一种基于石墨烯远红外加热的粮食循环干燥机及其干燥方法

文档序号:1822307 发布日期:2021-11-12 浏览:17次 >En<

阅读说明:本技术 一种基于石墨烯远红外加热的粮食循环干燥机及其干燥方法 (Grain circulating dryer based on graphene far-infrared heating and drying method thereof ) 是由 谢焕雄 颜建春 魏海 吴惠昌 高学梅 游兆延 张会娟 刘敏基 王建楠 杜元杰 于 2021-08-03 设计创作,主要内容包括:本发明公开一种基于石墨烯远红外加热的粮食循环干燥机及其干燥方法,每相邻两个远红外加热组件和通风排湿组件均上下间隔设置,储粮组件设置于沿高度方向从上到下的第一个远红外加热组件的上方,最后一个通风排湿组件与其底部的集料斗之间设有同步排粮模块;集料斗内的粮食物料通过螺旋输送器和提升机输送至提升机顶部,然后通过粮流方向控制器调整粮食物料是进入卸料管排出干燥机还是进入储粮组件再次干燥。本发明根据石墨烯材料通电后低温发射红外线的原理,其发射源表面温度40~80℃范围内可精确调节,利用能够直接与粮食物料接触的特性,充分提高干燥品质、效率,降低生产成本。(The invention discloses a grain circulating dryer based on graphene far-infrared heating and a drying method thereof.A grain storage component is arranged above a first far-infrared heating component from top to bottom along the height direction, and a synchronous grain discharging module is arranged between the last ventilating and dehumidifying component and a collecting hopper at the bottom of the last ventilating and dehumidifying component; grain materials in the collecting hopper are conveyed to the top of the elevator through the spiral conveyor and the elevator, and then the grain flow direction controller is used for adjusting whether the grain materials enter the discharge pipe to be discharged out of the dryer or enter the grain storage assembly to be dried again. According to the principle that the graphene material emits infrared rays at low temperature after being electrified, the surface temperature of an emission source can be accurately adjusted within the range of 40-80 ℃, the drying quality and efficiency are fully improved by utilizing the characteristic of direct contact with grain materials, and the production cost is reduced.)

一种基于石墨烯远红外加热的粮食循环干燥机及其干燥方法

技术领域

本发明属于干燥机技术,具体涉及一种基于石墨烯远红外加热的粮食循环干燥机及其干燥方法。

背景技术

近年来,我国的规模化种植和机械化收获技术得到快速发展,很多粮食物料的收获日趋集中,这就需要一些中大型干燥设备来快速干燥这些物料。目前市场上的粮食干燥设备大多基于横流干燥、顺流干燥、混流干燥、顺逆流干燥等热风干燥技术,由于这些现有技术采用热风干燥,谷物外表面最先与热风接触,谷物传热方向与水分迁移方向相反,谷粒表层先干固化会阻碍内部水分向外迁移,导致这些干燥机普遍存在以下技术问题:干燥速率慢、干燥过程谷物易爆腰、干燥不均匀、能耗高、能效相对低下,废热废气排放严重等。

例如,申请号为201810621095.7的专利申请公开了一种循环谷物干燥机,采用传统热风,能耗大,再加上其热风腔和排风腔是同一水平方向并排设置,每一层均需进料的进料方式,导致整体的谷物干燥不均以及效率低下。

另一种加热方式-远红外辐射也广泛应用于农产品干燥,与传统热风干燥不同,远红外辐照干燥时热量从谷粒内部向外表传递,与水分迁移方向一致,可避免热风干燥时谷粒表层先干固化阻碍内部水分向外迁移的问题,因此远红外干燥粮食内部水分迁移及汽化所需的能量远低于传统热风干燥,且可有效提高干燥效率和生产率。

但是现有的红外干燥设备主要以采用触媒远红外发射器,以高温(400~800℃)发热体(控温精度低,响应速度慢)向薄层粮食发射红外线,高温发热体不可与物料接触,对设备结构要求极高,另外因为采用高温热源发射红外光波,粮食辐照瞬时强度大,辐照持续时间短,很容易造成干燥不均匀、品质不高等问题。

发明内容

发明目的:本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足,提供一种基于石墨烯远红外加热的粮食循环干燥机及其干燥方法,通过低温远红外发射使得发射源表面温度在40~80℃范围内精确调节,并且能够直接与粮食物料接触以充分提高干燥品质、效率,降低生产成本,同时避免粮食干燥中出现明火和烟气排放,实现粮食加工中烘干环节的绿色生产。

