玉米精细烘干工艺参数确定与优化
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摘要
玉米是我国主要的商品粮之一。由于吉林省地处北方地区，玉米收获大多在10月份进行，此时气温已下降，成熟后的玉米含水率通常为25％～30％，甚至达到36％左右。各地为了提高土地产出效益，提高农民收入，纷纷引入高产、晚熟的玉米品种，由于片面追求高产，忽视玉米生长积温，造成大量玉米越区种植的现象，使收获后的玉米未能达到正常的生理成熟，在收获时玉米的含水率较高，因此玉米收获后不能安全贮藏及外运，通常要通过机器烘干，将玉米含水率降到安全储藏水分才能入库。
烘干后的玉米无论在外观还是在内在的品质上都存在差异，我国目前使用的烘干设备大部分是传统型的粗放烘干设备，单纯以降水为目的，不注重烘干后玉米的品质如焦糊粒、裂纹及破碎粒等品质指标。
随着我国农产品市场的放开，粮食的品质问题将成为制约我国粮食出口不容忽视的问题之一。影响玉米干燥后品质的指标很多，其中一个重要的指标是裂纹率。据有关资料表明：干燥后玉米的裂纹率在60～98％之间，干燥后玉米的裂纹增加了玉米在运输过程中的破碎率，大大降低了玉米的品质等级，影响了经济效益。西方国家从60年代开始对玉米在烘干过程中产生裂纹的现象作了大量的试验和理论分析，并制定了一些相应的裂纹率指标。我国目前对这方面的研究不多，多数局限在理论研究上，还不能完全指导人们生产实践，在实际生产中，要使应力裂纹率降到最低水平，需要对烘干工艺参数进行合理选择，达到既能满足降水又能使烘干后的玉米具有较低的应力裂纹率。
近年来，有关烘干模型的研究较多，但大多集中于理论模型，而对生产实践模型研究较少特别是未考虑多因素多水平的情况。本试验采用二次回归旋转组合设计方法，以五项主要烘干参数(粮层厚度、干燥时间、热风温度、热风速度、缓苏时间)为决策变量，研究以上五个因素对不同初始含水率的玉米烘干品质(裂纹率)的影响，明确各因素的作用，在保证要求的降水幅度的前提下，使烘干工艺参数选择达到精细化，为生产实践和理论设计提供参考依据。
二次回归旋转组合设计可简化实验次数，优化的生产工艺参数，为生产实践、理论设计提供必要的参考依据。
通过对各因素进行单因素分析，明确各因素的影响趋势，得出各因素对不同初始含水率玉米的烘干降水幅度的贡献率大小顺序：初始含水率为20％玉米的顺序为玉米干燥时间＞粮层厚度＞热风温度＞热风速度＞缓苏时间；初始含水率为24％玉米的顺序为热风温度＞粮层厚度＞干燥时间＞热风速度＞缓苏时间；初始含水率为30％玉米的顺序为粮层厚度＞热风温度＞干燥时间＞热风速度＞缓苏时间。
吉林农业大学硕士学位论文
玉米精细烘干工艺参数确定与优化
由各因素对玉米降水幅度影响的贡献率可以看出:在玉米初始含水率较低时，干燥
时间对降水幅度的影响较大.随着玉米初始含水率的增高，粮层厚度和热风温度逐渐成
为影响降水幅度的主要因素指标，这是因为，初始含水率较低的玉米在干燥时水分向外
扩散的湿度梯度较弱，需要增加热空气的温度来增强温度梯度，加速空气介质与玉米之
间的热交换，粮层厚度是影响空气介质热交换的主要因素，粮层较厚时不利于热空气的
流动使热交换的速度降低。缓苏时间越长越有利于粮粒内部水分达到平衡，在含水率较
低的玉米干燥过程中缓苏时间的贡献率较高。另外在干燥初始含水率高的玉米时，由于
采用的温度相对于高温干燥较低，在大幅度降水时，需要适当增加干燥时间，来达到所
要求的降水要求，因此干燥时间相对缓苏时间在玉米初始含水率逐渐增大的过程中贡献
率相对增加。
通过试验获得参数，借助计算机对数据进行科学的处理、建立数学模型，完成试验
方案的模拟运算、统计分析、筛选出最优化的生产条件，由试验得出，为了提高烘干后
品质，降低裂纹率，对于初始含水率为2佩的玉米，精细烘干工艺参数选择范围为:粮
层厚度1 03.9一106.9 mm，干燥时间47.9一56.smin，热风温度85.6一98.6oC，热风速度
1.0一1.lm/s，缓苏时间60.4一65.smin;初始含水率为24%的玉米精细烘千工艺参数选
择范围为:粮层厚度102.gmm，千燥时间59.9一61.3min，热风温度98.5一110.3℃，热风
速度1 .lm/S，缓苏时间67.1一68.lmin;初始含水率为30%的玉米精细烘千工艺参数选择
范围为:粮层厚度90.4一104.lmm，干燥时间61.9一69.7min，热风温度94.9一107.goC，
热风速度0.9一1.lm/s，缓苏时间61.1一78.7min。
由于精细烘干采用的温度较高温干燥温度低，因此可以提高玉米烘千后的品质。精
细烘干参数范围的确定还可指导实际生产，为烘干机的设计提供了重要的参考依据。
Maize is one of the important merchandise grain of our country. Because Jilin province lies north of China, the harvest-time of maize is almost in October when the weather temperature begins to decline .The moisture content of maize is general about 25%-30%,some even reach 36%.In order to enhance income and soil output, more and more peasants begin to plant high yield and late mature maize neglecting the weather that the maize requires. For this reason ,the maize is nont total ripe in October and the moisture content is very high. This kind of maize is not safe for storage and long-distance transportation. It is necessary to desecrate this kind of maize by drier to reach the safe moisture content.
