乾燥機械之發展

馮丁樹

一、前言

     早期之水稻乾燥以太陽能為主。其主要設施為曬場及相關之工具。曬穀法是世界各地經過幾千百年之經驗漸漸發達到現在。因此所用之方法大都配合於各地之氣候及穀子本身之性質。本省過去所用之曬穀法相當周到,其過程旨在保護穀子受到不良氣候之影響,故所費之勞力甚多。乾燥設備依不同之乾燥方式可分為:熱風式乾燥機、導熱式乾燥機、膨發乾燥機、真空乾燥機、凍結乾燥機、太陽能乾燥機等。以下則分別論述:

二、本省之曬穀法

     在水泥曬場使穀子呈東西方向之形狀,一側面對太陽。在此塊鈄面之穀子溫度因太陽之熱會立即升高,通常可達40℃以上。但沈在穀層下面的部份不受任何作用。故需不時利用穀耙之手工具,將高溫之穀子移動到背斜面,使穀子能作一種循環運動。即暫時受熱而後在下層休息甚久之時間。

     循環曬穀法是在無法控制穀子溫度昇高速率之情況下為避免龜裂發生所想出來之方法。即先在激烈陽光下使穀皮急乾,然後巴個穀子拿到不受太陽熱之下層。在此使已乾之穀皮慢慢吸收水分,使穀粒內之水分趨於平均。如此反覆同樣作法使穀子水分率漸漸減低到所需之安全水分率。

圖一、曬場上穀堆在日光下翻曬之情形

     本省亦曾試用過「竹簾遮光式曬穀法」,即先在曬場上設置木架,木架上放竹簾,使過於強烈之陽光適當地調節。此法作如此之改善,應是日曬法最高境界者。

     曬穀法在熱源方面不費一文錢而可辦最經濟的方法。可惜所需要之勞力甚多。故在工資高昂的地方可敢採用此法。此法之另一缺點是受氣象之限制很大。我們仍應充分研究使用日光之新方法,不應將此法看做不合時宜之老舊方法。

三、簡易通風法

     濕穀若堆積不行乾燥,溫度會上升至40℃,容易發芽腐敗。簡易通風方式曾用來解決這方面的問題。高阪知武曾試圖利用下述之方法解決之。此去係以通風籬隔成山形,以構成通風道。濕穀則平鋪在通風籬之上,為防兩淋,上覆以塑膠布。風機自側將外界空氣吹入通風道,並經穀層使穀溫降低,廢氣再由塑膠布底吹出。

 

圖二、簡易通風穀堆之堆置方式

     這種通風法仍有許多變化之方式。圖十四之形式與圖十三相同。但濕穀層上鋪黑布,作為吸熱之用。通風籬改用鐵絲網結構。空氣之方向則改為吸引式,自穀層外之黑布進入穀層。

     利用這種方式可以充分利用太陽能源。藉著黑布之吸熱性能,可以捕捉太陽能。由於空氣係由外往內吸引,故外界空氣可以在通過黑布時被加熱。再通入穀層釋放熱而進行乾燥。廢氣則由風機吸引排出。此種方式兩端之氣密性較為重要,但大部份均可依靠濕穀之布置獲得解決。

圖三、吸引式簡易太陽能乾燥之構想圖

四、箱式乾燥機

     如圖四所示,物料堆積於有孔網板的上方,空氣經油爐加熱後,由1/4∼1馬力的風機送入網板下方空間,再經由網孔向上通過物料層,而達於乾燥。此種乾燥機,構造簡單、價廉,不用時可拆開折疊貯藏,故為目前台灣各鄉鎮所推廣之小型乾燥機類型。

     乾燥時,每批稻穀乾燥量約為600-1,000公斤,穀層厚約0.6公尺,每批乾燥時間為14-20小時,可將稻穀含水率由24%降到13%,平均每小時可減少水分0.5%-0.7%,熱風量為每公噸稻穀12-120立方公分/分。箱型乾燥機容量雖小,但若24小時連續運轉,每日乾燥能力約為2-3公噸。