技术方案:本发明的一种基于石墨烯远红外加热的粮食循环干燥机,包括提升机、储粮组件、集料斗、螺旋输送器、若干远红外加热组件和通风排湿组件;每相邻两个远红外加热组件和通风排湿组件均上下间隔设置,储粮组件设置于(沿高度方向从上到下)第一个远红外加热组件的上方,最后一个通风排湿组件与其底部的集料斗之间设有同步排粮模块;所述集料斗内的粮食物料通过螺旋输送器和提升机输送至提升机顶部,然后通过粮流方向控制器调整粮食物料是进入卸料管排出干燥机还是进入储粮组件再次干燥;所述远红外加热组件包括第一壁保温板和若干石墨烯远红外辐照板,第一外壁保温板组成保温内腔,各石墨烯远红外辐照板等距间隔竖直设置于保温内腔内,每相邻两个石墨烯远红外辐照板之间形成第一竖直通道,粮食物料沿这些第一竖直通道向下进入通风排湿组件;所述通风排湿组件包括离心风机以及若干间隔竖直排列的风管,每个风管上均设有若干通风孔,各风管之间形成若干第二竖直通道,粮食物料落入第二竖直通道中,空气流经过离心风机驱动进入进风道,再从进风道进入第二竖直通道(即进入粮道)并对第二竖直通道内的粮食物料进行通风排湿。

此处,石墨烯远红外辐照板顶部与其所在组件顶部及第一外壁保温板顶部之间设有一定距离,这样能够避免物料充填后流动时在第一竖直通道内形成由上部排湿风道引起的局部空腔。

此处的石墨烯远红外辐照板由石墨烯薄膜通过有机玻璃封装而成。

实际循环干燥过程中,只要干燥机通电启动,各个石墨烯远红外辐照板即直接产生红外线,进行加热。

为了提高通风排湿效率,所述通风排湿组件包括离心风机、进风道、排风道和风阀,进风道与排风道之间横向设置有若干风管(例如依次设置11个多边形风管),离心风机的出风口连接于进风道的进风口,且进风道与所有第奇数个风管连通,所有第偶数个风管与排风道连通,排风道的出风口设置有控风阀,控风阀上还设有回风管道,回风管道另一端连接于离心风机的进风口。

为了减小能耗提高干燥效率,所述回风管道上靠近离心风机的一端设置有鼠笼结构,有利于离心风机吸入回收的热空气和新鲜空气。

进一步地,所述进风道和排风道之间的两个边缘风管结构相同,即边缘风管的顶板和底板封闭、侧壁上均匀设有通风孔且顶板向内倾斜设计,边缘风管整体呈四边形:所述进风道和排风道之间的其他中间风管结构相同,即中间风管的顶板呈三角形、两侧侧壁上均匀设置有通风孔且底部封闭,中间风管整体呈五边形。各风道顶端与排湿组件顶部有一定的距离用于充满物料,以方便从石墨烯远红外加热组件中排出的粮食物料均匀进入该通风排湿组件。上述两种结构设计的风管使得从远红外加热组件中落下的粮食物料能够均匀进入并布满各个第二竖直通道,离心风机的空气流从与进风道连通的风管通风孔中进入第二竖直通道(粮道),将粮食籽粒表层湿分快速去除。

进一步地,所述远红外加热组件中每相邻两块石墨烯远红外辐照板之间的距离为1~4cm,干燥过程中使得粮食籽粒内的水分从内向外的高效迁移。

为保证远红外加热组件的所有粮食物料均以相同的方式流入通风排湿组件,提高干燥通风效率和品质,所述远红外加热组件中石墨烯远红外辐照板的排列方向与通风排湿组件中风管的排列方向呈异位正交。且石墨烯远红外辐照板与加热组件顶端有一定距离;通风干燥组件内部的风管顶端与通风排湿组件顶端有一定的距离。

进一步地,所述同步排粮模块包括外框、以及间隔设置于外框内的若干隔板,外框壁面与隔板之间以及相邻两个隔板之间分别形成对应通道,且所形成这些通道中从外向内数第偶数个通道为粮道,粮道内配置有排粮辊,所有第奇数个通道内则无粮食和空气通过;且粮道与风管之间的第二竖直通道对应,通过控制传动系统驱动各个排粮辊在粮道内翻转,使得从最后一个通风排湿组件内落下的粮食物料进入集料斗内;所述外框外侧设有第二外壁保温板。