For dire maize ,both appearance and inner quality exist difference, the drying equipment being used are mostly traditional equipments which is only intent on reduce moisture and neglecting the criterion of control quality. Such as umber grain, crack rate, crash rate and so on.
With the opening of farm produce market in our country. The maize quality is becoming one of the important problems that affect the quality of dried maize and the crack rate is an important one. According to some materials, the crack rate increases the crash rate during the transportation, decreases the quality rate of maize and affects the economy income. From 60s a lot of experiments and theory analysis have been made on the maize crack during frying process by west countries. They also established some relative criteria for crack rate. While in our country there is a few study in this field and mostly limit in theory study so that it can not instruct people's practice. In practice, in order to reduce stress crack to minimum, we need choose fine drying parameters in order to satisfy the requirement of moisture reduction and the minimal stress crack rate.
In recent years, there were some reports about the mathematics model of corn drying model, but most of them were concentrate on how to found a theory model. There were very little study on the produce practice, especially on considering more factors and more level condition. Experimentation used method of the combination design of orthogonal rotating. Regarding five main corn drying technology parameters (grain depth (x1), drying time (x2), hot air temperature (X3), hot air velocity (X4), reprieve time (x5) as decisive varieties. We study the effect on drying character of corn of differ original containing water rate under effect of five factors we mentioned, understanding the five factors' affect. Ensure the demand rang of moisture reduction choose the fine drying technology parameters, in this way can we provide the reference evidence for the theory design.
The method of the combination design of orthogonal rotating regression can predigest experiment times, optimize manufactured ethnics parameters, and provide reference evidence for produce practice and theory design.
Through analyzing each factor ,we can definitude every factor's influence trend and work out the contribution rate to moisture reduction of different original moisture content.
When the original moisture content is 24%,the order is hot air temperature, grain depth, drying time, hot air velocity, reprieve time. When the original moisture content is 30%,the order is grain depth, hot air temperature, drying time, hot air velocity, reprieve time.
