长沙市雅礼中学 1507班 湖南 长沙 410007
摘要：含水量的大小直接决定小麦的储存质量，在小麦收割完毕后其含水量往往过高，不利于其储存的安全性，因此必须对小麦进行干燥处理。本文采用外加高压电场对小麦进行干燥，研究了外加电场下针电极密度对小麦含水量的影响，并对外加电场干燥小麦的效率和能耗进行了计算。结果表明，当电极密度为110-280根/m2时，含水量减少速率随电极密度的增加先增大后减小，当电极密度为180根/m2时，含水量减少速率最大；通过对外加电场干燥小麦的效率计算，当小麦堆积厚度为4cm，堆积密度为700kg时，小麦含水量降至安全值(13%)所需的干燥时间为0.7d，生产效率为49.01kg/(m2·d)；对于厚层堆积小麦来说，外加电场小麦干燥的能量利用效率≥9.8%，与热风干燥相比提高了10倍左右。可见外加电场是一种高效的小麦干燥方式。
关键词：外加电场；小麦干燥；含水量
中图分类号：S214.4 文献标识码：A
1引言
我国是小麦的生产大国，近年来小麦产量已突破了1亿吨的关口。在小麦收割完毕时含水量往往较大，不利于储存的安全性，因此必须对小麦进行干燥处理。传统的自然晾干法受到自然气候的限制，很难满足大批量的小麦干燥，而采用热风烘干技术会影响小麦的品质。因而必须引进更为先进的工艺对小麦进行干燥。采用外加高压电场的干燥技术兴起于上世纪80年代，具有低能耗、无污染、干燥效率高的特点。本文采用外加电场对小麦进行干燥处理，研究了电极密度对小麦含水量和脱水速率的影响。
2 实验材料及方法
2.1实验材料
试验采用济麦22型小麦，穗粒数36-38粒，千粒重42-45g，容量为800g/L左右。收割后含水量最高约为57%，最低约为20%左右。
2.2实验方法
用天平称取5个金属圆盘的质量分别记为M1，M2，M3，M4，M5，之后再称取5份100g的含水量为57%的小麦，并放入对应的圆盘中，分别记录质量为m1，m2，m3，m4，m5，编号为a，b，c，d，e。将b组至e组样品放在针-盘电极中干燥，针-盘电极的针电极作为负极使用，针的数量为3，针与盘间隔6cm，电压为直流电压，约为40kV，与这4组样品对应的针电极数为2-5根，a组样品作为空白实验，进行自然晾干，干燥环境与b-e组相同。干燥温度为室温(15-25℃)，室内相对湿度为45%-70%。实验开始后一段时间取样称量，取样间隔时间为2h，直至连续两次取样称量的变化小于2g时停止。
2.3含水量及脱水速度的计算方法
干燥实验结束后，将样品在105℃的烘箱内烘干至质量不变，此时的质量即为干基质量(kg)，以TS表示；对于某时刻i来说样品的含水量Xi可通过式1进行计算：
式中N为针电极的根数；R为实验区域的半径，m。本实验采用的电极数为2-5根，与之相对应的密度分别为110，180，226和283根/m2。
3结果讨论与分析
3.1 电极密度对小麦含水量及脱水速度的影响
图1 为对应于不同电极密度下小麦样品含水量的变化曲线，可以看出随着时间的的增加，不同针电极密度下样品的含水量逐渐减小，当测试时间大于30h后，样品含水量趋于平缓，对应于图1中的数据，图2为不同针电极密度下样品的脱水速度，图示可得，随着针电极密度的增加，样品脱水速度先增大后减小，当F=180根/m2时，脱水速度最大，这是因为当外加电压一定时，电场强度与电极数目呈现正比例关系，但电极数目到达某一值时，电极间相互影响，产生的离子风会彼此抵消。F趋于无穷时，针电极与圆盘之间的电场与平板匀强电场类似，而匀强电场的电场强度和电极密度之间不存在依存关系，也就是说F存在一个最佳值[1]。本实验中F的最佳值为180根/m2。
式中M0为干燥开始前的小麦质量(kg)，M为干燥结束后的小麦质量(kg)，H为水发生汽化的潜热(2257kJ/kg)，Wc为完成干燥需要消耗的能量。
对于厚层堆积的小麦来说，通过计算发现其能量的利用率为9.8%，而a组的热风干燥法能量利用率仅为0.5%，可见采用外加电场进行干燥，仅能量利用率就提高了大于10倍。
5结束语
本文对外加电场对小麦含水量的影响进行了研究，计算了小麦干燥的生产效率和能量利用率，结果表明针电极密度为180根/m2时干燥效果最佳，采用本方法的能量利用率高于传统的热风干燥法。
参考文献
[1] 陈锦权, 李彦杰，孙沈鲁. 高压脉冲电场结合冷冻浓缩生产浓缩茶汤工艺优化[J], 农业工程学报, 2014, 30(2):260-268.
论文作者:许航铭
论文发表刊物:《科技中国》2017年3期
论文发表时间:2017/5/31
标签：小麦论文; 电极论文; 含水量论文; 电场论文; 干燥论文; 密度论文; 样品论文; 《科技中国》2017年3期论文;