含水率区移动 开始移动的速度较快 然后逐渐变慢 这是因为开始稻谷表面存在着大量 的自由水分很容易去除 而且稻谷的含水率标准差 也在逐渐减小 但是由图2看到 高温 高湿的干燥 介质可能会在干燥初期使稻谷的含水率偏差增大 这主要是因为试验时谷层较厚 或者说风量较小 难 图1 稻谷干燥 缓苏存放过程中含水率分布的变化 Fig 1 Frequency distribution curves for rough riceM C during drying and tempering a 开始干燥 b 干燥2 h c 干燥7 h d 干燥20 h 结束 e 缓苏415 h f 缓苏14 h 28农 业 机 械 学 报2 0 0 5年 以达到理想的薄层干燥试验条件 所有的稻谷都处 于相同的干燥条件 干燥时谷层表面的稻谷最先开 始脱水 而谷层内部的稻谷不但没有开始干燥 反而 可能由于接触到穿过谷层表面稻谷后增湿的干燥介 质 使其含水率变大 5 这样整个谷层的含水率偏差 在干燥初期可能会出现增大的趋势 但是当稻谷的 含水率偏差达到一个极大值后开始减小 最终趋向 均匀 所以 为了提高干燥的均匀性 高湿稻谷干燥 初期一定要加大风量 图3为薄层干燥中稻谷和糙米含水率分布的比 较曲线 稻谷和糙米的平均含水率随着干燥过程的 进行都在减小 干燥结束 稻谷的含水率甚至比糙米 的含水率还要低 稻谷和糙米含水率标准差的变化 有着相同的趋势 只不过糙米的含水率标准差始终 低于稻谷 图2 稻谷薄层干燥 含水率分布变化规律 Fig 2 Change and distribution of rough riceM C during thin2layer drying 图3 薄层干燥中稻谷和糙米含水率分布的比较曲线 Fig 3 M C change and distribution of rough rice and brown rice during thin2layer drying 薄层干燥结束后 立即将稻谷密封在双层保鲜 袋中置于室温下缓苏存放 间隔一定时间测定稻谷 的含水率分布 试验结果如图1所示 可以看到 随 着存放时间的增加 稻谷的平均含水率基本不变 含 水率标准差在不断降低 稻谷的含水率逐渐趋于一 致 但不论缓苏存放多长时间 稻谷的含水率偏差也 不会完全消除 21112 深层干燥 图4 风量对深层干燥 稻谷含水率标准差的影响 Fig 4 Effect of airflow on M C standard deviation during deep2layer drying 深层干燥结束 时 不同床深位置上 稻谷的含水率分布 如表1所示 可以看 出 各层的含水率及 标准差都不一致 从 入口到出口稻谷的 含水率越来越大 含 水率偏差也越来越 大 由图4可见 随 着风量谷物比 由于 在风速恒定的干燥过程中 干燥塔内各个床层只有 干空气的质量和干谷物的质量没有发生变化 所以 选用干空气的质量风量与干谷物的质量之比 即风 量谷物比L s 1 作为一个分析指标 的减小 稻谷 含水率偏差在加大 也就是说 加大风量可以提高干 燥的均匀性 212 干湿稻谷混合含水率变化规律 为了更清楚地了解稻谷之间的水分交换过程 将干湿稻谷按200 g 200 g的质量比例进行混合 测定稻谷含水率的变化情况 混合前稻谷的含水率 如表2所示 表1 干燥结束时不同床深位置上稻谷的含水率分布 Tab 1 IndividualMC distribution of rough rice at the end of deep layer drying 床层深度 ta 50 RH 70 ta 70 RH 70 平均含水率标准差平均含水率标准差 初始稻谷281441263261451920 层141521222111601877 层161131065121801822 层161921807141821302 层181531252181941047 表2 干湿稻谷混合前含水率分布 Tab 2 IndividualMC distribution of rough rice before m ixing 稻谷代号平均含水率最高含水率最低含水率标准差 A1114171691011196 B17173318131631276 C28143615141741058 D35164215161741680 注 混合方案A C A D B C B D 干湿稻谷刚刚混合时的含水率分布曲线如图5 所示 在高 低含水率区分别有两个频率峰 随着混 合时间的增加 两个频率峰同时向中间移动 最后形 成一个频率峰 如图6所示 38 第10期杨洲 等 稻谷含水率分布及变化规律 图5 干湿稻谷刚混合 时的含水率分布曲线 Fig 5 M C distribution of rough rice just m ixing 图6 干湿稻谷混合 5 d 后的含水率分布曲线 Fig 6 MC distribution of rough rice after 5 d m ixing 混合过程中稻谷的平均含水率与标准差的变化 如图7 图8所示 稻谷含水率标准差随着混合时间 的增加 按指数曲线规律不断减小 含水率标准差的 变化规律如图9和图10所示 混合刚开始 稻谷的 含水率标准差很大 稻谷之间快速进行水分交换 含 水率标准差很快减小 4 h左右减小的速度大幅度 降低 30 h左右基本上稳定不变 稻谷的平均含水 率越低 混合后所能达到的含水率标准差就越小 图7 稻谷平均含水率随混合时间的变化曲线 Fig 7 Curves of averageM C of rough rice versusm ixing ti me 图8 稻谷含水率标准差随混合时间的变化曲线 Fig 8 Curves ofM C deviation of rough rice versusm ixing ti me 试验结果表明 干湿稻谷一旦混合 它们之间就 会发生水分交换 混合前干湿稻谷的含水率标准差 图9 含水率标准差减小率随混合时间的变化曲线 Fig 9 Decline ratio ofM C deviation of rough rice versusm ixing ti me 图10 含水率标准差减小率与标准差的关系曲线 Fig 10 Decline ratio ofM C deviation versusM C deviation of rough rice 越大 混合后水分交换越快 如果稻谷表面含水率较 高 谷粒之间的水分交换很可能是在不发生相变的 情况下通过接触传递 传递的水分大部分先吸附在 干谷的稻壳上 如果这时进行通风干燥 不但水分去 除较快 而且干燥均匀 但是 混合超过一定时间 所 有的谷粒表面均被水膜覆盖 再混合就是干谷表面 的水分向谷粒内部缓慢地扩散 所以在此之前 进行 通风干燥比较合理 而且干湿稻谷混合干燥在含水 率差较大的情况下进行比较合适 3 结论 1 从考察稻谷干燥 缓苏 存放过程中其含水 率分布及变化规律发现 在干燥初始阶段 如果谷层 较厚或风量较小 高湿稻谷含