We can conclude from every factor's contribution rate to moisture reduction that when the corn's original moisture content is low, the drying time has a greater affection for the range of moisture reduction. With the increasing of the original moisture content, grain depth and hot air temperature gradually become the main factors. That affect the range of moisture reduction. When the corn having a lower original moisture content is dried, the water's humidity grads that diffuse outwardly is weak. We must increase the temperature of hot air to increase temperature grades, accelerate heat exchange between air and corn. Grain depth is a main factor that affects air heat exchange and it di
烘干后的玉米无论在外观还是在内在的品质上都存在差异，我国目前使用的烘干设备大部分是传统型的粗放烘干设备，单纯以降水为目的，不注重烘干后玉米的品质如焦糊粒、裂纹及破碎粒等品质指标。
随着我国农产品市场的放开，粮食的品质问题将成为制约我国粮食出口不容忽视的问题之一。影响玉米干燥后品质的指标很多，其中一个重要的指标是裂纹率。据有关资料表明：干燥后玉米的裂纹率在60～98％之间，干燥后玉米的裂纹增加了玉米在运输过程中的破碎率，大大降低了玉米的品质等级，影响了经济效益。西方国家从60年代开始对玉米在烘干过程中产生裂纹的现象作了大量的试验和理论分析，并制定了一些相应的裂纹率指标。我国目前对这方面的研究不多，多数局限在理论研究上，还不能完全指导人们生产实践，在实际生产中，要使应力裂纹率降到最低水平，需要对烘干工艺参数进行合理选择，达到既能满足降水又能使烘干后的玉米具有较低的应力裂纹率。
近年来，有关烘干模型的研究较多，但大多集中于理论模型，而对生产实践模型研究较少特别是未考虑多因素多水平的情况。本试验采用二次回归旋转组合设计方法，以五项主要烘干参数(粮层厚度、干燥时间、热风温度、热风速度、缓苏时间)为决策变量，研究以上五个因素对不同初始含水率的玉米烘干品质(裂纹率)的影响，明确各因素的作用，在保证要求的降水幅度的前提下，使烘干工艺参数选择达到精细化，为生产实践和理论设计提供参考依据。
二次回归旋转组合设计可简化实验次数，优化的生产工艺参数，为生产实践、理论设计提供必要的参考依据。
通过对各因素进行单因素分析，明确各因素的影响趋势，得出各因素对不同初始含水率玉米的烘干降水幅度的贡献率大小顺序：初始含水率为20％玉米的顺序为玉米干燥时间＞粮层厚度＞热风温度＞热风速度＞缓苏时间；初始含水率为24％玉米的顺序为热风温度＞粮层厚度＞干燥时间＞热风速度＞缓苏时间；初始含水率为30％玉米的顺序为粮层厚度＞热风温度＞干燥时间＞热风速度＞缓苏时间。
吉林农业大学硕士学位论文
玉米精细烘干工艺参数确定与优化
由各因素对玉米降水幅度影响的贡献率可以看出:在玉米初始含水率较低时，干燥
时间对降水幅度的影响较大.随着玉米初始含水率的增高，粮层厚度和热风温度逐渐成
为影响降水幅度的主要因素指标，这是因为，初始含水率较低的玉米在干燥时水分向外
扩散的湿度梯度较弱，需要增加热空气的温度来增强温度梯度，加速空气介质与玉米之
间的热交换，粮层厚度是影响空气介质热交换的主要因素，粮层较厚时不利于热空气的
流动使热交换的速度降低。缓苏时间越长越有利于粮粒内部水分达到平衡，在含水率较
低的玉米干燥过程中缓苏时间的贡献率较高。另外在干燥初始含水率高的玉米时，由于
采用的温度相对于高温干燥较低，在大幅度降水时，需要适当增加干燥时间，来达到所
要求的降水要求，因此干燥时间相对缓苏时间在玉米初始含水率逐渐增大的过程中贡献
率相对增加。
通过试验获得参数，借助计算机对数据进行科学的处理、建立数学模型，完成试验
方案的模拟运算、统计分析、筛选出最优化的生产条件，由试验得出，为了提高烘干后
品质，降低裂纹率，对于初始含水率为2佩的玉米，精细烘干工艺参数选择范围为:粮
层厚度1 03.9一106.9 mm，干燥时间47.9一56.smin，热风温度85.6一98.6oC，热风速度
1.0一1.lm/s，缓苏时间60.4一65.smin;初始含水率为24%的玉米精细烘千工艺参数选
择范围为:粮层厚度102.gmm，千燥时间59.9一61.3min，热风温度98.5一110.3℃，热风
速度1 .lm/S，缓苏时间67.1一68.lmin;初始含水率为30%的玉米精细烘千工艺参数选择
范围为:粮层厚度90.4一104.lmm，干燥时间61.9一69.7min，热风温度94.9一107.goC，
热风速度0.9一1.lm/s，缓苏时间61.1一78.7min。
由于精细烘干采用的温度较高温干燥温度低，因此可以提高玉米烘千后的品质。精
细烘干参数范围的确定还可指导实际生产，为烘干机的设计提供了重要的参考依据。
Maize is one of the important merchandise grain of our country. Because Jilin province lies north of China, the harvest-time of maize is almost in October when the weather temperature begins to decline .The moisture content of maize is general about 25%-30%,some even reach 36%.In order to enhance income and soil output, more and more peasants begin to plant high yield and late mature maize neglecting the weather that the maize requires. For this reason ,the maize is nont total ripe in October and the moisture content is very high. This kind of maize is not safe for storage and long-distance transportation. It is necessary to desecrate this kind of maize by drier to reach the safe moisture content.