圖四、箱型乾燥機之各種型式

     靜置式乾燥機之通風形態可分為四種。垂直型為熱風由下而上通過穀層,徑向型為熱風由中心向週邊流動,側向型為熱風由底部向側邊流動,多向型為垂直和徑向型之混合型式。操作時,無論哪一種型式,若能維持穀層適當的高度或厚度,熱氣即可均勻通過穀層,達到均勻的效果。為了減緩上下層稻穀乾燥速率的不均勻,可採往復通風方式(圖五),即熱風方向可定時輪流由下往上或由上往下流動,如此可降低乾燥稻穀胴裂率。

 

圖五、往復式靜置型乾燥機之構造原理

五、太陽能乾燥機

     圖六所示為以箱型乾燥機搭配集熱裝置,可利用太陽能乾燥稻穀之簡易乾燥機型式。在穀層上面加裝可透氣之黑布,作為集熱面。乾燥機外面則罩以塑膠棚,使太陽光可以穿透。風機則採用吸引式,空氣自塑膠棚底部進入,經過集熱黑布進入穀層,使穀物獲得乾燥。

 

圖六、可利用太陽能之簡易式乾燥機

     圖七為以溫室的設備配合攪拌器,可應用太陽能的乾燥機。整部乾燥機置於玻璃或膠布溫室內,稻穀置於長條型槽內,利用吸風機導引溫室內熱氣由上往下流經穀層,行使靜置式乾燥作業。在乾燥期間,每隔一時間藉助迴轉型裝置之左右移動來攪拌槽內稻穀達到循穀粒的目的,乾燥率每小時0.15-0.3%。此型乾燥機裝有輔助加熱器以太陽能不足時加熱穀物。此型機亦為低溫長時間乾燥的稻穀乾燥機。圓筒倉型乾燥機與太陽能乾燥機已推廣於日本農家使。從能源消耗觀點,此兩型機作業成本較低,但乾燥時間較久。

圖七、溫室型太陽能乾燥機

六、坑道式乾燥機

     與圖七甚為類似之乾燥設備則為所謂之坑道式乾燥機。其結構係將薄層物料靜置於台車上的柵架淺盤中,台車由熱風坑道的一端進入,而由另端移出時,物料即結束乾燥過程。其依據熱風方向與台車移動方向,可分為幾種型式:即順流型即為台車上物料行進方向與熱風同向;逆流型即為物料進行方向與熱風逆向者;中央排氣型則為串聯順流型與逆流型者,由坑道兩端引熱風進入,而後低溫高溼之空氣則由中央排出,熱效率較高;交叉多段加熱型式在物料通過坑道途中,熱風經循序多次加熱,以側向送入坑道內;輸送帶型則將物料置於輸送帶上,熱風可向上或向下垂直通過物料。

七、浮動式乾燥機

    圖八所示為浮動式乾燥機之構造原理,其乾燥時熱風通過斜孔板吹動物料形成懸浮狀浮動層,使得各個物粒充分接觸熱風而達到快速乾燥的效果。其特徵為連續乾燥方式,浮動層內物料之攪翻動作激烈,物料溫度均勻、乾燥速率快,但熱風速太高時,物料有被吹出乾燥機之可能,物料易因摩擦而粉碎。

     浮動層乾燥機在本省初時由日本引進,原先裝設於大型乾燥中心之前置處理部。由於其具有快乾之特性,在高水分時,穀物每通過一回約可降低5%之水分。當時國內稻穀成熟時常遭遇雨期,許多水稻未經採收即已在穗上發芽。為產生緊急乾燥之效果,後來引進浮動層乾燥機,並裝設於卡車上,其動力由卡車之pto軸帶動,可隨時集中至某一收穫區進行乾燥之工作。當時許多農會均獲得補助,但均無法派上用場,殊為可惜。

圖八、浮動式乾燥機

八、循環式乾燥機

     圖九為一循環式乾燥機之動作原理。溼穀倒入進料斗之後,即由箕式輸送機運送至乾燥機頂端,物料由頂端往下倒時,依次經過貯留槽和乾燥室,最後才掉入輸送部,由螺旋輸送機送往箕式輸送機進料端,再次送往乾燥機頂部,使稻穀在乾燥機頂部與底部間來回循環運動。貯留槽之作用是為了在稻穀尚未進行下一次乾燥時,可先進行均化作用。乾燥室中具有數個錐型隔板,導引物料以散落狀態或薄層狀態通過隔板間隙,熱風則透過隔板孔吹向隔板間隙中之物料。隔板的型式有:柱型、柱狀浪板型和山狀多管型等。

