来自西南大学工程技术学院、重庆市农业科学院农业机械研究所的尹晓峰、杨明金、李光林等人，采用正交试验方法对稻谷进行热风干燥工艺优化，研究了稻谷在不同热风温度、初始含水率和热风风速条件下的热风干燥特性，通过极差、方差分析得到最优干燥工艺方案。对干燥后的稻谷进行缓苏实验，考察了不同缓苏时间和缓苏温度对稻谷爆腰率的影响。同时，比较10种数学模型在稻谷热风干燥中的适用性，选出了最佳热风干燥数学模型，并计算了稻谷干燥过程的有效水分扩散系数和活化能，以期对稻谷干燥工艺、控制优化和实际生产提供参考。
结果与分析
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初始含水率对稻谷热风干燥特性的影响
随着干燥时间的延长，稻谷内液相水的含量逐渐变小，逐渐从连续状态变成非连续状态。而液相水的迁移必须通过孔隙内孤立的鞍状体两端弯曲液面处的热端液相水蒸发和冷端蒸汽泠凝，从而促使在鞍状体两端形成新的自由弯曲页面，使鞍状体液相水迁移。迁移引起的液相水传递质量较温度和压力梯度影响引起的液相水传递质量相比明显变低，从而导致干燥后期稻谷的水分比变化变小。
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热风温度对稻谷热风干燥特性的影响
稻谷在50～60℃温度区间的干燥速率明显加快，但此温度区间干燥后的稻谷爆腰率较高，品质较差；而在45～50 ℃温度区间干燥后稻谷的色泽鲜亮，外形饱满，品质较好。可见，在较低热风温度条件下，虽然干燥速度较慢，但是可以提高稻谷的干燥的品质；较高温度时则恰恰相反。因此，稻谷干燥适宜的热风温度为 40～50 ℃。
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热分风速对稻谷热风干燥特性的影响
热风风速为0.6 m/s时稻谷的水分比下降最慢，热风风速为1.4 m/s时稻谷水分比下降最快，但是影响幅度较小或不明显。因此，稻谷干燥适宜的热风风速为1.4 m/s。
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热风干燥正交试验结果
各因子对稻谷的影响主次顺序为热风温度＞初始含水率＞热风风速，热风温度要大于初始含水率和热风风速对稻谷热风干燥的影响最优条件为初始含水率20%、热风温度50℃、热风风速1.4 m/s。
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稻谷的缓苏特性
提高缓苏温度，延长缓苏时间可以大大降低稻谷的爆腰率及爆腰增率。当缓苏温度为85 ℃，缓苏时间为115 min时，稻谷的爆腰增率为12.5%，较未进行缓苏实验的稻谷相比，其爆腰率减少了将近41%，进一步说明缓苏可以提高稻谷的品质，保证稻谷的整米率。
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稻谷热风干燥特性最佳模型的选择
通过对稻谷进行正交试验可以得知，热风温度对稻谷的干燥特性影响显着。运用表中的10种数学模型对初始含水率20%、热风风速1.4m/s热风干燥条件下不同热风温度实验数据进行非线性拟合，选择Page模型作为稻谷热风干燥的数学模型。将所得到的模型参数带入Page模型数学公式，可以得到：当热风温度50℃时，Page模型为MR=exp（－0.008t1.214）。
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稻谷热风干燥的有效水分扩散系数和活化能
根据公式计算，将lnMR与t的曲线进行线性拟合，由直线的斜率可以计算出稻谷的有效水分扩散系数Deff。初始含水率20%、热风风速1.4 m/s的条件下，热风温度分别为40、50、60℃时稻谷有效水分扩散系数分别为9.69×10－10、10.31×10－10 m2/s和10.77×10－10 m2/s，可知稻谷在热风干燥过程中，其有效水分扩散系数随着热风温度的升高而变大。这是由于提升温度可以加快稻谷内液相水和蒸汽质量的传输，提高传输速度，使传热能很好地促进传质，进而提高稻谷的有效水分扩散系数。
根据公式计算，将lnDeff与1/T的曲线进行线性拟合，由直线的斜率可以计算出稻谷的干燥活化能Ea。初始含水率20%、热风风速1.4 m/s的条件下，稻谷的活化能为47.1 kJ/mol。
结 论
稻谷在热风干燥过程中，干燥前期失水速率较快，干燥后期速率减缓。在不同干燥条件下的水分比曲线形状几乎一致，基本上呈指数分布。通过10种数学模型对试验数据进行拟合分析可知，Page模型能很好地描述稻谷热风干燥过程，对Page模型进行试验验证，当初始含水率分别为24%和热风温度为40℃时，试验值和模型值的相对平均误差分别为1.563%和1.474%，发现模型预测的干燥曲线和试验所得的干燥曲线几乎一致，表明模型预测的干燥曲线和试验所得的干燥曲线一致较好。对正交试验进行极差、方差分析结果可知，取初始含水率20%、热风温度50℃、热风风速为1.4 m/s的方案为稻谷的最优热风干燥工艺方案，此时的最佳数学模型为Page模型。对干燥后的稻谷进行缓苏实验后发现，提高缓苏温度，延长缓苏时间可以大大降低稻谷的爆腰率。当缓苏温度85 ℃、缓苏时间115 min时，稻谷的爆腰率为12.5%，较未进行缓苏实验的稻谷相比，其爆腰率减少了将近41%，进一步说明缓苏可以提高稻谷的品质，保证稻谷的整米率。热风温度是影响稻谷热风干燥的最主要因素，其次是初始含水率。随着热风温度的升高，稻谷的有效水分扩散系数变大，经热风温度从40℃增加到60℃，其有效水分扩散系数由9.69×10－10 m2/s增加到10.77×10－10 m2/s，稻谷的干燥活化能为47.1kJ/mol。