For dire maize ,both appearance and inner quality exist difference, the drying equipment being used are mostly traditional equipments which is only intent on reduce moisture and neglecting the criterion of control quality. Such as umber grain, crack rate, crash rate and so on.
With the opening of farm produce market in our country. The maize quality is becoming one of the important problems that affect the quality of dried maize and the crack rate is an important one. According to some materials, the crack rate increases the crash rate during the transportation, decreases the quality rate of maize and affects the economy income. From 60s a lot of experiments and theory analysis have been made on the maize crack during frying process by west countries. They also established some relative criteria for crack rate. While in our country there is a few study in this field and mostly limit in theory study so that it can not instruct people's practice. In practice, in order to reduce stress crack to minimum, we need choose fine drying parameters in order to satisfy the requirement of moisture reduction and the minimal stress crack rate.
In recent years, there were some reports about the mathematics model of corn drying model, but most of them were concentrate on how to found a theory model. There were very little study on the produce practice, especially on considering more factors and more level condition. Experimentation used method of the combination design of orthogonal rotating. Regarding five main corn drying technology parameters (grain depth (x1), drying time (x2), hot air temperature (X3), hot air velocity (X4), reprieve time (x5) as decisive varieties. We study the effect on drying character of corn of differ original containing water rate under effect of five factors we mentioned, understanding the five factors' affect. Ensure the demand rang of moisture reduction choose the fine drying technology parameters, in this way can we provide the reference evidence for the theory design.
The method of the combination design of orthogonal rotating regression can predigest experiment times, optimize manufactured ethnics parameters, and provide reference evidence for produce practice and theory design.
Through analyzing each factor ,we can definitude every factor's influence trend and work out the contribution rate to moisture reduction of different original moisture content.
When the original moisture content is 24%,the order is hot air temperature, grain depth, drying time, hot air velocity, reprieve time. When the original moisture content is 30%,the order is grain depth, hot air temperature, drying time, hot air velocity, reprieve time.