进一步地,所述各通风排湿组件的离心风机通过风机架固定安装。

本发明还公开一种基于石墨烯远红外加热的粮食循环干燥方法,包括以下步骤:刚开始工作时,提升机将粮食物料送至干燥机顶部,由粮流方向控制器控制粮食物料进入顶部的储粮组件,再依次均匀进入下方的各个远红外加热组件和通风排湿组件,待所有远红外加热组件和通风排湿组件都充满粮食物料后,启动同步排粮模块;同步排粮模块内的排粮辊在传动系统的作用下匀速转动,进而使得远红外加热组件和通风排湿组件内的物料均匀下移,同步排粮模块输出的粮食物料进入集料斗,然后由螺旋输料器进而提升机再次运送至储粮组件,以及进入远红外加热组件和通风排湿组件进行干燥,即:使粮食物料在干燥机内循环流动,直至干燥结束;干燥结束后,通过粮流方向控制器控制粮食物料进入卸料管。

上述干燥过程中,所述远红外加热组件内的各个石墨烯远红外辐照板在电流的驱动下持续发射远红外线,粮食物料沿在石墨烯远红外辐照板之间的第一竖直通道缓慢向下流动,在此过程中各通道内的粮食物料均匀受到远红外持续性辐照,物料内水分迁移至其表面;然后进入通风排湿组件,至此物料表面的水分被空气流吸收并排出,最后粮食物料将向下进入下一个远红外加热组件或者依次经集料斗、螺旋输料器、提升机、储粮组件至第一个远红外加热组件。

有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:

(1)本发明中采用石墨烯远红外辐照板作为低温远红外发射源,并且石墨烯远红外辐照板等间距排列在干燥器的保温内腔中,粮食物料在两块相邻的石墨烯远红外辐照板间流动并受热干燥,干燥能耗低、干燥均匀品质高;

(2)粮食谷粒内部水分迁移至表层后,通过通风排湿组件能够快速去除表面水分;

(3)本发明能够多层循环干燥粮食物料,体量大,效率高,爆腰率低,对实现粮食干燥机械化技术革新有重要意义。

(4)本发明能够在给粮食物料快速降水的同时,还能有效保持粮食物料(例如谷物)的品质,使干燥后的谷物保持优良的品质,包括降低稻谷爆腰率和干燥过程淀粉糊化,提高整精米率。

附图说明

图1为本发明中的整体结构示意图;

图2为本发明的侧视图;

图3为本发明中远红外加热组件示意图;

图4为图3的局部示意图;

图5为本发明中通风排湿组件示意图;

图6为本发明中风道剖视图;

图7为本发明中回风管道示意图;

图8为本发明中远红外加热组件和通风排湿组件安装位置示意图;

图9为本发明中同步排粮模块示意图;

图10为本发明中通风排湿组件与同步排粮模块的安装位置意图;

图11为本发明中集料斗示意图;

图12为本发明干燥方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明,但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1所示,本实施例的一种基于石墨烯远红外加热的粮食循环干燥机,包括提升机3、储粮组件8、集料斗4、螺旋输料器2、若干远红外加热组件6和通风排湿组件5;每相邻两个远红外加热组件6和通风排湿组件5均上下间隔设置,储粮组件8设置于第一个远红外加热组件6的上方,最后一个通风排湿组件5与其底部的集料斗4之间设有同步排粮模块11;集料斗4内的粮食物料通过螺旋输料器2和提升机3输送至提升机3顶部,然后通过粮流方向控制器10调整粮食物料是进入卸料管7排出干燥机还是进入储粮组件8再次干燥;远红外加热组件6包括第一外壁保温板12和若干石墨烯远红外辐照板14,第一外壁保温板12组成保温内腔,各石墨烯远红外辐照板14等距间隔竖直设置于保温内腔内,每相邻两个石墨烯远红外辐照板14之间形成第一竖直通道,粮食物料沿这些第一竖直通道向下进入通风排湿组件5;通风排湿组件5包括离心风机24以及若干间隔竖直排列的风管,每个风管上均设有若干通风孔,各风管之间形成若干第二竖直通道,粮食物料落入第二竖直通道中,空气流经过离心风机24驱动后进入经进风道15进入第二竖直通道,并对填充于第二竖直通道内的粮食物料进行通风排湿。

石墨烯远红外辐照板通电后低温发射红外线,其发射源表面温度不高于80℃,利用能够直接与粮食物料接触的特性,充分提高干燥品质、效率,降低生产成本。

如图2和图3所示,本实施例中,远红外加热组件6的保温内腔共由四块第一外壁保温板12组成,各石墨烯远红外辐照板14内嵌于其中,能够在最大限度地保证干燥过程中远红外加热组件6的热量不流失,减小能耗,提高干燥效率。