圖九、循理式乾燥機之通風道構造

九、槽帶式乾燥機

     槽帶式乾燥機係將物料置於網帶所圍成之槽袋內,網帶迴轉時,物料即產生攪翻動作。熱風由風道上吹,通過網孔平板時略微浮動網帶上物料,因而促使攪翻中的物料快速乾燥。

十、迴轉式乾燥機

     回轉式乾燥機使物料隨著迴轉筒的旋轉動作而翻動之過程中,與熱風接觸而脫水。圓筒內可加裝葉板,有數種形式,物料可由葉板提升至較高處再散落下來,因而增加各物粒與熱風接觸的機會。可採順流或逆流方式直椄法,亦可採用間接加熱法。

     迴轉乾燥機的另一形式為以羽板行迴轉乾燥機,其圓筒內之隔板為重疊的羽板,熱風由羽板下方吹入物料層,物料脫水速率較一般迴轉式乾燥機高50%。

十一、噴霧乾燥機

     在高速熱風乾燥機中,物料被吹動成疏鬆懸浮狀,有別於浮動式乾燥機,物料雖被熱風吹動成懸浮狀,但物料仍然聚集成密度較高的浮動層。噴霧乾燥機係將物料由濕料進口落入熱風主管中,被高速氣流吸引向上流動,而物料在向上移之過程中即因與熱風接觸而脫水。液態或糊狀物料以高壓或高速方式流經噴嘴或霧化機構後即形成霧粒狀,若與熱風接觸,即可產生乾燥成品。

     其霧化物料之流向與熱氣流向有下列三種:

1.順流:適用耐熱性較差之物料,乾燥後物料溫度低於排氣溫度。

2.逆流:適用耐熱物料,及注重改善產品孔隙或密度的乾燥場合。產品溫度高於排氣溫度。

3.亂流:物料受熱時間較久。產品粒徑較粗,適宜乾燥設備可占空間較小場合。

十二、導熱式乾燥機

     熱量經由加熱面直接傳導到液狀或糊狀物料中。在同一溫度之下,其乾燥速率大於熱風乾燥機之乾燥速率。

1.圓鼓乾燥機

     該機構包括一個或多個中空圓鼓,熱水或蒸氣循環流通於圓筒內側;一供料裝置將液體或泥狀物以薄層方式附著於圓筒外側表面;一卸料用刮刀可取下圓鼓上已乾燥之物料,經壓研後集成粉狀產品。

     圓鼓乾燥機可用單個圓鼓或雙圓鼓,其供料方式有浸入式、濺灑式和轉印式等。

2.條帶乾燥機

     條帶乾燥機係將附著於不鏽鋼輸送帶外側之液態或漿狀物料,隨著熱圓鼓直接加熱及由加熱器之輻射作用而脫水。乾燥物料經過冷圓鼓時,物料溫度下降,並被刮除排出。為避免物料過熱燒焦,乾燥過程都處於真空狀態之下。

十三、膨發式乾燥機

     膨發乾燥機乃是模仿傳統穀物膨發技術來乾燥農產品,其將初步乾燥之原料置於一密閉容器中加熱,使物料中之殘存水分變成高溫高壓之水氣,此時若迅速開啟容器,瞬間釋壓之結果將導致物料內部之水氣膨脹成多孔組織,此即膨發處理。

十四、其他方式

1.真空乾燥

     不適宜高溫加熱之物料或耐熱性極差之物料,為防止其乾燥焦化,或為提高產品風味,可將乾燥過程置於之真空環境底下實施。藉助調整真空度及加熱量方式來控制乾燥速率。

2.凍結乾燥

     將凍結後之農產品置於真空室,0.1~2mmHg,經加熱後,其冰結晶會直接昇華為水氣而達乾燥目的。