We can conclude from every factor's contribution rate to moisture reduction that when the corn's original moisture content is low, the drying time has a greater affection for the range of moisture reduction. With the increasing of the original moisture content, grain depth and hot air temperature gradually become the main factors. That affect the range of moisture reduction. When the corn having a lower original moisture content is dried, the water's humidity grads that diffuse outwardly is weak. We must increase the temperature of hot air to increase temperature grades, accelerate heat exchange between air and corn. Grain depth is a main factor that affects air heat exchange and it di
引文
[1] 田纪春．我国北方地区近期推广的玉米杂交种的品质分析与分类．中国农学通报，1993(4)：23～25．
[2] 史桂荣．黑龙江省“水玉米”产生的原因及解决的途径作物杂志，2001，(2)：1～6
[3] 李晶萍．浅谈高水分玉米的治理黑河科技2001，(1)：21～22
[4] 唐为民 呼玉山 我国高水分粮综合治理对策 粮食与饲料工业 2002，(11)：16～18
[5] 初江 谷物干燥机的研究与发展 农机化研究 2000，(4)：26～28
[6] 杨国峰 开发与推广农用小型粮食干燥设备的几点思考 粮食与饲料工业 2002，(1)：13～15
[7] 陈贵州 国产热风烘干机存在的问题．粮油食品科技，2002，10(2)：10～11
[8] 郑先哲 夏吉庆 增湿加热稻谷干燥工艺的试验研究 农业工程学报 2000，16(3)：81～83
[9] 何金榜 谷物低温干燥主要参数的研究 农业机械学报，1983，(3)：70～76
[10] 曹崇文 谷物干燥的数学模拟 北京农业机械化学院学报，1984，(3)：79～93
[11] 牛兴和 谷物干燥节能技术 农业工程学报 1991，6(3)87～90
[12] 张孟浩 我国东北地区粮食烘干机的现状与发展 粮食储藏 1992，(21)：513～17
[13] 王登峰 李慧珍 影响玉米薄层干燥速率的诸因素研究 农业工程学报 1993，9(23)：102～107
[14] 赵永玲 张仲欣 小麦烘干工艺参数的试验分析 洛阳工学院学报 2000，21(4)：1～5
[15] J. R.O' Callaghan, Development of a Contra-flow Grain Drier, JAER, 1964
[16] Thompson, T.L., Comparison of concurrent Flow, Cross-flow and Counter-flow Grain Drying Method, USDA, Marking Research Report 841
[17] 李永常 吴承祜 谷物烘干机热风温度微机控制系统的研究 东北农学院学报 1997，22(4)：370～373
[18] 张玉荣 温纪平 周显青 不同储藏温度下玉米品质变化研究 粮食储藏 2003，32(3)：7～9
[19] 赵忠盂 粮食干燥技术简述 郑州工学院学报 2002，(4)：35～39
[20] 卢利军 赵中文 烘干玉米质量分析与控制 玉米科学 1994，2(4)：72～75
[21] 许东玉 杜玮玲 干燥对粮食品质的影响现代化农业 1994，184(10)：34～36
[22] 李庆周 粮食干燥的几个问题 河南职业技术师范学院学报 2001，29(1)：86～88
[23] 朱文学 曹崇文 玉米应力裂纹的生成和发展过程研究 1996，12(2)：177—181
[24] 曹崇文 玉米热力干燥中应力裂纹的产生及预防 现代化农业 2003，(1)：41～45
[25] 李汛 杨光 单颗种子导热系数的测定及传热过程实验研究 工程热物理学报 2000，21(3)：345～349
[26] 朱文学 曹崇文 玉米应力裂纹率和破碎敏感性的关系 农业机械学报 1998，29(3)：69～72
[27] 朱文学 曹崇文 玉米顺流干燥中应力裂纹的试验研究 农业机械学报 1999，28(1)：85～88
[28] 崔国华 胡振义 不同品质玉米在烘干过程中破碎率和裂纹率指标的合理确定 粮食储藏 2002，(4)：40～44
[29] Schulman C W, Siebenmorgen T J. Bhumbla V. Dryingrates and head rice yield reductionas affected by drying parameters. ASAE paper, 1993, No. 6 563
[30] White G M, Ross I J, Poneleit C G. Influence of drying parameter on the expansion volume
of popcorn. Trans of ASAE, 1980, 23(5): 1272～1276
[31] White G M, Ross I J, Poneleit C G. Stress crack development in popcorn as influenced by drying and rehydration processes. Trans of ASAE, 1982, 25(3): 768～772
[32] Westerman P W, White G M, Ross I J. Relative humidity effect on the high-temperature drying of shelled corn. Trans of the ASAE, 1973, 16(6): 1 136～1 139