如图4所示,为提高通风排湿效率,通风排湿组件5包括离心风机24、进风道15、排风道20和风阀,进风道15与排风道20之间横向设置有若干个风管,离心风机24的出风口连接于进风道15的进风口,且进风道15与所有第奇数个风管连通,所有第偶数个风管与排风道20连通,排风道20的出风口设置有风阀,风阀上还设有回风管道23,回风管道23另一端连接于离心风机24的进风口。进风道15和排风道20之间的两个边缘风管18(四边形)结构相同,即边缘风管18的顶板和底板封闭、侧壁上均匀设有通风孔且顶板向内倾斜设计:进风道15和排风道20之间的其他中间风管19(五边形)结构相同,即中间风管19的顶板呈三角形、两侧侧壁上均匀设置有通风孔且底部封闭。两种结构设计的风管使得从远红外加热组件6中落下的粮食物料能够均匀进入并布满各个风管之间的第二竖直通道(也即是粮道),离心风机24的空气流经由各对应风管进入粮道内,并与其中的粮食籽粒接触,然后将粮食籽粒表层湿分的快速去除。

本实施例中,如图5至图7所示,共设置有11个多边形风管,所有风管的底板均为实心板;其中,第一个边缘风管18和最后一个边缘风管18的顶板呈向内倾斜的四边形,一侧侧壁上设有若干通风孔;其他中间风管19顶板横截面呈等腰三角形,两侧侧壁上通设有若干通风孔。

如图6所示,本实施例中,依次将这11个风管记为风管A~风管K(其中风管A和风管K整体呈四边形,风管B至风管J呈五边形),空气流经过离心风机24驱动后进入进风道15,进风道15分别与风管A、风管C、风管E、风管G、风管I和风管K相通,空气流从进风道15自由进入风管A、风管C、风管E、风管G、风管I和风管K中。另外,由于风管B、风管D、风管F、风管H和风管J分别与排风道20连通,因此空气流进入风管A、风管C、风管E、风管G、风管I和风管K后,穿过粮层(即各个风管之间的第二竖直通道),带走粮食物料表面水分后进入风管B、风管D、风管F、风管H和风管J,最后进入排风道20。

上述过程中,粮食物料表面温度下降,热量主要用于表面上水分蒸发和加热空气。并且,由于在干燥初始阶段粮食物料的出水率较高,风阀完全打开,从排风道20流出的湿空气直接排入大气;当进入干燥中后期,粮食的出水率相对较低时,为避免新鲜空气与粮食接触带走过多的热量,造成不必要的热损,风阀不完全打开,而是由风阀控制器22控制使其只张开一定的角度,并根据通风湿度回收一部风从排风道20中排出的空气流(此处可设置温湿度传感器检测温度和湿度,当温度于环境温度3℃且相对湿度低于70%时开始回收,回收量根据回风气流的温度和湿度决定),此处使用回风管道23,如图7所示,回风管道23上的鼠笼结构16有利于离心风机24吸入回收的空气和新鲜空气,这些回收的空气混同新鲜空气一起进入离心风机24,对粮食物料机械干燥。

回风管道上的鼠笼结构16可以设置为圆柱状围栏结构,空气从围栏的间隙中流通,或者设计为其它具有利于空气通过的鼠笼结构。

本实施例中的通风排湿组件5上外框侧壁均可以设置第二保温板13,能够保证上下各组远红外加热组件6和通风排湿组件5的热量不易散失,提高整体的干燥效率。

本实施例中,远红外加热组件6中每相邻两块石墨烯远红外辐照板14之间的距离为1~4cm,若距离太小则会影响物料流动,该距离过大则会使得位于夹层中间位置的物料向下流动过程中很难靠近远红外辐照板,因此而不能得到有效干燥。例如干燥水稻时用3cm,该宽度可以适应稻谷顺畅流动,而又不会因为距离过大导致夹层中心的物料始终处于夹层靠进中间的位置而得不到有效干燥,影响烘干效果,进而在干燥过程中使得粮食籽粒内的水分从内向外的高效迁移。如图8所示,为保证远红外加热组件6的所有粮食物料均以相同的方式流入通风排湿组件5,提高干燥通风效率和品质,远红外加热组件6中石墨烯远红外辐照板14的排列方向与通风排湿组件5中风管的排列方向呈异位正交。