[33] 许增涛 如何烘干高水分玉米 黑龙江粮食 2002，(5)：33～35
[34] 王登峰 殷涌光 玉米干燥过程的模糊控制 农机与食品机械 1998，244(4)：10～14
[35] 孟宪玲 李汛 种子干燥过程中临界安全温度及动力学分析 农业机械学报 2000，31(4)：57～53
[36] 张仲欣 赵永玲 横流循环式烘干机气流分布均匀性的试验研究 农业工程学报 2001，17(6)：17～21
[37] 李笑光 计算机数学模拟在谷物干燥中的应用研究 农业工程学报 1988，(2)：26～36
[38] Thompsen T L. Mathematical simulation of corn drying a new model. Trans of the ASAE, 1968, 11(2): 582～586
[39] 李宝国 肖建军 玉米干燥过程中的应力裂纹研究进展 上海理工大学学报 23(2)：107～109
[40] 朱文学 玉米应力裂纹的生成和扩展过程模拟 农业工程学报 2000，16(1)：113～115
[41] 贾灿纯 曹崇文 干燥过程中玉米颗粒内部应力的有限元分析 农业机械学报 1996，27(1)：57～61
[42] 曹国信 赵巍 小型谷物干燥机的试验研究 农机化研究 2001，(2)：99～101
[43] 朱文学玉米应力裂纹的研究进展 洛阳工学院学报 1998，17(1)：48～53
[44] 诸凯 杨光 种子干燥过程中水分迁移的传热传质机理 天津大学学报 2000，33(3)：634～637
[45] 陈坤杰 李娟玲 固定床式深层干燥机试验研究 农业机械学报 2001，32(2)：58～61
[46] 曹崇文 逆流式谷物干燥机性能的研究 北京农业机械化学院 1999，(2)
[47] Storage of Cereal Grains and Their Products, Minnesota, AACC, 1974
[48] 杨俊红 孟宪玲 种子干燥动力学特性与便问干燥机理 农业机械学报 2001，32(1)：59～61
[49] 顾冰洁 韩建志 玉米烘干机系统籽粒破碎的原因 粮食储藏 2003，(3)：29～31
[50] 邹学生 刘庆 玉米破碎率原因及防止破碎的措施 粮食流通技术 2001，(6)：23～25
[51] 潘九君 稻谷与玉米烘干机单位耗热量的对比分析及折算 粮食与饲料工业 2003，8 11～13
[52] 周晨 浅析干燥过程中减少能耗的途径 现代化农业 1996，205(8)：37～39
[53] 往长才 奚河滨 高寒地区烘干高水分玉米节能途径的研究 现代化农业 1995，193(8)：36～38
[54] 徐惠荣 何勇 谷物烘干机械的经济适应性分析 2001，(3)：52～55
[55] 张诚彬 谷物冷却工艺与冷却机 粮食与饲料工业 2001，(7)：16～19
[56] 张艳来 姜建国 5HGS系列谷物干燥机性能特点及应用 中国农机化 1999，(3)：219～223
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[4] 唐为民 呼玉山 我国高水分粮综合治理对策 粮食与饲料工业 2002，(11)：16～18
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[6] 杨国峰 开发与推广农用小型粮食干燥设备的几点思考 粮食与饲料工业 2002，(1)：13～15
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[10] 曹崇文 谷物干燥的数学模拟 北京农业机械化学院学报，1984，(3)：79～93
[11] 牛兴和 谷物干燥节能技术 农业工程学报 1991，6(3)87～90
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[16] Thompson, T.L., Comparison of concurrent Flow, Cross-flow and Counter-flow Grain Drying Method, USDA, Marking Research Report 841
[17] 李永常 吴承祜 谷物烘干机热风温度微机控制系统的研究 东北农学院学报 1997，22(4)：370～373
[18] 张玉荣 温纪平 周显青 不同储藏温度下玉米品质变化研究 粮食储藏 2003，32(3)：7～9
[19] 赵忠盂 粮食干燥技术简述 郑州工学院学报 2002，(4)：35～39
[20] 卢利军 赵中文 烘干玉米质量分析与控制 玉米科学 1994，2(4)：72～75
[21] 许东玉 杜玮玲 干燥对粮食品质的影响现代化农业 1994，184(10)：34～36
[22] 李庆周 粮食干燥的几个问题 河南职业技术师范学院学报 2001，29(1)：86～88
[23] 朱文学 曹崇文 玉米应力裂纹的生成和发展过程研究 1996，12(2)：177—181
[24] 曹崇文 玉米热力干燥中应力裂纹的产生及预防 现代化农业 2003，(1)：41～45
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[27] 朱文学 曹崇文 玉米顺流干燥中应力裂纹的试验研究 农业机械学报 1999，28(1)：85～88
[28] 崔国华 胡振义 不同品质玉米在烘干过程中破碎率和裂纹率指标的合理确定 粮食储藏 2002，(4)：40～44
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of popcorn. Trans of ASAE, 1980, 23(5): 1272～1276
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[32] Westerman P W, White G M, Ross I J. Relative humidity effect on the high-temperature drying of shelled corn. Trans of the ASAE, 1973, 16(6): 1 136～1 139
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