如图9和图10所示,本实施例的同步排粮模块11包括外框、以及间隔设置于外框内的若干隔板29,外框壁面与隔板29之间以及相邻两个隔板29之间分别形成对应通道,且所形成这些通道中从外向内数第偶数个通道为粮道,粮道内配置有排粮辊28,所有第奇数个通道内均无粮食和空气通过;且粮道与风管之间的第二竖直通道对应,通过控制传动系统驱动各个排粮辊28在粮道内翻转以及粮食流动速度,使得从最后一个通风排湿组件5内落下的粮食物料进入集料斗4内。此处设有20块隔板29分别记为隔板a至隔板t。这些隔板29的排列方向与通风排湿组件5中各风管的排列方向相同。

储粮组件8的顶部设有围栏9。

如图2和图11所示,为增加整个循环干燥机的稳固性能,每一组通风排湿组件5的离心风机24通过风机架1固定安装。为增加稳固性,本实施例的集料斗4通过机架30固定于最后一个通风排湿组件5和同步排粮模块11下方。

如图12所示,本实施例的基于石墨烯远红外加热的粮食循环干燥方法,包括以下步骤:刚开始工作时,提升机3将粮食物料送至干燥机顶部,由粮流方向控制器10控制粮食物料进入顶部的储粮组件8,再依次均匀进入下方的各个远红外加热组件6和通风排湿组件5,待所有远红外加热组件6和通风排湿组件5都充满粮食物料后,启动同步排粮模块11;同步排粮模块11内的排粮辊28在传动系统的作用下匀速转动,进而使得远红外加热组件6和通风排湿组件5内的物料均匀下移,同步排粮模块11输出的粮食物料进入集料斗4,然后由螺旋输料器2进而提升机3再次运送至储粮组件8,以及进入远红外加热组件6和通风排湿组件5进行干燥,即使粮食物料在干燥机内循环流动,直至干燥结束;干燥结束后,通过粮流方向控制器10控制粮食物料进入卸料管7。

上述过程中,由于储粮组件是设置于最上方的远红外加热组件的上方,在粮食物料(例如稻谷)自身重力和相互摩擦作用下,所有物料在自流角范围内流动。并且该储粮组件的箱体设计有足够的长度,使得其底部也在谷物自流角范围内,因此只要位于最下方的排粮棍等速运动就可以保证稻谷均匀地进入远红外加热组件和通风排湿组件。

另外,由于远红外加热组件6和通风排湿组件5呈异位十字交叉排列,(通风排湿组件5上端有一段距离不包含风道,此处用于填充物料,以避免下方第二竖直通道内出现因远红外加热组件厚度造成的空腔),因此对于从石墨烯远红外加热组件6流出的每粒籽粒而言,进入排湿通风模组件5的状态和流动路径基本一致,因此粮食物料能够均匀地从远红外加热组件6流入通风排湿组件5,以及从排湿通风组件5均匀流入远红外加热组件6。

其中,共设有六个远红外加热组件6和六个通风排湿组件5(具体数目根据干燥容量需求设置),能够最大限度地提高干燥的物料量。第一个远红外加热组件6上方配置有足够容量的储粮组件8,在粮食物料自身重力作用下,物料在自流角范围内逐渐向下流动,流动至储粮组件8底部时已经能够充满整个底部截面,可使粮食均匀进入第一个远红外加热组件6,保证每一个石墨烯远红外辐照板14之间的第一竖直通道内均匀充满粮食物料,最后一组排湿组件下方的同步排粮模块11能够确保远红外加热组件6和排湿通风组件5不同区域粮道的粮食流动速度基本一致。

干燥过程中,远红外加热组件6内的各个石墨烯远红外辐照板14在电流的驱动下持续发射远红外线,粮食物料沿在石墨烯远红外辐照板14之间的第一竖直通道缓慢向下流动,在此过程中各通道内的粮食物料均匀受到远红外持续性辐照,物料内部分子吸收辐照能并转化为内能,导致粮食籽粒内部温度高于外表层温度,在温度梯度和内部蒸气压的驱动下内部水分快速向外部迁移,物料内水分聚集于其表面;然后进入通风排湿组件5,至此物料表面的水分被空气流吸收并排出,最后粮食物料将向下进入下一个远红外加热组件6或者依次经集料斗4、螺旋输料器2、提升机3、储粮组件8至第一个远红外加热组件6。

简言之,通过本发明的远红外加热组件6和通风排湿组件5,在温度梯度和蒸气压力驱动下的水分迁移、表层水分的快速去除等共同作用下,粮食物料被迅速干燥。其干燥品质、速度、效率、能效远优于传统热风干燥。

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